SE528808C2 - Förfarande vid förbränning, jämte brännare - Google Patents

Description

70 75 528 808 dan om och på avstånd från nämnda munstycke, av att nämnda utloppsöppningar bringas att vara placerade på ett avstånd från bränslemunstycket, som överstiger brännarhuvudets halva diameter, av att oxidanten är gasformig och bringas att ha en syrehalt av 80% eller högre och av, att oxidanten tillföres med ett tryck av åtminstone 2 bars övertryck.

Vidare hänför sig uppfinningen till en brännare av det slag och med de huvudsakliga särdrag som anges i patentkravet 5.

Nedan beskrives uppfinningen närmare, delvis i samband med pà bifogade ritningar visade utföringsexempel av uppfinningen, där - figur l visar ett brännarhuvud sett rakt framifrån en- ligt ett första utförande - figur 2 visar ett brännarhuvud sett rakt framifrån en- ligt ett andra utförande - figur 3 schematiskt visar ett brännarhuvud och en flamma från sidan när brännaren opereras på ett första sätt - figur 4 schematiskt visar ett brännarhuvud och en flamma från sidan när brännaren opereras på ett andra sätt.

Föreliggande förfarande avser således förbränning av ett bränsle med en oxidant i en värmningsugn, där bränslet och oxidanten tillföres ett brännarhuvud. Brännarhuvudet är på känt sätt infäst i en ugnsvägg så att den flamma som bildas vid förbränningen sträcker sig in i ugnsutrymmet.

Uppfinningen utmärkes av att förbränningen sker i två steg, där det andra steget ger fördelar jämfört med känd teknik.

I ett första steg bringas bränsle och oxidant att avges från brännarhuvudet nära varandra så att förbränningen väsentligen 528 808 sker nära, och ett stycke ut från, brännarhuvudet. Detta för- faringssätt är i sig känd teknik, där brännaren benämnes ”Oxy~fuel"-brännare.

Brännaren opereras enligt det första steget till dess en tem- peratur överstigande bränslets självantändningstemperatur uppnås i ugnsrummet.

Det andra förbränningssteget kan med fördel inledas när ugns- temperaturen är över ungefär 750°C.

När denna temperatur uppnåtts, eller när en ytterligare högre temperatur uppnåtts, vidtager, enligt uppfinningen det andra steget. I det andra steget bringas bränslet och oxidanten att, i stället avges från brännarhuvudet på avstånd från var- andra, så att förbränningen väsentligen sker på ett avstånd från brännarhuvudet motsvarande åtminstone brännarhuvudets diameter och ut från brännaren.

Det är föredraget att i nämnda första steg bränslet bringas att avges från ett munstycke 2 i brännarhuvudet l och oxidan- ten att avges från utloppsöppningar 3 placerade koncentriskt runt nämnda munstycke 2, se figur l.

Det är vidare föredraget att i nämnda andra steg bränslet bringas att avges från ett munstycke 2 i brännarhuvudet l och oxidanten avges genom utloppsöppningar 4, 5 belägna på sidan om och pà avstånd från nämnda munstycke 2, se figur l.

Enligt en föredragen utföringsform utgöres utloppsöppningarna 4, 5 av laval- eller venturimunstycken. Öppningen betecknad 6 är till för övervakning av flamman. 70 528 808 Enligt ett föredraget utförande bringas nämnda utloppsöpp- ningar 4, 5 att vara placerade på ett avstånd från bränsle- munstycket 2 som överstiger brännarhuvudets halva diameter.

Det har visat sig att ett avstånd om c:a 40 mm räcker för att uppnå önskad effekt.

Brännaren medger således tvâ olika körsätt, dels som en nor- mal Oxy-fuel brännare, dels som en brännare vars funktion ger en flamma med väsentligt lägre maxtemperatur. Den lägre flam- temperaturen avpassas för att ligga under den temperatur där bildningen av NOK begränsas av reaktionskinetiken, vilken är ca l550°C.

Detta uppnås genom den nämnda placeringen av utloppsöppning- arna 4, 5 för syrgas och bränslemunstycket varigenom bränsle och syrgas förbränns längre bort från brännarhuvudet jämfört med en konventionell oxy-fuel-förbränning. Detta illustreras i figurerna 3 och 4, där det inbördes förhållandet mellan flammornas 7, 8 längd och utbredning visas för en oxy-fuel- förbränning i figur 3 och för en förbränning enligt uppfin- ningens andra steg i figur 4.

Uppfinningens idé är att via separation, höga tryck och en optimerad munstycksplacering sänka syrehalten i förbrännings- zonen, trots att oxidanten har en syrehalt på över 80%. Detta àstadkommes med en munstyckskonfiguration som ger ett stort undertryck på de ytor av munstycket som ej har mediemunstyck- en. På grund av undertrycket sugs rökgaser från ugnsatmosfä- ren in och blandar sig hastigt och turbulent med de utström- mande medierna. Blandningsmediet, d.v.s. ugnsatmosfären, har typiskt en syrehalt på 0,5-10%. Resterande gas är C02 och H20 och N2 i varierande blandningar. 70 528 808 Eftersom C02, H20 och Ng ej deltar aktivt i förbränningen age- rar dessa som en ”förbränningsbroms”. Utspädningen av syret och bränslet är mycket stor, typiskt är att man trots använ- dande av ren syrgas i förbränningen når syrehalter i förbrän- ningen på 7-15%. Då man applicerar uppfinningen uppnås vid processtemperaturer över självantändningstemperaturen en dif- fus men kontrollerad förbränning som kraftigt sänker bild- ningen av nitrösa gaser, framför allt NO och N02.

Detta får till följd att bränsle och oxidant blandas med ug- nens rökgaser innan bränslet och oxidanten träffar varandra.

Detta ger en större och kallare flamma 8, trots att verk- ningsgraden motsvarar förbränning enligt känd teknik. Mun- styckena kan riktas lämpligen rakt framåt, d.v.s. de behöver inte riktas ifrån eller emot varandra, men de kan vara vink- lade mot eller från brännarhuvudets longitudinella axel.

Enligt ett föredraget förfarande är oxidanten gasformig och bringas att ha en syrehalt av 85% eller högre.

Enligt ett väsentligt särdrag tillföres oxidanten till brän- naren med ett tryck av åtminstone 2 bars övertryck.

Eftersom flamtemperaturen är lägre, och omblandningen av ga- sen i ugnsvolymen är större, än vid oxy-fuel-förbränning mi- nimeras NOX-bildning samtidigt som temperaturskillnaderna i ugnsrummet dramatiskt sänkts.

Vid tillämpning av uppfinningen sker en sänkning av bildad NOX på mer än 90% jämfört med gängse anordningar för förbrän- ning i industriella processer, utan att processens verknings- 70 '20 528 808 grad försämras och utan att några andra ämnen än de som krävs för förbränningen tillföres.

Ett brännarmunstycke enligt föreliggande uppfinning är inte större än ett känt brännarhuvud för oxy-fuel-förbränning.

Diametern är i ett föredraget utförande omkring 70 millime- ter.

Det kompakta utförandet möjliggör att uppfinningen kan appli- ceras i hos användaren befintlig utrustning. Dessutom kan ut- rustningen placeras i en liten vattenkyld skyddsmantel för tillämpning vid mycket höga processtemperaturer.

Ovan angivna fördelar uppnås enligt uppfinningen med valfritt bränsle, fastbränsle, gasformigt eller flytande. Anordningen enligt uppfinningen kan ersätta befintliga förbränningssys- tem, i princip utan ombyggnad av den för processen använda ugnsutrustningen.

Det är fördelaktigt att bränslet bringas att vara olja, pro- pan eller naturgas.

Brännarhuvudet i figur 1 är avsett för olja som bränsle.

I figur 2 visas ett brännarhuvud 10 för naturgas som bränsle.

Munstycket 11 är avsett för naturgas. Utloppsöppningarna be- tecknade 12, 13, 14 är avsedda för oxidanten. Öppningen 15 är till för övervakning av flamman och öppningen 16 för en pi- lotlåga.

Eftersom oxidant och bränslemustyckena kan riktas rakt fram- åt, erhålles en konstruktion som är billig, lätt att under- 528 808 hålla och möjlig att applicera i befintliga processer Utan andra åtgärder än utbyte av munstyckskonstruktionen.

Oxidanten injiceras i förbränningsutrymmet via ett eller fle- ra munstycken utformade som laval- eller venturimunstycken- Föredraget tryck på oxidanten ska vara minst 2 bar övertryck.

Ju högre tryck desto bättre effekt har uppfinningen. Ett föredraget tryck för normala tillämpningar är 4-5 bar. Bräns- let injiceras via normala munstycken vid det tryck som finns tillgängligt.

Ovan har ett antal utföringsformer beskrivits. Emellertid kan utformningen av brännarhuvudet varieras. Exempelvis kan flera utloppsöppningar för oxidanten förefinnas. Dessutom kan bränslemunstyckets placering vara annan än den på ritningarna visade.

Föreliggande uppfinning skall således inte anses begränsad till ovan angivna utföranden utan kan varieras inom dess av bifogade patentkrav angivna ram.

Claims (6)

10 75 20 25 30 528 808 Patentkrav

1. l. Förfarande vid förbränning av ett bränsle med en oxidant i en värmningsugn, där bränslet och oxidanten tillföres ett brännarhuvud, där i ett första steg bränsle och oxidant bringas att avges från brännarhuvudet (l;lO) nära varandra Så att förbränningen väsentligen sker nära, och ett stycke ut från, brännarhuvudet, till dess en temperatur överstigande bränslets självantändningstemperatur uppnås i ugnsrummet, och där i ett andra steg bränslet och oxidanten bringas att i stället avges från brännarhuvudet (l;l0) på avstånd från var- andra så att förbränningen väsentligen sker på ett avstånd från brännarhuvudet motsvarande åtminstone brännarhuvudets diameter och ut från brännaren, k ä n n e t e c k n a t a v att i nämnda andra steg bringas bränslet att endast avges från ett munstycke (2;ll) i brännarhuvudet och oxidanten att endast avges genom utloppsöppningar (4,5;l2-14) belägna på sidan om och på avstånd från nämnda munstycke, av att nämnda utloppsöppningar (4,5;l2-14) bringas vara placerade på ett avstånd från bränslemunstycket (2;ll) som överstiger brännar- huvudets (l;lO) halva diameter, av att oxidanten är gasformig och bringas ha en syrehalt av 80% eller högre och av, att oxidanten tillföres med ett tryck av åtminstone 2 bars över- tryck.

2. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t a v att i nämnda första steg bringas bränslet att avges från ett munstycke (2;ll) i brännarhuvudet (l;lO) och oxidanten avges koncentriskt (3) runt nämnda munstycke.

3. Förfarande enligt något av kraven l eller 2, k ä n n e - t e c k n a t a v att bränslet bringas att vara olja. 70 15 20 25 30 528 808

4. Förfarande enligt något av föregående krav, k ä n n e _ t e c k n a t a v att bränslet bringas att vara naturgas eller propan.

5. Brännare för förbränning av ett bränsle med en oxidant i en värmningsugn, där bränslet och oxidanten tillföres ett brännarhuvud, där brännarhuvudet (1;l0) har ett munstycke (27 ll) för bränsle anordnat för bränsletillförsel och att brän- narhuvudet (l;lO) har en första utloppsöppning (3) för oxi- dant nära nämnda munstycke, genom vilken oxidant är avsett att strömma under ett första steg av förbränningen så att förbränningen väsentligen kommer att ske nära, och ett stycke ut från, brännarhuvudet, och där brännarhuvudet dessutom är försett med ytterligare utloppsöppningar (4,5;12-14) för oxi- dant belägna på avstånd från bränslemunstycket (2;ll) så att förbränningen väsentligen kommer att ske på ett avstånd från brännarhuvudet motsvarande åtminstone brännarhuvudets diame- ter och ut från brännaren, k ä n n e t e c k n a d a v att brännaren är anordnad att endast förse nämnda ytterligare ut- loppsöppningar med oxidant under ett andra steg av förbrän- ningen och av att nämnda ytterligare utloppsöppningar (4,5; 12-14) är belägna på sidan om och på avstånd från nämnda munstycke (2;ll) och av, att nämnda ytterligare utloppsöpp- ningar (4,5;l2-14) bringas att vara placerade på ett avstånd från bränslemunstycket (2;ll) som överstiger brännarhuvudets (l;lO) halva diameter samt av att brännaren är anordnad att tillföra en oxidant med en syrehalt av 80% eller högre och med ett tryck av åtminstone 2 bars övertryck.

6. Brännare enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d a v att utloppsöppningarna 4, 5 utgöres av laval- eller venturimun- stycken.