DE69702950T2 - Method and plant for reducing by means of re-combustion of the nitrogen oxides in exhaust gases from a primary combustion in an oven - Google Patents
Method and plant for reducing by means of re-combustion of the nitrogen oxides in exhaust gases from a primary combustion in an ovenInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reduzieren mittels Wiederverbrennung der Stickoxide in Abgasen einer Primärverbrennung in einem Ofen sowie eine Anlage für die Umsetzung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for reducing by re-combustion the nitrogen oxides in exhaust gases from a primary combustion in a furnace and to a plant for implementing this method.
Es ist bekannt, daß die Verbrennung von Brennstoffen jeder Art die Ursache für das Entstehen von Stickoxiden durch Reaktion mit der Luft je nach Typ des Brennstoffs und der Verbrennungsbedingungen in mehr oder weniger großen Mengen ist. Diese in die Atmosphäre abgegebenen Stickoxide sind die Ursache verschiedener Umweltverschmutzungen. Sie tragen insbesondere zur Bildung des sauren Regens bei. Im übrigen produzieren sie in Verbindung mit Kohlenmonoxid und den in der Atmosphäre vorhandenen flüchtigen organischen Bestandteilen troposphärisches Ozon, das die Ursache für die Erhöhung von Atemwegskrankheiten (Asthma, Atemnot, usw.) ist.It is known that the combustion of any type of fuel causes the formation of nitrogen oxides by reaction with the air, in greater or lesser quantities depending on the type of fuel and the combustion conditions. These nitrogen oxides released into the atmosphere are the cause of various types of pollution. In particular, they contribute to the formation of acid rain. Moreover, in combination with carbon monoxide and the volatile organic compounds present in the atmosphere, they produce tropospheric ozone, which is the cause of the increase in respiratory diseases (asthma, dyspnea, etc.).
Daher ist es wichtig, diese Stickoxide zu vermindern oder zu eliminieren.It is therefore important to reduce or eliminate these nitrogen oxides.
Zu diesem Zweck ist ein sogenanntes Verfahren zum Wiederverbrennen oder Reduktions-Überverbrennen bekannt.For this purpose, a process called reburning or reduction overburning is known.
Dieses Verfahren besteht in der Zufuhr eines Kohlenwasserstoffs gemäß sehr präzisen Betriebsbedingungen niederdruckseitig von einer ersten Verbrennung, bei der die Stickoxide produziert werden. Die Zufuhr dieses Kohlenwasserstoffs verfolgt den Zweck, eine Reduktionsatmosphäre zu schaffen, die, wenn die Temperatur ausreichend hoch ist (im allgemeinen über 1.000ºC), das Brechen der Kohlenwasserstoffkomponenten und die Produktion von Radikalen (CHº, Hº, usw.) zur Folge hat, die sich mit dem Stickmonoxid und den anderen aus der Hauptverbrennung (erste Verbrennung) stammenden Vorstufen der Stickoxide durch komplexe chemische Transformationen verbinden, um molekularen Stickstoff und Sauerstoff zu bilden. Die Zone, in der die Zufuhr dieses Kohlenwasserstoffs ausgeführt wird, wird Wiederverbrennungszone oder Reduktions- Überverbrennungszone genannt.This process consists in feeding a hydrocarbon under very precise operating conditions on the low pressure side of a first combustion during which the nitrogen oxides are produced. The purpose of feeding this hydrocarbon is to create a reducing atmosphere which, when the temperature is sufficiently high (generally above 1,000ºC), causes the hydrocarbon components to break down and produce radicals (CHº, Hº, etc.) which combine with the nitrogen monoxide and the other nitrogen oxide precursors coming from the main combustion (first combustion) through complex chemical transformations to produce molecular nitrogen and to form oxygen. The zone in which the supply of this hydrocarbon is carried out is called the reburning zone or reduction-overburning zone.
Die in der Reduktions-Überverbrennungszone gebildeten unverbrannten Stoffe werden anschließend in einer dritten Stufe, einer sogenannte Nachverbrennungsstufe, oxidiert. Der Kohlenwasserstoff, der die zur Zerstörung der Stickoxide notwendigen Radikale liefert, wird somit gleichzeitig als Reaktionswirkstoff zum Umweltschutz und als Energie genutzt.The unburned substances formed in the reduction over-combustion zone are then oxidized in a third stage, a so-called afterburning stage. The hydrocarbon, which provides the radicals necessary to destroy the nitrogen oxides, is thus used simultaneously as a reaction agent for environmental protection and as energy.
Das Verfahren zur Wiederverbrennung umfaßt daher drei Stufen:The re-combustion process therefore comprises three stages:
- eine erste Stufe, die sogenannte Hauptverbrennung oder Primärverbrennung, die in einer ersten Zone eines Verbrennungsofen, der sogenannten Hauptverbrennungszone oder Primärverbrennungszone, ausgeführt wird. Diese Stufe entspricht der Verbrennungsstufe des Brennmaterials im eigentlichen Sinne, die Stufe, bei der sich die Stickoxide bilden und in den Rauch eingeleitet werden;- a first stage, known as main combustion or primary combustion, which is carried out in a first zone of an incinerator, known as the main combustion zone or primary combustion zone. This stage corresponds to the combustion stage of the fuel in the strict sense, the stage during which the nitrogen oxides are formed and introduced into the smoke;
- eine zweite Stufe, die sogenannte Wiederverbrennung oder Reduktions-Überverbrennung, die in einer zweiten Zone, der sogenannten Wiederverbrennungszone oder der Reduktions-Überverbrennungszone, des Brennofens selbst ausgeführt wird.- a second stage, called re-combustion or reduction-overcombustion, which is carried out in a second zone, called re-combustion zone or reduction-overcombustion zone, of the kiln itself.
In dieser Stufe wird ein Brennstoff, ein sogenannter sekundärer Brennstoff, in die Wiederverbrennungszone eingeführt, um die inndem aus der Hauptverbrennung stammenden Abgasen enthaltenen Stickoxide zu reduzieren; undIn this stage, a fuel, called a secondary fuel, is introduced into the reburning zone to reduce the nitrogen oxides contained in the exhaust gases from the main combustion; and
- eine dritte Stufe, eine sogenannte Nachverbrennungsstufe, die in einer dritten Zone des Brennofens niederdruckseitig von der Wiederverbrennungszone ausgeführt wird und darin besteht, die Luft in dieser dritten Zone zum Abschluß der Verbrennung einzuführen.- a third stage, called post-combustion stage, which is carried out in a third zone of the kiln, on the low-pressure side of the re-combustion zone, and consists in introducing air into this third zone to complete combustion.
Die Wirksamkeit eines Verfahrens zum Wiederverbrennen hängt von zahlreichen Faktoren ab, wie zum Beispiel der Temperatur, der Verweildauer in der Wiederverbrennungszone, der Art und der Weise des Zuführens des Kohlenwasserstoffs, der zugeführten Menge Kohlenwasserstoff, des Anfangsniveaus des Stickoxids, usw.The effectiveness of a reburning process depends on numerous factors such as temperature, residence time in the reburning zone, the type and method of feeding the hydrocarbon, the amount of hydrocarbon fed, the initial level of nitrogen oxide, etc.
Das oben beschriebene Verfahren zur Wiederverbrennung der Vorveröffentlichung erlaubt jedoch nur die Erreichung eines Wirksamkeitsgrades der Reduktion der Stickoxide in der Größenordnung von 50 bis 60%. Der Wirksamkeitsgrad der Reduktion der Stickoxide entspricht dem Verhältnis der Zahl der von der Wiederverbrennung zerstörten Stickstoffoxidmole I Zahl der Stickstoffoxidmole vor der Wiederverbrennung.However, the above-described re-combustion process of the previous publication only allows the achievement of an efficiency of nitrogen oxide reduction in the order of 50 to 60%. The efficiency of nitrogen oxide reduction corresponds to the ratio of the number of nitrogen oxide moles destroyed by recombustion to the number of nitrogen oxide moles before recombustion.
Die theoretischen Kinetikstudien zeigen jedoch, daß, wenn die in die Wiederverbrennungszone eingeführte Brennstoffmischung und die aus der Hauptverbrennungszone stammende Abgase vollständig homogen sind, man eine Wirksamkeit der Reduktion der Stickoxide von beinahe 90% erreichen kann.However, theoretical kinetic studies show that if the fuel mixture introduced into the reburning zone and the exhaust gases coming from the main combustion zone are completely homogeneous, a nitrogen oxide reduction efficiency of almost 90% can be achieved.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die vorgenannten Nachteile zu beheben und die Gewährleistung einer besseren Durchdringung und Verteilung des Brennstoffs in der Wiederverbrennungszone zu erlauben und somit einen zufriedenstellenden Wirksamkeitsgrad der Stickoxide zu erhalten, selbst wenn die Abmessungen des Ofens wie beim Verfahren der Vorveröffentlichung keine gute Mischung des Brennstoffs und des Rauchs erlauben.The aim of the present invention is to remedy the above-mentioned drawbacks and to ensure better penetration and distribution of the fuel in the reburning zone and thus to obtain a satisfactory level of efficiency of the nitrogen oxides, even if the dimensions of the furnace do not allow good mixing of the fuel and the smoke, as in the process of the prior publication.
Diese Aufgabe wird durch die Erfindung erreicht, die ein Verfahren zum Reduzieren von Stickoxiden in Abgasen einer Primärverbrennung in einem Ofen durch Wiederverbrennung besagter Abgase darbietet, gekennzeichnet durch ein Zuführen eines Brennstoffs in die Wiederverbrennungszone besagten Ofens gemäß wenigstens zwei zugeordneten Strahlen mit einem jeweils relativ hohen und einem relativ niedrigen Druck, derart, daß der Strahl mit dem hohen Druck einen Teil des mit niedrigem Druck zugeführten Brennstoffs mitnimmt.This object is achieved by the invention which provides a method for reducing nitrogen oxides in exhaust gases from a primary combustion in a furnace by reburning said exhaust gases, characterized by feeding a fuel into the reburning zone of said furnace according to at least two associated jets with a respectively relatively high and a relatively low pressure, such that the jet with the high pressure entrains a part of the fuel fed at low pressure.
Genauer gesagt ist in diesem Verfahren der Strahl des Brennstoffs mit niedrigem Druck außen am Strahl des Brennstoffs mit höherem Druck konzentrisch.More specifically, in this process the jet of low pressure fuel is concentric on the outside of the jet of higher pressure fuel.
Erfindungsgemäß ist der Brennstoff bevorzugt ein Gas mit einem Druck, der bei dem Strahl mit niedrigem Druck zwischen einigen Millibar und einigen hundert Millibar inbegriffen und bei dem Strahl mit hohem Druck zwischen einigen hundert Millibar und einigen Bar inbegriffen ist.According to the invention, the fuel is preferably a gas with a pressure which, for the low-pressure jet, is between a few millibars and a few hundred millibars and for the high-pressure jet, is between a few hundred millibars and a few bars.
Der Druck und die Durchsätze des Gases der zwei besagten Strahlen werden erfindungsgemäß ebenfalls derart gesteuert, daß sie sich den Dimensionen der Wiederverbrennungszone und den Merkmalen der Abgabe anpassen.The pressure and the gas flow rates of the two jets are also controlled according to the invention so as to adapt to the dimensions of the recombustion zone and the characteristics of the discharge.
Weiterhin ist die Wiederverbrennungszone des Ofens akustischen Wellen unterworfen.Furthermore, the recombustion zone of the furnace is subjected to acoustic waves.
Die besagten akustischen Wellen haben bevorzugt eine Frequenz von ungefähr unter 20 Hz.The acoustic waves in question preferably have a frequency of approximately less than 20 Hz.
Die Erfindung bietet ebenfalls eine Einrichtung für die Umsetzung des oben beschriebenen Verfahrens dar, umfassend einen Ofen, der mit einer primären Verbrennungszone ausgerüstet ist, die durch einen Hauptbrennstoff gespeist wird und von einer Wiederverbrennungszone gefolgt wird, die durch einen sekundären Brennstoff gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Wiederverbrennungszone mit wenigstens zwei Eingängen des sekundären Brennstoffs mit jeweils einem relativ hohen und einem relativ niedrigen Druck versehen ist.The invention also provides an installation for implementing the process described above, comprising a furnace equipped with a primary combustion zone fed by a main fuel and followed by a recombustion zone fed by a secondary fuel, characterized in that said recombustion zone is provided with at least two secondary fuel inlets each at a relatively high and a relatively low pressure.
Genauer ausgedrückt, sind die zwei besagten Eingänge koaxial.To be more precise, the two inputs in question are coaxial.
Die zwei besagten Eingänge sind erfindungsgemäß jeweils mit einem Steuerapparat für den Durchsatz und den Druck des sekundären die besagten zwei Strahlen bildenden Brennstoffs versehen.According to the invention, the two said inlets are each provided with a control device for the flow rate and the pressure of the secondary fuel forming the said two jets.
Weiterhin hat die erfindungsgemäße Einrichtung einen Generator für akustische Wellen, der auf der Wand des Ofens derart angebracht ist, daß die Mischung in der Wiederverbrennungszone homogenisiert werden kann.Furthermore, the device according to the invention has a generator for acoustic waves which is mounted on the wall of the furnace in such a way that the mixture in the reburning zone can be homogenized.
Die Erfindung wird besser verstanden, und weitere Aufgaben, Merkmale, Einzelheiten und Vorteile derselben werden im Verlauf der erläuternden nachstehenden Beschreibung klarer ersichtlich, die unter Bezugnahme auf die einzige beigefügte Zeichnung gegeben werden, die eine bevorzugte Ausbildungsart eines Ofens darstellt, in dem man alle oben beschriebenen Operationen - Hauptverbrennung, Wiederverbrennung und Nachverbrennung - ausführt.The invention will be better understood and further objects, features, details and advantages thereof will become more apparent in the course of the explanatory description given below with reference to the single accompanying drawing which shows a preferred embodiment of a furnace in which all the above-described operations - main combustion, re-combustion and after-combustion - are carried out.
Eines der bei der Umsetzung des Verfahrens zur Wiederverbrennung aus der Veröffentlichung angetroffenen Probleme liegt in der Mischung des Brennstoffs (Erdgas oder jedes anderen verwendeten Kohlenwasserstoffs) mit den Abgasen, die die aus der Verbrennungszone stammenden Stickoxide enthalten und in die Wiederverbrennungszone gelangen. Eine gute Homogenisierung des Brennstoffs und der Abgase in der Wiederverbrennungszone ist nämlich im Hinblick auf die Temperatur und den Masseaustausch unerläßlich. Wenn es nämlich Entleerungszonen gibt, in denen die Radikale (CHº, usw.) nicht produziert und verbreitet werden, wird in diesen Zone keinerlei Zerstörung der Stickoxide stattfinden.One of the problems encountered in implementing the recombustion process described in the publication is the mixing of the fuel (natural gas or any other hydrocarbon used) with the exhaust gases containing nitrogen oxides from the combustion zone and entering the recombustion zone. A good homogenization of the fuel and the exhaust gases in the recombustion zone is in fact essential in terms of temperature and mass transfer. In fact, if there are emptying zones in which in which the radicals (CHº, etc.) are not produced and spread, no destruction of nitrogen oxides will take place in these zones.
Ebenso muß die Temperatur an allen Stellen der Mischung ausreichend sein, um die Radikale zu brechen, die mit den Stickoxiden reagieren, um molekularen Stickstoff und Sauerstoff zu ergeben.Likewise, the temperature at all points in the mixture must be sufficient to break the radicals that react with the nitrogen oxides to produce molecular nitrogen and oxygen.
Im übrigen ist es entscheidend, daß der eingesetzte Kohlenwasserstoff so schnell wie möglich verteilt und gebrochen wird. Geschieht das nicht, wird der (brennbare) Kohlenwasserstoff mit dem Restsauerstoff des aus der Hauptverbrennung stammenden Rauchs brennen und Stickoxide produzieren, was dem gewünschten Ziel zuwiderläuft.Furthermore, it is crucial that the hydrocarbon used is dispersed and broken down as quickly as possible. If this is not done, the (combustible) hydrocarbon will burn with the residual oxygen in the smoke from the main combustion and produce nitrogen oxides, which runs counter to the desired objective.
Die Homogenisierung der Mischung ist umso schwieriger zu erreichen, als die Abmessungen des Ofens groß sind und das Volumen des zugeführten Brennstoffs nur ungefähr 1% des Volumens der Abgase des Hauptbrennstoffs darstellt.The homogenization of the mixture is all the more difficult to achieve as the dimensions of the furnace are large and the volume of fuel supplied represents only approximately 1% of the volume of the exhaust gases of the main fuel.
Darüber hinaus wird die Homogenisierung des Brennstoffs und der Abgase oft durch die Verweildauer der Mischung Brennstoff - Abgase in der Wiederverbrennungszone beschränkt. Diese Verweildauer wird nämlich durch die Abmessungen des Ofens beschränkt, die in den meisten Fällen in der Höhe begrenzt sind.In addition, the homogenization of the fuel and the exhaust gases is often limited by the residence time of the fuel-exhaust gas mixture in the recombustion zone. This residence time is limited by the dimensions of the furnace, which in most cases are limited in height.
Ein Verbrennungsofen zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Reduzieren von Stickoxiden wird in Fig. 1 beispielhaft dargestellt. Dieser Ofen umfaßt die drei zuvor genannten Verbrennungszonen, das heißt eine erste Zone A zur Hauptverbrennung, eine zweite Zone B zur Wiederverbrennung und eine dritte Zone C zur Nachverbrennung. Oberhalb der Nachverbrennungszone gibt es eine Zone D zum Abkühlen der Gase.A combustion furnace for implementing the method according to the invention for reducing nitrogen oxides is shown as an example in Fig. 1. This furnace comprises the three combustion zones mentioned above, i.e. a first zone A for main combustion, a second zone B for re-combustion and a third zone C for post-combustion. Above the post-combustion zone there is a zone D for cooling the gases.
Die Hauptverbrennungszone A umfaßt Speisungsöffnungen 3 einer Mischung aus einem sogenannten primären Brennstoff und Luft. Der primäre Brennstoff kann von jeder Art sein: Kohle, Heizöl, Müll, Holz, Erdgas, usw..The main combustion zone A comprises feed openings 3 of a mixture of a so-called primary fuel and air. The primary fuel can be of any type: coal, fuel oil, garbage, wood, natural gas, etc.
Der in der Erfindung bevorzugte primäre Brennstoff ist Erdgas.The preferred primary fuel in the invention is natural gas.
Der Belüftungsgrad dieser Hauptverbrennungszone, das heißt, das Verhältnis des realen Luftvolumens der Verbrennung zur theoretischen Verbrennungsluft (stöchiometrische Verbrennung) variiert im allgemeinen in einem Intervall zwischen 1,05 und 1,1.The ventilation level of this main combustion zone, i.e. the ratio of the actual combustion air volume to the theoretical combustion air (stoichiometric combustion) generally varies in an interval between 1.05 and 1.1.
Die in dem aus dieser Primärverbrennung stammenden Abgase enthaltenen Stickoxide werden anschließend in der Wiederverbrennungszone B oder der Reduktions-Überverbrennungszone reduziert. Das Reduzieren der Stickoxide wird mittels des Zuführens eines Brennstoffs, eines sogenannten sekundären Brennstoffs, durch in Fig. 1 mit der Referenz 2 markierten Speisung realisiert. Der sekundäre Brennstoff wird bevorzugt durch den Eingang 2 in einem Volumen zugeführt, das 10 bis 20% des Volumens des primären Brennstoffs darstellt, um einen Belüftungsgrad von annähernd 0,9 in der Zone B zu erreichen.The nitrogen oxides contained in the exhaust gases from this primary combustion are then reduced in the reburning zone B or the reduction-overburning zone. The reduction of the nitrogen oxides is achieved by introducing a fuel, a so-called secondary fuel, through the feed indicated in Fig. 1 with the reference 2. The secondary fuel is preferably introduced through the inlet 2 in a volume representing 10 to 20% of the volume of the primary fuel in order to achieve an aeration level of approximately 0.9 in the zone B.
Auf diese Weise wird die gewünschte Reduktionsatmosphäre (unter Sauerstoffmangel) in der Wiederverbrennungszone geschaffen.In this way, the desired reduction atmosphere (under oxygen deficiency) is created in the recombustion zone.
Der für die Wiederverbrennung verwendete in die Reduktionszone B zugeführte sekundäre Brennstoff kann wie der primäre Brennstoff von jeder Art sein: Kohle, Heizöl, Müll, Holz, Erdgas, usw.. Erfindungsgemäß wird jedoch Erdgas bevorzugt eingesetzt.The secondary fuel used for recombustion fed into the reduction zone B can, like the primary fuel, be of any type: coal, fuel oil, garbage, wood, natural gas, etc. However, according to the invention, natural gas is preferably used.
Die als Nachverbrennungsstufe bezeichnete Oxidationsstufe der unverbrannten Stoffe wird anschließend durchgeführt.The oxidation stage of the unburned substances, known as the post-combustion stage, is then carried out.
Die Nachverbrennungsstufe wird mittels der Einführung von Luft durch den in Fig. 1 mit 1 markierten Eingang zum Abschluß der Verbrennung realisiert.The post-combustion stage is realized by introducing air through the inlet marked 1 in Fig. 1 to complete the combustion.
Um wirksam zu sein, muß das Zuführen des sekundären Brennstoffs, bevorzugt Erdgas, in der Wiederverbrennungszone B in einer zwischen 1.100 und 1.500ºC inbegriffenen Temperaturzone erfolgen und muß mit einem Durchsatz und einem Druck realisiert werden, die einer ausreichenden Verweildauer in der Wiederverbrennungszone entsprechen, um eine zufriedenstellende Homogenisierung der Mischungen Brennstoff - Abgase zu erlauben, sowie um die Reduktionsreaktionen zu ermöglichen. Die Verweildauer muß gemäß den Betriebsbedingungen im allgemeinen in der Größenordnung zwischen 0,5 und 1 Sekunden sein.To be effective, the secondary fuel, preferably natural gas, must be introduced into the reburning zone B in a temperature zone between 1,100 and 1,500ºC and must be provided at a flow rate and pressure corresponding to a sufficient residence time in the reburning zone to allow a satisfactory homogenization of the fuel-flue gas mixtures and to enable the reduction reactions to take place. The residence time must generally be of the order of between 0.5 and 1 second, depending on the operating conditions.
Die in der Wiederverbrennungszone B zur Wiederverbrennungsstufe verwendete Reduktionstemperatur kann auf ungefähr 1.000ºC abgesenkt werden, dann jedoch muß die Verweildauer verlängert werden.The reduction temperature used in reburning zone B for the reburning stage can be lowered to about 1,000ºC, but then the residence time must be increased.
Wenn die Erhöhung der Temperatur die Wirksamkeit bei der Zerstörung der Vorstufen des Stickoxide in der Wiederverbrennungszone erhöht, besteht dennoch in diesem Falle ab einer gewissen Temperatur die Gefahr der Produktion von Stickoxiden bei der Luftzufuhr in der Nachverbrennungszone.If the increase in temperature increases the effectiveness in destroying the precursors of nitrogen oxides in the reburning zone, However, in this case, above a certain temperature, there is a risk of nitrogen oxides being produced when the air is supplied to the afterburning zone.
Daher muß ein Gleichgewicht zwischen den Parametern Verweildauer - Temperatur gefunden werden, um eine zufriedenstellende Homogenisierung zwischen dem in der Wiederverbrennungszone B verwendeten sekundären Brennstoff und den aus der die zu reduzierenden Stickoxide enthaltenden primären Verbrennungszone A oder Hauptverbrennungszone stammenden Abgasen zu erreichen.Therefore, a balance must be found between the residence time - temperature parameters in order to achieve a satisfactory homogenization between the secondary fuel used in the recombustion zone B and the exhaust gases coming from the primary combustion zone A or main combustion zone containing the nitrogen oxides to be reduced.
Der sekundäre Brennstoff verhält sich nämlich wie ein Strahl in einem querverlaufenden Fluß, und die Homogenisierung einer Mischung aus einem Strahl (sekundärer Brennsfoff) und einem querverlaufenden Fluß (aus der primären Verbrennung stammender Rauch) ist umso schwierigeren antagonistischen Belastungen unterworfen, als der Volumendurchsatz des Strahls auf der Wand des Ofens im Vergleich zum querverlaufenden Hauptfluß schwach ist.The secondary fuel behaves as a jet in a transverse flow, and the homogenization of a mixture of a jet (secondary fuel) and a transverse flow (smoke from primary combustion) is subject to antagonistic stresses that are all the more difficult since the volumetric flow of the jet on the wall of the furnace is low compared to the main transverse flow.
Dies ist der Fall im Wiederverbrennungsverfahren, in dem das Volumen des zugeführten Brennstoffs, bevorzugt Erdgas, 1% des Abgasdurchsatzes und manchmal weniger repräsentiert.This is the case in the recombustion process, where the volume of fuel supplied, preferably natural gas, represents 1% of the exhaust gas flow and sometimes less.
Um die Homogenisierung zu verbessern, besteht die vorliegende Erfindung in dem Zuführen des sekundären Brennstoffs, bevorzugt Erdgas, mittels eines Systems mit mehreren Antrieben. In der in Fig. 1 dargestellten Installation wird der sekundäre Brennstoff ganz besonders durch ein System mit doppeltem Antrieb in der Wiederverbrennungszone zugeführt.In order to improve homogenization, the present invention consists in feeding the secondary fuel, preferably natural gas, by means of a multi-drive system. In the installation shown in Fig. 1, the secondary fuel is fed in particular by means of a double drive system in the reburning zone.
Das erfindungsgemäße Zuführen mit doppeltem Antrieb besitzt zwei Kreisläufe 2, 2' zur Gasversorgung, einen Versorgungskreislauf mit niedrigem Druck 2, der durch jedes geeignete, in Fig. 1 mit 4 markierte Mittel eingestellt und kontrolliert wird, und einen Gasversorgungskreislauf mit hohem Druck 2', der durch jedes geeignete, in Fig. 1 mit 5 markierte Mittel eingestellt und kontrolliert wird.The double drive feeder according to the invention has two gas supply circuits 2, 2', a low pressure supply circuit 2, which is adjusted and controlled by any suitable means marked 4 in Fig. 1, and a high pressure gas supply circuit 2', which is adjusted and controlled by any suitable means marked 5 in Fig. 1.
Das doppelte Zuführen erlaubt die Verbesserung der Durchdringung des Strahls des sekundären Brennstoffs bis zum Zentrum des Ofens sowie die Verteilung dieses Brennstoffs im gesamten Innenofen. Der zentrale Strahl mit hohem Druck führt ebenfalls einen Teil des Brennstoffs mit, der mit niedrigerem Druck zugeführt wird, was ebenfalls seine Mischung verbessert. Dieses doppelte Zuführen des gashaltigen Brennstoffs kann sehr leicht eingestellt werden, die Abweichungen des Durchsatzes und des Drucks des gashaltigen Brennstoffs sind sehr leicht zu realisieren, um die Mischung zu optimieren, das heißt, derart, daß sie sich den Abmessungen der Wiederverbrennungszone, den Merkmalen der Abgase und den gewünschten Reduktionsgraden anpassen.The double feeding improves the penetration of the jet of secondary fuel to the center of the furnace and the distribution of this fuel throughout the interior of the furnace. The central jet at high pressure also carries part of the fuel that is fed at lower pressure, which also improves its mixing. This double feeding of the gaseous fuel can be very easily The variations in the flow rate and pressure of the gaseous fuel are very easy to achieve in order to optimize the mixture, that is to say, to adapt it to the dimensions of the reburning zone, the characteristics of the exhaust gases and the desired reduction levels.
In der in Fig. 1 dargestellten Ausbildungsart sind die zwei Eingänge 2, 2' des sekundären Brennstoffs koaxial, und der Eingang des Brennstoffs mit niedrigem Druck ist am Eingang des Brennstoffs mit hohem Druck außen konzentrisch.In the embodiment shown in Fig. 1, the two inlets 2, 2' of the secondary fuel are coaxial, and the inlet of the low pressure fuel is externally concentric with the inlet of the high pressure fuel.
Die Verwendung eines derartigen Zuführsystems mit doppeltem Antrieb erlaubt die Erreichung einer Reduktion der in der aus der Primärverbrennung stammenden Abgase in der Größenordnung von 70 bis 80% in Mol, während mit dem Verfahren und der Vorrichtung der Vorveröffentlichung, die weder diese Zuführstufe mit doppeltem Antrieb des sekundären Brennstoffs noch das Zuführsystem des sekundären Brennstoffs mit mehreren Antrieben umfaßt, die Reduktionsgrade des NOx in der Größenordnung von 50 bis 60% in Mol liegen.The use of such a dual drive feed system allows a reduction of the exhaust gases from primary combustion of the order of 70 to 80% in moles to be achieved, whereas with the process and device of the prior publication, which do not include either this dual drive secondary fuel feed stage or the multi-drive secondary fuel feed system, the NOx reduction rates are of the order of 50 to 60% in moles.
Die Erfindung ist daher in den Fällen besonders vorteilhaft, in denen die Abmessungen des Ofens keine gute Mischung des Brennstoffs insbesondere in den Abgasen erlauben.The invention is therefore particularly advantageous in cases where the dimensions of the furnace do not allow good mixing of the fuel, in particular in the exhaust gases.
Bei Verbesserung der Mischung erlaubt die Erfindung ebenfalls das Reduzieren der Mengen des zuzuführenden sekundären Brennstoffs, um einen vorgegebenen Reduktionsgrad der Stickoxide zu erhalten.By improving the mixture, the invention also allows the amounts of secondary fuel to be added to be reduced in order to obtain a predetermined degree of reduction of nitrogen oxides.
Dies ist zum Beispiel besonders im Fall eines Heizkessels vorteilhaft, in dem der primäre Brennstoff Kohle ist und der sekundäre Brennstoff oder Wiederverbrennungsbrennstoff Erdgas.This is particularly advantageous, for example, in the case of a boiler in which the primary fuel is coal and the secondary fuel or reburning fuel is natural gas.
Bei einem Wiederverbrennungsverfahren liegen die erhaltenen Reduktionsgrade des Stickstoffs derzeitig in der Größenordnung zwischen 50 und 60% in Mol, wobei 20% der Kohle durch eine Energiezufuhr an Erdgas ersetzt wird.In a re-combustion process, the reduction rates of nitrogen obtained are currently in the order of 50 to 60% in moles, with 20% of the coal being replaced by an energy supply of natural gas.
Bei Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens und / oder der Einrichtung kann man diesen selben Reduktionsgrad mit nur 10 bis 15% Energiewert an zugeführtem Erdgas erreichen, was einen wirtschaftlichen Vorteil bedeutet.When using the method and/or device according to the invention, this same degree of reduction can be achieved with only 10 to 15% of the energy value of the natural gas supplied, which represents an economic advantage.
Um die Mischung noch weiter zu verbessern, insbesondere in den Zonen nahe der Wände des Reaktors sowie zwischen den Schichten des Hochdruckstrahls und des Niedrigdruckstrahls des gashaltigen sekundären Brennstoffs, wird ein in der beigefügten Fig. 1 mit 6 markierter Infraschall- Generator auf einer der Wände des Brennofens auf der Höhe der Wiederverbrennungszone B angebracht.In order to further improve the mixing, in particular in the zones near the walls of the reactor and between the layers of the high-pressure jet and the low-pressure jet of the gaseous secondary fuel, an infrasound generator marked 6 in the attached Fig. 1 is mounted on one of the walls of the furnace at the level of the recombustion zone B.
Mit dem Hinzufügen dieses Infraschall-Generators liegt der Reduktionsgrad der enthaltenen Stickoxide in den aus der Primärverbrennung stammenden Abgasen im allgemeinen über 80%, genauer gesagt im Intervall zwischen 80 bis ungefähr 90% in Mol.With the addition of this infrasound generator, the reduction rate of the nitrogen oxides contained in the exhaust gases from primary combustion is generally above 80%, more precisely in the range between 80 to approximately 90% in moles.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Reduzieren von Stickoxiden durch Wiederverbrennung von aus einer Primärverbrennung stammenden Abgasen erlaubt daher durch die Realisierung des Zuführens des sekundären Brennstoffs, bevorzugt Erdgas, die Erreichung einer Reduktionswirksamkeit des NOx in der Größenordnung von 70 bis 80% in der Wiederbrennungszone gemäß wenigstens zwei zugeordneten Strahlen mit einem jeweils relativ hohen und einem relativ niedrigen Druck, derart, daß der Strahl mit hohem Druck einen Teil des mit niedrigem Druck zugeführten Brennstoffs mitnimmt.The process according to the invention for reducing nitrogen oxides by reburning exhaust gases from primary combustion thus makes it possible, by implementing the supply of secondary fuel, preferably natural gas, to achieve a reduction efficiency of NOx of the order of 70 to 80% in the reburning zone according to at least two associated jets, each with a relatively high pressure and a relatively low pressure, such that the high-pressure jet entrains part of the fuel supplied at low pressure.
In diesem Verfahren ist der Strahl des Brennstoffs mit niedrigem Druck außen konzentrisch zum Strahl des Brennstoffs mit höherem Druck, was die Verbesserung der Durchdringung des sekundären Brennstoffs bis zum Zentrum des Ofens mittels des Strahls mit hohem Druck und ebenfalls die Verteilung der Gase im gesamten Innenofen erlaubt. Da der zentrale Strahl mit hohem Druck einen Teil des mit niedrigerem Druck zugeführten Gases mitnimmt, wird somit die Mischung des sekundären gashaltigen Brennstoffs mit den Abgasen der den zu reduzierenden Stickstoff enthaltenden primären Verbrennung verbessert.In this process, the jet of low pressure fuel is concentric with the jet of higher pressure fuel, which allows the penetration of the secondary fuel to the center of the furnace by the high pressure jet to be improved, and also the distribution of the gases throughout the entire internal furnace. Since the central high pressure jet carries with it part of the gas supplied at lower pressure, the mixing of the secondary gaseous fuel with the exhaust gases from the primary combustion containing the nitrogen to be reduced is improved.
In Verbindung mit dem Zuführen des sekundären Brennstoffs in der Wiederverbrennungszone gemäß wenigstens zweier zugeordneter konzentrischer Strahlen mit jeweils relativ hohem und relativ niedrigem Druck, wobei der Strahl außen konzentrisch zum Strahl des Brennstoffs mit höherem Druck ist, und einer Produktion von akustischen Wellen in der Wiederverbrennungszone wird die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens von nahezu 80 bis 90% erreicht.In conjunction with the supply of the secondary fuel in the reburning zone according to at least two associated concentric jets each having a relatively high and a relatively low pressure, the jet on the outside being concentric to the jet of fuel with higher pressure, and a production of acoustic waves in the reburning zone, the efficiency of the method according to the invention of almost 80 to 90% is achieved.
Der gashaltige Brennstoff wird bei dem Strahl mit niedrigem Druck bevorzugt bei einem zwischen einigen Millibar und einigen hundert Millibar inbegriffenem Druck zugeführt und bei dem Strahl mit hohem Druck zwischen einigen hundert Millibar und einigen Bar.The gaseous fuel is preferably supplied at a pressure of between a few millibars and a few hundred millibars in the low-pressure jet and between a few hundred millibars and a few bars in the high-pressure jet.
Die verwendeten akustischen Wellen haben eine Frequenz von unter ungefähr 20 Hz:The acoustic waves used have a frequency of less than approximately 20 Hz:
Wenn die vorschriftsmäßigen Belastungen kein so hohes Reduzieren wie zuvor beschrieben erfordern, erlaubt der Einsatz des Zuführens mit vielfachem Antrieb und die Produktion von Infraschall im Wiederverbrennungsprozeß der Stickoxide die Erreichung von Wirksamkeitsgraden beim Reduzieren des NOx in der Größenordnung von 50%, jedoch bei Verwendung von weniger Brennstoff. Das Reduzieren der Menge des sekundären Brennstoffs ist zum Beispiel in der Größenordnung von 50 Volumenprozent, was es erlaubt, die Kosten des Verfahrens zu reduzieren.When the regulatory loads do not require such a high reduction as described above, the use of multiple propulsion feeding and the production of infrasound in the reburning process of nitrogen oxides allows NOx reduction efficiencies of the order of 50% to be achieved, but using less fuel. Reducing the amount of secondary fuel, for example, is of the order of 50% by volume, which allows the cost of the process to be reduced.
Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung keinesfalls auf die beschriebenen und dargestellten Ausbildungsarten, die nur beispielhaft aufgeführt wurden.Of course, the invention is in no way limited to the types of construction described and illustrated, which are given only as examples.
So können, selbst wenn hier ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben wurden, umfassend ein Zuführen mit doppeltem Antrieb, die Vorrichtungen und Verfahren, bei denen ein Zuführen mit vielfachem Antrieb des sekundären Brennstoffs in der Wiederverbrennungszone eingesetzt werden, verwendet werden. So kann ein Zuführen mit dreifachem Antrieb des sekundären Brennstoffs in Betracht gezogen werden, in dem der gashaltige Brennstoff gemäß zwei miteinander konzentrischen Strahlen mit hohem Druck und einem außen zu den zwei Strahlen mit hohem Druck konzentrischer Strahl mit niedrigem Druck zugeführt wird.Thus, even if a method and device comprising a double drive feed have been described here, the devices and methods employing a multiple drive feed of the secondary fuel in the reburning zone can be used. Thus, a triple drive feed of the secondary fuel can be considered, in which the gaseous fuel is fed according to two high pressure jets concentric with each other and a low pressure jet concentric externally to the two high pressure jets.
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