DE69524416T2 - Verfahren zur Durchführung einer Verbrennung in einem Offen - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung einer Verbrennung in einem Ofen mit Hilfe von mindestens einem Paar von Oxidationsmittel/Brennstoff-Brennern (1) und mindestens einer zwischen den Brennern (1) des mindestens einen Paars angeordneten Oxidationsmittel-Lanze (3).
• In herkömmlicherweise mit Luftbrennern, in denen ein Luft-Brennstoff-Gemisch verbrannt wird, ausgestatteten technischen Öfen sind die herkömmlichen Luftbrenner in letzter Zeit ganz oder teilweise durch Sauerstoffbrenner ersetzt worden, in denen ein Brennstoff-Oxidationsmittel-Gemisch verbrannt wird. Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung versteht man unter "Oxidationsmittel" ein Gasgemisch mit einem merklich über dem Sauerstoffgehalt der Luft liegenden Sauerstoffgehalt, wie z. B. die Gemische, die zuweilen bei Sauerstoffgehalten zwischen 40 und 70% als "sauerstoffreiche Luft" oder bei Sauerstoffgehalten über 85% als "unreiner Sauerstoff" bezeichnet werden. Bei dem Sauerstoffbrenner handelt es sich im allgemeinen wie bei diesen Luftbrennern um eine unabhängige Vorrichtung mit lokalisiertem Ausstoß von Fluiden, was häufig zu Problemen bezüglich Temperaturprofil und Wärmetransfer in der von der Flamme des Sauerstoffbrenners betroffenen Zone führt.
• In der US-A-5,242,296 wird eine Brenner-Lanzen-Gruppe beschrieben, in der jedem Brenner eine Lanze zugeordnet ist.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Konzeption für eine Brennstoff/Oxidationsmittel-Verbrennungsgruppe bereitzustellen, mit der die Flammentemperaturspitzen und die Stickoxid-Emissionen begrenzt werden können und ein hervorragender Wärmetransfer im Ofen gewährleistet werden kann.
• Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Brenner (1) des mindestens einen Paars die gleichen Brennstoff- und Oxidationsmitteldurchsätze aufweisen, wobei der Oxidationsmittel-Gesamtdurchsatz in den Brennern (1) und in der Lanze (3) gleich dem für eine vollständige Verbrennung des Brennstoffs erforderlichen theoretischen Durchsatz plus einem Oxidationsmittelüberschuß, der einer molaren Konzentration von 0,5% bis 10% an Sauerstoffmolekülen in den trockenen Verbrennungsprodukten entspricht, ist, der Abstand zwischen den beiden Achsen der Brenner zwischen 0,4 m und 2 m liegt, die Achse der Lanze weitgehend in der Mitte zwischen den Brennerachsen liegt, das Oxidationsmittel von einer Quelle mit einem Sauerstoffgehalt von mindestens 88%, in der Regel 90% bis 95%, zugeführt wird, und die Oxidationsmittelleitungen des Paars von Brennern (1) und der Lanze von der gleichen Oxidationsmittelquelle (9) gespeist werden.
• Die Lanze kann so angeordnet sein, daß die Lanzenachse weitgehend in der Mitte zwischen den Brennerachsen liegt, und bildet mit diesen in der Regel einen Winkel von weniger als 10%;
• - Die Achsen der Brenner und der Lanze können weitgehend coplanar sein;
• - Der Winkel zwischen der Ebene der Achsen der in der Ofenwand angeordneten Verbrennungsgruppe und der Horizontalen kann zwischen -25 und +25º, in der Regel zwischen -20 und +20º, liegen;
• - Der Ofen weist zwei gegenüberliegende Seitenwände auf, die jeweils mindestens eine Verbrennungsgruppe enthalten können, wobei die Verbrennungsgruppen in den gegenüberliegenden Wänden einander weitgehend gegenüberliegen.
• - Die Brenner des gleichen Paars können die gleichen Brennstoff- und Oxidationsmitteldurchsätze aufweisen;
• - Der Verbrennungsgruppe kann ein Oxidationsmittelüberschuß, der einer molaren Sauerstoffkonzentration in den trockenen Verbrennungsprodukten zwischen 0,5% und 10% entspricht, zugeführt werden;
• - Der Impuls (Produkt aus Massenstrom und Geschwindigkeit) des von der Lanze ausgestoßenen Oxidationsmittels kann zwischen dem 0,5- und 3fachen des Impulses des von dem Brenner ausgestoßenen Oxidationsmittel- und Brennstoffflusses liegen.
• Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen, die die Erfindung in keiner Weise einschränken sollen, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:
• - Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf einen Chargenschmelzofen, der mit erfindungsgemäßen Verbrennungsgruppen ausgestattet ist;
• - Fig. 2 eine schematische Vertikalschnittansicht eines Glasschmelzofens, der mit erfindungsgemäßen Verbrennungsgruppen ausgestattet ist.
• In der folgenden Beschreibung und in den Zeichnungen sind identische oder analoge Elemente mit den gleichen, gegebenenfalls indizierten Bezugszahlen versehen.
• Eine erfindungsgemäße Verbrennungsgruppe A enthält mindestens ein Paar von parallelen Sauerstoffbrennern 1, die jeweils eine Brennerachse 2 aufweisen, und mindestens eine dem Paar von Brennern 1 zugeordnete Oxidationsmittel-Lanze 3 mit einer Lanzenachse 4. Die Gruppe ist in einer Seitenwand 5, 5' eines Chargenschmelzofens, beispielsweise eines Glasschmelzofens, so angebracht, daß die Achsen 2 und 4 weitgehend coplanar liegen, wobei diese Ebene mit einer horizontalen Ebene einen positiven oder negativen Winkel α mit einem Wert zwischen -25 und +25º, in der Regel zwischen -20 und +20º, bildet, wie in der Fig. 2 dargestellt. Die Lanze ist zwischen den Brennern des Paars von Brennern 1 so angeordnet, daß ihre Achse 4 weitgehend in der Mitte zwischen den Brennerachsen 2 liegt und gegebenenfalls mit ihnen einen Seitenwinkel von weniger als 10º bildet. Die Brennergruppe kann drei Brenner 1 und zwei Lanzen 3, die wie oben beschrieben zwischen zwei benachbarten Brennern, die für jede Lanze ein Paar von Brennern bilden, angeordnet sind, enthalten, wie es für die in der Ofenwand 5' auf der linken Seite der Fig. 1 angebrachte Gruppe A' dargestellt ist. Je nach den Abmessungen der betreffenden technischen Öfen liegt der Abstand zwischen zwei benachbarten Brennern 1 einer Verbrennungsgruppe A, A' zwischen 0,4 und 2 Meter. Jede Lanze 3 enthält vorzugsweise mindestens zwei Ausstoßöffnungen gleichen Querschnitts, die um einen Winkel von weniger als 20º getrennte und in der Ebene der Achsen der Verbrennungsgruppe liegende divergierende Strahlen bilden.
• Jeder Brenner enthält Zufuhrleitungen 6 und 7 für Brennstoff und Oxidationsmittel, während jede Lanze 3 mit einer Oxidationsmittel-Zufuhrleitung 8 versehen ist. Gemäß einem Aspekt der Erfindung sind die Oxidationsmittelleitungen einer gleichen Verbrennungsgruppe mit einer gleichen Oxidationsmittelquelle 9 mit einem Sauerstoffgehalt von mindestens 88%, vorteilhafterweise zwischen 90 und 95%, verbunden, bei der es sich in der Regel um eine Anlage zur adsorptiven Zerlegung von Luft vom PSA-Typ ("Pressure Swing Adsorption") handelt. Der Brennstoff ist vorteilhafterweise gasförmig, in der Regel Erdgas, und kann auch durch Zerstäubung eines flüssigen Brennstoffs mit einem Gas, wie z. B. dem Oxidationsmittel oder Dampf, gebildet werden. Gemäß einem Aspekt der Erfindung weisen die Brenner eine gleichen Verbrennungsgruppe die gleichen Brennstoff- und Oxidationsmitteldurchsätze auf, wobei der Oxidationsmittel-Gesamtdurchsatz gleich dem für eine vollständige Verbrennung des Brennstoffs erforderlichen theoretischen Durchsatz plus einem Oxidationsmittelüberschuß, der einer molaren Konzentration von 0,5% bis 10% an Sauerstoffmolekülen in den trockenen Verbrennungsprodukten entspricht, ist. In jeder Verbrennungsgruppe beträgt der Oxidationsmitteldurchsatz eines Brenners nicht mehr als 90% des für eine vollständige Verbrennung des von diesem Brenner ausgestoßenen Brennstoffs erforderlichen theoretischen Durchsatzes.
• Ein gleicher Ofen kann eine oder mehrere erfindungsgemäße Verbrennungsgruppen in verschiedenen Teilstücken enthalten, denen gegebenenfalls Luftbrenner, wie z. B. die bei 10 dargestellten und mit im Glasofen F gemäß Fig. 2 gezeigten Regeneratoren 11 gekoppelt sind, zugeordnet sind. Im Fall eines Glasofens F, wie er in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, sind die Verbrennungsgruppen A, A' einander gegenüber angeordnet und werden vorzugsweise wie die Luftbrenner zuerst auf der einen und dann auf der anderen Seite alternierend betrieben.

Claims (5)

1. Verfahren zur Durchführung einer Verbrennung in einem Ofen mit Hilfe von mindestens einem Paar von Oxidationsmittel/Brennstoff-Brennern (1) und mindestens einer zwischen den Brennern (1) des mindestens einen Paars angeordneten Oxidationsmittel-Lanze (3), dadurch gekennzeichnet, daß die Brenner (1) des mindestens einen Paars die gleichen Brennstoff- und Oxidationsmitteldurchsätze aufweisen, wobei der Oxidationsmittel-Gesamtdurchsatz in den Brennern (1) und in der Lanze (3) gleich dem für eine vollständige Verbrennung des Brennstoffs erforderlichen theoretischen Durchsatz plus einem Oxidationsmittelüberschuß, der einer molaren Konzentration von 0,5 bis 10% an Sauerstoffmolekülen in den trockenen Verbrennungsprodukten entspricht, ist, der Abstand zwischen den beiden Achsen der Brenner zwischen 0,4 m und 2 m liegt, die Achse der Lanze weitgehend in der Mitte zwischen den Brennerachsen liegt, das Oxidationsmittel, von einer Quelle mit einem Sauerstoffgehalt von mindestens 88%, in der Regel 90% bis 95%, zugeführt wird, und die Oxidationsmittelleitungen des Paars von Brennern (1) und der Lanze von der gleichen Oxidationsmittelquelle (9) gespeist werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oxidationsmitteldurchsatz eines Brenners nicht mehr als 90% des für eine vollständige Verbrennung des von diesem Brenner ausgestoßenen Brennstoffs erforderlichen theoretischen Durchsatzes beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man in verschiedenen Abschnitten des Ofens mehrere Verbrennungsgruppen anordnet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Impuls des von der Lanze ausgestoßenen Oxidationsmittels zwischen dem 0,5- und 3fachen des Impulses des von dem Brenner ausgestoßenen Oxidationsmittel- und Brennstoffdurchsatzes liegt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man an gegenüberliegenden Wänden des Ofens vorzugsweise alternierend Gruppen aus Brenner und Lanze (A, A') einander gegenüber anordnet.