DE69426750T2 - Asymmetrischer Sauerstoffbrennstoffbrenner - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbrennen eines Brennstoffs und eines Oxidationsmittels, das in einem Ofen, wie einem Glasofen, und insbesondere Niederimpulsbrennern, d. h. Brennern mit einer verhältnismäßig geringen Gasaustrittsgeschwindigkeit, anwendbar ist.
• Infolge der Verschärfung der Schadstoffemissionsnormen, insbesondere in der Glasindustrie, kommen in der Technik zunehmend Brenner zum Einsatz, die für die Verbrennung mit Sauerstoff (mit oxidierenden Gemischen mit hohem O&sub2;-Gehalt zwischen 85 und 100%) ausgelegt sind.
• Aus der SU-A-1179023 ist ein Brenner bekannt, der eine Luftleitung aufweist, in welcher zwei konvergierende Brenngaseinblasdüsen angeordnet sind, wobei die eine Düse auf der Brennerachse und die andere Düse in einem Winkel zur Achse angeordnet ist.
• Ziel der vorliegenden Erfindung war die Verbesserung der Leistung derartiger Brenner und insbesondere die Verringerung der Stickoxidemissionen bei Verwendung von Sauerstoff mittlerer Reinheit, wie er beispielsweise bei der adsorptiven Luftzerlegung nach dem VSA-Verfahren erhältlich ist, und/oder von stickstoffhaltigem Erdgas, beispielsweise vom Gasfeld Groningen in Europa.
• Es wurde nun gefunden, daß diese Verringerung in sehr deutlicher Weise durch unsymmetrische Verteilung des Gesamtbrenngasdurchsatzes im durch den Brenner beförderten Sauerstoffstrom erhältlich ist.
• Genauer gesagt, besteht unter Berücksichtigung der Tatsache, daß bei normalem Betrieb des Brenners das Verhältnis der Gesamtdurchsätze von Sauerstoff und Brenngas stöchiometrisch oder weitgehend stöchiometrisch ist, eine Hauptbesonderheit eines erfindungsgemäßen Brenners darin, daß die Gasdurchsätze in einem gleichen Brennerquerschnitt vor der Flamme so verteilt werden, daß zumindest in einem Teil dieses Querschnitts das Verhältnis von Sauerstoffdurchsatz zu Gasdurchsatz deutlich unter dem stöchiometrischen Wert liegt.
• Es stellte sich überraschenderweise heraus, daß diese Asymmetrie der Verteilung der Durchsätze vor dem Flammenursprung eine Zone liefert und aufrechterhält, in der der Stickoxidgehalt im Vergleich zu einer im gesamten Querschnitt einheitlichen oder weitgehend einheitlichen Verteilung der Durchsätze verringert ist.
• Es sei außerdem darauf hingewiesen, daß die zu einer unterstöchiometrischen Zone in der Flamme führende unsymmetrische Konfiguration auch zweckmäßig ist, wenn lokal eine reduzierende Atmosphäre erhalten werden soll, beispielsweise über einem Glasbad.
• Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von angegebenen Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, worin zeigen:
• - Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorderansicht eines bekannten Brenners mit symmetrischer Verteilung der Brenngasdurchsätze;
• - Fig. 2 eine analoge Ansicht eines ersten Brenners;
• - Fig. 3 ein Vergleichsdiagramm, in dem die Variationen der Stickoxidemissionen mit den Brennern gemäß den Fig. 1 und 2 darstellt sind; und
• - Fig. 4 und 5 zwei andere Brenner.
• Ein Brenner kann somit drei Hauptteile enthalten, nämlich einen Aufwärmblock aus feuerfestem Werkstoff, einen metallischen Brennerkörper, der auf der Oxidationsmittelanstromseite des Aufwärmblocks abmontierbar befestigt ist, und mindestens ein Brennstoffeinblasrohr, die abmontierbar und dicht am Körper angebracht ist, wobei der Brennstoff folglich brennerrückseitig anströmt.
• In Fig. 1 ist der Fall gezeigt, in dem das Einblasrohr ein oder mehrere Rohre 3 enthält, die im Sauerstoffstrom oder genauer gesagt im Oxidationsmittelstrom mit einem O&sub2;-Gehalt von mehr als 90%, der den eine Verlängerung des Brennerkörpers darstellenden rohrförmigen Mantel 2 durchströmt, unter Winkeln verteilt sind.
• Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die das Brenngas (Reduktionsmittel) befördernden Rohre 3 in dem von Oxidationsmittel durchströmten Mantel 2 nicht regelmäßig verteilt, sondern in einem Teil des Querschnitts konzentriert sind, hier in der unteren Hälfte des Querschnitts des rohrförmigen Mantels 2. Daraus ergibt sich, daß in einem derartigen Fall das Verhältnis Oxidationsmittel/Reduktionsmittel am Ausgang der Rohre 3 vor dem Flammenursprung deutlich unter dem stöchiometrischen Verhältnis liegt.
• Fig. 3 zeigt Diagramme der normalisierten Stickoxidmengen (in kg/MW) auf der Ordinate in Abhängigkeit vom Stickstoffgehalt des eingesetzten Sauerstoffs in Prozent auf der Abszisse für einen 1-MW- Brenner, der mit Erdgas mit einem Stickstoffgehalt von etwa 2,5% betrieben wird, wobei die Durchsätze von Erdgas und Sauerstoff sich auf etwa 100 Nm³/h bzw. 200 Nm³/h belaufen. Mit einer unsymmetrischen Verteilung von 5 Erdgasrohren gemäß Fig. 2 ist eine wesentliche Senkung der NOx-Emissionen gegenüber der rotationssymmetrischen Verteilung ("Standard") gemäß Fig. 1 festzustellen.
• Es sind auch andere unsymmetrische Konfigurationen denkbar. So kann man beispielsweise, wie in Fig. 4 mit analoger Winkelverteilung der Rohre 3 wie in Fig. 1 gezeigt, das Brenngas befördernde, hier unterschiedliche Rohre 3 und 3a mit unterschiedlichem Querschnitt verwenden. Man kann aber auch mit einem einzigen Brenngasrohr arbeiten und dieses im das Oxidationsmittel befördernden Mantel 2 stark versetzen, wie es in Fig. 5 dargestellt ist.

Claims (2)

1. Verfahren zum Verbrennen eines Brennstoffs und eines Oxidationsmittels, bei dem man den Brennstoff in unsymmetrischer Art und Weise in das Innere des Oxidationsmittelstroms einbläst, dadurch daß der Oxidationsmittelstrom 85 bis 100% Sauerstoff enthält, so daß vor der Flamme eine Mischzone erzeugt wird, die einen Teil enthält, in dem das Verhältnis von Oxidationsmittel zu Brennstoff unter dem stöchiometrischen Wert liegt, wodurch lokal eine reduzierende Atmosphäre geschaffen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxidationsmittel mehr als 90% Sauerstoff enthält.