NL8001071A - Werkwijze voor het verminderen van de no-emissie. - Google Patents

Description

\ t i V.O.0126

Werkwijze voor het verminderen van de NO -emissie.

Λ

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het verminderen van de NO^-emissie bij de verbranding van stikstofhoudende brandstoffen via branders in gesloten vuurruimten, waarbij de toevoeging van de verbrandingslucht in twee trappen, een eerste substoechiometrische 5 en een tweede superstoechiometrische plaats vindt.

De reactiemechanismen, die de vorming van stikstofoxyde in technische vuren veroorzaken, zijn grotendeels bekend. Men onderscheidt tegenwoordig in hoofdzaak twee verschillende vormingsreacties: de thermische NO -vorming, die op de oxydatie van moleculaire 10 stikstof berust, die bijvoorbeeld rijkelijk in de verbrandings lucht aanwezig is. Omdat de oxydatie van moleculaire stikstof, atomaire zuurstof of agressieve radikalen (bijv*. OH, 0^ enz.) vereist, is deze sterk temperatuur afhankelijk, vandaar thermisch NO ; x 15 - de vorming van brandstof ΝΟχ,άΐθ via de oxydatie van in de brandstof gebonden stikstofverbindingen plaats vindt. Tijdens de pyrolyse worden uit deze stikstofverbindingen stikstof-koolstof en stikstof-waterstof radikalen {CH, HCN, CH enz.) gevormd, die vanwege hun reactiviteit met moleculaire zuurstof reeds bij 20 betrekkelijk lage temperaturen, bij aanwezigheid van zuurstof tot ΝΟχ kunnen geoxydeerd.

Een vermindering van de thermische NOx-vorming realiseert men derhalve vooral door verlaging van de verbrandingstemperatuur en verkleining van de verblijftijden bij hoge temperaturen. Omdat bij de ver-25 branding van brandstoffen met gebonden stikstof echter een groot gedeelte van de totale NO -vorming via de brandstof NO -reactie wordt verkregen, zijn bij dergelijke brandstoffen de bovenstaand vermelde maatregelen niet voldoende om de in enkele landen bestaande richtwaarde voor de emissie te bereiken. Hiervoor is noodzakelijk dat de stikstofverbindingen 30 nog tijdens de pyrolyse bij afwezigheid van zuurstof tot moleculaire stikstof (N^) worden gereduceerd. Onderzoekingen hebben getoond, dat deze reductiereacties tot moleculaire stikstof bijvoorbeeld plaatsvinden wanneer de brandstoffen onder substoechiometrische omstandigheden, d.w.z.

80 0 1 0 71 -2- met een geringere zuurstof- respectievelijk luchttoevoer dan voor een volledige verbranding noodzakelijk is, worden verbrand. Om optimale resultaten te bereiken dient voor de primaire verbrandingszone afhankelijk van de randomstandigheden (bijvoorbeeld de temperatuur van de 5 wand van de verbrandingsruimte) een luchtverhouding tussen 0,9 en 0,5 worden gekozen. Evenwel moeten dan, teneinde een volledige verbranding van de koolwaterstofverbinding van de brandstof te bereiken, de reactie-produkten die in het substoechiometrische primaire gebied worden gevormd ,w orden naverbrand.

10 Onderzoekingen hebben getoond dat met een dergelijke tweetraps- verbranding zowel de brandstof-NO -vorming bij gelijktijdige warmteont-trekking uit het substoechiometrische gebied, ook de thermische NO^-vor-ming aanzienlijk kan worden verminderd. Bij proeven werden door de toepassing van tweetrapsverbranding verlagingen van de NO^-emissie waarden 15 ten opzichte van een niet getrapte verbranding tot ongeveer 70% bereikt.

Door proeven werd aangetoond dat bij bedrijven van de branders in het ongeveer stoechiometrische of substoechiometrische gebied, de vorming van brandstof NO duidelijk kon worden verlaagd. Om verliezen door onvolledige verbranding en toename van andere schadelijke stoffen 20 emissies te vermijden (CO, koolwaterstoffen en deeltjes) moet bij sub-stoechiometrisch bedrijven van de branders hierboven in de vuurruimte extra lucht worden ingeblazen. Het nadeel van deze bedrijfswijze is dat in het substoechiometrisch bedreven onderste gedeelte van de vuurruimte slakvormingen en corrosies van de buiswanden kunnen optreden. Daardoor 25 wordt de bedrijfsveiligheid van de apparatuur in gevaar gebracht.

Voorts heeft men vastgesteld dat door het mengen van de luchten brandstofstroom te verlangzamen, eveneens aanzienlijke vermindering van NO^-emissie kan worden gerealiseerd.

Hiervoor zijn bijvoorbeeld straalbranders geschikt, waarbij 30 sowel de lucht- als brandstofstraal evenwijdig in de vuurruimten worden ingeblazen. Om een perfecte ontsteking te verkrijgen, moeten de brander-stralen elkaar echter bijvoorbeeld wederzijds in een hoekvuur ondersteunen.

Bij plaatsing van de branders in een front- of tegenvuur kan 35 het mengen van lucht en brandstof bijvoorbeeld worden verlangzaamd doordat de secundaire lucht die de stuifstraal omgeeft, met een ten naaste 800 1 0 71 * * -3- bij gelijke snelheid wordt ingeblazen.

In een bekende brander wordt de secundaire luchtstroom in twee onderling ringvormige buizen gescheiden toegevoerd, om bijvoorbeeld de binnenste en daarmede onmiddellijk aan de stuifstraal grenzende 5 secundaire luchtstroom met een lagere en de buitenste secundaire luchtstroom met een hogere snelheid te laten uittreden. Een nadeel van deze ordening is dat een verlenging van de vlam optreedt, waardoor grotere vuurruimten worden verkregen,en dat bij de van de belasting afhankelijke vermindering van de secundaire lucht, de snelheid van de 10 secundaire lucht daalt beneden de snelheid van de stuiflucht, waardoor het karakter en de vorm van de vlam veranderen. Soms kan de ontsteking hierbij nadelig worden beïnvloed.

Voorts is bekend om primaire verbranding onder substoechio-metrische verhoudingen in een voorkamer van de vuurruimte uit te voeren, 15 en de voor een volledige verbranding vereiste lucht bij te mengen aan de vuurgassen die de voorkamer verlaten. Het nadeel van deze ordening ligt in het gevaar van buiswandcorrosie van de substoechiometrische bedreven voorkamer.

Doel van de uitvinding is een werkwijze voor het verminderen 20 van de NOx-emissie bij de verbranding van stikstofhoudende brandstoffen via branders in gesloten vuurruimten te verschaffen, waarbij wordt verzekerd dat door een beïnvloeding van de secundaire luchtstroom een geringere vorming van ΝΟχ wordt gerealiseerd en tegelijkertijd de zekerheid van het bedrijf tegen slakvorming en corrosie van de buis-25 wanden blijft gewaarborgd bij een gelijktijdig aanhouden van een intensieve ontsteking en een goede verbranding.

Dit doel wordt volgens de uitvinding gerealiseerd doordat de secundaire luchtstroming in twee deelstromen wordt verdeeld, waarvan de eerste deelstroom onmiddellijk aan de brander voor de vorming van 30 een substoechiometrische primaire zone en de tweede deelstroom gescheiden van de brander aan de vlam daarvan in het gebied van de super-stoechiometrische secundaire zone in de vuurruimte wordt toegevoerd.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm wordt de tweede, gescheiden van de brander aan de vlam daarvan als traplucht toegevoerd deel-35 stroom van de secundaire lucht afhankelijk van de belasting geregeld.

Bijzonder voordelig is gebleken om de onmiddellijk aan de brander toegevoerde secundaire luchtstroom zo te regelen, dat in de on ft 1 Λ 71 -4- primaire zone een luchtgetal tussen η = 0,9 en η = 0,5 wordt bereikt.

Bovendien wordt volgens de uitvinding voorgesteld om de tweede deelstroom van de secundaire lucht (traplucht) op zijn beurt in tenminste twee deelstromen te verdelen en deze deelstromen over een de 5 brander concentrische omgevende deelkring in de vuurruimte te brengen, en om via de tussen de trapluchtstromen aanwezighe vrije ruimte rookgassen uit de vuurruimte in de primaire zone door de impuls van de vlam aan te zuigen.

De voordelen die met de onderhavige werkwijze worden bereikt, 10 namelijk een lage NO -emissie, geen slakvormingen en corrosies aan de buiswanden van de vuurruimten en een zekere ontsteking en perfecte verbranding over een ruim werkgebied worden gerealiseerd door de verdeling van de secundaire luchtstroom.

Terwijl het ene deel van de secundaire lucht, dat onmiddellijk aan 15 de brander wordt toegevoerd, met betrekking tot draaiing 'en snelheid zodanig kan worden beïnvloed, dat een intensieve ontsteking over het gehele behandelingsgebied is gewaarborgd, wordt het tweede gedeelte van de secundaire luchtstroom, die buiten de brander aan de vlam als trap-luchtstroom wordt toegevoerd, zodanig geregeld dat nadat ontsteking en 20 primaire verbranding hebben plaatsgevonden door de mengenergie van de trapluchtstroom de verbranding in de secundaire zone het bovenstaand beschreven doel wordt gerealiseerd.

De werkwijze volgens de uitvinding wordt aan de hand van een schematische schets van een brander en de hiermee verkregen vlam nader 25 toegelicht.

Met de uit een kernluchtbuis 2, brandstof en draagluchtdeel 1 en mantelluchtdeel 3 bestaande brander wordt een deelverbrandingszone (primaire zone) 6 gecreeerd, waarvan het luchtgetal tussen het 0,9 tot 0,5-voudige van de stoechiometrie ligt.

30 De brander is zo gevormd dat door bepaalde maatregelen (rotatie van de mantellucht, conisch verbrede brandermond, gesloten kernlucht) binnen in de vlam een zone van intensieve terugstroming 5 uit een gebied van reeds voortgeschreden verbranding wordt gecreeerd. Hierdoor worden brandstof- luchtmengsel snel opgewarmd en ontstoken. De opwarming en 35 ontsteking kan door toevoeging van kernlucht worden beïnvloed. Aldus is de beste ontsteking gewaarborgd, wanneer de kernlucht gesloten is.

900 1 0 71 -5-

De voor de resterende verbranding vereiste lucht wordt als traplucht 4 via enkele sproeiers aan de omtrek zodanig ingeblazen, dat deze pas na vorming van de primaire vlam de secundaire vlam of ook naverbrandingszone 7 van zuurstof voorziet. De trapluchtstroming 4 5 wordt hiervoor in een deelkringloop gebracht, die overeenstemt met de dubbele diameter van de mantelluchtbuis, waardoor gewaarborgd wordt, dat de traplucht 4 pas na een afstand van ongeveer 1 tot 2 keer de diameter van de mantelluchtbuis de eigenlijke vlam stroomafwaarts van de brander-mond bereikt.

10 Aan de segmenten van het omtreksvlak van de vlam, die niet naast de trapluchtstroming 4 liggen worden door impulsuitwisseling rookgassen uit de vuurruimten ingezogen. Hierdoor wordt de vlamtempera-tuur verlaagd.

100 1 0 71

Claims (4)

1. Werkwijze voor het verminderen van de NO^-emissie bij de verbranding van stikstofhoudende brandstoffen via branders in gesloten vuur-ruimten, waarbij de toevoer van de verbrandingslucht in twee trappen, een eerste substoechiometrische en een tweede superstoechiometrische 5 plaats vindt, met het kenmerk, dat de secundaire luchtstroom in twee deelstromen wordt verdeeld, waarvan de eerste deelstroom onmiddellijk aan de brander voor de vorming van een substoechiometrische primaire zone en de tweede deelstroom gescheiden van de brander aan de vlam daarvan in het gebied van de superstoechiometrische secundaire zone in 10 de vuurruimte wordt toegevoerd.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de tweede gescheiden van de brander aan de vlam daarvan als traplucht toegevoerde deelstroom van de secundaire lucht afhankelijk van de belasting wordt geregeld.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2 met het kenmerk, dat de onmiddel-15 lijk aan de brander toegevoerde secundaire luchtstroom zodanig wordt geregeld, dat in de primaire zone een luchtgetal tussen n * 0,9 en n = 0,5 wordt bereikt.

4. Werkwijze volgens een of meer van de conclusies 1-3, met het kenmerk, dat de tweede deelstroom van de secundaire lucht (traplucht) 20 op zijn beurt in tenminste twee deelstromen wordt verdeeld, en deze deelstromen over een, de brander concentrisch omgevende deelkring in de vuurruimte worden gebracht, en dat via de zich tussen de trap-luchtstromen bevindende vrije ruimte rookgassen uit de vuurruimte in de primaire zone door de impuls van de vlam worden aangezogen. 300 1 0 71