PL202976B1 - Sposób stopniowego spalania płynnego paliwa i utleniacza w piecu - Google Patents

Sposób stopniowego spalania płynnego paliwa i utleniacza w piecu

Info

Publication number
PL202976B1
PL202976B1 PL378149A PL37814904A PL202976B1 PL 202976 B1 PL202976 B1 PL 202976B1 PL 378149 A PL378149 A PL 378149A PL 37814904 A PL37814904 A PL 37814904A PL 202976 B1 PL202976 B1 PL 202976B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
stream
oxidant
liquid fuel
primary
injected
Prior art date
Application number
PL378149A
Other languages
English (en)
Other versions
PL378149A1 (pl
Inventor
Bertrand Leroux
Remi Pierre Tsiava
Pascal Duperray
Benoit Grand
Patrick Jean-Marie Recourt
Original Assignee
Air Liquide
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide filed Critical Air Liquide
Publication of PL378149A1 publication Critical patent/PL378149A1/pl
Publication of PL202976B1 publication Critical patent/PL202976B1/pl

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C6/00Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion
    • F23C6/04Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/16Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
    • C03B5/235Heating the glass
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/16Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
    • C03B5/235Heating the glass
    • C03B5/2353Heating the glass by combustion with pure oxygen or oxygen-enriched air, e.g. using oxy-fuel burners or oxygen lances
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C6/00Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion
    • F23C6/04Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection
    • F23C6/045Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection with staged combustion in a single enclosure
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/50Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Spray-Type Burners (AREA)
  • Nozzles For Spraying Of Liquid Fuel (AREA)

Description

Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób stopniowego spalania płynnego paliwa i utleniacza w piecu.
Realizacja sposobu spalania w piecu przemysłowym powinna odpowiadać dwom kryteriom:
- ograniczania wyrzucania zanieczyszczeń atmosferycznych (NOx, pyły, ...) które nie powinny przekraczać ilości określonych przez przepisy prawne,
- kontrolowania temperatury ścian pieca i obciążenia grzejnego w taki sposób, aby odpowiadać, jednocześnie na ograniczenia odnoszące się do jakości spalanego produktu i zużycia energii.
Ewolucja przepisów prawnych dotyczących emisji zanieczyszczeń atmosferycznych, zwłaszcza tlenków azotu, prowadzi do istotnej ewolucji technologii spalania.
Z opisu zgłoszeniowego EP-A1-0 524 880 znany jest pierwszy sposób spalania ograniczający emisje NOx, który jest sposobem spalania oscylacyjnego i polega na wymuszaniu oscylacji strumienia paliwa i/lub utleniacza. Stechiometria oddala się od 1, temperatura lokalna obniża się, co prowadzi do zmniejszenia NOx.
Z publikacji międzynarodowej WO 02/081967 znane jest inne rozwiązanie, to jest spalanie stopniowe, w którym rozrzedza się substancję reagującą w zasadniczych obszarach reakcji, co umożliwia oddalenie się od proporcji stechiometrycznych i uniknięcie szczytów temperatury sprzyjających tworzeniu NOx.
Dla realizacji takich sposobów, w stanie techniki są stosowane rozwiązania zasadniczo przystosowane do spalania paliwa gazowego. Podczas spalania dwufazowego przy wykorzystaniu płynnego paliwa i utleniacza gazowego, sposób spalania zawiera etapy dodatkowe rozpylania płynu, następnie parowania kropli płynu, aby paliwo stało się gazowym i mogło reagować z utleniaczem gazowym. Rozmaite parametry dodatkowe będą więc wpływać na spalanie: typ stosowanego rozpylacza, na przykład, ale również stosowany wtryskiwacz rozpylonego paliwa, prędkość wypływu rozpylonego gazu, która będzie wpływać na wielkość kropli i jakość rozpylania. Poza parametrami bezpośrednio związanymi z etapem rozpylania, na sposób spalania będzie też wpływać mieszanina substancji reagujących, ponieważ wpływają one na sposób spalania jak również tworzenie emisji zanieczyszczeń. Również stosunek długości parowania i długości mieszania jest istotnym parametrem. Długość parowania jest odległością potrzebną do wyparowania kropli płynnego paliwa, jest ona związana z wielkością kropli, z ich prędkością i rodzajem płynu. Długość mieszania jest odległością potrzebną, aby substancje reagujące, które są wtryskiwane osobno, stały się mieszaninami w stosunku stechiometrycznym. Jeżeli długość parowania jest zbyt duża w stosunku do długości mieszania, spalanie jest niekompletne; mówi się o systemie spalania niekompletnego: po angielsku „brush”. Natomiast, jeżeli długość parowania jest zbyt mała w stosunku do długości mieszania, zbyt szybkie mieszanie prowadzi do podwyższonego poziomu tlenku azotu; mówi się o systemie „parowania”. Jest wiec korzystne lokowanie procesu pomiędzy tymi dwoma systemami przy stosunku długości parowania do długości mieszania bliskim 1.
Opis patentowy EP-B1-0 687 853 proponuje sposób stopniowego spalania płynnego paliwa. Ten sposób polega na wtryskiwaniu płynnego paliwa w postaci rozpylania rozbieżnego mającego kąt obwodowy zewnętrzny mniejszy od 15° i wtryskiwaniu utleniacza w postaci dwóch przepływów: przepływu pierwotnego i przepływu wtórnego, przepływ pierwotny powinien mieć małą prędkość, mniejszą od 61 m/s. W tym sposobie, po pierwsze, realizacja tak małego kąta wymusza niekorzystnie stosowanie zwiększonej prędkości rozpylania gazu, co powoduje znaczne straty obciążenia i może szkodzić stabilności płomienia. Następnie, z racji małej wartości kąta rozpylania, sposób spalania jest systemem typu „parowania” i uniemożliwia optymalizację zmniejszania NOx. Na koniec, ta mała wartość kąta rozpylania uniemożliwia zmiany w sposób ciągły parametrów geometrycznych płomienia. Otóż, może być przydatnym zależnie od wsadu modyfikowanie geometrii płomienia w taki sposób, aby uniknąć zwłaszcza lokalnego tworzenia gorącego punktu.
Celem niniejszego wynalazku jest opracowanie sposobu stopniowego spalania płynnego paliwa i utleniacza w piecu, to jest spalania wykorzystującego płynne paliwo, co umożliwia ograniczanie tworzenia NOx z jednoczesnym zachowaniem stałego płomienia.
Innym celem wynalazku jest opracowanie sposobu stopniowego spalania wykorzystującego płynne paliwo umożliwiającego ograniczanie tworzenia NOx i mającego dużą elastyczność palnika.
Sposób stopniowego spalania płynnego paliwa i utleniacza w piecu, według wynalazku, polega na tym, że wtryskuje się co najmniej jeden strumień płynnego paliwa w postaci rozpylonej i co najmniej jeden strumień utleniacza zawierającego strumień utleniacza pierwotnego i strumień utleniacza wtórPL 202 976 B1 nego, przy czym strumień utleniacza pierwotnego wtryskuje się w pobliżu strumienia płynnego paliwa z wywołaniem pierwszego niekompletnego spalania i uwolnieniem gazów zawierających co najmniej część paliwa, podczas gdy strumień utleniacza wtórnego wtryskuje się w odległości I2 od strumienia płynnego paliwa większej od odległości pomiędzy strumieniem płynnego paliwa a strumieniem utleniacza pierwotnego najbliższym do strumienia płynnego paliwa z wywołaniem wejścia w reakcję spalania z częścią paliwa obecną w gazach powstałych podczas pierwszego spalania, a charakteryzuje się tym, że strumień utleniacza pierwotnego dzieli się na co najmniej dwa strumienie pierwotne, co najmniej jeden pierwszy osłaniający strumień utleniacza pierwotnego, który wtryskuje się w sposób współosiowy dookoła strumienia płynnego paliwa w postaci rozpylonej i co najmniej jeden drugi strumień utleniacza pierwotnego, który wtryskuje się w odległości I1 od strumienia płynnego paliwa.
Korzystnie, strumień płynnego paliwa w postaci rozpylonej pozyskuje się poprzez wtrysk współosiowy strumienia gazu rozpylającego wokół strumienia płynnego paliwa.
Korzystnie, gaz do parowania wybiera się spośród gazu utleniającego, takiego jak powietrze, czy tlen, czy gaz obojętny, czy azot, czy para wodna.
Korzystnie, masowe natężenie przepływu strumienia gazu rozpylającego wybiera się z zakresu pomiędzy 5% a 40% wartości masowego natężenia przepływu strumienia płynnego paliwa.
Korzystnie, odległość I2 pomiędzy strumieniem utleniacza wtórnego i strumieniem paliwa wybiera się z zakresu pomiędzy 1,5 DG a I2/2, przy czym DG przedstawia średnicę koła o tej samej powierzchni co powierzchnia wtryskiwacza, przez który wtryskuje się pierwszy osłaniający strumień utleniacza pierwotnego.
Korzystnie, odległość I1 pomiędzy drugim strumieniem utleniacza pierwotnego a strumieniem płynnego paliwa wybiera się z zakresu pomiędzy 1,5 DG a I2/2, przy czym DG przedstawia średnicę koła o tej samej powierzchni co powierzchnia wtryskiwacza, przez który wtryskuje się pierwszy osłaniający strumień utleniacza pierwotnego.
Korzystnie, średnicę D2 koła o tej samej powierzchni, co powierzchnia wtryskiwacza, przez który wtryskuje się pierwszy osłaniający strumień utleniacza pierwotnego, wybiera się z zakresu pomiędzy 10 mm a 60 mm.
Korzystnie, średnicę D1 koła o tej samej powierzchni co powierzchnia wtryskiwacza, przez który wtryskuje się drugi strumień utleniacza pierwotnego, wybiera się z zakresu pomiędzy 15 mm a 70 mm.
Korzystnie, całkowitą ilość utleniacza wtórnego wybiera się z zakresu pomiędzy 50% a 90% ilości całkowitej wtryskiwanego utleniacza.
Korzystnie, prędkości wtrysku drugiego strumienia utleniacza pierwotnego i strumienia utleniacza wtórnego wybiera się z zakresu prędkości mniejszych czy równych 200 m/s.
Korzystnie, realizuje się go do spalania przy wsadzie szklanym, przy czym prędkości wtrysku drugiego strumienia utleniacza pierwotnego i strumienia utleniacza wtórnego wybiera się z zakresu prędkości mniejszych czy równych 100 m/s.
Korzystnie, masowe natężenie przepływu pierwszego osłaniającego strumienia utleniacza pierwotnego wybiera się z zakresu pomiędzy 10% a 20% wartości masowego natężenia całkowitego przepływu strumienia utleniacza obejmującego utleniacz pierwotny i utleniacz wtórny.
Zaletą sposobu według niniejszego wynalazku jest to, że poprzez realizację sposobu według wynalazku, jest możliwym przeprowadzenie spalania płynnego paliwa, przy ograniczaniu tworzenia NOx.
Inną zaletą sposobu według niniejszego wynalazku jest to, że utleniacz pierwotny i utleniacz wtórny mogą stanowić tę samą kompozycję, dzięki czemu tylko jedno źródło utleniacza jest rozdzielane pomiędzy różne punkty wtrysku utleniacza pierwotnego albo wtórnego.
Kolejną zaletą sposobu według wynalazku jest to, że możliwa jest kontrola stabilności płomienia i elastycznoś ci termicznej procesu spalania oraz, zale ż nie od rodzaju paliwa i usytuowania palnika w piecu, moż liwym jest regulowanie obj ę toś ci pł omienia.
Ponadto, sposób według wynalazku może być dostosowany do pieców o różnych geometriach.
Inne właściwości i zalety wynalazku ujawnią się podczas lektury poniższego opisu.
Przedmiot niniejszego wynalazku w przykładach jego realizacji jest uwidoczniony na rysunku, którego fig. 1 i 2 są uproszczonymi widokami urządzenia umożliwiającego realizację sposobu według wynalazku, fig. 3 przedstawia zależność mocy przenoszonej przez płomień na trzon pieca w funkcji odległości od palnika dla różnych proporcji całkowitego natężenia przepływu utleniacza wtryskiwanego we wtryskiwaczach wtórnych, to jest 50, 65 i 75% całkowitego natężenia przepływu utleniacza wtryskiwanego w wtryskiwaczach wtórnych, w sposobie według wynalazku, fig. 4 przedstawia zależność
PL 202 976 B1 temperatury sklepienia pieca wzdłuż osi wzdłużnej pieca w funkcji odległości od palnika dla różnych proporcji całkowitego natężenia przepływu utleniacza wtryskiwanego we wtryskiwaczach wtórnych, to jest 50, 65 i 75% całkowitego natężenia przepływu utleniacza wtryskiwanego w wtryskiwaczach wtórnych, w sposobie według wynalazku, a fig. 5 przedstawia zależność emitowanych ilości NOx w funkcji proporcji cał kowitego natężenia przepływu utleniacza wtryskiwanego we wtryskiwaczach wtórnych dla dwóch rodzajów rozpylającego gazu to jest tlenu i powietrza, w sposobie według wynalazku.
Wynalazek dotyczy sposobu spalania płynnego paliwa i utleniacza, w którym wtryskuje się co najmniej jeden strumień płynnego paliwa w postaci rozpylonej i co najmniej jeden strumień utleniacza, strumień utleniacza zawiera strumień utleniacza pierwotnego i strumień utleniacza wtórnego, strumień utleniacza pierwotnego jest wtryskiwany w pobliżu strumienia płynnego paliwa w taki sposób, aby powodować pierwsze niekompletne spalanie, gazy powstałe podczas tego pierwszego spalania zawierają jeszcze co najmniej część paliwa, podczas gdy strumień utleniacza wtórnego jest wtryskiwany w odległości I2 od strumienia płynnego paliwa, która jest większa od odległości pomiędzy strumieniem płynnego paliwa i strumieniem utleniacza pierwotnego najbliższym do strumienia płynnego paliwa, w taki sposób, aby wejść w reakcję spalania z częścią paliwa znajdując ą się w gazach powstałych podczas pierwszego spalania, w którym strumień utleniacza pierwotnego jest dzielony na co najmniej dwa strumienie pierwotne, to jest na co najmniej pierwszy osłaniający strumień utleniacza pierwotnego, który jest wtryskiwany w postaci rozpylonej w sposób współosiowy wokół strumienia płynnego paliwa i na co najmniej jeden drugi strumień utleniacza pierwotnego wtryskiwany w odległości I1 od strumienia płynnego paliwa.
Jedną z istotnych cech sposobu według wynalazku jest to, że dotyczy on sposobu spalania płynnego paliwa, które jest wtryskiwane z lancy palnika w postaci rozpylonej. Ten strumień płynnego paliwa w postaci rozpylonej może być uzyskany przy zastosowaniu dowolnej metody rozpylania tak, że wytrysk pod ciśnieniem płynnego paliwa lub mieszaniny paliwa z gazem rozpylającym przed albo podczas jego wyrzucania. Tak więc, w korzystnym przykładzie realizacji niniejszego sposobu, strumień płynnego paliwa w postaci rozpylonej może być uzyskany przez wtrysk współosiowy strumienia rozpylonego gazu wokół strumienia płynnego paliwa. Gaz rozpylany może być wybrany z gazów utleniających takich jak powietrze albo tlen albo gaz obojętny taki jak azot albo para wodna.
W korzystnym przykładzie realizacji niniejszego sposobu, masowe natężenie przepływu strumienia gazu dla rozpylania jest korzystnie zawarte pomiędzy 5% i 40% wartości masowego natężenia przepływu strumienia płynnego paliwa, jeszcze korzystniej pomiędzy 15% i 30%.
Zgodnie z inną istotną cechą wynalazku, strumień utleniacza pierwotnego jest dzielony na co najmniej dwa strumienie, gdzie co najmniej jeden jest strumieniem osłaniającym utleniacza pierwotnego. Ten strumień osłaniający utleniacza pierwotnego jest wtryskiwany w sposób współosiowy wokół strumienia płynnego paliwa w postaci rozpylonej. Drugi strumień utleniacza pierwotnego jest wtryskiwany w odległości I1 od strumienia rozpylonego płynnego paliwa. Korzystnie, ta odległość I1 pomiędzy drugim strumieniem utleniacza pierwotnego i strumieniem osłaniającym płynnego paliwa jest zawarta pomiędzy 1,5 DG a I2/2, gdzie DG przedstawia średnicę koła o tej samej powierzchni co powierzchnia wtryskiwacza, przez który pierwszy osłaniający strumień utleniacza pierwotnego jest wtryskiwany. Przykładowo, wartość DG może być zawarta pomiędzy 30 i 60 mm.
Odległość I2 pomiędzy strumieniem utleniacza wtórnego i strumieniem paliwa może być zawarta pomiędzy 8 D2 i 40 D2, gdzie D2 przedstawia średnicę koła o tej samej powierzchni, co powierzchnia wtryskiwacza, przez który pierwszy osłaniający strumień utleniacza pierwotnego jest wtryskiwany. Wartość D2 może być zawarta pomiędzy 10 i 60 mm.
Średnica koła o tej samej powierzchni co powierzchnia wtryskiwacza, przez który drugi strumień utleniacza pierwotnego jest wtryskiwany, D1 może być zawarta pomiędzy 15 i 70 mm.
Korzystnie, średnica D1, jest większa od średnicy D2.
W korzystnym przykładzie realizacji wynalazku, strumień utleniacza wtórnego i strumień utleniacza pierwotnego umieszczone w odległości I1 od strumienia płynnego paliwa są utworzone z wielu strumieni. W ten sposób, strumień utleniacza pierwotnego umieszczony w odległości I1 od strumienia płynnego paliwa może być utworzony z dwóch identycznych strumieni umieszczonych w takiej samej odległości I1 od strumienia płynnego paliwa, trzy strumienie są w przybliżeniu umieszczone w tej samej płaszczyźnie, a strumień utleniacza wtórnego może być utworzony z dwóch identycznych strumieni umieszczonych w takiej samej odległości I2 od strumienia płynnego paliwa, trzy strumienie są w przybliż eniu umieszczone w tej samej pł aszczyź nie; korzystnie pięć strumieni jest w przybliż eniu umieszczonych w tej samej płaszczyźnie.
PL 202 976 B1
Ilość utleniacza wtórnego stanowi na ogół co najwyżej 90% ilości całkowitej wtryskiwanego utleniacza, korzystnie 10 do 90%.
Korzystniej, ilość utleniacza wtórnego jest zawarta pomiędzy 50 i 90%, a nawet pomiędzy 60 i 80%, ilości całkowitej wtryskiwanego utleniacza, utleniacz pierwotny, który odpowiada jednocześnie utleniaczowi pierwotnemu osłaniającemu i drugiemu strumieniowi utleniacza pierwotnego, przedstawia ilość zawartą pomiędzy 10 i 50%, a nawet pomiędzy 20 i 40%, całkowitej ilości utleniacza.
Korzystnie, masowe natężenie przepływu pierwszego osłaniającego strumienia utleniacza pierwotnego jest zawarte pomiędzy 10 i 20% wartości masowego natężenia przepływu całkowitego strumienia utleniacza, to jest utleniacza pierwotnego i utleniacza wtórnego.
Utleniacz pierwotny i utleniacz wtórny mogą stanowić tę samą kompozycję, w szczególności, ma to zwłaszcza taką zaletę, że jest tylko jedno źródło utleniacza rozdzielane pomiędzy różne punkty wtrysku utleniacza pierwotnego albo wtórnego. Ale, korzystnie, stężenie tlenu w utleniaczu pierwotnym jest większe niż stężenie tlenu w utleniaczu wtórnym.
Kompozycja utleniacza może być zmienna zależnie od warunków albo pożądanych rezultatów. W sposób ogólny, utleniacz moż e być utworzony z mieszaniny gazów zawierającej:
- od 5 do 100% obję tościowych tlenu, korzystnie 30 do 100%,
- od 0 do 95% obję tościowych CO2, korzystnie 0 do 90%,
- od 0 do 80% objętościowych N2, korzystnie 0 do 70%,
- od 0 do 90% obję tościowych powietrza.
Mieszanina powinna również zawierać inne składniki, a zwłaszcza parę wodną i/lub NOx, i/lub SOx. Ogólnie, powietrze wynosi 0 do 90% objętościowych całkowitego natężenia przepływu tlenu utleniacza, dopełnienie jest wniesione przez powietrze wzbogacone w tlen albo tlen zasadniczo czysty.
Korzystnie, powietrze stanowi 15 do 40% objętościowych całkowitego natężenia przepływu O2 w utleniaczu.
W korzystnym przykładzie realizacji, prędkości wtrysku drugiego strumienia utleniacza pierwotnego i strumienia utleniacza wtórnego są mniejsze albo równe 200 m/s, a gdy sposób według wynalazku jest realizowany dla spalania w piecu z wsadem szklanym, prędkości wtrysku drugiego strumienia utleniacza pierwotnego i strumienia utleniacza wtórnego są korzystnie mniejsze albo równe 100 m/s. Ponadto, jest pożądane, aby prędkość strumienia utleniacza wtórnego była większa od prędkości drugiego strumienia utleniacza pierwotnego.
Figura 1 przedstawia w uproszczeniu częściowy widok z góry przykładu zespołu spalania dla realizacji sposobu według wynalazku, a fig. 2 jest uproszczonym widokiem odpowiedniego przekroju.
Zespół spalania jest umieszczony w bloku ogniotrwałym 1 mającym trzy otwory cylindryczne 2, 3 i 4, w których zostały odpowiednio wprowadzone trzy bloki 21, 31 i 41.
Blok 21 zawiera:
- przewód (albo wtryskiwacz) 211 mający wylot 22. Ten przewód 211 otrzymuje płynne paliwo 212.
- przewód (albo wtryskiwacz) 221 mający wylot 22 i umieszczony w sposób koncentryczny wokół przewodu 211, w którym płynne paliwo 212 jest wtryskiwane. Ten przewód 221 otrzymuje gaz do rozpylania 222.
- przewód (albo wtryskiwacz) 231 mający wylot 22 i umieszczony w sposób koncentryczny wokół przewodu 221, w którym gaz do rozpylania 222 jest wtryskiwany. Ten przewód ma w 22 średnicę Dg. Otrzymuje on utleniacz pierwotny osłaniający 232.
Blok 31, korzystnie cylindryczny, ma wywiercony przewód albo wtryskiwacz, 32 mający otwór wylotowy z bloku oznaczony jako 33. Ten przewód albo wtryskiwacz 32 ma w 33 średnicę równa D1, a środek tego przewodu 32 jest umieszczony w odległości I1 od środka przewodu 211. Przewód 32 otrzymuje utleniacz pierwotny 34 inny niż osłaniający utleniacz pierwotny.
Blok 41, korzystnie cylindryczny, ma wywiercony przewód albo wtryskiwacz 42, mający otwór wylotowy z bloku oznaczony jako 43. Ten przewód albo wtryskiwacz 42 ma w 43 średnicę równą D2, a środek tego przewodu 42 jest umieszczony w odległości I2 od środka przewodu 211. Przewód 42 otrzymuje utleniacz zwany wtórnym 44.
Dla działania tego systemu jest możliwe stosowanie tego samego źródła utleniacza dla utleniacza pierwotnego 34 i 232 i utleniacza wtórnego 44 odpowiednie średnice przewodów 32, 231 i 42 są wybrane w taki sposób, aby ustalić różne albo identyczne prędkości wtrysku zależnie od pożądanego rodzaju spalania.
PL 202 976 B1
Dla realizacji korzystnego przykładu sposobu według wynalazku, końce przewodów, w zespole spalania, umożliwiające wtrysk utleniaczy są cofnięte w stosunku do osłony ogniotrwałej.
Poprzez realizację sposobu według wynalazku, jest możliwym przeprowadzenie spalania płynnego paliwa, przy ograniczaniu tworzenia NOx. Ponadto, sposób według wynalazku ma taką zaletę, że umożliwia kontrolowanie stabilności płomienia i elastyczności termicznej procesu spalania. Rzeczywiście, zależnie od rodzaju paliwa, geometrii pieca, może być korzystne uzyskanie małego albo dużego płomienia, albo kontrolowanie transferu termicznego w pewnych punktach pieca, albo wyrównywanie temperatury sklepienia.
W niniejszym wynalazku, ta elastyczność jest uzyskana przez kontrolę rozdział u cał kowitego natężenia przepływu utleniacza pomiędzy strumieniem tlenu wtórnego a strumieniami utleniacza pierwotnego i korzystnie pomiędzy strumieniem tlenu wtórnego a drugim strumieniem utleniacza pierwotnego, który jest inny niż osłaniający strumień utleniacza pierwotnego. Ta kontrola rozdziału całkowitego natężenia przepływu utleniacza jest również zwana stopniowaniem.
P r z y k ł a d
Wykorzystano palnik mający konfigurację z fig. 1 i 2 i zawierający ponadto:
- drugi wtryskiwacz utleniacza pierwotnego umieszczony w odległości I1 od wtryskiwacza strumienia płynnego paliwa 211 i symetryczny w stosunku do pierwszego wtryskiwacza utleniacza pierwotnego 31 w stosunku do wtryskiwacza paliwa 211 i
- drugi wtryskiwacz utleniacza wtórnego umieszczony w odległości I2 od wtryskiwacza płynnego paliwa 211 i symetryczny w stosunku do pierwszego wtryskiwacza utleniacza wtórnego 42 w stosunku do wtryskiwacza paliwa 211.
Wszystkie pięć strumieni znajdowały się w tej samej płaszczyźnie. Moc palnika wynosiła 2 MW. Palnik był zainstalowany w piecu o długości 6 m i przekroju poprzecznym 1,5 m na 2 m. Stosunek I2/D2 wynosił 14,6, stosunek I1/DG wynosił 2, a stosunek I1/I2 wynosił 0,26.
Paliwo wtryskiwane było olejem ciężkim o następującym składzie:
C 87,90% masowych
H 10,02% masowych
O 0,67% masowych
N 0,39% masowych
S 0,98% masowych
Jego lepkość dynamiczna wynosiła 39 mm2/s przy 100°C, jego masa właściwa wynosiła 980 kg/m3, a jego wartość opałowa była mniejsza od 9631 kcal/kg. Gazem rozpylającym był albo tlen albo powietrze.
Poprzez realizację sposobu według wynalazku było możliwym modyfikowanie geometrii płomienia, kontrolując rozdział natężenia całkowitego przepływu utleniacza pomiędzy różnymi wtryskiwaczami pierwotnymi i wtórnymi. Tak więc, przez wtrysk 75% całkowitego natężenia przepływu utleniacza wtryskiwaczami utleniacza wtórnego, uzyskuje się płomień o dużej objętości. Również przez wtrysk przy zmodyfikowanej tej zawartości procentowej, jest możliwym zmniejszenie objętości płomienia. Tak więc, zależnie od rodzaju paliwa i miejsca, w którym palnik jest zainstalowany w piecu, jest możliwym w sposobie według wynalazku regulowanie objętości płomienia.
Figura 3 przedstawia moc przenoszoną przez płomień na trzon pieca w funkcji odległości od palnika dla różnych proporcji całkowitego natężenia przepływu utleniacza wtryskiwanego we wtryskiwaczach wtórnych, 50, 65 i 75% całkowitego natężenia przepływu utleniacza wtryskiwanego w wtryskiwaczach wtórnych. Zauważa się, że znaczne stopniowanie, to jest wtrysk większej ilości utleniacza w wtryskiwaczach wtórnych niż w wtryskiwaczach pierwotnych, umożliwia zmniejszenie mocy w pobliżu palnika i zwiększenie dalekiego przenoszenia wtryskiwaczy. Stosując sposób według wynalazku, jest możliwym modyfikowanie profilu transferu termicznego. Co jest zaletą sposobu według wynalazku: rzeczywiście, ten sposób może być dostosowany do różnych typów geometrii pieca. W przykładach realizacji niniejszego sposobu z fig. 3, gazem rozpylającym jest tlen.
Figura 4 przedstawia temperaturę sklepienia pieca wzdłuż osi wzdłużnej pieca w funkcji odległości od palnika dla różnych proporcji całkowitego natężenia przepływu utleniacza wtryskiwanego w wtryskiwaczach wtórnych, to jest 50, 65 i 75% całkowitego natężenia przepływu utleniacza wtryskiwanego w wtryskiwaczach wtórnych. Zauważa się, że znaczne stopniowanie umożliwia zapewnienie równomiernej temperatury sklepienia. W przykładach realizacji niniejszego sposobu z fig. 4, gazem rozpylającym jest powietrze.
PL 202 976 B1
Figura 5 przedstawia emitowane ilości NOx w funkcji proporcji całkowitego natężenia przepływu utleniacza wtryskiwanego we wtryskiwaczach wtórnych, stopniowanie i dla dwóch rodzajów rozpylającego gazu: tlenu i powietrza. Krzywa odnosząca się do zastosowania tlenu jako gazu rozpylającego jest oznaczona białymi rombami, a krzywa odnosząca się do zastosowania powietrza jako gazu rozpylającego jest oznaczona czarnymi kwadratami. Zauważa się, że przy znacznym stopniowaniu, emisja NOx wynosi 200 ppm, jeżeli gazem rozpylającym jest tlen i 300 ppm, jeżeli gazem rozpylającym jest powietrze.

Claims (12)

1. Sposób stopniowego spalania płynnego paliwa i utleniacza w piecu, w którym wtryskuje się co najmniej jeden strumień płynnego paliwa w postaci rozpylonej i co najmniej jeden strumień utleniacza zawierającego strumień utleniacza pierwotnego i strumień utleniacza wtórnego, przy czym strumień utleniacza pierwotnego wtryskuje się w pobliżu strumienia płynnego paliwa z wywołaniem pierwszego niekompletnego spalania i uwolnieniem gazów zawierających co najmniej część paliwa, podczas gdy strumień utleniacza wtórnego wtryskuje się w odległości I2 od strumienia płynnego paliwa większej od odległości pomiędzy strumieniem płynnego paliwa a strumieniem utleniacza pierwotnego najbliższym do strumienia płynnego paliwa z wywołaniem wejścia w reakcję spalania z częścią paliwa obecną w gazach powstałych podczas pierwszego spalania, znamienny tym, że strumień utleniacza pierwotnego dzieli się na co najmniej dwa strumienie pierwotne, co najmniej jeden pierwszy osłaniający strumień utleniacza pierwotnego, który wtryskuje się w sposób współosiowy dookoła strumienia płynnego paliwa w postaci rozpylonej i co najmniej jeden drugi strumień utleniacza pierwotnego, który wtryskuje się w odległości I1 od strumienia płynnego paliwa.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, ż e strumień płynnego paliwa w postaci rozpylonej pozyskuje się poprzez wtrysk współosiowy strumienia gazu rozpylającego wokół strumienia płynnego paliwa.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, ż e gaz do parowania wybiera się spośród gazu utleniającego, takiego jak powietrze czy tlen, czy gaz obojętny, czy azot, czy para wodna.
4. Sposób według zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, ż e masowe natężenie przepływu strumienia gazu rozpylającego wybiera się z zakresu pomiędzy 5% a 40% wartości masowego natężenia przepływu strumienia płynnego paliwa.
5. Sposób wedł ug zastrz. 1, znamienny tym, ż e odległ o ść I2 pomię dzy strumieniem utleniacza wtórnego i strumieniem paliwa wybiera się z zakresu pomiędzy 8 D2 a 40 D2, przy czym D2 przedstawia średnicę koła o tej samej powierzchni co powierzchnia wtryskiwacza, przez który wtryskuje się pierwszy osłaniający strumień utleniacza pierwotnego.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, ż e odległość I1 pomiędzy drugim strumieniem utleniacza pierwotnego a strumieniem płynnego paliwa wybiera się z zakresu pomiędzy 1,5 DG a I2/2, przy czym DG przedstawia średnicę koła o tej samej powierzchni co powierzchnia wtryskiwacza, przez który wtryskuje się pierwszy osłaniający strumień utleniacza pierwotnego.
7. Sposób wedł ug zastrz. 1, znamienny tym, ż e ś rednicę D2 koł a o tej samej powierzchni co powierzchnia wtryskiwacza, przez który wtryskuje się pierwszy osłaniający strumień utleniacza pierwotnego, wybiera się z zakresu pomiędzy 10 mm a 60 mm.
8. Sposób wedł ug zastrz. 1, znamienny tym, ż e ś rednicę D1 koł a o tej samej powierzchni co powierzchnia wtryskiwacza, przez który wtryskuje się drugi strumień utleniacza pierwotnego, wybiera się z zakresu pomiędzy 15 mm a 70 mm.
9. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 5, albo 6, albo 7, albo 8, znamienny tym, że całkowitą ilość utleniacza wtórnego wybiera się z zakresu pomiędzy 50% a 90% ilości całkowitej wtryskiwanego utleniacza.
10. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 5, albo 6, albo 7, albo 8, znamienny tym, że prędkości wtrysku drugiego strumienia utleniacza pierwotnego i strumienia utleniacza wtórnego wybiera się z zakresu prędkości mniejszych czy równych 200 m/s.
11. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 5, albo 6, albo 7, albo 8, znamienny tym, że realizuje się go do spalania przy wsadzie szklanym, przy czym prędkości wtrysku drugiego strumienia utleniacza pierwotnego i strumienia utleniacza wtórnego wybiera się z zakresu prędkości mniejszych czy równych 100 m/s.
PL 202 976 B1
12. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 5, albo 6, albo 7, albo 8, znamienny tym, że masowe natężenie przepływu pierwszego osłaniającego strumienia utleniacza pierwotnego wybiera się z zakresu pomiędzy 10% a 20% wartości masowego natężenia całkowitego przepływu strumienia utleniacza obejmującego utleniacz pierwotny i utleniacz wtórny.
PL378149A 2003-04-18 2004-04-07 Sposób stopniowego spalania płynnego paliwa i utleniacza w piecu PL202976B1 (pl)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0304867A FR2853953B1 (fr) 2003-04-18 2003-04-18 Procede de combustion etagee d'un combustible liquide et d'un oxydant dans un four

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL378149A1 PL378149A1 (pl) 2006-03-06
PL202976B1 true PL202976B1 (pl) 2009-08-31

Family

ID=33041967

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL378149A PL202976B1 (pl) 2003-04-18 2004-04-07 Sposób stopniowego spalania płynnego paliwa i utleniacza w piecu

Country Status (12)

Country Link
EP (1) EP1618334B1 (pl)
JP (2) JP2006523817A (pl)
KR (1) KR101163233B1 (pl)
CN (1) CN1791767A (pl)
BR (1) BRPI0409502B1 (pl)
ES (1) ES2457044T3 (pl)
FR (1) FR2853953B1 (pl)
MY (1) MY137855A (pl)
PL (1) PL202976B1 (pl)
PT (1) PT1618334E (pl)
RU (1) RU2327927C2 (pl)
WO (1) WO2004094902A1 (pl)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2863690B1 (fr) * 2003-12-16 2006-01-20 Air Liquide Procede de combustion etagee mettant en oeuvre un gaz riche en oxygene et un gaz pauvre en oxygene
FR2863692B1 (fr) * 2003-12-16 2009-07-10 Air Liquide Procede de combustion etagee avec injection optimisee de l'oxydant primaire
FR2879283B1 (fr) * 2004-12-13 2007-01-19 Air Liquide Procede de combustion avec alimentation cyclique du comburant
FR2880408B1 (fr) * 2004-12-31 2007-03-16 Air Liquide Procede d'oxycombustion d'un combustible liquide
FR2889578B1 (fr) * 2005-08-04 2007-09-21 Air Liquide Procede de combustion d'un combustible liquide a atomisation etagee
FR2892497B1 (fr) * 2005-10-24 2008-07-04 Air Liquide Procede de combustion mixte dans un four a regenerateurs
FR2918657B1 (fr) 2007-07-10 2010-11-12 Air Liquide Four et procede oxy-combustible pour la fusion de matieres vitrifiables.
EP2141412A1 (fr) 2008-07-02 2010-01-06 L'Air Liquide Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Oxy-brûleur à combustion étagée
CN102076620B (zh) * 2008-07-02 2014-06-25 旭硝子欧洲玻璃公司 热氧燃烧器的供料
EP2389539A1 (en) * 2009-01-16 2011-11-30 Air Products and Chemicals, Inc. Multi-mode combustion device and method for using the device
EP2500640A1 (en) 2011-03-16 2012-09-19 L'AIR LIQUIDE, Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Low NOx combustion process and burner therefor
SE537347C2 (sv) * 2012-08-31 2015-04-07 Reformtech Heating Holding Ab Apparat för förbränning
ES2933119T3 (es) 2018-11-12 2023-02-02 Ws Waermeprozesstechnik Gmbh Procedimiento y dispositivo para la combustión escalonada sin llama

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3957420A (en) * 1974-12-16 1976-05-18 Ishikawajima-Harima Jukogyo Kabushiki Kaisha Low NOx emission burners
EP0124146A1 (en) * 1983-03-30 1984-11-07 Shell Internationale Researchmaatschappij B.V. Method and apparatus for fuel combustion with low NOx, soot and particulates emission
FR2679626B1 (fr) 1991-07-23 1993-10-15 Air Liquide Procede et installation de combustion pulsee.
RU2042881C1 (ru) * 1992-08-06 1995-08-27 Грибков Александр Михайлович Способ уменьшения образования оксидов азота в процессе сжигания жидкого топлива
DE4328130A1 (de) * 1993-08-20 1995-02-23 Saacke Gmbh & Co Kg Verfahren und Vorrichtung zum emissionsarmen Verbrennen von fließfähigen und/oder gasförmigen Brennstoffen mit interner Rauchgasrezirkulation
US5601425A (en) * 1994-06-13 1997-02-11 Praxair Technology, Inc. Staged combustion for reducing nitrogen oxides
JP3781332B2 (ja) * 1998-12-15 2006-05-31 株式会社タクマ サイクロン形燃焼装置
JP4323686B2 (ja) * 2000-06-16 2009-09-02 大陽日酸株式会社 低NOxバーナ及びその運転方法
FR2823290B1 (fr) 2001-04-06 2006-08-18 Air Liquide Procede de combustion comportant des injections separees de combustible et d oxydant et ensemble bruleur pour la mise en oeuvre de ce procede

Also Published As

Publication number Publication date
EP1618334A1 (fr) 2006-01-25
RU2005135857A (ru) 2006-06-10
MY137855A (en) 2009-03-31
BRPI0409502B1 (pt) 2015-12-22
FR2853953A1 (fr) 2004-10-22
PT1618334E (pt) 2014-04-17
WO2004094902A1 (fr) 2004-11-04
EP1618334B1 (fr) 2014-01-15
KR101163233B1 (ko) 2012-07-06
BRPI0409502A (pt) 2006-04-18
FR2853953B1 (fr) 2007-02-09
PL378149A1 (pl) 2006-03-06
RU2327927C2 (ru) 2008-06-27
KR20060009851A (ko) 2006-02-01
ES2457044T3 (es) 2014-04-24
CN1791767A (zh) 2006-06-21
JP2010014402A (ja) 2010-01-21
JP2006523817A (ja) 2006-10-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4023921A (en) Oil burner for NOx emission control
JP6022531B2 (ja) 分散燃焼のプロセスおよびバーナ
JP2010014402A (ja) 液体燃料と酸化剤の段階燃焼方法
CA2076705C (en) Low nox formation burner apparatus and methods
US5238395A (en) Low nox gas burner apparatus and methods
KR100234573B1 (ko) 질소 산화물을 감소시키기 위한 단계적 연소 방법
US20030134241A1 (en) Process and apparatus of combustion for reduction of nitrogen oxide emissions
CN102192502B (zh) 液态燃料燃烧工艺和设备
JP2942336B2 (ja) 燃焼器および燃焼設備
JPH0765731B2 (ja) 結合窒素を含む燃料を燃焼させるための方法
EP0614044A2 (en) Process and device for combustion-enhanced atomization and vaporization of liquid fuels
EP1203188B1 (en) Improved industrial burner for fuel
EP0653591B1 (en) Burner for liquid fuel
US5216968A (en) Method of stabilizing a combustion process
RU2387924C2 (ru) Способ ступенчатого сжигания топлива в кислородсодержащей атмосфере с использованием предварительно нагретых реагентов
BR112016002457B1 (pt) Conjunto queimador e método para combustão de combustível gasoso ou líquido para aquecer um forno industrial
De Sousa et al. NOX Emission Rates from Oxy-Fuel Oil Flames
Paulo et al. NOx Emission Rates from Oxy-Fuel Oil
KR102572047B1 (ko) 버너 및 버너 연소 방법
KR100253993B1 (ko) 질소산화물 저감형 버너의 이단노즐
DE SOUSA et al. NOx Emission Rates from Oxy-Fuel Oil
JP2025140822A (ja) 混焼専焼バーナの燃焼方法および混焼専焼バーナ
KR20000045131A (ko) 질소산화물 저감형 미분탄 버너
JPH04356606A (ja) 液体燃料の燃焼方法及び燃焼器
JPS63131912A (ja) ガス化燃焼装置