WO2017167454A1 - Verfahren zum betreiben eines regenerativbrennersystems und regenerativbrennersystem - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines regenerativbrennersystems und regenerativbrennersystem Download PDF

Info

Publication number
WO2017167454A1
WO2017167454A1 PCT/EP2017/025047 EP2017025047W WO2017167454A1 WO 2017167454 A1 WO2017167454 A1 WO 2017167454A1 EP 2017025047 W EP2017025047 W EP 2017025047W WO 2017167454 A1 WO2017167454 A1 WO 2017167454A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
combustion
regenerator
oxygen
operating mode
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2017/025047
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Siegfried Schemberg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102016003930.2A external-priority patent/DE102016003930A1/de
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
Publication of WO2017167454A1 publication Critical patent/WO2017167454A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/32—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid using a mixture of gaseous fuel and pure oxygen or oxygen-enriched air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L15/00—Heating of air supplied for combustion
    • F23L15/02—Arrangements of regenerators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L7/00—Supplying non-combustible liquids or gases, other than air, to the fire, e.g. oxygen, steam
    • F23L7/007—Supplying oxygen or oxygen-enriched air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2206/00—Burners for specific applications
    • F23D2206/0021—Gas burners for use in furnaces of the reverberatory, muffle or crucible type
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a regenerative burner system with at least one burner having a regenerator with a
  • a heat storage body wherein the regenerator is operated alternately in a first and a second operating mode, wherein in the first operating mode, a fuel with a combustion support gas, which includes combustion air and which is at least partially supplied via the regenerator, is burned to obtain a combustion exhaust gas in a combustion chamber , and in the second mode of operation, the combustion exhaust gas is discharged from the combustion chamber via the regenerator.
  • a fuel with a combustion support gas which includes combustion air and which is at least partially supplied via the regenerator
  • a regenerative burner system for heating a combustion chamber with at least two burners, each having a fuel supply, a supply for a
  • regenerator having an inlet and an outlet and the supply of the combustion support gas opens into the regenerator and wherein a
  • Regenerative burner systems may include a number of regenerative burners that operate alternately in a first and a second mode of operation.
  • a first number of regenerative burners operated in the first operating mode combustion in a combustion chamber may be performed.
  • fuel can be burned with the supply of a combustion support gas in the combustion chamber.
  • a second number of regenerative burners operated in the second mode of operation in a first number of regenerative burners operated in the first operating mode, combustion in a combustion chamber may be performed.
  • fuel can be burned with the supply of a combustion support gas in the combustion chamber.
  • a second number of regenerative burners operated in the second mode of operation in a second number of regenerative burners operated in the second mode of operation
  • Each of the regenerative burners has a regenerator with a
  • Heat storage body on.
  • either the combustion support gas for combustion or the combustion exhaust gas can be discharged to the regenerator of the respective regenerative burner.
  • the combustion support gas is passed over the heat storage body, the heat storage body gives the stored heat to the
  • the fuel is usually supplied via one or more separate lines to the burner.
  • a so-called rinsing phase is usually carried out at the beginning of the first operating mode.
  • a residual amount of the combustion exhaust gas which is still in the regenerator after the second operating mode, is first removed therefrom.
  • the corresponding regenerator can be flushed with air, for example.
  • the corresponding regenerative burner can usually not be used for combustion. Only when the remainder of the
  • Combustion assist gas may also be continuously preheated in moving regenerator systems, the so-called rotary bed regenerators.
  • Moving regenerator systems continuously switch between heating and cooling.
  • combustion support gas can also be preheated by recuperatively installed directly in the burner heat exchange surfaces or externally mounted from the burner heat exchanger.
  • the time losses are to be reduced when switching between the operating modes of the burner and thus the performance of the furnace can be increased using the additionally introduced fuel energy.
  • a method for operating a fixed or movable regenerative burner system wherein the stationary system comprises at least two burners, and wherein the burners each comprise a regenerator with a heat storage body and are operated alternately in a first and a second operating mode, wherein in the first operating mode a fuel having a combustion assist gas including combustion air or oxygen-enriched combustion air at least partially supplied through the regenerator is burned to obtain a combustion exhaust gas in a combustion chamber, and in the second operation mode, the combustion exhaust gas is discharged from the combustion chamber via the regenerator.
  • the invention is characterized in that in the first Operating mode is used as combustion support gas with oxygen-enriched combustion air.
  • the regenerative burner system according to the invention is characterized in that an oxygen supply for supplying oxygen into the supply for the combustion support gas, in the flow connection between the outlet of the regenerator and the combustion chamber and / or in the combustion chamber is provided.
  • Regenerative burner system comprises at least one burner, wherein the burner comprises a regenerator with a heat storage body and is operated alternately in a first and a second operating mode, wherein in the first operating mode, a fuel with a combustion support gas comprising combustion air or oxygen-enriched combustion air and which at least is partially supplied via the regenerator, is burned to obtain a combustion exhaust gas in a combustion chamber, and in the second operating mode, the combustion exhaust gas is discharged via the regenerator from the combustion chamber.
  • the invention is characterized in that in the first
  • Operating mode is used as combustion support gas with oxygen-enriched combustion air.
  • the invention relates to a method for operating a fixed or movable regenerative burner system, wherein the regenerator or regenerators are operated alternately in a first and a second operating mode. Preferred scope of the invention are fixed
  • Combustion air or oxygen-enriched combustion air passed through the regenerator and with the heat storage body in direct
  • the heat accumulator body was previously heated (see second operating mode below). At the contact of
  • Combustion assist gas for example, at ambient temperature of e.g. 20 ° C enters the regenerator, the combustion support gas is preheated and in turn the heat storage body is cooled. The preheated combustion assist gas is then reacted with the fuel to heat the combustor chamber.
  • fuel for example, natural gas can be used.
  • a first number of these regenerative burners are operated in the first operating mode while at the same time a second number of these regenerative burners are operated in the second operating mode. After predetermined time intervals, a change of the operating modes is carried out in each case. After this change, the first number of regenerative burners is accordingly operated in the second operating mode, the second number in the first operating mode. Such a change of
  • the cycle time of these modes of operation is often short because, due to the dimensions, the capacity of the regenerators is limited and only a certain amount of heat can be stored in the heat storage body.
  • the burners must therefore be switched from the first to the second operating mode (or vice versa) at a time interval of about 30 seconds to 180 seconds.
  • air enriched with oxygen is used as combustion support gas instead of air. Due to the higher oxygen content in the combustion assist gas, a smaller total amount becomes
  • Combustion assist gas is required to provide the burner with the same amount of oxygen to provide. This means that the heat stored in the regenerator can be released over a longer period of time and the time between the two operating modes increases until the next changeover.
  • Combustion assist gas is required to provide the burner with the same amount of oxygen to provide. This means that the heat stored in the regenerator can be released over a longer period of time and the time between the two operating modes increases until the next changeover.
  • Combustion air stream upstream of entering the regenerator oxygen is fed and the combustion air enriched so with oxygen.
  • the oxygen-enriched combustion air stream is then passed through the regenerator and brought into contact with the hot heat storage body, wherein the oxygen-enriched combustion air stream is preheated and in turn cools the heat storage body.
  • an oxygen-enriched and preheated combustion assist gas is obtained.
  • the added amount of oxygen is miticaricart, which has an energetic positive effect.
  • the oxygen downstream of the regenerator is added to the combustion air.
  • the oxygen can be fed either in the burner in the combustion air stream or directly into the
  • the feeding or injection of oxygen into the combustion chamber is preferably carried out by means of an oxygen lance, wherein the oxygen is preferably supplied at a rate of at least 300 m / s via the oxygen lance.
  • the oxygen is partially downstream before entering the regenerator and partially upstream in the burner in the
  • Combustion air flow fed or injected into the combustion chamber.
  • the combustion air flow is preferably enriched with oxygen so far that the oxygen content in the resulting combustion assist gas is between 22% by volume and 35% by volume, preferably between 25% by volume and 30% by volume.
  • the advantages of the invention appear even at low oxygen levels.
  • the combustion air consists of about 79% by volume of nitrogen and about 21% by volume of oxygen. That is, with an addition of 5 vol% oxygen, the
  • Combustion air quantity can be reduced by 25% by volume, without changing the absolute amount of oxygen in the combustion support gas. Due to the higher relative oxygen content but the throughput of combustion air or Combustion assist gas is reduced by the regenerator so that the time between two switching operations can be increased. The burner operating time is thereby increased and the number of rinses reduced.
  • the oxygen-enriched gas is reduced by the regenerator so that the time between two switching operations can be increased. The burner operating time is thereby increased and the number of rinses reduced.
  • Total combustion air can also be increased and thus increased burner output with increased fuel supply.
  • the oxygen enrichment is preferably limited to a maximum of 35% by volume, more preferably to a maximum of 30% by volume.
  • the degree of enrichment actually reduces the flow velocity in the burners, which can lead to problems with flame formation and burner operation.
  • the reduced exhaust gas quantity and the regenerators can absorb less energy.
  • the invention primarily serves to extend the cycle times and increase performance in stationary regenerative burner systems, which must be frequently switched, especially in regenerative burner systems in which the burner at a time interval of 30 s to 300 s, preferably 30 s to 180 s, between the first operating mode and be switched to the second operating mode.
  • Each switching process takes 5-10 seconds or longer, depending on the system, and means a correspondingly long failure of the burner.
  • the invention therefore has a particularly advantageous effect.
  • the number of switching operations is reduced, thereby increasing the furnace output.
  • Preferred field of application of the invention are regenerative burner systems for heating an industrial furnace for melting or heating metal, in particular aluminum.
  • the invention is in principle of advantage for all regeneratively heated furnaces in which there are short time intervals of less than 5 minutes per operating mode, less than 3 minutes per operating mode or less than 2 minutes per operating mode.
  • the melting performance for example, a
  • Aluminum melting furnace can be significantly increased.
  • the burner operating times are extended and the switching frequency between the two operating modes is reduced.
  • the efficiency of air preheating also increases. Overall, so can a higher
  • Productivity can be achieved during melting or heating of metal.
  • Oxygen enrichment of the combustion air can eliminate carbonaceous deposits in the honeycomb cells of the regenerators.
  • FIG. 1 shows schematically a preferred embodiment of a fixed regenerative burner system according to the invention.
  • the regenerative burner system has two regenerative burners 110 and 120, which are arranged on a combustion chamber 101.
  • the regenerative burners 1 10 and 120 are each provided with a gas line for combustion support gas or
  • Combustion exhaust gas 1 1 1 and 121 connected.
  • heat storage bodies 1 14 and 124 are respectively arranged in the respective gas line 11 1 and 121, for example ceramic balls or honeycomb bodies.
  • each one designed here as a flap switching element 112 or 122 is arranged.
  • the gas lines 11 1 and 121 are each connected to a gas supply 130 and a gas discharge 140.
  • a first operating mode for example, air as
  • Combustion support gas 131 via the respective gas line 1 1 1 and 121, respectively.
  • the respective regenerative burner 1 10 or 120 is supplied via a separate fuel line or a separate fuel lance 170 and 180 in the first operating mode natural gas as fuel 132.
  • combustion of the mixture of natural gas 132 and, for example, air 131 in the combustion chamber 101 is performed by the respective regenerative burner 1 10 or 120.
  • a combustion exhaust gas 141 results in the combustion chamber 101.
  • This combustion exhaust gas 141 is discharged in the course of a second operating mode by the gas discharge 140 via the respective gas line 1 1 1 or 121 and thus also via the regenerators with the heat storage bodies 114 and 124 from the combustion chamber 101, when the flap 1 12 or 122 is switched to a second position.
  • the regenerative burner 110 is shown in the first operating mode and the regenerative burner 120 in the second operating mode.
  • the regenerative burner system 100 further includes an oxygen supply 160.
  • This oxygen supply 160 comprises two oxygen lances 161 and 162, which are arranged upstream of the regenerators 1 14 and 124, respectively. About these
  • Oxygen lances 161 and 162, respectively, an oxygen-rich additional gas can be fed.
  • pure oxygen with a purity of at least 99.5% is fed in as such oxygen-rich additional gas.
  • corresponding oxygen lances can also open directly into the combustion chamber 101, but in the immediate vicinity of the regenerative burner 1 10 or 120, or the oxygen is injected parallel to the fuel supply 132 via the burner 1 10 or 120 in the combustion chamber or it finds a Combination of the mentioned three injection variants application
  • the regenerative burner system 100 furthermore has a control unit 150, which is set up to carry out a preferred embodiment of a method according to the invention.
  • the regenerative burner 110 is operated in the first operating mode and the regenerative burner 120 in the second operating mode, as shown in FIG.
  • About the oxygen supply 160 and the oxygen lance 161 technically pure oxygen having a purity of more than 99% by volume of the combustion air 131 is mixed.
  • the resulting mixed gas stream has an oxygen content of 25% by volume to 30% by volume and is fed to the burner 110 via the regenerator and the heat storage body 14 as combustion support gas.
  • the mixed gas stream is heated to a temperature of, for example, 800 to 900 ° C.
  • the combustion assist gas and the natural gas 132 supplied as fuel to the burner 110 are combusted in the combustion chamber 101, and the resulting exhaust gas 141 is supplied through the heat storage body 124 of the regenerator associated with the second burner 120.
  • the combustion assist gas and the natural gas 132 supplied as fuel to the burner 110 are combusted in the combustion chamber 101, and the resulting exhaust gas 141 is supplied through the heat storage body 124 of the regenerator associated with the second burner 120.
  • Heat storage body 124 is heated.
  • Combustion support gas can not be sufficiently preheated.
  • the switching elements or flaps 1 12, 122 are switched so that the
  • Combustion air is now supplied to the burner 120 while the burner 120 and the associated lines are flushed, that is, the combustion exhaust gas is displaced from these lines.
  • the switching and rinsing phase which lasts for example between 5 and 10 seconds, both burners 1 10, 120 are not in operation.
  • the combustion air supplied to the burner 120 is mixed with oxygen via the lance 162, the mixture, as described above in connection with the burner 110, heated in the regenerator 124 and the burner 120 is ignited.
  • the burner 120 is now operated in the first operating mode while the burner 110 is operated in the second operating mode. It is also conceivable that the flushing time can be reduced by the injection of oxygen and the burner can be restarted faster.
  • the burner 1 10 with a capacity of 1 MW is operated with natural gas and combustion air.
  • the amount of combustion air is about 1000 NM 3 / h and the Combustion air is preheated in the regenerator 114 to about 950 ° C.
  • the temperature of the preheated combustion air drops to about 800 ° C.
  • the burner 110 is switched from the first operating mode to the second operating mode.
  • the burner 120 is switched from the second mode of operation to the first mode of operation.
  • the operating time of the burner 1 10 in the first operating mode should be 40 seconds. After switching, the burner 120 must be purged for 10 seconds before it can go into operation.
  • the burners 1 10, 120 are used for melting pure aluminum.
  • the melting capacity of the burners 110, 120 is about 1, 9 t / h.
  • the same burner 110 is supplied with oxygen-enriched combustion air instead of combustion air.
  • the amount of oxygen supplied is 50 Nm 3 / h.
  • the amount of combustion air is correspondingly reduced to 750 Nm 3 / h.
  • the burners 110, 120 is thus still supplied with the same absolute amount of oxygen of about 200 Nm 3 / h, but the amount of nitrogen decreases due to the
  • the oxygen-enriched combustion air is in turn preheated in the regenerator 1 14 to about 950 ° C.
  • the temperature of the preheated combustion air drops to about 825 ° C before switching to the other operating mode.
  • the operating time of the burner 1 10 is extended in the inventive driving to 50 seconds.
  • Melting power of the two burners 110, 120 increases to 2.1 t / h of aluminum.
  • the example shows that with an addition of 5% oxygen (50 Nm 3 / h additional oxygen relative to the original air quantity of 1000 Nm 3 / h) the
  • Melting power can be increased by about 10%. This is due to the longer burner operating time, the more efficient preheating of the combustion air or the oxygen-enriched combustion air and the lower Abgasbaten.
  • regenerator burner system explained in more detail, since the invention is particularly advantageous here. However, it is clear to the person skilled in the art that the method also contributes continuously operated or movable regenerators, for example

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Air Supply (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Regenerativbrennersystems (100) mit mindestens einem Brenner (120), der einen Regenerator mit einem Wärmespeicherkörper (114) umfasst, wobei der Regenerator abwechselnd in einem ersten und einem zweiten Betriebsmodus betrieben wird, wobei in dem ersten Betriebsmodus ein Brennstoff mit einem Verbrennungsunterstützungsgas, welches Verbrennungsluft umfasst und welches zumindest teilweise über den Regenerator zugeführt wird, unter Erhalt eines Verbrennungsabgases (141) in einer Brennkammer (101) verbrannt wird, und in dem zweiten Betriebsmodus das Verbrennungsabgas über den Regenerator aus der Brennkammer ausgeleitet wird. Erfindungsgemäß wird im ersten Betriebsmodus als Verbrennungsunterstützungsgas mit Sauerstoff angereicherte Verbrennungsluft verwendet.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Betreiben eines Reqenerativbrennersvstems und
Reqenerativbrennersvstem
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Regenerativbrennersystems mit mindestens einem Brenner, der einen Regenerator mit einem
Wärmespeicherkörper umfasst, wobei der Regenerator abwechselnd in einem ersten und einem zweiten Betriebsmodus betrieben wird, wobei in dem ersten Betriebsmodus ein Brennstoff mit einem Verbrennungsunterstützungsgas, welches Verbrennungsluft umfasst und welches zumindest teilweise über den Regenerator zugeführt wird, unter Erhalt eines Verbrennungsabgases in einer Brennkammer verbrannt wird, und in dem zweiten Betriebsmodus das Verbrennungsabgas über den Regenerator aus der Brennkammer ausgeleitet wird. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein
Regenerativbrennersystem zur Beheizung einer Brennkammer mit mindestens zwei Brennern, die jeweils eine Brennstoffzuführung, eine Zuführung für ein
Verbrennungsunterstützungsgas sowie einen Regenerator aufweisen, wobei der Regenerator einen Einlass und einen Auslass aufweist und die Zuführung für das Verbrennungsunterstützungsgas in den Regenerator mündet und wobei eine
Strömungsverbindung zwischen dem Auslass des Regenerators und der Brennkammer vorgesehen ist, und wobei in dem Regenerator ein Wärmespeicherkörper vorgesehen ist.
Stand der Technik
In Regenerativbrennersystemen kann eine Verbrennung mit einer
Energierückgewinnung durchgeführt werden. Feststehende
Regenerativbrennersysteme können eine Anzahl von Regenerativbrennern aufweisen, die abwechselnd in einem ersten und einem zweiten Betriebsmodus betrieben werden. In einer ersten Anzahl von Regenerativbrennern, die in dem ersten Betriebsmodus betrieben wird, kann eine Verbrennung in einer Brennkammer durchgeführt werden. Dabei kann Brennstoff unter Zufuhr eines Verbrennungsunterstützungsgases in der Brennkammer verbrannt werden. Gleichzeitig kann in einer zweiten Anzahl von Regenerativbrennern, die in dem zweiten Betriebsmodus betrieben wird, ein
Verbrennungsabgas dieser Verbrennung aus der Brennkammer ausgeleitet werden. Jeder der Regenerativbrenner weist einen Regenerator mit einem
Wärmespeicherkörper auf. Je nach Betriebsmodus kann dem Regenerator des jeweiligen Regenerativbrenners entweder das Verbrennungsunterstützungsgas für die Verbrennung zugeführt oder das Verbrennungsabgas ausgeleitet werden. Beim
Ausleiten der Verbrennungsabgase über den Wärmespeicherkörper des Regenerators, das heißt im zweiten Betriebsmodus, wird der Wärmespeicherkörper durch die heißen Verbrennungsabgase erwärmt. Wird anschließend das
Verbrennungsunterstützungsgas über den Wärmespeicherkörper geleitet, so gibt der Wärmespeicherkörper die gespeicherte Wärme an das
Verbrennungsunterstützungsgas ab und wärmt dieses vor (erster Betriebsmodus).
Der Brennstoff wird in der Regel über eine oder mehrere separate Leitungen dem Brenner zugeführt.
Nach einem Wechsel von dem zweiten in den ersten Betriebsmodus wird zu Beginn des ersten Betriebsmodus zumeist eine sogenannte Spülphase durchgeführt. Im Zuge dieser Spülphase wird eine Restmenge des Verbrennungsabgases, welche sich nach dem zweiten Betriebsmodus noch in dem Regenerator befindet, zunächst aus diesem entfernt. Dabei kann der entsprechende Regenerator beispielsweise mit Luft durchgespült werden.
Während dieser Spülphase kann der entsprechende Regenerativbrenner zumeist nicht für die Verbrennung genutzt werden. Erst wenn die Restmenge des
Verbrennungsabgases vollständig aus dem Regenerator entfernt wurde, wird wieder Verbrennungsunterstützungsgas über den Regenerator zugeführt und der
entsprechende Brenner wird befeuert.
Jeder Umschaltvorgang zwischen den Betriebsmodi erfordert damit Zeit für die Stellungsänderung der Ventile und das Spülen des Regenerators und der
Abgasleitung. Dies kann je nach Brennertyp, Brennergröße und Länge der zu spülenden Leitungen zwischen 5 s und 20 s dauern. Während des Umschaltvorgangs ist der Brenner außer Betrieb. Es wird keine Brennstoffenergie in die Brennkammer eingebracht und es können Inhomogenitäten in der Wärmeleistung eines
entsprechenden Regenerativbrennersystems auftreten. Alternativ zu den feststehenden Regenerativbrennersystemen kann das
Verbrennungsunterstützungsgas auch kontinuierlich in bewegten Regenerator- Systemen, den sogenannten Drehbettregeneratoren vorgewärmt werden. Bei bewegten Regenerator-Systemen wird kontinuierlich zwischen Wärmen und Kühlen gewechselt. Es existiert nur eine Speichermasse, die bewegt (rotiert) wird und die Gasströme des Verbrennungsunterstützungsgases bzw. Verbrennungsabgases werden über eine umlaufende und gegeneinander abgedichtete Flügelhaube der Speichermasse zugeführt, so dass ein Speichermassenbereich alternierend vom heißen und kalten Gas durchströmt wird.
Als weitere Alternative kann das Verbrennungsunterstützungsgas ebenfalls auch kontinuierlich durch direkt im Brenner eingebaute Wärmeaustauschflächen oder extern vom Brenner angebrachte Wärmetauscher rekuperativ vorgewärmt werden.
Es ist daher wünschenswert, eine verbesserte Möglichkeit zum Betreiben eines feststehenden oder bewegten Regenerativbrennersystems bereitzustellen.
Insbesondere sollen die Zeitverluste beim Umschalten zwischen den Betriebsmodi der Brenner reduziert werden und somit unter Nutzung der zusätzlich eingebrachten Brennstoffenergie die Leistung des Ofens erhöht werden.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben eines feststehenden oder beweglichen Regenerativbrennersystems vorgeschlagen, wobei das feststehende System mindestens zwei Brenner aufweist, und wobei die Brenner jeweils einen Regenerator mit einem Wärmespeicherkörper umfassen und abwechselnd in einem ersten und einem zweiten Betriebsmodus betrieben werden, wobei in dem ersten Betriebsmodus ein Brennstoff mit einem Verbrennungsunterstützungsgas, welches Verbrennungsluft oder mit Sauerstoff angereicherte Verbrennungsluft umfasst und welches zumindest teilweise über den Regenerator zugeführt wird, unter Erhalt eines Verbrennungsabgases in einer Brennkammer verbrannt wird, und in dem zweiten Betriebsmodus das Verbrennungsabgas über den Regenerator aus der Brennkammer ausgeleitet wird. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Betriebsmodus als Verbrennungsunterstützungsgas mit Sauerstoff angereicherte Verbrennungsluft verwendet wird.
Ein erfindungsgemäßes feststehendes Regenerativbrennersystem zur Beheizung einer Brennkammer umfasst mindestens zwei Brenner, die jeweils eine Brennstoffzuführung, eine Zuführung für ein Verbrennungsunterstützungsgas sowie einen Regenerator aufweisen, wobei der Regenerator einen Einlass und einen Auslass aufweist und die Zuführung für das Verbrennungsunterstützungsgas in den Regenerator mündet und wobei eine Strömungsverbindung zwischen dem Auslass des Regenerators und der Brennkammer vorgesehen ist, und wobei im Regenerator ein Wärmespeicherkörper vorgesehen ist. Das erfindungsgemäße Regenerativbrennersystem ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Sauerstoffzuführung zum Zuspeisen von Sauerstoff in die Zuführung für das Verbrennungsunterstützungsgas, in die Strömungsverbindung zwischen dem Auslass des Regenerators und der Brennkammer und/oder in die Brennkammer vorgesehen ist.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines beweglichen
Regenerativbrennersystems weist mindestens einen Brenner auf, wobei der Brenner einen Regenerator mit einem Wärmespeicherkörper umfasst und abwechselnd in einem ersten und einem zweiten Betriebsmodus betrieben wird, wobei in dem ersten Betriebsmodus ein Brennstoff mit einem Verbrennungsunterstützungsgas, welches Verbrennungsluft oder mit Sauerstoff angereicherte Verbrennungsluft umfasst und welches zumindest teilweise über den Regenerator zugeführt wird, unter Erhalt eines Verbrennungsabgases in einer Brennkammer verbrannt wird, und in dem zweiten Betriebsmodus das Verbrennungsabgas über den Regenerator aus der Brennkammer ausgeleitet wird. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass im ersten
Betriebsmodus als Verbrennungsunterstützungsgas mit Sauerstoff angereicherte Verbrennungsluft verwendet wird. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines feststehenden oder beweglichen Regenerativbrennersystems, wobei der oder die Regeneratoren jeweils abwechselnd in einem ersten und einem zweiten Betriebsmodus betrieben werden. Bevorzugter Anwendungsbereich der Erfindung sind feststehende
Regeneratorsysteme. Im ersten Betriebsmodus wird ein Verbrennungsunterstützungsgas, welches
Verbrennungsluft oder mit Sauerstoff angereicherte Verbrennungsluft umfasst, durch den Regenerator geführt und mit dem Wärmespeicherkörper in direkten
Wärmeaustauschkontakt gebracht. Der Wärmespeicherkörper wurde zuvor (siehe unten zweiter Betriebsmodus) erwärmt. Beim Kontakt von
Verbrennungsunterstützungsgas, welches beispielsweise mit Umgebungstemperatur von z.B. 20°C in den Regenerator eintritt, wird das Verbrennungsunterstützungsgas vorgewärmt und im Gegenzug wird der Wärmespeicherkörper abgekühlt. Das vorgewärmte Verbrennungsunterstützungsgas wird dann mit dem Brennstoff zur Reaktion gebracht, um die Brennerkammer zu beheizen. Als Brennstoff kann beispielsweise Erdgas verwendet werden.
Die bei der Verbrennung des Brennstoffs mit dem Verbrennungsunterstützungsgas entstehenden Verbrennungsabgase werden über den Regenerator des zweiten Brenners abgeführt und erwärmen dabei den Wärmespeicherkörper (zweiter
Betriebsmodus).
Eine erste Anzahl dieser Regenerativbrenner wird in dem ersten Betriebsmodus betrieben, während gleichzeitig eine zweite Anzahl dieser Regenerativbrenner in dem zweiten Betriebsmodus betrieben wird. Nach vorgegebenen Zeitintervallen wird jeweils ein Wechsel der Betriebsmodi durchgeführt. Nach diesem Wechsel wird die erste Anzahl der Regenerativbrenner demgemäß in dem zweiten Betriebsmodus betrieben, die zweite Anzahl in dem ersten Betriebsmodus. Ein derartiger Wechsel der
Betriebsmodi wird insbesondere jeweils nach konstanten Zeitintervallen durchgeführt.
Die Zykluszeit dieser Betriebsmodi ist häufig kurz, da aufgrund der Abmessungen die Kapazität der Regeneratoren begrenzt ist und nur eine bestimmte Wärmemenge in dem Wärmespeicherkörper gespeichert werden kann. Die Brenner müssen daher in einem Zeitabstand von etwa 30 Sekunden bis 180 Sekunden vom ersten in den zweiten Betriebsmodus (beziehungsweise umgekehrt) umgeschaltet werden.
Erfindungsgemäß wird als Verbrennungsunterstützungsgas anstelle von Luft mit Sauerstoff angereicherte Luft verwendet. Durch den höheren Sauerstoffanteil in dem Verbrennungsunterstützungsgas wird eine geringere Gesamtmenge an
Verbrennungsunterstützungsgas benötigt, um dem Brenner dieselbe Sauerstoffmenge zur Verfügung zu stellen. Dies bedeutet, dass die im Regenerator gespeicherte Wärme über einen längeren Zeitraum abgegeben werden kann und sich die Zeit bis zum nächsten Umschaltvorgang zwischen den beiden Betriebsmodi verlängert. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird einem
Verbrennungsluftstrom stromaufwärts vor Eintritt in den Regenerator Sauerstoff zugespeist und die Verbrennungsluft so mit Sauerstoff angereichert. Der mit Sauerstoff angereicherte Verbrennungsluftstrom wird dann durch den Regenerator geleitet und mit dem heißen Wärmespeicherkörper in Kontakt gebracht, wobei der mit Sauerstoff angereicherte Verbrennungsluftstrom vorgewärmt wird und im Gegenzug sich der Wärmespeicherkörper abkühlt. Auf diese Weise erhält man ein mit Sauerstoff angereichertes und vorgewärmtes Verbrennungsunterstützungsgas. Die zugegebene Sauerstoffmenge wird miterwärmt, was sich energetisch positiv auswirkt. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird der Sauerstoff stromabwärts des Regenerators der Verbrennungsluft zugegeben. Der Sauerstoff kann entweder im Brenner in den Verbrennungsluftstrom eingespeist werden oder direkt in die
Brennkammer eingedüst werden. Die Einspeisung oder Eindüsung des Sauerstoffs in die Brennkammer erfolgt vorzugsweise mittels einer Sauerstoff lanze, wobei der Sauerstoff bevorzugt mit einer Geschwindigkeit von mindestens 300 m/s über die Sauerstofflanze zugeführt wird.
In einer dritten Ausführungsform wird der Sauerstoff teilweise stromabwärts vor Eintritt in den Regenerator und teilweise stromaufwärts im Brenner in den
Verbrennungsluftstrom eingespeist oder in die Brennkammer eingedüst.
Der Verbrennungsluftstrom wird vorzugsweise soweit mit Sauerstoff angereichert, dass der Sauerstoffanteil in dem erhaltenen Verbrennungsunterstützungsgas zwischen 22 Vol-% und 35 Vol-%, vorzugsweise zwischen 25 Vol-% und 30 Vol-%, beträgt. Die Vorteile der Erfindung zeigen sich bereits bei geringen Sauerstoff zugaben. Die Verbrennungsluft besteht zu etwa 79 Vol-% aus Stickstoff und etwa 21 Vol-% aus Sauerstoff. Das heißt, bei einer Zugabe von 5 Vol-% Sauerstoff kann die
Verbrennungsluftmenge um 25 Vol-% reduziert werden, ohne dass sich die absolute Sauerstoffmenge im Verbrennungsunterstützungsgas ändert. Durch den höheren relativen Sauerstoffgehalt wird aber der Durchsatz an Verbrennungsluft oder Verbrennungsunterstützungsgas durch den Regenerator reduziert, so dass die Zeit zwischen zwei Umschaltvorgängen erhöht werden kann. Die Brennerbetriebszeit wird dadurch erhöht und die Anzahl der Spülvorgänge reduziert. Alternativ zu einer Reduzierung kann die mit Sauerstoff angereicherte
Verbrennungsluftmenge insgesamt auch erhöht werden und damit bei gesteigerter Brennstoffzufuhr die Brennerleistung gesteigert werden.
Andererseits wird die Sauerstoffanreicherung bevorzugt auf maximal 35 Vol-%, besonders bevorzugt auf maximal 30 Vol-%, begrenzt. Mit steigendem
Anreicherungsgrad verringert sich nämlich die Strömungsgeschwindigkeit in den Brennern, woraus Probleme bei der Flammenbildung und dem Betrieb der Brenner herrühren können. Außerdem ist zu beachten, dass durch die geringer werdende Abgasmenge auch die Regeneratoren weniger Energie aufnehmen können.
Die Erfindung dient primär zur Verlängerung der Taktzeiten und Leistungssteigerung bei feststehenden Regenerativbrennersystemen, die häufig umgeschaltet werden müssen, insbesondere bei Regenerativbrennersystemen, bei denen die Brenner in einem Zeitabstand von 30 s bis 300 s, vorzugsweise 30 s bis 180 s, zwischen dem ersten Betriebsmodus und dem zweiten Betriebsmodus umgeschaltet werden. Jeder Umschaltvorgang dauert je nach System 5 - 10 Sekunden oder auch länger und bedeutet einen entsprechend langen Ausfall des Brenners. Bei kurzen Taktzeiten wirkt sich die Erfindung daher besonders vorteilhaft aus. Die Anzahl der Umschaltvorgänge wird reduziert und damit die Ofenleistung erhöht. Außerdem werden auch die
Schaltventile weniger beansprucht und geschont.
Bevorzugtes Einsatzgebiet der Erfindung sind Regenerativbrennersysteme zur Beheizung eines Industrieofens zum Einschmelzen oder Erwärmen von Metall, insbesondere Aluminium.
Die Erfindung ist grundsätzlich für alle regenerativ beheizten Öfen von Vorteil, bei denen kurze Zeitintervalle von weniger als 5 Minuten pro Betriebsmodus, weniger als 3 Minuten pro Betriebsmodus oder weniger als 2 Minuten pro Betriebsmodus vorliegen. Erfindungsgemäß kann die Schmelzleistung beispielsweise eines
Aluminiumschmelzofens deutlich gesteigert werden. Die Brennerbetriebszeiten werden verlängert und die Umschaltfrequenz zwischen den beiden Betriebsmodi wird reduziert. Da weniger Verbrennungsluft über die Regeneratoren geführt wird, erhöht sich außerdem die Effizienz der Luftvorwärmung. Insgesamt kann so eine höhere
Produktivität beim Einschmelzen oder Erwärmen von Metall erreicht werden.
Weitere Vorteile der Erfindung sind:
• Bessere Auslastung von regenerativ beheizten gasbefeuerten Schmelzöfen · Steigerung der Produktivität
• Erhöhung der Brennerleistung oder höhere Luftvorwärmtemperatur
• Verringerung des spezifischen Energieverbrauches, weniger C02 Emissionen
• Durch Verlängerung der Taktzeiten weniger Schaltzyklen, d.h. Reduzierung des Ventilverschleißes bzw. weniger Kosten für Wartung durch
Standzeitverlängerung
• Reduzierung der Gebläseluft, d.h. weniger Ventilatorleistung
• Reduzierung der Abgasgeschwindigkeiten im Ofenraum und damit weniger Krätzebildung und erhöhte Metallausbeute
• Reduzierung des Abgasvolumens; Entlastung des Gesamtabgassystems und der Filteranlage
• Durch Sauerstoffanreicherung der Verbrennungsluft können kohlenstoffhaltige Ablagerungen in den Wabenzellen der Regeneratoren beseitigt werden.
• Beim Schmelzen von organisch verunreinigten Schratten kann in Kombination mit z.B. einer Lambdasondenregelung durch Erhöhung der Sauerstoffzugabe eine Nachverbrennung der Schwelgase im Ofen erreicht werden.
• Bei Sauerstoffzugabe über eine separate Sauerstofflanze tritt der Effekt der gestuften Verbrennung ein, d.h. NOx-Emissionen können gemindert werden.
• Ist keine Leistungssteigerung gewünscht, kann durch die Verringerung des Verbrennungsunterstützungsgases bei Anreicherung der Verbrennungsluft mit Sauerstoff auch Brennstoffenergie eingespart werden.
Figurenbeschreibung Die Erfindung und ihre Vorteile werden nun anhand der beigefügten Zeichnung weiter erläutert. In dieser zeigt
Figur 1 schematisch eine bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen feststehenden Regenerativbrennersystems.
In Figur 1 ist eine bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen feststehenden Regenerativbrennersystems schematisch dargestellt und mit 100 bezeichnet. Das Regenerativbrennersystem weist zwei Regenerativbrenner 1 10 und 120 auf, die an einer Brennkammer 101 angeordnet sind. Die Regenerativbrenner 1 10 und 120 sind jeweils mit einer Gasleitung für Verbrennungsunterstützungsgas bzw.
Verbrennungsabgas 1 1 1 bzw. 121 verbunden. Vor den Regenerativbrennern 110 und 120 sind in der jeweiligen Gasleitung 1 1 1 bzw. 121 jeweils Wärmespeicherkörper 1 14 bzw. 124 angeordnet, beispielsweise keramischen Kugeln oder Wabenkörper.
In den Gasleitungen 1 11 und 121 ist jeweils ein hier als eine Klappe ausgebildetes Schaltelement 112 bzw. 122 angeordnet.
Die Gasleitungen 11 1 und 121 sind jeweils an eine Gaszufuhr 130 und eine Gasabfuhr 140 angeschlossen. Wenn die jeweilige Klappe 1 12 bzw. 122 in eine erste Stellung geschaltet wird, wird dem jeweiligen Regenerativbrenner 1 10 bzw. 120 durch die Gaszufuhr 130 im Zuge eines ersten Betriebsmodus beispielsweise Luft als
Verbrennungsunterstützungsgas 131 über die jeweilige Gasleitung 1 1 1 bzw. 121 zugeführt. Zudem wird dem jeweiligen Regenerativbrenner 1 10 bzw. 120 über eine separate Brennstoffleitung oder eine separate Brennstofflanze 170 bzw. 180 in dem ersten Betriebsmodus Erdgas als Brennstoff 132 zugeführt.
In dem ersten Betriebsmodus wird von dem jeweiligen Regenerativbrenner 1 10 bzw. 120 eine Verbrennung des Gemischs aus Erdgas 132 und beispielsweise Luft 131 in der Brennkammer 101 durchgeführt. In der Brennkammer 101 entsteht dabei ein Verbrennungsabgas 141 . Dieses Verbrennungsabgas 141 wird im Zuge eines zweiten Betriebsmodus durch die Gasabfuhr 140 über die jeweilige Gasleitung 1 1 1 bzw. 121 und damit auch über die Regeneratoren mit den Wärmespeicherkörpern 114 bzw. 124 aus der Brennkammer 101 ausgeleitet, wenn die Klappe 1 12 bzw. 122 in eine zweite Stellung geschaltet wird.
In Figur 1 ist der Regenerativbrenner 1 10 in dem ersten Betriebsmodus dargestellt und der Regenerativbrenner 120 in dem zweiten Betriebsmodus.
Das Regenerativbrennersystem 100 weist weiterhin eine Sauerstoffzuführung 160 auf. Diese Sauerstoffzuführung 160 umfasst zwei Sauerstofflanzen 161 bzw. 162, die stromaufwärts der Regeneratoren 1 14 bzw. 124 angeordnet sind. Über diese
Sauerstofflanzen 161 bzw. 162 kann jeweils ein Sauerstoff reiches Zusatzgas eingespeist werden. Insbesondere wird dabei reiner Sauerstoff mit einer Reinheit von mindestens 99,5% als derartiges sauerstoffreiches Zusatzgas zugespeist.
Wie erwähnt, können entsprechende Sauerstofflanzen auch direkt in die Brennkammer 101 , jedoch in unmittelbarer Nähe der Regenerativbrenner 1 10 bzw. 120, münden oder der Sauerstoff wird parallel zur Brennstoffzufuhr 132 über den Brenner 1 10 bzw. 120 in die Brennkammer eingedüst oder es findet eine Kombination der genannten drei Eindüsungsvarianten Anwendung
Das Regenerativbrennersystem 100 weist weiterhin eine Steuereinheit 150 auf, die dazu eingerichtet ist, eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.
Zunächst wird der Regenerativbrenner 1 10 in dem ersten Betriebsmodus betrieben und der Regenerativbrenner 120 in dem zweiten Betriebsmodus, wie es in Figur 1 dargestellt ist. Über die Sauerstoffzuführung 160 und die Sauerstofflanze 161 wird technisch reiner Sauerstoff mit einer Reinheit von mehr als 99 Vol-% der Verbrennungsluft 131 zugemischt. Der resultierende Gasgemischstrom hat einen Sauerstoffanteil von 25 Vol- % bis 30 Vol-% und wird über den Regenerator und den Wärmespeicherkörper 1 14 als Verbrennungsunterstützungsgas dem Brenner 1 10 zugeführt. Im Regenerator wird der Gasgemischstrom auf eine Temperatur von beispielsweise 800 bis 900 °C erwärmt. Das Verbrennungsunterstützungsgas und das dem Brenner 1 10 als Brennstoff zugeführte Erdgas 132 werden in der Brennkammer 101 verbrannt und das entstehende Abgas 141 wird über den Wärmespeicherkörper 124 des dem zweiten Brenner 120 zugeordneten Regenerators geführt. Hierbei wird der
Wärmespeicherkörper 124 erwärmt.
Nach beispielsweise 120 Sekunden ist die Speicherkapazität des
Wärmespeicherkörpers 114 soweit erschöpft, dass das
Verbrennungsunterstützungsgas nicht mehr ausreichend vorgewärmt werden kann.
Die Schaltelemente oder Klappen 1 12, 122 werden umgeschaltet, so dass die
Verbrennungsluft nunmehr dem Brenner 120 zugeführt und dabei der Brenner 120 und die zugeordneten Leitungen gespült werden, das heißt das Verbrennungsabgas aus diesen Leitungen verdrängt wird. Während der Umschalt- und Spülphase, die beispielsweise zwischen 5 und 10 Sekunden dauert, sind beide Brenner 1 10, 120 nicht in Betrieb.
Nach dem Spülen wird der dem Brenner 120 zugeführten Verbrennungsluft über die Lanze 162 Sauerstoff zugemischt, das Gemisch, wie oben im Zusammenhang mit dem Brenner 1 10 beschrieben, im Regenerator 124 erwärmt und der Brenner 120 wird gezündet. Der Brenner 120 wird nunmehr im ersten Betriebsmodus betrieben, während der Brenner 1 10 im zweiten Betriebsmodus betrieben wird. Es ist auch denkbar, dass durch die Eindüsung von Sauerstoff die Spülzeit verringert und der Brenner schneller wieder gestartet werden kann.
Nach einem vorgegebenen Zeitintervall von beispielsweise 120 s nach dem oben beschriebenen Wechsel der Betriebsmodi wird erneut ein Wechsel der Betriebsmodi durchgeführt.
Beispiel 1 (Verqleichsbeispiel):
Der Brenner 1 10 mit einer Leistung von 1 MW wird mit Erdgas und Verbrennungsluft betrieben. Die Verbrennungsluftmenge beträgt ca. 1000 NM3/h und die Verbrennungsluft wird im Regenerator 114 auf etwa 950 °C vorgewärmt. Während der Luftvorwärmung sinkt die Temperatur der vorgewärmten Verbrennungsluft auf etwa 800 °C ab. Dann wird der Brenner 1 10 von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus umgeschaltet. Umgekehrt wird der Brenner 120 von dem zweiten Betriebsmodus in den ersten Betriebsmodus umgeschaltet. Die Betriebszeit des Brenners 1 10 im ersten Betriebsmodus soll 40 Sekunden betragen. Nach dem Umschalten muss der Brenner 120 für 10 Sekunden gespült werden, bevor er in Betrieb gehen kann. Die Brenner 1 10, 120 werden zum Schmelzen von reinem Aluminium eingesetzt. Die Schmelzleistung der Brenner 110, 120 beträgt ca. 1 ,9 t/h.
Beispiel 2 (Erfindung):
Demselben Brenner 110 wird anstelle von Verbrennungsluft mit Sauerstoff angereicherte Verbrennungsluft zugeführt. Die zugeführte Sauerstoffmenge beträgt 50 Nm3/h. Die Verbrennungsluftmenge wird entsprechend auf 750 Nm3/h reduziert. Den Brennern 110, 120 wird also weiterhin absolut dieselbe Sauerstoff menge von etwa 200 Nm3/h zugeführt, die Stickstoffmenge verringert sich aber aufgrund der
Sauerstoffanreicherung. Die sauerstoffangereicherte Verbrennungsluft wird wiederum im Regenerator 1 14 auf etwa 950 °C vorgewärmt. Während der Luftvorwärmung sinkt die Temperatur der vorgewärmten Verbrennungsluft auf etwa 825 °C ab, bevor auf den anderen Betriebsmodus umgeschaltet wird. Die Betriebszeit des Brenners 1 10 verlängert sich bei der erfindungsgemäßen Fahrweise auf 50 Sekunden. Die
Schmelzleistung der beiden Brenner 110, 120 erhöht sich auf 2,1 t/h Aluminium.
Das Beispiel zeigt, dass mit einer Zugabe von 5% Sauerstoff (50 Nm3/h zusätzlicher Sauerstoff bezogen auf die ursprüngliche Luftmenge von 1000 Nm3/h) die
Schmelzleistung um ca. 10% gesteigert werden kann. Dies liegt an der längeren Brennerbetriebszeit, der effizienteren Vorwärmung der Verbrennungsluft bzw. der mit Sauerstoff angereicherten Verbrennungsluft und den geringeren Abgasverl usten.
Die Erfindung und deren Vorteile wurden anhand eines feststehenden
Regeneratorbrennersystems näher erläutert, da die Erfindung hier besonders vorteilhaft ist. Dem Fachmann ist aber klar, dass das Verfahren ebenso bei kontinuierlich betriebenen oder beweglichen Regeneratoren, beispielsweise
Drehbettregeneratoren, eingesetzt werden kann. Der wesentliche Unterschied zwischen feststehenden und beweglichen Regeneratoren liegt darin, dass bei beweglichen Regeneratoren keine Umschaltung erfolgt. Die Vorteile der Erfindung werden dadurch etwas geringer. Eine Leistungssteigerung ist aber ebenfalls möglich.
Bezuqszeichenliste
100 Regenerativbrennersystem
101 Brennkammer
0 Regenerativbrenner
1 1 1 Gasleitung
1 12 Klappe, Schaltelement
1 14 Wärmespeicherkörper
120 Regenerativbrenner
121 Gasleitung
122 Klappe, Schaltelement
124 Wärmespeicherkörper
130 Gaszufuhr
131 Luft, Verbrennungsunterstutzungsgas 132 Erdgas, Brennstoff
140 Gasabfuhr
141 Verbrennungsabgas
150 Recheneinheit
160 Zusatzgaszufuhr
161 Sauerstofflanze
162 Sauerstofflanze
170 Brennstoffleitung, Brennstofflanze 180 Brennstoffleitung, Brennstofflanze

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Betreiben eines Regenerativbrennersystems mit mindestens einem Brenner, der einen Regenerator mit einem Wärmespeicherkörper umfasst, wobei der Regenerator abwechselnd in einem ersten und einem zweiten Betriebsmodus betrieben wird, wobei in dem ersten Betriebsmodus ein Brennstoff mit einem
Verbrennungsunterstützungsgas, welches Verbrennungsluft umfasst und welches zumindest teilweise über den Regenerator zugeführt wird, unter Erhalt eines Verbrennungsabgases in einer Brennkammer verbrannt wird, und in dem zweiten Betriebsmodus das Verbrennungsabgas über den Regenerator aus der
Brennkammer ausgeleitet wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
im ersten Betriebsmodus als Verbrennungsunterstützungsgas mit Sauerstoff angereicherte Verbrennungsluft verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das
Regenerativbrennersystem ein feststehendes Regenerativbrennersystem mit mindestens zwei Brennern ist, die jeweils einen Regenerator mit einem
Wärmespeicherkörper umfassen.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Betriebsmodus der Sauerstoff stromaufwärts des Regenerators der Verbrennungsluft zugespeist wird.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Betriebsmodus der Sauerstoff stromabwärts des Regenerators der
Verbrennungsluft zugespeist wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoff in die Brennkammer eingedüst wird.
6. Verfahren nach Anspruch einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Sauerstoff stromaufwärts und/oder stromabwärts des Regenerators und/oder in die Brennkammer eingedüst wird.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbrennungsunterstützungsgas einen Sauerstoffanteil zwischen 22 Vol- % und 35 Vol-%, vorzugsweise zwischen 25 Vol-% und 30 Vol-%, aufweist. .
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenner in einem Zeitabstand von 30 s bis 300 s, vorzugsweise 30 s bis 180 s, zwischen dem ersten Betriebsmodus und dem zweiten Betriebsmodus umgeschaltet werden.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Regenerativbrennersystem zur Beheizung eines Industrieofens zum Einschmelzen oder Erwärmen von Metall, insbesondere Aluminium, eingesetzt wird.
10. Regenerativbrennersystem zur Beheizung einer Brennkammer mit mindestens einem Brenner, der eine Brennstoffzuführung, eine Zuführung für ein
Verbrennungsunterstützungsgas sowie einen Regenerator aufweist, wobei der Regenerator einen Einlass und einen Auslass aufweist und die Zuführung für das Verbrennungsunterstützungsgas in den Regenerator mündet und wobei eine Strömungsverbindung zwischen dem Auslass des Regenerators und der
Brennkammer vorgesehen ist, und wobei in dem Regenerator ein
Wärmespeicherkörper vorgesehen ist.,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Sauerstoffzuführung zum Zuspeisen von Sauerstoff in die Zuführung für das Verbrennungsunterstützungsgas, in den Einlass des Regenerators, in die
Strömungsverbindung zwischen dem Auslass des Regenerators und der
Brennkammer und/oder in die Brennkammer vorgesehen ist.
1 1 . Regenerativbrenner nach Anspruch 10, wobei die Sauerstoffzuführung wenigstens eine Sauerstofflanze umfasst.
PCT/EP2017/025047 2016-03-31 2017-03-13 Verfahren zum betreiben eines regenerativbrennersystems und regenerativbrennersystem Ceased WO2017167454A1 (de)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016003930.2 2016-03-31
DE102016003930.2A DE102016003930A1 (de) 2016-03-31 2016-03-31 Verfahren zum Betreiben eines Regenerativbrennersystems und Regenerativbrennersystem
EP16001483.3 2016-07-05
EP16001483 2016-07-05

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017167454A1 true WO2017167454A1 (de) 2017-10-05

Family

ID=58277243

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2017/025047 Ceased WO2017167454A1 (de) 2016-03-31 2017-03-13 Verfahren zum betreiben eines regenerativbrennersystems und regenerativbrennersystem

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2017167454A1 (de)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11264667A (ja) * 1998-03-18 1999-09-28 Toho Gas Co Ltd 回転式溶解炉用の蓄熱式バーナシステム
US6047565A (en) * 1996-07-11 2000-04-11 Saint Gobain Vitrage Method and device for reducing the NOx emission in a glass furnace
EP1058056A1 (de) * 1999-06-01 2000-12-06 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Vorrichtung zur Sauerstoffanreicherung für Glasschmelzofen
EP2071236A2 (de) * 2007-12-10 2009-06-17 Aga Ab Verfahren für einen Brenner und Brennervorrichtung

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6047565A (en) * 1996-07-11 2000-04-11 Saint Gobain Vitrage Method and device for reducing the NOx emission in a glass furnace
JPH11264667A (ja) * 1998-03-18 1999-09-28 Toho Gas Co Ltd 回転式溶解炉用の蓄熱式バーナシステム
EP1058056A1 (de) * 1999-06-01 2000-12-06 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Vorrichtung zur Sauerstoffanreicherung für Glasschmelzofen
EP2071236A2 (de) * 2007-12-10 2009-06-17 Aga Ab Verfahren für einen Brenner und Brennervorrichtung

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60123707T2 (de) Lufttrennungsverfahren und -system zur Sauerstoffproduktion zur Verbrennungsunterstützung in einer Wärmeverbrauchsvorrichtung
DE69601411T2 (de) Verfahren zum Erhitzen der Charge eines Glasschmelzofens
EP1219800B1 (de) Gasturbinenzyklus
EP2694878B1 (de) Gasturbogruppe und zugehöriges betriebsverfahren
DE60024370T2 (de) Verfahren zum Zusatzerhitzen eines Glasschmelzofens mit einem im Gewölbe montierten Sauerstoff-Brennstoff-Brenner
DE69904515T2 (de) Verfahren zur regenerativen Vorwärmung von Sauerstoff für Sauerstoff-Brennstoff beheizte Öfen
EP2501462B1 (de) Verfahren zur reduzierung von stickoxiden aus dem abgas eines koksofens
DE3503103A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur waermerueckgewinnung
DE102018201172A1 (de) Verbrennungsanlage mit Restwärmenutzung
DE2648801A1 (de) Anlage zur herstellung von zement im trockenverfahren
EP3681977B1 (de) Koksofenvorrichtung mit umströmtem kreisstrompfad zum herstellen von koks und verfahren zum betreiben der koksofenvorrichtung sowie steuerungseinrichtung und verwendung
DE102016003930A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Regenerativbrennersystems und Regenerativbrennersystem
DE69708965T2 (de) Verfahren zur Reparatur eines Glasschmelzofens mit Hilfe eines mit Sauerstoff befeuerten Zusatzbrenners
DE3225140A1 (de) Verfahren zum betreiben eines mit einer wirbelschichtfeuerung ausgeruesteten dampfkraftwerkes, insbesondere heizkraftwerkes
EP0225864A1 (de) Verfahren zum Trennen von Gasgemischen, sowie Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
EP4110740B1 (de) Verfahren zum brennen von karbonhaltigem material in einem ggr-schachtofen
EP1255073B1 (de) Verfahren zur Verwertung von Abwärme aus der Roheisenproduktion in Drehherdöfen
DE2600254C3 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Brennen von kleinkörnigem Brenngut in Schachtofen
WO2013034541A1 (de) Verfahren zum betrieb eines regenerativ beheizten industrieofens und regenerativ geheizter industrieofen
BE1031971B1 (de) Ein wasserstoffheizsystem
EP3722671B1 (de) Verfahren zur kontinuierlichen befeuerung von brennkammern mit wenigstens drei regenerativbrennern
EP3650753B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur flammenlosen stufenverbrennung
LU101654B1 (de) Verfahren zum Brennen von karbonhaltigem Material in einem GGR-Schachtofen
DE952589C (de) Verfahren und Ofen zum Verbrennen von Schwarzlauge oder Schwarzlaugenkoks
DE102010021071A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Schmelzen von Glas

Legal Events

Date Code Title Description
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17710662

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17710662

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1