SE531788C2 - Förfarande vid förbränning med syrgas, jämte brännare - Google Patents

Description

20 25 30 35 531 Tßß Eftersom CO2, H20 och N; 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 pà 7-15%.

Föreliggande uppfinning sänker NOX-värdena ytterligare och ger en ännu jämnare ugnstemperatur.

Föreliggande uppfinning hänför sig således till ett förfaran- de vid förbränning av ett bränsle med en oxidant i form av syrgas i en värmningsugn, där bränslet och oxidanten tillfö- res ett brännarhuvud och utmärkes av att bränsle respektive oxidant bringas att via brännarhuvudet injiceras i par av munstycken och åtminstone i två par, där ett par bildas av ett separat bränslemunstycke och ett separat munstycke för oxidanten, av att parens munstycken är jämnt fördelade utmed och innanför brännarhuvudets periferi och av att ett bränsle- munstycke bringas att ha ett munstycke för oxidant på båda sidor om bränslemunstycket och av att brännarhuvudet bringas att innefatta ett ytterligare munstycke, ett startmunstycke, där bränsle och oxidant bringas att avges i koncentriska ka- naler, vilket ytterligare munstycke bringas att vara i drift till dess ugnsutrymmet uppnått självantändningstemperatur för bränslet och oxidanten.

Vidare hänför sig uppfinningen till en brännare av det slag och med de huvudsakliga särdrag som anges i patentkravet 8.

Nedan beskrives uppfinningen närmare, delvis i samband med på bifogade ritningar visade utforingsexempel av uppfinningen, där figur 1 visar ett brännarhuvud sett rakt från baksidan enligt ett första utförande figur 2 visar ett brännarhuvud sett rakt framifrån en- ligt det första utförandet 10 15 20 25 30 35 531 TFEB -figur 3 visar ett brännarhuvud sett rakt framifrån enligt ett andra utförande.

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 bränsle respektive oxidant bringas att via brännarhuvudet l injiceras i åtminstone två par av munstycken 2,3;4,5, där ett par bildas av ett separat bränslemunstycke och ett separat munstycke för oxidanten. Pa- rens munstycken 2,3;4,5 är jämnt fördelade utmed och innanför brännarhuvudets l periferi 6. Vidare bringas ett bränslemun- stycke att ha ett munstycke för oxidant på båda sidor om bränslemunstycket, se figur 2.

I figur l, vilket är ett diagonalt snitt efter linjen A-A i figur 2 genom brännarhuvudet, visas tillförselöppningar 10, ll för bränsle, en central tillförselledning 12 för bränsle och en 13 för oxidant. Med siffran 14 betecknas en fläns för infästning av brännarhuvudet och med siffran 15 betecknas brännarhuvudets mot ett ugnsutrymme vettande yta.

I figur 3 visas ett brännarhuvud med tre par av munstycken.

Enligt föreliggande uppfinning förefinns således par av bränslemunstycken och munstycken för oxidant till skillnad från utförandet enligt ovan nämnda patent, där bränsle inji- ceras i ett munstycke och oxidanten i ett antal munstycken.

Enligt en föredragen utföringsform bringas nämnda pars mun- stycken vara placerade utmed tvà inbördes vinkelräta diamet- rar hos brännarhuvudet. 10 15 20 25 30 35 531 ?88 Det har överraskande visat sig att genom att injicera samma mängd bränsle och oxidant i ett antal parvisa bränslemun- stycken och munstycken för oxidant, i stället för att använda ett bränslemunstycke och ett flertal munstycken för oxidan- ten, har NOXbildningen ytterligare sänkts samtidigt som loka- la koncentrationer av värme och kyla i ugnsrummet reducerats.

Den troliga förklaringen är att de parvisa munstyckena får till följd att flera zoner med kraftig turbulens bildas jäm- fört med när bränsle injiceras genom endast ett munstycke.

Enligt en föredragen utföringsform bringas brännarhuvudet att innefatta ett ytterligare munstycke 7, ett startmunstycke, där bränsle och oxidant bringas att avges i koncentriska ka- naler 8, 9, vilket ytterligare munstycke bringas att vara i drift till dess ugnsutrymmet uppnått självantändningstempera- tur för bränslet och oxidanten.

Enligt en föredragen utföringsform bringas nämnda startmun- stycke 7 att vara placerade i eller nära brännarhuvets l centrum.

Ett andra förbränningssteg, nämligen då bränsle och oxidant injiceras genom de parvisa munstyckena, kan med fördel inle- das när ugnstemperaturen är över ungefär 750°C.

Enligt en föredragen utföringsform utgöres utloppsöppningarna 4, 5 av laval - eller venturimunstycken. Öppningen betecknad 8 är till för övervakning av flamman ge- nom att ultraviolett ljus detekteras.

I figur 3 visas ett utförande med tre munstycken 16, l7, l8 för bränsle och tre munstycken 19, 20, 21 för oxidanten, så- ledes tre par.

Brännaren medger således två olika körsätt, dels som en nor- mal Oxy-fuel brännare, dels som en brännare, vars funktion 10 15 20 25 30 35 531 FBB ger en flamma med väsentligt lägre maxtemperatur. Den lägre flamtemperaturen avpassas för att ligga under den temperatur, där bildningen av NOX begränsas av reaktionskinetiken, vilken är ca l550°C.

Detta uppnås genom den nämnda placeringen av de parvisa mun- styckena för bränsle och för syrgas, varigenom bränsle och syrgas förbränns längre bort från brännarhuvudet jämfört med en konventionell oxy-fuel - förbränning.

Då man applicerar uppfinningen uppnås vid processtemperaturer över självantändningstemperaturen en diffus men kontrollerad förbränning, som kraftigt sänker bildningen 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, på i och för sig känt sätt, en större och kallare flamma 8, trots att verkningsgraden motsvarar förbränning en- ligt känd teknik. Munstyckena kan riktas lämpligen rakt fram- åt, d.v.s. de behöver inte riktas ifrån eller emot varandra, men de kan vara vinklade mot eller från brännarhuvudets lon- gitudinella axel.

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

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

Ett föredraget tryck för normala tillämpningar är 4-5 bar.

Bränslet injiceras via normala munstycken vid det tryck, som finns tillgängligt.

Ett brännarmunstycke enligt föreliggande uppfinning är inte större än ett känt brännarhuvud för oxy - fuel - förbränning. 10 15 20 25 30 531 788 Diametern är i ett föredraget utförande omkring 70 millime- ter.

Det kompakta utförandet möjliggör att uppfinningen kan appli- ceras i hos användare 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.

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

Ovan har ett antal utföringsformer beskrivits. Emellertid kan utformningen av brännarhuvudet varieras, särskilt med avseen- de på antalet par av bränsle och oxidantmunstycken.

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

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 531 ?B8 Patentkrav

1. Förfarande vid förbränning av ett bränsle med en oxidant i form av syrgas i en värmningsugn, där bränslet och oxidan- ten tillföres ett brännarhuvud, k ä n n e t e c k n a t a v att bränsle respektive oxidant bringas att via brännarhuvudet (1) injiceras i par av munstycken (2,3;4,5) och åtminstone i två par där ett par bildas av ett separat bränslemunstycke (3;5) och ett separat munstycke (2;3) av att parens munstycken (2-5) är jämnt fördelade utmed och innanför brännarhuvudets (1) periferi (6) och av att ett bränslemun~ stycke (3,5) bringas att ha ett munstycke för oxidant (2,4) på båda sidor om bränslemunstycket (3,5) och av att brännar- huvudet för oxidanten, (1) bringas att innefatta ett ytterligare munstycke (7), ett startmunstycke, där bränsle och oxidant bringas att avges i koncentriska kanaler (8,9), vilket ytterligare mun- stycke (7) bringas att vara i drift till dess ugnsutrymmet uppnått självantändningstemperatur för bränslet och oxidan- ten.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda pars munstycken (2-5) bringas att vara placerade utmed två inbördes vinkelräta diametrar hos brännarhuvudet (1).

3. Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda startmunstycke (7) bringas att vara placerat i eller nära brännarhuvudets (1) centrum.

4. Förfarande enligt krav 1, n a t 2 eller 3, k ä n n e t e c k - a v att oxidanten är gasformig och bringas att ha en syrehalt av 80vol% eller högre.

5. Förfarande enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t a v att oxidanten tillföres med ett tryck av åtminstone 1 bars övertryck. 10 15 20 25 30 531 198

6. 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 olja.

7. 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.

8. Brännare för förbränning av ett bränsle med en oxidant i form av syrgas i en värmningsugn, där bränslet och oxidanten tillföres ett brännarhuvud, k ä n n e t e c k n a d brännarhuvudet (l) a v att är försett med par av munstycken (2,3;4,5) och åtminstone två par, där ett par bildas av ett separat bränslemunstycke och ett separat munstycke för oxidanten, av att parens munstycken (2-5) nanför brännarhuvudets (l) lemunstycke (3,5) är placerat så att det har ett munstycke (2,4) för oxidant på båda sidor om bränslemunstycket och att brännarhuvudet (l) (7), där bränsle och oxidant är anordnade att avges i koncentriska kanaler stycke är jämnt fördelade utmed och in- periferi (6) och av att ett bräns- innefattar ett ytterligare munstycke ett startmunstycke, (8,9), vilket ytterligare mun- (7) är anordnat att vara i drift till dess ugnsutrym- met uppnått självantändningstemperatur för bränslet och oxi- danten.

9. Brännare enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a d a v att (2-5) är placerade utmed två inbördes vinkelräta diametrar hos brännarhuvudet (l). nämnda pars munstycken

10. l0. Brännare enligt krav 8 eller 9, (4,5) k ä n n e t e c k n a d av att utloppsöppningarna turimunstycken. utgöres av laval- eller ven-