SE1050442A1 - Förfarande för att öka värmehomogeniteten i en gropugn - Google Patents

Abstract

Forfarande for att oka varmehomogeniteten i en gropugn (200;300) i vilken åtminstone två got (20l;30l) som. skall värmas bringas att vara lutade mot varsin av respektive for- sta och andra motstående innervaggar hos gropugnen (200;300) så att goten (20l;30l) bildar ett långstrackt utrymme (203;303) med V-format tvar-snitt mellan sig sett langs med den forsta och andra vaggen. Uppfinningen utmarks av att åtminstone en lans (2ll,2l2,22l,222;3ll,3l2,32l,322) separatfor en oxidant Ined. ettsyrgasinnehåll av åtminstone 85 viktprocent syrgas och åtmin-stone en separat lans (2lO,220;3lO,320) for bransle bringasatt vara anordnade i en ugnsvagg så att de mynnar inne iugnen (200;300) på avstånd från varandra och så att oxidantrespektive bransle bringas att kunna tillforas till namnda V-(203;303) (2ll,2l2,22l,222;3ll,3l2,32l,322) formade utrymme och dar forbrannas, och av att lansen for oxidant bringasatt vara anordnad att mynna ovanfor branslelansens(2lO,220;3lO,320) mynning samt att vara riktad så att oxidan-ten strommar snett nedåt och langs med namnda V-formade ut-(203;303) rymmes langdriktning. Ansökningstextdocx, 2010-05-04 100080SE,

Description

15 20 25 30 Speciellt vanligt är att de övre delarna av göten riskerar överhettning samtidigt som de nedre delarna blir för svala.

Det finns begränsade möjligheter att styra förbränningsreak- tionen till svalare delar av ugnen, på grund av risken för lokal överhettning i närheten av förbränningsstället. Det går i allmänhet heller inte att kompensera för de minskade mäng- derna förbränningsgaser genom att öka effekten hos oxyfuel- brännarna. Att anordna ett stort antal oxyfuelbrännare i en och samma ugn är möjligt, men mycket kostsamt. Dessutom blir resultatet ändå inte bra, eftersom det är önskvärt att kunna värma olika antal göt i samma ugn vid olika tillfällen.

Föreliggande uppfinning löser de ovan beskrivna problemen.

Således hänför sig uppfinningen till ett förfarande för att öka värmehomogeniteten i en gropugn i vilken åtminstone två göt som skall värmas bringas att vara lutade mot varsin av respektive första och andra motstående innerväggar hos grop- ugnen så att göten bildar ett långsträckt utrymme med V- format tvärsnitt mellan sig sett längs med den första och andra väggen, och utmärks av att åtminstone en separat lans för en oxidant med ett syrgasinnehåll av åtminstone 85 vikt- procent syrgas och åtminstone en separat lans för bränsle bringas att vara anordnade i en ugnsvägg så att de mynnar inne i ugnen på avstånd från varandra och så att oxidant respektive bränsle bringas att kunna tillföras till nämnda V- formade utrymme och där förbrännas, och av att lansen för oxidant bringas att vara anordnad att mynna ovanför bränsle- lansens mynning samt att vara riktad så att oxidanten ström- mar snett nedåt och längs med nämnda V-flnmmde utrwmæs längdriktning.

Ansökningstextdocx, 2010-05-04 100080SE, 10 15 20 25 30 Uppfinningen kommer nu att beskrivas i detalj, med hänvisning till exemplifierande utföringsformer av uppfinningen och de bifogade ritningarna, där: Figur l är en delvis sondertagen vy i perspektiv som visar en konventionell gropugn; Figur 2 visar gropugnen enligt figur l från långsidan; Figur 3 visar gropugnen enligt figur l ovanifrån; Figur 4 ar en delvis sondertagen perspektivvy som visar en gropugn enligt en forsta föredragen utföringsform av förelig- gande uppfinning; Figur 5 visar gropugnen enligt figur 4 från långsidan; Figur 6 visar gropugnen enligt figur 4 från kortsidan; Figur 7 visar gropugnen enligt figur 4 ovanifrån; Figur 8 är en vy som motsvarar den i figur 5 men som visar en gropugn enligt en andra foredragen utforingsform enligt före- liggande uppfinning från långsidan; Figur 9 visar gropugnen enligt figur 8 från kortsidan; och Figur l0 visar gropugnen enligt figur 8 uppifrån.

Figurerna l-3 illustrerar, med gemensamma hänvisningssiffror, en konventionell gropugn 100 i vilken tio got l0l värms i två rader om fem got vardera. Goten vilar på en bädd l02 av glod- skal från tidigare körningar, och står lutade i två rader mot ugnens l00 långsidors motstående innerväggar längs med ugnens l00 längdriktning l04.

Ugnen l00 värms med hjälp av en konventionell luftbrännare l03, riktad i ugnens 100 längdriktning l04. Luftbrännaren l03 är anordnad i väggen i ena kortänden av ugnen l00. Eftersom ugnen 100 visas delvis sondertagen i figurerna l-3 visas nämnda kortände inte, tillsammans med ugnens l00 tak och dess ena làngsida. De heta forbränningsgaserna från luftbrännaren l03 strömmar i riktningen l04 längs med raderna av got l0l, Ansökningstextdocx, 2010-05-04 100080SE, 10 15 20 25 30 och vänder vid en bortre kortände 105 av ugnen för att åter strömma tillbaka till den kortände i vilken luftbrännaren 103 finns anordnad, och där avlägsnas genom en utloppskanal 106 för rökgaser. Eftersom luftbrännaren 103 och utloppskanalen 106 är anordnade i samma vägg i ugnen 100 men på olika höjd, uppstår en naturlig konvektion som medför tillräcklig tempe- raturhomogenitet i hela ugnsutrymmet.

Figurerna 4-7 visar, med gemensamma hänvisningssiffror, en gropugn 200 i vilken ett förfarande för att öka värmehomoge- niteten enligt föreliggande uppfinning tillämpas. Ugnen 200 liknar till del den i figurerna 1-3 visade ugnen 100. I ugnen 200 finns ett antal, åtminstone två, göt 201 anordnade. Göten 201 är anordnade i två rader längs med ugnens 200 huvudsakli- ga längdriktning 250, lutade mot varsin av respektive första och andra motstående innerväggar hos gropugnen 200 så att göten 201 bildar ett utrymme 203 med V-format tvärsnitt (se figur 6) mellan och ovanför sig längs med nämnda första och andra innerväggar. Nämnda innerväggar utgörs företrädesvis av som är ugnens 200 långsidors innerväggar. I figurerna 4-7, delvis söndertagna, visas inte den ena av nämnda väggar.

Göten 201 vilar mot en bädd 202 av glödskal som liknar bädden 102. Alternativt kan göten 201 vila direkt mot ugnsgolvet.

En utloppskanal 206 för rökgaser är anordnad i ugnens 200 ena kortsida.

Det är föredraget att åtminstone en separat lans 211, 212, för oxidant och åtminstone en separat lans 210 för bränsle är anordnade i en ugnsvägg så att de mynnar inne i ugnen 200 på avstånd från varandra och så att oxidant respektive bränsle kan tillföras till det V-formade utrymmet 203 mellan göten 201 och där reagera.

Ansökningstextdocx, 2010-05-04 100080SE, 10 15 20 25 30 Den undre brånslelansen 210 och de två ovanför branslelansens 210 mynning mynnande oxidantlansarna 211, 212 bildar tillsam- mans ett aggregat eller en grupp av lansar. Aggregatet kan även vara utformat med andra konfigurationer av lansar för brånsle och oxidant, så långe som åtminstone en oxidantlans mynnar ovanför åtminstone en brånslelans.

Det år föredraget att avståndet mellan varje oxidant- och brånslelans år åtminstone 5 cm.

Den oxidant som tillförs via åtminstone en, men företrådesvis via samtliga, lansar för oxidant har enligt uppfinningen ett syrgasinnehåll av åtminstone 85 viktprocent syrgas, företrå- desvis åtminstone 95 viktprocent. Bränslet kan vara vilket låmpligt, konventionellt, gasformigt, flytande eller fast brånsle som helst, såsom olja eller naturgas. Det år föredra- get att brånslet år ett gasformigt eller flytande brånsle.

Det år föredraget att åtminstone en av lansarna 211, 212 för oxidant, helst samtliga lansar 211, 212 för oxidant, år an- ordnade att mynna ovanför mynningen för åtminstone en brans- lelans 210, och riktade så att oxidanten strömmar snett nedåt och långs med det V-formade utrymmets 203 långdriktning, våsentligen parallellt med namnda första och andra ugnsvag- gar. Med andra ord tillförs oxidanten till det V-formade utrymmet 203 mellan göten 201, så att den snett nedåtriktade strömmen av oxidant löper i ugnens 200 långriktning 250. Det år vidare föredraget att strömmen av oxidant från var och en av oxidantlansarna 211, 212 år anordnad att skara igenom ett område i utrymmet 203 till vilket brånsle tillförs med hjålp av brånslelansen 210. Företradesvis möts åtminstone en ström av oxidant och åtminstone en ström av brånsle i utrymmet 203.

Ansökningstextdocx, 2010-05-04 100080SE, 10 15 20 25 30 Eftersom oxidanten har ett så högt innehåll av syrgas kommer mängden heta förbränningsgaser som härrör från bränslet och 212 att vara oxidanten som tillförs genom lansarna 210, 211, väsentligen mindre än motsvarande mängd förbränningsgaser härrörande från luftbrännaren 103 för motsvarande värmnings- effekter. Såsom beskrivits ovan ger drift med en sådan oxi- dant konventionellt upphov till försämrad temperaturhomogeni- tet. Speciellt har det visat sig vara svårt att uppnå till- räckligt hög temperatur mot botten av det V-formade utrymmet dvs. 203 mellan göten 201, i närheten av glödskalbädden 202 vid ugnens 200 botten, samt i det utrymme 205 (se figur 6) med triangulärt tvärsnitt som. föreligger under göten 201, mellan varje göt 201 eller rad av göt och den ugnsvägg mot vilken götet eller göten 201 är lutade.

Oxidanten strömmar alltså ut från lansarna 211, 212, och möter det ur bränslelansen 210 utströmmande bränslet i det V- formade utrymmet 203 mellan göten 201. Genom att oxidanten tillförs på detta sätt genom en separat lans, kan den geomet- riska formen och hastigheten för oxidantströmmen regleras så att den kan föra med sig den resulterande blandningen av bränsle och oxidant ned mot det V-formade utrymmets 203 bot- ten. Därmed kan temperaturen där ökas utan förhöjda risker för överhettning, vilket hade varit fallet om exempelvis en luftbrännare hade placerats närmare botten eller om en sepa- rat oxidantlans hade placerats så att den direkt mynnade i omedelbar närhet av göten 201.

Bränslelansen 210 kan vara anordnad horisontellt och så att bränsleströmmen är riktad väsentligen rakt längs med det V- formade utrymmets 203 huvudsakliga längdriktning. Emellertid är det föredraget att bränslelansen är något vinklad nedåt i förhållande till horisontalplanet med en vinkel av som mest 5°. De respektive oxidantströmmarna från lansarna 211, 212 är Ansökningstextdocx, 2010-05-04 100080SE, 10 15 20 25 30 i detta fall riktade med samma eller större vinkel i förhål- lande till horisontalplanet. Därmed kan den nedåtriktade oxidantströmmen föra förbränningsblandningen nedåt mot det V- formade utrymmets 203 botten.

Enligt en föredragen utföringsform mynnar åtminstone en oxi- dantlans 211, 212 ovanför samtliga tillförselställen för bränsle, i föreliggande exempel alltså brånslelansen 210, som år anordnade i samma ugnsvägg i vilken oxidantlansen 211, 212 ifråga mynnar. Detta medför att allt bränsle som tillförs via aggregatet av lansar 210, 211, 212 ifråga förs nedåt i det V- formade utrymmet 203 med hjälp av oxidantströmmen från lansen ifråga.

Enligt en speciellt föredragen utföringsform tillförs oxidan- ten genom åtminstone en oxidantlans 211, 212, företrädesvis den oxidantlans 212 som mynnar högst upp i varje respektive Detta medför ökad konvektion i aggregat, vid hög hastighet. ugnsutrymmet, vilket kompenserar för de mindre mångderna förbränningsgaserna i jämförelse med om en eller flera luft- brännare hade använts istället för" den oxyfuelbrännare som lansaggregatet 210, 211, 212 utgör.

Det är föredraget att lansningshastigheten är åtminstone 100 m/s, vilket i många tillämpningar medför tillräcklig konvek- tion i ugnsutrymmet. Ugnsatmosfärsgaser sugs in i förbrän- ningsblandningen, vilket sänker förbränningstemperaturen och därmed medför lägre bildad NOX. I kombination med den ovan beskrivna, nedåtriktade oxidantströmmen kommer då hela ugns- utrymmet, inklusive botten av det V-formade utrymmet 203, att bli tillräckligt varmt utan risk för lokal överhettning.

Enligt en speciellt föredragen utföringsform lansas oxidant genom åtminstone en oxidantlans 211, 212 med en hastighet som Ansökningstextdocx, 2010-05-04 100080SE, 10 15 20 25 30 är åtminstone ljudhastigheten. Detta medför kraftigt ökad konvektion och recirkulation i hela ugnsutrymmet, med motsva- rande kraftigt förbättrad temperaturhomogenitet samt minskade värden för CO och NOX. Ett sådant förfarande är speciellt föredraget i större ugnar.

Mest föredraget ar att tillföra oxidant genom åtminstone en oxidantlans 211, 212 vid åtminstone mach 1,5. En sådan hög lansningshastighet har funnits medföra en konvektion som ökar som funktion av hastigheten på ett icke-linjärt sätt. Över cirka mach 1,5 kan en förbränning av flamlös typ uppnås där förbränningen kan ske i större delen av ugnsutrymmet samti- digt, utan en tydligt urskiljbar flamma. Detta medför därför mycket god temperaturhomogenitet även i svårtillgängliga delar av ugnsutrymmet.

Det är föredraget att åtminstone en oxidantlans 211, 212, helst varje oxidantlans, är nmnterad så att den respektive oxidanten strömmar ut i ugnsutrymmet med en vinkel av mer än i förhållande 0° och som mest 20°, helst mellan 3 och 5°, till horisontalplanet. Således är åtminstone en oxidantlans 211, 212 vinklad från ett horisontellt läge i den riktning son1 anges av' pilen 251. Detta. medför i en gropugn 200 av normal storlek att blandningen av oxidant och bränsle förs ned tillräckligt långt mot det V-formade utrymmets 203 botten för att önskad temperaturhomogenitet skall kunna uppnås.

Enligt en speciellt föredragen utföringsform används fler än en oxidantlans 211, 212, anordnade att mynna ovanför varandra såsom illustreras i figurerna 4-7. I detta fall är det före- draget att den nedåtriktade vinkeln, i förhållande till hori- sontalplanet, med vilken den resulterande oxidantströmmen är riktad är lika stor eller större för oxidantlansar 212 som mynnar längre upp än för oxidantlansar 211 som mynnar längre Ansökningstextdocx, 2010-05-04 100080SE, 10 15 20 25 30 ned. I det föreliggande exemplifierande fallet med två oxi- dantlansar 211, 212 är det då föredraget att en undre oxi- dantlans 211 har en vinkel av mer än 0° och som mest 10° medan en övre oxidantlans 212 har en vinkel av mer än 0° och som mest 20°, dock minst samma vinkel som den övre oxidant- lansens 212. Genom att på detta sätt anordna flera oxidant- lansar ovanför varandra kan den sammantagna strömmen av bränsle och oxidant styras så att en god spridning av bränsle och oxidant kan uppnås i utrymmet 205.

I den i figurerna 4-7 illustrerade, exemplifierande utfö- ringsformen är en första grupp lansar eller lansaggregat, innefattande en bränslelans 210 och två oxidantlansar 211, 212, anordnat i ugnens 200 ena kortsida, och ett andra lans- aggregat, innefattande en bränslelans 220 och två oxidantlan- sar 2214 222, är anordnat i ugnens 200 andra, motstående kortsida. Båda lansaggregaten innefattar således en respekti- ve bränslelans 210, 220 ovanför vars mynning två respektive oxidantlansar 211, 212, 221, 222 mynnar. Varje sådant aggre- gat kan vara utformat med andra konfigurationer av lansar för bränsle och oxidant, så länge som åtminstone en nedåtriktad oxidantlans för oxidant med mer än 85 viktprocent syrgas mynnar ovanför åtminstone en bränslelans i varje aggregat.

Såsom är tydligt i figurerna 5 och 6 är de båda lansaggrega- ten anordnade på olika höjd i ugnen 200. Genom ett sådant arrangemang kan temperaturhomogeniteten ytterligare ökas genom att cirkulationseffekter uppstår i ugnsutrymmet. Det år i detta fall föredraget att den lägst mynnande bränslelansen 210 i ett första aggregat av lansar 210, 211, 212 är anordnad att mynna på en höjd över ugnsgolvet som är mellan 0,7 och 1,2 meter ovanför den nivå över ugnsgolvet vid vilken den lägst mynnande lansen 220 i ett andra aggregatet av lansar 220, 221, 222 mynnar. Det är vidare föredraget att alla såda- Ansölmingstextdocx, 2010-05-04 100080SE, 10 15 20 25 30 10 na aggregat av bränsle- och oxidantlansar 210, 221, 211, 212, 220, 222 som mynnar i det V-formade utrymmet 203 ar anordnade så att ingen lans mynnar i ugnen vid en vertikal nivå från ugnsgolvet som ar så stor att överhettning av göten 201 ris- keras som direkt konsekvens av den värmeenergi som tillförs lokalt till följd av bränslet eller oxidanten som tillförs genom en sådan lans. Vilken denna vertikala nivå är beror på utfonmühgen av ugnen 200 samt placeringen och formen på göten 201, men det är föredraget att ingen sådan lans mynnar på en nivå understigande 1,5 meter över golvet.

Figurerna 8-10, vars vyer motsvarar vyerna i figurerna 5-7, illustrerar en alternativ utföringsform, vari, på ett sätt som liknar det ovan beskrivna i samband med figurerna 4-7, en gropugn 300 innehåller göt 301 som vilar mot en glödskalbädd 302 och värms med hjälp av två motstående aggregat av lansar 310, 312, 321, 322 för oxidant. 320 för bränsle i kombination med lansar 311, Pilen 350 anger ugnens 300 längdriktning. 306 är en utloppskanal för rökgaser.

Såsom tydligast framgår j. figurerna. 9 och 11) är emellertid lansarna 311, 312 för oxidant inte enbart, i likhet med lan- sarna 211, 212 i figurerna 4-7, vinklade i den av pilen 351 markerade rotationsriktningen i förhållande till horisontal- 212 är även vinklade i horisontal- planet, utan lansarna 211, planet, i förhållande till ett längsgående vertikalplan, i en rotationsriktning som anges av pilen 352. Detta medför att den resulterande blandningen av oxidant och bränsle i det V- formade utrymmet 303 (se figur 9) mellan göten 301 kan spri- das ännu jämnare än vad som är möjligt enbart genom att vink- la lansarna 311, 312 i horisontalplanet enligt ovan.

Det är föredraget att anpassa lansningsriktningen för varje enskild lans för oxidant beroende på den faktiska tillämp- Ansökningstextdocx, 2010-05-04 100080SE, 10 15 20 25 30 ll ningen, så att den resulterande temperaturfördelningen i det V-formade utrymmet 303 blir så homogen som möjligt. Speciellt föredraget är att åtminstone två lansar 3ll, 3l2 för oxidant är monterade så att de mynnar i ugnsutrymmet ovanför varandra och så att deras respektive oxidant kan strömma ut i ugnsut- rymmet med olika vinklar antingen i_ horisontalplanet och/eller i. vertikalplanet. Detta Hædför jämn spridning av bränsle/oxidantblandningen men med möjlighet att bibehålla en låg risk för lokal överhettning på grund av den tillförda oxidanten. Det är föredraget att vinkeln i horisontalplanet, i rotationsriktningen 352, mellan oxidantströmmen från varje enskild oxidantlans och det V-formade utrymmets 303 huvudsak- liga längdriktning är l0° eller mindre åt endera hållet.

Speciellt föredraget är att åtminstone en lans för oxidant 3ll, 312, 321, 322, företrädesvis alla sådana lansar, är omriktningsbara, så att det går att vinkla dess respektive ström av oxidant i horisontalplanet och/eller i vertikalpla- net, företrädesvis i. både horisontal- och vertikalplanet.

Detta medför att ugnen 300 kan anpassas efter skiftande och/eller driftsförutsättningar med. exempelvis olika antal olika stora göt 30l som skall värmas.

Enligt en föredragen utföringsform används fler än en lans för oxidant i ugnen, företrädesvis i kombination med en och samma lans för bränsle, varvid. värmningseffekten i ugnen regleras under drift genom att en eller flera lansar slås till eller från, medan mängden tillfört bränsle bringas att regleras till att vid varje tidpunkt eller åtminstone över tid stökiometriskt motsvara det genom oxidanten sammantaget tillförda syret. För att minska den totala värmningseffekten i ugnen från en viss högre effektnivå till en viss där de till- lägre effektnivå kan en oxidantlans drivas pulserande, och frånslagna perioderna varieras så att den genomsnittligt Ansökningstextdocx, 2010-05-04 100080SE, 10 15 20 25 30 12 avgivna effekten blir den önskade. Dessutom eller alternativt kan en eller flera oxidantlansar helt slås från.

Det är i detta sammanhang föredraget att påbörja värmnings- förfarandet med samtliga oxidantlansar tillslagna, varvid den totala värmningseffekten är maximal. Nar ugnen har nått en viss förutbestämd driftstemperatur kan en eller flera oxi- dantlansar antingen drivas pulserande alternativt slås från.

Denna minskning av den totala värmningseffekten kan ske i ett eller flera steg, genom att förändra antalet tillslagna oxi- dantlansar och/eller genom att förändra tidsperioderna för en eller flera oxidantlansar som drivs pulserande.

Därefter kan den totala värmningseffekten successivt minskas på samma sätt, under det att driftstemperaturen bibehålls i ugnen och tills dess göten har nått en önskad sluttemperatur.

Sedan kan den totala värmningseffekten minskas ytterligare, fortfarande på samma sätt som beskrivits ovan, så att tempe- raturjämvikt råder under en hålltid med konstant göttempera- tur.

Under hela detta förfarande är det föredraget att, vid varje tidpunkt, åtminstone en oxidantlans drivs med full prestanda.

Det är dessutom föredraget att, vid varje tidpunkt, åtminsto- ne en oxidantlans, som är den oxidantlans som mynnar högst upp i ugnen av lansarna i ett aggregat innefattande åtminsto- ne en bränslelans och åtminstone en oxidantlans, drivs med full prestanda. Speciellt föredraget är att denna åtminstone en oxidantlans drivs med de ovan angivna höga lansningshas- tigheterna. På detta sätt är det möjligt att reglera den totala värmningseffekten över ett brett effektintervall och hela tiden säkerställa fullgod konvektion och därmed tempera- turhomogenitet i hela ugnsutrymmet, inklusive i det V-formade utrymmet mellan göten.

Ansökningstextdocx, 2010-05-04 100080SE, 10 15 20 25 30 l3 Om en total värmningseffekt önskas som är lägre än den som erhålls när endast en oxidantlans drivs vid full prestanda är det föredraget att endast en oxidantlans drivs pulserande.

Denna enda oxidantlans är i detta fall företrädesvis en oxi- dantlans som utgör den lägst mynnande oxidantlansen i ett aggregat innefattande åtminstone en bränslelans och åtminsto- där den enda lansen mynnar ovanför åtmin- ne en oxidantlans, stone en bränslelans genom vilken bränsle tillförs.

För att ytterligare öka värmehomogeniteten under ett förfa- rande enligt föreliggande uppfinning är det vidare föredraget att oxidant alternerande tillförs genom olika lansar för oxidant, eller genom. olika konstellationer av lansar för oxidant. Sålunda kan en och samma totala värmningseffekt upprätthållas men med användande av alternerande oxidantlan- och minskar sar. Detta medför temperaturutjämning över tiden, risken för uppkomst av lokal överhettning i så kallade ”hot spots”.

Speciellt föredraget är att konvertera en befintlig gropugn som drivs med konventionella luftbrännare till att istället drivas med hjälp av oxyfuelförbränning, genom att installera en eller flera bränslelansar och en eller flera oxidantlansar som drivs enligt det som beskrivits ovan. Genom en sådan konvertering följt av en sådan drift kan en befintlig gropugn på ett kostnadseffektivt sätt konverteras till en mer miljö- vänlig oxyfueldrift utan att för den skull få problem med bristande värmehomogenitet i ugnen.

Med hänvisning åter till den gropugn 200 som illustreras i figurerna 4-7 är det vidare föredraget att öka värmehomogeni- teten i ugnen 200 genom att anordna åtminstone en lans 230 för en oxidant med ett syrgasinnehåll av åtminstone 85 vikt- Ansölmingstextdocx, 2010-05-04 100080SE, 10 15 20 25 30 14 procent i en ugnsvägg, så att lansen mynnar inne i ugnen 200 och så att oxidant kan tillföras direkt till det utrymme 205 med triangulärt tvärsnitt (se figur 6) som föreligger under åtminstone ett got 201 som är lutat mot en innervägg hos gropugnen 200, mellan götet 201 och väggen. Att oxidanten kan tillföras direkt till utrymmet 205 skall tolkas som att den ström av oxidant som härrör från lansen 230 strömmar in i utrymmet 205 utan att stöta emot något hinder på vägen. Före- trädesvis mynnar lansen 230 i själva utrymmet 205, men den kan även mynna ett stycke utanför och skjuta in oxidantström- men i utrymmet 205.

I det fall flera göt 201 finns i ugnen 200 längs med samma ugnsvägg kommer detta utrymme 205 med triangulärt tvärsnitt i allmänhet att utgöra en långsträckt, väsentligen cylinderfor- mig kropp med triangulärt tvärsnitt som är delvis separerad från den uppvärmda delen av ugnen 200. När oxyfuel används för att värma ugnen 200 är det svårt att uppnå tillräckligt hög temperatur även i utrymmet 205. Detta problem föreligger både i det fall ett eller flera göt 201 är lutade på rad längs med samma innervägg och i det fall göt är lutade mot båda motstående långsidor, såsom visas i figurerna 4-7.

Höjden hos bädden 202 av glödskal varierar under drift och även över tid under flera driftscykler. Eftersom oxidantlan- sar 230, 240 som mynnar direkt i utrymmet 205 riskerar att hamna under nivån för bädden 202 när tillräckligt mycket glödskal finns på ugnsgolvet är det föredraget att anordna alla lansar som mynnar i utrymmet 205 under göten 201 på en sådan höjd att det är möjligt att övervaka glödskalnivån och tömma ugnsgolvet från glödskal innan de når upp till nivån för installerade lansars mynningar.

Ansökningstextdocx, 2010-05-04 100080SE, 10 15 20 25 30 15 Det är speciellt föredraget att oxidantlansarna 230, 240 är anordnade att mynna på en höjd över ugnsgolvet som är ovanför den maximala nivån för en glödskalsbädd som uppträder i ugnen vid drift. Mer specifikt är det föredraget att de är anordna- de att mynna på en höjd över ugnsgolvet av 0,5-1,0 meter.

Det är vidare föredraget att oxidanten från lansen 230, i likhet med den från lansarna 211, 212, tillförs vid hög has- tighet, företrädesvis vid åtminstone 100 m/s, hellre åtmin- stone ljudhastigheten, helst åtminstone mach 1,5. Med sådana höga lansningshastigheter uppnås de ovan beskrivna fördelarna i termer av temperaturhomogenitet och låg flamtemperatur med medföljande låga värden för CO och NOX. Detta är speciellt viktigt för att undvika lokal överhettning i det förhållande- vis trånga utrymmet 205 under göten 201, och medför dessutom att lansen 230 kan placeras så att den mynnar längre upp längs med ugnens 200 innervägg utan att för den skull riskera att ge upphov till lokal överhettning av göten 201 vid låga nivåer för glödskalbädden 202. Dessutom kommer den lansade höghastighetsströmmen av oxidant att suga in heta ugnsgaser i utrymmet 205 från kringliggande delar av ugnen 200, vilket ytterligare ökar värmehomogeniteten i ugnen 200 genom att fördela värmeenergi till utrymmet 205.

Föreliggande uppfinnare har upptäckt att bildandet av glöd- skal under drift tenderar att konsumera stora mängder syrgas.

Man har noterat att detta i vissa fall leder till syrgasbrist i förbränningsreaktionen, varvid koncentrationen CO i ugnsat- mosfären mycket snabbt kan öka kraftigt. Enligt en föredragen uppfinning utnyttjas detta fenomen genom att den huvudsakliga förbränningen, i det huvudsakliga ugnsutrymmet som utgörs av de delar av ugnen 200 som inte utgörs av utrymmet 205, konti- nuerligt regleras till att vara understökiometrisk genom att ned den sammantaget tillförda oxidanten reglera genom de Ansökningstextdocx, 2010-05-04 100080SE, 10 15 20 25 30 16 oxidantlansar 211, 212 som mynnar utanför utrymmet 205. Detta leder således till höga halter CO i ugnsatmosfären. Denna CO oxideras sedan i utrymmet 205 med hjälp av ytterligare till- förd oxidant med åtminstone 85 viktprocent syrgas, som till- förs genom oxidantlansen 230 till utrymmet 205. I och med denna ytterligare oxidation uppnås global stökiometrisk jäm- vikt i ugnen 200.

I detta fall tillförs således inget ytterligare bränsle till utrymmet 205. Istället bringas den genom lansen 230 tillförda oxidanten att till största delen reagera med CO som bildats vid ofullständig förbränning av bränsle i ugnen 200, med hjälp av oxidant som tillförts till en del av ugnen som inte utgörs av utrymmet under götet. Därmed sker förbränningen av bränslet i två steg i ugnen 200, nämligen ett första steg då CO bildas och ett efterföljande steg då fullständig förbrän- ning till CO2 sker.

En alternativ utföringsform visas i figurerna 8-10, vari en separat lans 331 för bränsle tillför ytterligare bränsle, förutom det bränsle som tillförs genom lansarna 310, 320 till det V-formade utrymmet 203 och till resten av ugnsutrymmet, till utrymmet 305 (se figur 9), med vilket bränsle den genom lansen 330 tillförda oxidanten bringas att reagera. I detta fall krävs inte en nedreglering av tillförd oxidant till det övriga utrymmet i ugnen för att uppnå en understökiometrisk förbränning.

Enligt en föredragen utföringsform anordnas fler än en lans för oxidant i utrymmet 205, 305. I figurerna 4-7 är således, förutom lansen 230, även en motsvarande lans 230 anordnad i motsatt kortände av ugnen 200 så att den mynnar i utrymmet 205 under de göt 201 som är lutade mot motsatt långsida av I detta fall, ugnen. där åtminstone två göt 201 som skall Ansökningstextdocx, 2010-05-04 100080SE, 10 15 20 25 30 l7 värmas är lutade mot varsin av respektive första och andra motstående innerväggar hos gropugnen 200, så att ett respek- tive utrymme 205 med triangulärt tvärsnitt bildas under varje respektive got, är det i allmänhet föredraget att åtminstone en respektive lans 230, 240 för oxidant med ett syrgasinne- håll av åtminstone 85 viktprocent syrgas är anordnad i en respektive ugnsvägg så att den mynnar inne i ugnen 200 och så att oxidant kan tillföras till respektive utrymme 205, och att lansarna 230, 240 dessutom är anordnade att mynna i var- sin motstående ugnsvägg och riktade så att strömmarna av oxidant tillsammans ger upphov till en cirkulerande ström- ningsrörelse i ugnen 200. I figur 7 kommer således den cirku- lerande strömningsrörelsen att, utgående från lansen 240, löpa i riktningen 250 till den motsatta kortänden, vinkelrätt bort mot mynningen hos lansen 230, därefter tillbaka till den första kortsidan och slutligen vinkelrätt åter till mynningen för lansen 240. Ett sådant arrangemang medför en god värmeho- mogenitet i hela utrymmet 205 under samtliga i 'ugnen 200 anordnade göt.

I :figurelnia 8-10 illustreras ett motsvarande arrangemang innefattande oxidantlansar 330 respektive 340. I detta fall visas även den föredragna med inte nödvändiga utformningen 34l som används i kombina- 340. med en respektive bränslelans 33l, tion med vardera oxidantlans 330, Det som sagts ovan beträffande alternerande drift med flera olika oxidantlansar för ökande temperaturhomogenitet gäller även drift av lansarna 230, 240, 330, 340. Således är det möjligt att driva exempelvis lansarna 230, 240 alternerande, så att först den ena 230, sedan den andra 240, därefter åter den ena 230 lansen drivs, under det att den lans som vid varje tidpunkt inte drivs är frånslagen. Det är även möjligt och föredraget att utföra sådan alternerande drift innefat- Ansökningstextdocx, 2010-05-04 100080SE, 10 15 20 25 30 18 tande både oxidantlansar 230, 240, 330, 340 som. mynnar i utrymmet 205, 305 såväl som oxidantlansar 211, 212, 221, 222, 311, 312, 321, 322 som mynnar i utrymmet 203, 303. Med ett sådant driftssätt kan temperaturhomogeniteten maximeras over tiden, och lokal överhettning kan undvikas, på ett sätt som enkelt kan anpassas till aktuella driftsförutsättningarna.

Enligt en föredragen utföringsform mäts temperaturen i ugnen med hjälp av i sig konventionella temperaturgivare (inte visade) på olika ställen där lokal överhettning kan befaras, och den alternerande driften styrs ut så att värmningseffek- ten minskar på ställen där den uppmätta temperaturen är så hög' att överhettning' riskeras, dvs. är högre än ett visst förutbestämt värde som beror på det värmda materialet.

På grund. av det ovan sagda beträffande glödskalbildningens konsumtion av syrgas är det, för att kontrollera koncentra- tionen CO i ugnen, dessutom föredraget att mäta syrgasnivån i ugnen under drift, exempelvis med hjälp av en eller flera i sig konventionella lambdasonder, och att baserat på detta mätvärde eller dessa mätvärden reglera den genom oxidantlan- 330, 305, 311, sarna 230, 222, 312, 240, 340, 205, 211, 212, 221, 321 tillförda mängden syre så att syrgaskoncentrationen i ugnen hålls väsentligen konstant. Regleringen kan exempel- vis ske genom kontinuerlig styrning av tillförseln av oxidant genom en eller flera oxidantlansar eller genom att driva en eller flera oxidantlansar pulserande med lämpliga förhållan- den mellan tillslagen tid och frånslagen tid. Detta medför dels att mängden CO i avgaserna kan kontrolleras till önskade låga nivåer, dels till att en eventuell efterförbränning i utrymmet 205, 305 kan optimeras.

Ovan har föredragna utföringsformer beskrivits. Emellertid är det uppenbart för fackmannen att många förändringar kan göras Ansökningstextdocx, 2010-05-04 100080SE, 10 15 20 25 30 l9 av de beskrivna utföringsformerna utan att frångå uppfinning- ens tanke.

Exempelvis kan en oxyfuelförbränning enligt föreliggande uppfinning användas som komplement till en eller flera i en gropugn befintliga luftbrännare, för att öka den maximala kapaciteten för gropugnen eller för att kunna minska effekten för luftbrännarna med bibehållen kapacitet med mindre negati- va miljökonsekvenser.

Vidare kan de i figurerna 4-10 illustrerade, ovan beskrivna lansarna för oxidant och bränsle anordnas i andra konstella- för att tioner. Fler oxidantlansar kan exempelvis anordnas värma speciellt svårtillgängliga utrymmen och/eller skapa ytterligare turbulens i ugnen, beroende på de faktiska driftsbetingelserna. Lansarna som mynnar i det V-formade utrymmet behöver inte vara centralt anordnade i nämnda utrym- me, utan kan exempelvis vara anordnade med deras respektive mynningar något förskjutna i horisontalplanet. I detta läge är det föredraget att den resulterande nedåtriktade strömmen av oxidant skär genom ett område till vilket bränsle tillförs i det V-formade utrymmet. Dessutom kan fler bränslelansar användas i varje aggregat eller grupp, alternativt på andra ställen i ugnen så att bränsle tillförs till ett ställe vil- ket skärs av en eller flera höghastighetsströmmar av oxidant.

Det är slutligen möjligt att anordna en oxidantlans på låg höjd i vart och ett av hörnen i ugnen, så att oxidant till- förs från båda hållen in i utrymmet under göten längs med båda långsidorna i ugnen.

Därför skall uppfinningen inte vara begränsad av de beskrivna utföringsformerna, utan kan varieras inom ramen för de bifo- gade kraven.

Ansökningstextdocx, 2010-05-04 100080SE,

Claims (14)

10 15 20 25 30 20 P A T E N T K R A V

1. l. Förfarande för att öka värmehomogeniteten i en gropugn (200;300) i vilken. åtminstone två göt (20l;30l) som skall värmas bringas att vara lutade mot varsin av respektive för- sta och andra motstående innervåggar hos gropugnen (200;300) så att göten (20l;30l) bildar ett långsträckt utrymme (203;303) med V-format tvärsnitt mellan sig sett längs med den första och andra väggen, k ä n n e t e c k n a t a v att åtminstone en separat lans (2ll,2l2,22l,222;3ll,3l2,32l,322) för en oxidant med ett syrgasinnehåll av åtminstone 85 vikt- procent syrgas o<:h åtïninstone en lans (2l0,220;3l0,320) separat för bränsle bringas att vara anordnade i en ugnsvägg så att de mynnar inne i ugnen (200;300) på avstånd från varandra och så att oxidant respektive bränsle bringas att kunna tillföras till nämnda V-formade utrymme (203;303) och där förbrännas, o c h a v a t t lansen (2ll,2l2,22l,222;3ll,3l2,32l,322) för oxidant bringas att vara anordnad att mynna ovamiföif bränslelansens (2l0,220;3l0,320) mynning samt att vara riktad så att oxidan- ten strömmar snett nedåt och längs med nämnda V-formade ut- rymmes (203;303) längdriktning.

2. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t a V att lansen (2ll,2l2,22l,222;3ll,3l2,32l,322) för oxidant bringas att vara anordnad att mynna ovanför samtliga tillför- selställen (2l0,220;3l0,320) för bränsle som är anordnade i s ä m m a. u g n s Xr ä g g i_ vilken lansen (2ll,2l2,22l,222;3ll,312,32l,322) för oxidant bringas att mynna.

3. Förfarande enligt krav IL eller 2, k ä n n e t e c k n a t a v att oxidanten bringas att tillföras vid en hastighet av åtminstone 100 m/s. Ansökningstextdocx, 2010-05-04 100080SE, 10 15 20 25 30 35 2l

4. Förfarande enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t a v att oxidanten bringas att tillföras vid en hastighet av åt- minstone ljudhastigheten.

5. Förfarande enligt något av föregående krav, k ä11r1e - t e c k n a t att lansen för oxidant (2ll,2l2,22l,222;3ll,3l2,32l,322) a v respektive bränsle (2lO,220;3lO,320) bringas att vara riktad så att de respekti- ve strömmarna möts i det V-formade utrymmet (203;303).

6. Förfarande enligt något av föregående krav, k ärln e - t e c k n a t att lansen (2ll,2l2,22l,222;3ll,312,32l,322) aV för oxidant bringas att vara monterad så att oxidanten strömmar ut i ugnsutrymmet med en vinkel av mellan O och 20° i förhållande till horisontal- planet.

7. Förfarande enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t a v att lansen (211,212,22l,222;3ll,3l2,321,322) för oxidant bringas att vara monterad. så att oxidanten strömmar ut i ugnsutrymmet med en vinkel av mellan 3 och 5° i förhållande till horisontalplanet.

8. Förfarande enligt något av föregående krav, k ä11n.e - t e c k n a t a v att lansen (2ll,2l2,22l,222;3ll,3l2,32l,322) för oxidant bringas att vara omriktningsbar, så att det går att reglera vinkeln förr dess ström av oxidant både i horisontal- och vertikalplanet beroende på driftsförutsåttningarna.

9. Förfarande enligt något av föregående krav, k ä11n.e - t e c k n a t a v att åtminstone två lansar (2ll,2l2,22l,222;3ll,3l2,32l,322) för oxidant bringas att vara monterade så att de mynnar i ugnsutrymmet ovanför var- andra och så att lansarnas (2ll,2l2,22l,222;3ll,3l2,32l,322) Ansökningstextdocx, 2010-05-04 100080SE,

10. 15 20 25 30 35 22 respektive oxidant kan strömma ut i ugnsutrymmet med olika vinklar i horisontalplanet och/eller vertikalplanet. lO. Förfararmka enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a t a V att lansar (2l2,222;3l2,322) för oxidant som mynnar förhål- landevis längre upp bringas att vara anordnade så att sådana lansars respektive oxidant kan strömma ut i ugnsutrymmet med en vinkel i förhållande till horisontalplanet som. är lika stor eller förhållandevis större jämfört med oxidantströmmar (2ll,22l;3ll,32l) från lansar som mynnar förhållandevis läng- re ned. k ä n n e t e c k n a t (200;300)

11. ll. Förfarande enligt krav 9 eller lO, a V att vårmningseffekten i ugnen under drift bringas att regleras genom att dels en eller flera lansar (2ll,2l2,22l,222;3ll,312,32l,322) för oxidant slås till eller från, dels att mängden tillfört bränsle bringas att regleras till att stökiometriskt motsvara det genom oxidanten samman- taget tillförda syret. k ä n n e t e c k - (200;300)

12. Förfarande enligt något av krav 9-ll, n a t a v att värmehomogeniteten i ugnen bringas att ytterligare ökas under drift genom att alternerande till- olika lansar föra oxidant (2ll,2l2,22l,222;3ll,3l2,32l,322) genom för oxidant eller konstel- lationer av lansar för oxidant.

13. l3. Förfarande enligt något av föregående krav, k ä11n.e - t e c k n a t a v att syrgasnivån i ugnen (200;300) bringas att mätas, exempelvis med hjälp av en eller flera lambdason- d e r , o c h a t t d e t l a n s e n (2ll,2l2,22l,222;3ll,3l2,32l,322) a v g e n o m för oxidant tillförda syret under drift regleras så att syrgaskoncentrationen i ugnen (200;300) hålls väsentligen konstant. Ansökningstextdocx, 2010-05-04 100080SE, 10 15 23

14. Förfarande enligt något av föregående krav, k ä11n.e - tecknat av att en första grupp av lansar (2lO,2ll,2l2;3lO,3ll,312) bestående av åtminstone en lans för oxidant med ett syrgasinnehåll av åtminstone 85 viktsprocent samt åtminstone en lans för bränsle år anordnade att mynna i (200;300), (220,22l,222;320,32l,322) en kortsida i ugnen av att ytterligare en grupp av lansar bestående av åtminstone en lans för oxidant med ett syrgasinnehåll av åtminstone 85 viktsprocent samt åtminstone en lans för brånsle år anordnade (200;300), att mynna i en motstående kortsida i ugnen och av att samtliga lansar i. den första gruppen bringas att vara anordnade att mynna på en höjd över ugnsgolvet som år mellan 0,9 och 1,5 meter ovanför den nivå över ugnsgolvet vid vilken den lagst mynnande lansen i_ den andra gruppen bringas att mynna. Ansökningstextdocx, 2010-05-04 100080SE,