[go: up one dir, main page]

KR100602766B1 - 석탄에 기초한 재연소를 이용하는 ＮＯｘ 감소 방법 - Google Patents

석탄에 기초한 재연소를 이용하는 ＮＯｘ 감소 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100602766B1
KR100602766B1 KR1020010026945A KR20010026945A KR100602766B1 KR 100602766 B1 KR100602766 B1 KR 100602766B1 KR 1020010026945 A KR1020010026945 A KR 1020010026945A KR 20010026945 A KR20010026945 A KR 20010026945A KR 100602766 B1 KR100602766 B1 KR 100602766B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
combustion gas
fuel
oxygen
hot oxygen
particulate carbonaceous
Prior art date
Application number
KR1020010026945A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20010105244A (ko
Inventor
히사시 고바야시
로렌스이.3세 불
마이클프랜시스 라일리
Original Assignee
프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드
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 프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드 filed Critical 프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드
Publication of KR20010105244A publication Critical patent/KR20010105244A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100602766B1 publication Critical patent/KR100602766B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L7/00—Supplying non-combustible liquids or gases, other than air, to the fire, e.g. oxygen, steam
    • F23L7/007—Supplying oxygen or oxygen-enriched air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C9/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber
    • F23C9/06—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber for completing combustion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/54—Nitrogen compounds
    • B01D53/56—Nitrogen oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B5/00—Making pig-iron in the blast furnace
    • C21B5/001—Injecting additional fuel or reducing agents
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C9/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber
    • F23C9/006—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber the recirculation taking place in the combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D17/00—Arrangements for using waste heat; Arrangements for using, or disposing of, waste gases
    • F27D17/20—Arrangements for treatment or cleaning of waste gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/20—Reductants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/40—Nitrogen compounds
    • B01D2257/404—Nitrogen oxides other than dinitrogen oxide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/99004—Combustion process using petroleum coke or any other fuel with a very low content in volatile matters
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/32—Technologies related to metal processing using renewable energy sources

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)

Abstract

상용 노 내에서의 연소에 의한 연소가스의 NOx 함량을 감소시키기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 노에서는 고온 산소와 미분탄과 같은 탄소질 연료가 반응하여 연료 부화 가스상 혼합물을 형성하고, 그 후 상기 혼합물은 NOx를 질소가스로 환원시키기 위해 사용된다.

Description

석탄에 기초한 재연소를 이용하는 ＮＯｘ 감소 방법{NOx REDUCTION USING COAL BASED REBURNING}
도 1은 고온 산소 및 입자상(granular) 탄소질 연료가 연소가스와 접촉하도록 노(furnaces) 내로 통과되기 전 가스화 장치실에서 혼합되는 본 발명의 바람직한 일 실시예를 도시하는 단면도.
도 2는 고온 산소 및 입자상 탄소질 연료가 연소가스와 접촉하도록 노 내로 직접 제공되는 본 발명의 다른 바람직한 실시예를 도시하는 단면도.
도 3은 고온 산소 및 입자상 탄소질 연료가, 별도의 제공수단에 의해 노 내로 직접 제공되는 본 발명의 다른 바람직한 실시예를 도시하는 단면도.
도 4는 본 발명의 실시에 따라 달성될 수 있는 장점들을 도시하는 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1: 고온 산소 2: 환형 통로
3: 연료분사장치 4: 탄소질 연료
5: 중앙 통로 6: 가스화 장치
7: 혼합물 8: 노 벽
9: 스트림 10: 노 영역
11: 산소용 랜스 12: 연료용 랜스
13: 산소 스트림 14: 연료 스트림
본 발명은 일반적으로 연소에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 연소로부터 발생되는 질소산화물(NOx) 방출물의 감소에 관한 것이다.
열을 제공하는 연료와 산화제의 연소는, 전력생산, 강 및 다른 금속의 생산, 유리 제조 및 쓰레기 처리와 같은 공업분야에서 많은 상업적 노에 사용된다. 통상적으로 연소공정에서 사용되는 산화제는 상당한 양의 질소를 포함하는 공기이다. 연소반응이 진행되는 동안, 연료 내 질소종과 공기 내 질소는 산화되어 NOx를 형성한다. 또한, 통상적으로 이산화탄소 및 수증기를 포함하는 다른 연소 가스도 형성된다.
공업용 노와 그 외 다른 노에서 발생되는 이런 NOx가 환경 및 인체에 심각한 영향을 미친다는 것은 이미 알려져 있다. 산성비의 원인이 되는 이런 혼합물은, 지면 높이 오존(ground level ozone) 형성의 요인이 되며 미립자 형성과도 관련이 있다.
연소반응으로부터 방출되는 NOx를 감소시키는 한 방법은, 연료가 NOx를 함유한 연소가스에 제공되어 NOx와 반응하여 질소가스를 형성하는 재연소(reburning)이다. 재연소를 위해 사용되는 연료는 일반적으로 메탄 또는 천연가스이다.
석탄 또는 입자상 탄소질 연료와 같은 가격이 저렴한 연료가 NOx의 발생을 감소시키기 위한 재연소에 사용되는 것이 바람직하다. 하지만, 이런 연료를 사용하면 긴 접촉시간이 필요하기 때문에 재연소의 효율이 저하될 수 있고, 이에 따라 많은 탄소를 함유한 재(ash)가 형성될 수 있으며, 재에 대한 추가의 처리단계가 필요하게 된다.
본 발명의 목적은 입자상 탄소질 연료에 의한 재연소 과정을 이용하여 연소반응으로부터 발생되는 NOx를 감소시키기 위한 개선된 방법을 제공하고자 하는 것이다.
이 외에 본 발명의 다른 목적, 즉 이 명세서를 읽는 당업자에게 명백한 목적은 다음에 따르는 본 발명에 따라 달성될 것이다.
연소반응으로부터 발생되는 연소가스의 NOx 함량을 감소시키기 위한 방법은,
(A) 열을 발생시키고 NOx를 함유하는 연소가스가 생성되도록 연료 및 산화제를 연소하는 단계;
(B) 고온 산소를 형성하도록 30몰 퍼센트 이상의 산소 농도를 갖는 가스상 유체인 산소를 538℃ 내지 1649℃(1000℉ 내지 3000℉) 범위의 온도로 가열하는 단계;
(C) 상기 고온 산소와, 휘발성 물질을 포함한 입자상 탄소질 연료를 가속화시키는 단계;
(D) 1.0 미만의 화학양론비(stoichiometric ratio)를 가진 혼합물이 생성되도록, 휘발성 물질을 포함한 입자상 탄소질 연료를 고온 산소와 혼합시키고, 이 혼합물 내 입자상 탄소질 연료를 탈휘발시키며, 탄화수소 라디칼을 함유하는 연료 부화 가스상 혼합물이 생성되도록, 혼합물 내의 휘발성 물질 및 입자상 탄소질 연료를 고온 산소와 반응시키는 단계; 그리고
(E) 연료 부화 가스상 혼합물과 연소가스를 접촉시키고, 연료 부화 가스상 혼합물의 탄화수소 라디칼을 연소가스의 NOx와 반응시켜 질소가스를 생성시키는 단계를 포함한다.
여기서 언급된 "화학양론(stoichiometric)"이란 연소 목적을 위한 연료에 대한 산소분자의 비를 의미한다. 화학양론이 1.0보다 낮다는 것은, 존재하는 연료를 완전히 연소하는데 필요한 산소의 양보다 실제로 존재하는 산소의 양이 적다는 것을 의미한다. 즉 이는 연료-부화(fuel-rich) 상태를 의미한다.
여기서 언급된 "산소"란 적어도 30몰 퍼센트(mole percent)의 산소 농도를 가진 가스상 유체(gaseous fluid)를 의미한다. 가스상 유체는 70몰 퍼센트 이상의 산소 농도를 갖거나 99.5몰 퍼센트 이상의 산소 농도를 가진 상업적으로 순수한 산소일 수 있다.
여기서 언급된 "질소산화물" 및 "NOx"란 아산화질소(nitrous oxide; N20), 일산화질소(nitric oxide; NO), 삼산화이질소(dinitrogen trioxide; N2O3), 사산화질소(nitrogen tetroxide; N2O4), 이산화질소(nitrogen dioxide; NO2), 사산화삼질소(trinitrogen tetraoxide; N3O4) 및 삼산화질소(nitrogen trioxide; NO3) 중 하나 이상을 의미한다.
여기서 언급된 "휘발성 물질(volatiles)"이란 고체 또는 액체 연료가 가열될 때 이들로부터 방출된 유기화합물(organic compound)을 의미한다. 이런 화합물은 적절한 비등점을 가진 다른 유기화합물, 타르, 그리고 메탄을 포함한다.
여기서 언급된 "탈휘발(devolatize)"이란 휘발성 물질이 고체 또는 액체로부터 기화되는 것을 의미한다.
여기서 언급된 "탄화수소 라디칼(hydrocarbon radicals)"이란 수소 또는 탄소 함유 종의 분리 또는 수소 또는 탄소 함유 종과의 반응에 의해 형성된 높은 반응성 종을 의미한다. 탄화수소 라디칼의 예로는 NH, CH 및 CH2가 있다.
여기서 언급된 "입자상"이란 분쇄되거나 부서진 고체 재료 또는 분무된(atomized) 액체 재료와 같은 미세하게 분리된 재료를 의미한다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명될 것이다. 도 1에서, 538℃ 내지 1649℃(1000℉ 내지 3000℉), 바람직하게는 2000℉ 내지 3000℉의 범위의 온도로 가열된 산소(1)는 연료분사장치(injector; 3)의 환형 통로(2)에 공급된다. 산소는 열원과의 열교환과 같은 어떤 적절한 수단에 의해 가열될 수도 있다. 본 발명의 실시에서 산소를 가열하기 위한 특히 바람직한 방법은, 앤더슨(Anderson)의 미국 특허 제 5,266,024호에 공지되어 있다.
탄소질 연료(4)는 연료분사장치(3)의 중앙통로(5)에 공급된다. 소정의 고체 또는 액체 탄소질 연료가 본 발명의 실시에 사용될 수도 있다. 바람직하게 탄소질 연료(4)는 미분탄 또는 석유코크스(petroleum coke)를 포함한다.
고온 산소 및 입자상 탄소질 연료는, 동축 스트림으로서 연료분사장치(3)를 통해 연료분사장치(3)로부터 가스화 장치(gasifier; 6)로 통과되며 가스화 장치 내에서 고온 산소와 입자상 탄소질 연료가 혼합되어 혼합물(7)을 형성한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 바람직하게 고온 산소 및 탄소질 연료가 연료분사장치(3)로부터 가스화 장치(6)로 통과하는 노즐은, 수축된 개구를 가지고 있어서 고온 산소 및 탄소질 연료를 가속화시키는 작용을 하여, 가스화 장치(6) 내에서의 혼합작용을 강화하여 보다 균일한 혼합물(7)을 형성한다. 고온 산소 및 탄소질 연료는 혼합물(7)의 화학양론 비가 1.0 미만, 바람직하게는 0.1 내지 0.6의 범위가 되도록 제공된다.
고온 산소로부터의 열은 탄소질 연료 내 휘발성 물질의 일부를 탈휘발시킨다. 가스화 장치(6) 내에서 고온 산소는 휘발성 물질과 반응하고 또한 탄소질 연료와 반응하여 연료-부화 가스상 혼합물을 형성하는데, 이 혼합물은 통상적으로 이산화탄소, 일산화탄소, 메탄, 수소 및 다른 반응하지 않은 탄화수소를 포함한다. 또한, 어떤 입자상 탄소질 연료가 존재할 수도 있다. 연소반응 그 자체에서 방출된 열 뿐만아니라 고온 산소와 휘발성 물질 및 탄소질 연료와의 연소반응으로 인한 초기 열로 인하여, 연료-부화 가스상 혼합물은 또한 탄화수소 라디칼을 포함한다. 탄화수소 라디칼을 함유한 연료-부화 가스상 혼합물은, 스트림(9)으로 도시된 바와 같이, 가스화 장치(6)로부터 노 벽(8)을 통해 노 영역(10)으로 흘러들어 간다.
노 영역(10)에서 연료 및 산화제는 연소되어 공업용 열을 발생시킨다. 본 발명의 실시에 유용한 노 영역의 실례는 다용도 보일러, 공업용 노 및 공업용 보일러를 포함한다. 노 영역(10)에서 열을 발생시키는 연료 및 산화제의 연소반응은 NOx가 함유된 연소가스를 형성한다. 노 영역(10)에서 연소가스는 연료-부화 가스상 혼합물과 접촉하고, 연료-부화 가스상 혼합물의 탄화수소 라디칼은 연소가스의 NOx와 반응하여 NOx를 질소가스로 환원시킨다. 그리고 나서, 질소가스는 연소가스와 함께 노로부터 방출되어, 방출물의 NOx 함량을 노 영역에서의 재연소가 없는 경우에 비해 현저히 감소시킨다. 필요할 경우, 연료-부화 가스상 혼합물의 완전한 연소를 위해, 이 혼합물이 노로부터 방출되기 전에 추가의 산화제, 예를 들면 공기가 노 영역에 공급될 수도 있다.
도 2 및 도 3은 가스화 장치실이 사용되지 않는 본 발명의 다른 실시예를 도시하고 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 본 발명의 실시예에서, 고온 산소 및 입자상 탄소질 연료는, 노 내에 직접 공급되어 화학양론비 이하의 혼합물을 형성한다. 도 2 및 도 3에 사용된 도면부호는 동일 부재에 대해 도 1에 사용된 도면부호와 동일하고 동일 부재는 다시 설명하지 않는다.
도 2에 도시된 실시예에서, 연료분사장치가 노 벽(8)에 배치되고 혼합물(7)이 노 영역(10) 내에서 형성되는 것을 제외하고는 도 1에 도시된 장치와 유사한 연료분사장치가 사용된다. 도 2에 도시된 본 발명의 실시예의 모든 다른 양상은 도 1에 도시된 실시예와 관련하여 앞에서 설명된 양상과 실질적으로 동일한다. 도면에 도시되지 않은 노 영역 내에서의 연료 및 산화제의 연소는, 연료-부화 가스상 혼합물이 노 영역 내로 유입되거나 노 영역 내에 형성되는 곳으로부터 소정의 거리에서 일어남을 당업자라면 알 수 있을 것이다. 일반적으로, 이런 연소는 연료-부화 가스상 혼합물이 노 영역 내로 유입되거나 노 영역 내에 형성되는 레벨 아래에서 일어날 것이고, 연소가스는 연소실 내에서 발생되어 연료-부화 가스상 혼합물과 접촉하게 된다.
도 3에 도시된 본 발명의 실시예에서, 고온 산소 및 탄소질 연료는 각기 별도의 장치를 통해 노 영역 내로 직접 공급된다. 고온 산소는 하나 이상의 고온 산소용 랜스(lances; 11)를 통해 공급되고 탄소질 연료는 연료용 랜스(12)를 통해 공급된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 바람직하게 고온 산소용 랜스는 노 영역(10) 내에 주입된 고온 산소의 스트림(13)이 노 영역(10) 내에 주입된 입자상 탄소질 연료의 스트림(14)을 향하도록 배향되어 있다. 일반적으로, 스트림(13, 14)은 그들이 혼합되어 화학양론비 이하의(substoichiometric) 혼합물(7)을 형성하기 전에 연소가스의 일부를 비말동반할 것이다. 그 후, 연료-부화 가스상 혼합물이 형성되고 전술된 방식과 유사한 방식으로 노 영역(10) 내에서 NOx가 환원된 질소가스를 생성한다.
출원인은 본 발명의 재연소를 수행하여 질소가스를 형성하기 위해 다량의 탄화수소 라디칼을 차례로(in turn) 발생시킬 수 있는 탄소질 연료를 효과적으로 탈휘발시키는데 소량의 고온 산소가 필요함을 발견하였다. 도 4에는 블라스트 공기 스트림 내의 공기에 의해, 미분탄을 연소시킨 네 가지 경우에 대한 총 연료소진(BURNOUT), 휘발성 물질 방출(VM) 및 고정탄소 소진(FC)의 결과가 도시되어 있다:
(1) 표준(Base), 블라스트 공기 스트림에 산소가 공급되지 않음,
(2) 농축(Enrich), 산소가 대기온도에서 블라스트 공기 가열기의 상류에서 공급됨,
(3) 냉각 분사(Cold Inj.), 산소가 대기온도에서 블라스트 공기 내에 공급됨,
(4) 가열 분사(Hot Inj.), 고온 산소가 사용됨.
각각의 경우에 있어, 연료는 통상적으로 상업용 블라스트 노의 작동에 사용되는 휘발성이 높은 미분탄이며, 표 1에 그에 대한 분석이 도시되어 있다. 연료는 9.5 kg/hr의 유량으로 블라스트 공기 스트림 내로 공급되었다.
Figure 112003017420494-pat00001
탄(char)은 물 담금질에 의해 수집된다. 총 석탄 소진비(T)는 초기 석탄의 재 함량(Ao)과 수집된 탄의 재 함량(A1)의 화학적 분석에 의해 결정된다. 즉 아래의 식에 따라 결정된다.
Figure 112001011431971-pat00002
휘발성 물질의 방출(R) 및 고정 탄소의 연소(C)는, 석탄 내에 함유된 재, 휘발성 물질(Vo) 및 고정 탄소(Fo), 그리고 탄 내에 함유된 재, 휘발성 물질(V1) 및 고정 탄소(F1)의 화학적 분석에 의해 결정된다. 즉 아래의 식에 따라 결정된다.
Figure 112001011431971-pat00003
Figure 112001011431971-pat00004
산소가 사용되었을 때, 3.7Nm3/hr의 공기 흐름은 산소로 대체된다. 농축실험에 있어서, 공기와 산소는 대기온도에서 혼합되고 그 혼합물은 900℃로 가열되어, 총 가스 유량, 속도 및 온도는 표준의 경우와 동일하게 된다. 대기 분사 실험에 있어서, 93.7 Nm3/hr의 공기는 900℃에서 블라스트를 위해 사용되고 3.7 Nm3/hr의 산소는 산소용 랜스를 통해 분사된다. 총 가스 유량은 표준의 경우와 동일하다. 반면, 온도는 표준의 경우보다 상대적으로 낮은데, 그 이유는 추가된 산소가 가열되지 않았기 때문이다. 대기 분사 실험에 있어서의 산소는 약 99.99퍼센트의 순도를 가지고 있다. 가열 분사 실험에 있어서, 산소는 80몰 퍼센트의 산소 농도와 1565℃의 온도를 가진다.
도 4는 9.5 kg/hr의 석탄 분사율에 대한 각 경우의 총 연료소진, 휘발성 물질의 방출 및 고정탄소 소진을 비교하고 있다. 도 4에 나타난 결과에서 알 수 있듯이, 산화제로서 단지 공기만을 사용하여 달성될 수 있는 것과 비교하여 소량의 산소가 휘발성 물질의 방출을 훨씬 더 개선시키고, 고온 산소의 사용이 재연소를 위한 탄화수소 라디칼을 보다 더 발생시키는데 이용할 수 있는 보다 많은 휘발성 물질을 야기하는 향상된 성능을 제공한다.
따라서 본 발명을 이용함으로써 재연소를 위해 보다 값싼 연료 또는 석탄을 효과적으로 사용하여 상업적 노로부터 방출되는 NOx를 감소시킬 수 있다. 비록 본 발명이 몇 개의 바람직한 실시예를 참조로 하여 상세히 설명되기는 하였으나 당업자는 청구범위의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 본 발명의 다른 실시예를 구현할 수 있다는 것을 알 것이다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 연소반응 동안 방출되어 생기는 질소산화물(NOx)을 감소시키는 것에 관한 것으로, 보다 가격이 저렴한 연료 또는 석탄을 효과적으로 사용하여 재연소를 통해 노의 연소반응동안 생기는 질소산화물을 감소시키는 효과를 가지고 있다.

Claims (9)

  1. 연소반응에 의한 연소가스 중의 NOx 함량 감소 방법으로서,
    (A) 열을 발생시키고 NOx를 함유하는 연소가스를 생성하도록 연료 및 산화제를 연소시키는 단계;
    (B) 고온 산소를 형성하도록 30몰 퍼센트 이상의 산소 농도를 갖는 가스상 유체인 산소를 538℃ 내지 1649℃(1000℉ 내지 3000℉) 범위의 온도로 가열하는 단계;
    (C) 상기 고온 산소와, 휘발성 물질을 포함한 입자상 탄소질 연료를 가속화시키는 단계;
    (D) 1.0 미만의 화학양론비를 가진 혼합물이 생성되도록, 상기 휘발성 물질을 포함한 입자상 탄소질 연료를 상기 고온 산소와 혼합시키고, 상기 혼합물 내의 상기 입자상 탄소질 연료를 탈휘발시키며, 탄화수소 라디칼을 함유하는 연료-부화 가스상 혼합물이 생성되도록 상기 혼합물 내의 입자상 탄소질 연료와 휘발성 물질을 고온 산소와 반응시키는 단계; 그리고
    (E) 상기 연료-부화 가스상 혼합물을 상기 연소가스와 접촉시키고, 질소가스가 생성되도록 상기 연료-부화 가스상 혼합물의 탄화수소 라디칼을 상기 연소가스의 NOx와 반응시키는 단계를 포함하는,
    연소가스 중의 NOx 함량 감소 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고온 산소가 2000℉ 내지 3000℉ 범위의 온도를 가지는,
    연소가스 중의 NOx 함량 감소 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 입자상 탄소질 연료가 석탄을 포함하는,
    연소가스 중의 NOx 함량 감소 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼합물이 0.1 내지 0.6 범위의 화학양론비를 가지는,
    연소가스 중의 NOx 함량 감소 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 고온 산소가 70몰 퍼센트 이상의 산소 농도를 가지는,
    연소가스 중의 NOx 함량 감소 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 고온 산소 및 상기 입자상 탄소질 연료가 가스화 장치 내로 들어 가고, 상기 연료-부화 가스상 혼합물은 상기 가스화 장치로부터 노 영역 내로 들어가서 상기 연소가스와 접촉하는,
    연소가스 중의 NOx 함량 감소 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 고온 산소 및 상기 입자상 탄소질 연료가, NOx를 함유하는 연소가스도 포함하는 노 영역 내로 들어가는,
    연소가스 중의 NOx 함량 감소 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 고온 산소와 상기 입자상 탄소질 연료가 1.0 미만의 화학양론비를 가진 혼합물을 형성하기 전에 가속되는,
    연소가스 중의 NOx 함량 감소 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 고온 산소와 상기 입자상 탄소질 연료는 별도의 장치를 통해 상기 노 영역 내로 직접 공급되고, 일부 연소 가스는 상기 고온 산소와 상기 입자상 탄소질 연료의 혼합 전에 상기 고온 산소 내에 유입되는,
    연소가스 중의 NOx 함량 감소 방법.
KR1020010026945A 2000-05-19 2001-05-17 석탄에 기초한 재연소를 이용하는 ＮＯｘ 감소 방법 KR100602766B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/573,177 US6206949B1 (en) 1997-10-29 2000-05-19 NOx reduction using coal based reburning
US09/573,177 2000-05-19

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20010105244A KR20010105244A (ko) 2001-11-28
KR100602766B1 true KR100602766B1 (ko) 2006-07-20

Family

ID=24290947

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020010026945A KR100602766B1 (ko) 2000-05-19 2001-05-17 석탄에 기초한 재연소를 이용하는 ＮＯｘ 감소 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US6206949B1 (ko)
EP (1) EP1155731A1 (ko)
KR (1) KR100602766B1 (ko)
CN (1) CN1180197C (ko)
BR (1) BR0102032A (ko)
CA (1) CA2348061A1 (ko)

Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6699030B2 (en) 2001-01-11 2004-03-02 Praxair Technology, Inc. Combustion in a multiburner furnace with selective flow of oxygen
US6699029B2 (en) 2001-01-11 2004-03-02 Praxair Technology, Inc. Oxygen enhanced switching to combustion of lower rank fuels
US20020127505A1 (en) 2001-01-11 2002-09-12 Hisashi Kobayashi Oxygen enhanced low nox combustion
US6702569B2 (en) 2001-01-11 2004-03-09 Praxair Technology, Inc. Enhancing SNCR-aided combustion with oxygen addition
US6699031B2 (en) 2001-01-11 2004-03-02 Praxair Technology, Inc. NOx reduction in combustion with concentrated coal streams and oxygen injection
WO2003023280A1 (en) * 2001-09-07 2003-03-20 Air Products & Chemicals, Inc. Method for largely unsupported combustion of petroleum coke
AU2003269127A1 (en) 2002-05-15 2003-12-02 Praxair Technology, Inc. Combustion with reduced carbon in the ash
EP1537362B1 (en) * 2002-05-15 2016-03-16 Praxair Technology, Inc. Low nox combustion
JP3735594B2 (ja) * 2002-06-28 2006-01-18 株式会社東芝 光ディスク装置と光ディスク装置の待機方法
US7199088B2 (en) 2002-07-01 2007-04-03 Shell Oil Company Lubricating oil for a diesel powered engine and method of operating a diesel powered engine
WO2004065849A1 (en) 2003-01-21 2004-08-05 L'air Liquide - Societe Anonyme A Directoire Et Conseil De Surveillance Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Process and apparatus for oxigen enrichment in fuel conveying gases
US7028622B2 (en) * 2003-04-04 2006-04-18 Maxon Corporation Apparatus for burning pulverized solid fuels with oxygen
US6843185B1 (en) * 2003-06-27 2005-01-18 Maxon Corporation Burner with oxygen and fuel mixing apparatus
US6910432B2 (en) * 2003-08-21 2005-06-28 Air Products And Chemicals, Inc. Selective oxygen enrichment in slagging cyclone combustors
US6968791B2 (en) * 2003-08-21 2005-11-29 Air Products And Chemicals, Inc. Oxygen-enriched co-firing of secondary fuels in slagging cyclone combustors
US7168947B2 (en) * 2004-07-06 2007-01-30 General Electric Company Methods and systems for operating combustion systems
CN2763701Y (zh) * 2005-02-25 2006-03-08 贾臻 预热型煤粉燃烧器
US20060204429A1 (en) * 2005-03-14 2006-09-14 Bool Lawrence E Iii Production of activated char using hot gas
US20060205592A1 (en) * 2005-03-14 2006-09-14 Chien-Chung Chao Catalytic adsorbents for mercury removal from flue gas and methods of manufacture therefor
SE531957C2 (sv) * 2006-06-09 2009-09-15 Aga Ab Förfarande för lansning av syrgas vid en industriugn med konventionell brännare
US7452203B2 (en) 2006-10-16 2008-11-18 Praxair Technology, Inc. Stratified staging in kilns
SE532338C2 (sv) * 2008-04-22 2009-12-15 Aga Ab Förfarande samt anordning för förbränning av bränsle i fast fas
US8689710B2 (en) * 2008-09-26 2014-04-08 Air Products And Chemicals, Inc. Combustion system with precombustor
US8696774B2 (en) * 2010-01-07 2014-04-15 General Electric Company Gasification system and method using fuel injectors
US9102882B2 (en) 2012-09-04 2015-08-11 General Electric Company Gasification system and method
CN103528056A (zh) * 2013-10-11 2014-01-22 王龙陵 一种富氧煤粉燃烧方法及燃烧器
CN105987379B (zh) * 2015-03-06 2018-09-14 烟台龙源电力技术股份有限公司 锅炉机组
CN106322366A (zh) * 2015-07-01 2017-01-11 重庆市富燃科技有限责任公司 一种运用于燃煤对冲燃烧锅炉降低氮氧化物的方法
ITUB20160520A1 (it) * 2016-01-29 2017-07-29 Rivoira Gas S R L Metodo migliorato per la combustione di biomasse in un boiler con alimentazione a lancio (spread-striker) e relativo boiler

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4739713A (en) * 1986-06-26 1988-04-26 Henkel Kommanditgesellschaft Auf Aktien Method and apparatus for reducing the NOx content of flue gas in coal-dust-fired combustion systems
EP0922772A1 (en) * 1997-10-29 1999-06-16 Praxair Technology, Inc. Hot oxygen blast furnace injection system

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS577230A (en) * 1980-06-13 1982-01-14 Nippon Cement Co Ltd Method and apparatus for denitrating waste gas of kiln
US4324640A (en) * 1980-08-26 1982-04-13 Occidental Research Corporation Pyrolysis process
US4783325A (en) * 1985-05-14 1988-11-08 Jones Dale G Process and apparatus for removing oxides of nitrogen and sulfur from combustion gases
JPS6227509A (ja) 1985-07-26 1987-02-05 Nippon Kokan Kk <Nkk> 高炉操業方法
JPS62290841A (ja) 1986-06-10 1987-12-17 Nippon Kokan Kk <Nkk> 含クロム銑の製造方法
US4915619A (en) * 1988-05-05 1990-04-10 The Babcock & Wilcox Company Burner for coal, oil or gas firing
US5133950A (en) * 1990-04-17 1992-07-28 A. Ahlstrom Corporation Reducing N2 O emissions when burning nitrogen-containing fuels in fluidized bed reactors
DE69322002T2 (de) 1992-07-01 1999-04-01 Paul Wurth S.A., Luxemburg/Luxembourg Vorrichtung zum Einblasen von Kohlenstaub in einen Hochofen
US5266024A (en) 1992-09-28 1993-11-30 Praxair Technology, Inc. Thermal nozzle combustion method
FR2702221B1 (fr) 1993-03-03 1995-04-28 Air Liquide Procédé d'obtention de métal au haut-fourneau ou au cubilot.
US5582036A (en) 1995-08-30 1996-12-10 Praxair Technology, Inc. Cryogenic air separation blast furnace system
US5795364A (en) * 1995-11-01 1998-08-18 Gas Research Institute Reburning glass furnace for insuring adequate mixing of gases to reduce NOx emissions
AU1524597A (en) * 1996-01-11 1997-08-01 Energy And Environmental Research Corporation Improved advanced reburning methods for high efficiency nox control
US5967061A (en) * 1997-01-14 1999-10-19 Energy And Environmental Research Corporation Method and system for reducing nitrogen oxide and sulfur oxide emissions from carbonaceous fuel combustion flue gases
US6048510A (en) * 1997-09-30 2000-04-11 Coal Tech Corporation Method for reducing nitrogen oxides in combustion effluents
US6085674A (en) * 1999-02-03 2000-07-11 Clearstack Combustion Corp. Low nitrogen oxides emissions from carbonaceous fuel combustion using three stages of oxidation

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4739713A (en) * 1986-06-26 1988-04-26 Henkel Kommanditgesellschaft Auf Aktien Method and apparatus for reducing the NOx content of flue gas in coal-dust-fired combustion systems
EP0922772A1 (en) * 1997-10-29 1999-06-16 Praxair Technology, Inc. Hot oxygen blast furnace injection system

Also Published As

Publication number Publication date
KR20010105244A (ko) 2001-11-28
CN1180197C (zh) 2004-12-15
BR0102032A (pt) 2001-12-18
CN1324999A (zh) 2001-12-05
CA2348061A1 (en) 2001-11-19
EP1155731A1 (en) 2001-11-21
US6206949B1 (en) 2001-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100602766B1 (ko) 석탄에 기초한 재연소를 이용하는 ＮＯｘ 감소 방법
US4427362A (en) Combustion method
CA2057221C (en) Segregated zoning combustion
US5908003A (en) Nitrogen oxide reduction by gaseous fuel injection in low temperature, overall fuel-lean flue gas
KR100252332B1 (ko) 질소산화물의 생성을 감소시키기 위한 연소방법(method for deeply staged combustion)
US20060204429A1 (en) Production of activated char using hot gas
AU548115B2 (en) Combustion method and apparatus therefor
KR20030031909A (ko) 3단계 연료산화 및 인시추 노 연도가스 재순환을 이용한산화질소 저배출
KR0164586B1 (ko) 유동상 반응기의 질소 함유 연료 연소시의 n2o 배출 감소 방법
AU2001265303A1 (en) Low nitrogen oxides emissions using three stages of fuel oxidation and in-situ furnace flue gas recirculation
US6234092B1 (en) Thermal treatment of incombustible liquids
US4523532A (en) Combustion method
US3838193A (en) Method of treating nitrogen oxide generating substances by combustion
CA1197665A (en) Process and apparatus for the combustion of ammonia- containing waste gases
US5242295A (en) Combustion method for simultaneous control of nitrogen oxides and products of incomplete combustion
US6497187B2 (en) Advanced NOX reduction for boilers
Stagni et al. Chemistry of nitrogen oxides (NOx) formation in flameless combustion
JP2870675B2 (ja) 熱分解性燃焼帯域の操業方法
JPH07332613A (ja) 亜酸化窒素と窒素酸化物を同時低減する流動層燃焼方法
Boiko et al. Semi-industrial experimental studies of perspective technology for reducing harmful emissions produced by coal-fired thermal power plants
RU2095397C1 (ru) Способ переработки твердого топлива с получением высококалорийного газа или синтез-газа
Starley et al. Nitric oxide destruction in the fuel-bed burning regime of spreader stokers

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20010517

PG1501 Laying open of application
A201 Request for examination
AMND Amendment
PA0201 Request for examination

Patent event code: PA02012R01D

Patent event date: 20030516

Comment text: Request for Examination of Application

Patent event code: PA02011R01I

Patent event date: 20010517

Comment text: Patent Application

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20050330

Patent event code: PE09021S01D

AMND Amendment
E801 Decision on dismissal of amendment
PE0801 Dismissal of amendment

Patent event code: PE08012E01D

Comment text: Decision on Dismissal of Amendment

Patent event date: 20050916

Patent event code: PE08011R01I

Comment text: Amendment to Specification, etc.

Patent event date: 20050530

Patent event code: PE08011R01I

Comment text: Amendment to Specification, etc.

Patent event date: 20030516

E601 Decision to refuse application
PE0601 Decision on rejection of patent

Patent event date: 20051229

Comment text: Decision to Refuse Application

Patent event code: PE06012S01D

Patent event date: 20050330

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event code: PE06011S01I

J201 Request for trial against refusal decision
PJ0201 Trial against decision of rejection

Patent event date: 20060328

Comment text: Request for Trial against Decision on Refusal

Patent event code: PJ02012R01D

Patent event date: 20051229

Comment text: Decision to Refuse Application

Patent event code: PJ02011S01I

Appeal kind category: Appeal against decision to decline refusal

Decision date: 20060607

Appeal identifier: 2006101002740

Request date: 20060328

AMND Amendment
PB0901 Examination by re-examination before a trial

Comment text: Amendment to Specification, etc.

Patent event date: 20060427

Patent event code: PB09011R02I

Comment text: Request for Trial against Decision on Refusal

Patent event date: 20060328

Patent event code: PB09011R01I

Comment text: Amendment to Specification, etc.

Patent event date: 20050530

Patent event code: PB09011R02I

Comment text: Amendment to Specification, etc.

Patent event date: 20030516

Patent event code: PB09011R02I

B701 Decision to grant
PB0701 Decision of registration after re-examination before a trial

Patent event date: 20060607

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event code: PB07012S01D

Patent event date: 20060515

Comment text: Transfer of Trial File for Re-examination before a Trial

Patent event code: PB07011S01I

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20060711

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20060710

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20090703

Start annual number: 4

End annual number: 4

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20100629

Start annual number: 5

End annual number: 5

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20110628

Start annual number: 6

End annual number: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120625

Year of fee payment: 7

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20120625

Start annual number: 7

End annual number: 7

LAPS Lapse due to unpaid annual fee
PC1903 Unpaid annual fee