DE3535873A1 - Verfahren zur no(pfeil abwaerts)x(pfeil abwaerts)-armen verbrennung mittels eines radikale bildenden mediums - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des An­ spruchs 1.

Aus der DE-OS 23 20 304 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entfernung von luftverschmutzenden Stickoxiden aus Ab- und Rauch­ gasen bekannt, bei dem der Rauchgasstrom nach vollständig abgelau­ fenem Verbrennungsvorgang mit einer ausreichenden Menge Kohlenwas­ serstoffe in Gegenwart von Sauerstoff bei einer Temperatur von etwa 400 bis 2.700°C während einer zur Reduktion des NO _x zu molekularem Stickstoff ausreichend langen Zeit behandelt wird. Die Einbringung der Kohlenwasserstoffe erfolgt über Düsen am Kopf einer wasserge­ kühlten Lanze, die koaxial im hinteren, flammenfreien Feuerraum dem Rauchgasstrom entgegengerichtet hineinragt. Die aus den Düsen der Lanze austretenden Kohlenwasserstoffe mischen sich mit dem NO _x -hal­ tigen Rauchgas und der Luft. Neben den reinen Kohlenwasserstoffen können auch sauerstoff-, schwefel-, stickstoffhaltige Kohlenwasser­ stoffe verwendet werden. Unter dem Einfluß hoher Rauchgastempera­ turen, vorzugsweise von 800°C bis 1.700°C bei einem C : O-Verhäl­ tnis größer 1,0, werden die eingesetzten Kohlenwasserstoffe zu koh­ lenstoffhaltigen, freien Radikalen pyrolisiert, durch die NO _x im wesentlichen vollständig zu molekularem Stickstoff reduziert wird.

Dieser Vorschlag geht von dem Kenntnisstand aus, daß die zusätz­ liche Zugabe von Brennstoff in die primäre Verbrennungszone letzt­ lich bloß zu einem angereicherten Gemisch führt, das den NO _x -Gehalt im Rauchgas nur in gewissen Grenzen erniedrigt. Die Ursache hierfür liegt im Überschuß an Kohlenwasserstoffen, der während des Verbren­ nungsvorganges zu einer Erniedrigung der adiabatischen Flammentem­ peratur aufgrund der Konkurrenzreaktion, der Reduktion des vorhan­ denen Sauerstoffs zu NO _x , führt. Der benannte Vorschlag hat dagegen den Nachteil, daß die zur NO _x -Reduktion erforderliche Verweilzeit der Kohlenwasserstoffe im Rauchgasstrom nach der Brennerflamme zu einem finanziellen und platzmäßig bedingten apparativen Mehraufwand führt, wobei die Verweilzeit durch die Zeit für die Radikalbildung und für die NO _x -Reduktion bestimmt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das benannte Verfahren neu zu gestalten, so daß unter Ausnutzung der strömungs­ technischen und verbrennungsmäßigen Eigenschaften einer Brenner­ flamme auf konstruktiv einfache Weise ein höchstmögliches Maß an NO _x -Verminderung im Rauchgas erzielt wird.

Zur Lösung der Aufgabe werden die im Kennzeichnungsteil des An­ spruches 1 aufgezeigten Verfahrensmerkmale vorgeschlagen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungen werden in den Unteransprüchen 2 bis 7 aufgezeigt.

Die durch die intensive Drallzerstäubung hervorgerufene zentrische Rückströmung der Ab- oder Rauchgase beinhaltet den Vorteil, daß sich in Verbindung mit einer Erhöhung der Verweilzeit der Reak­ tionspartner der Gehalt an NO _x im Rauchgas weit unter die derzeit gesetzlichen Emissionsgrenzwerte senkt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiels mit Bezug auf die zugehörige Zeichnung näher er­ läutert.

Die in der Zeichnung dargestellte Figur zeigt als Beispiel einen Kohlenstaub-Rundbrenner mit den zur Durchführung des Verfahrens vorgesehenen Vorrichtungsmerkmalen. Der erfindungsgemäße Vorschlag kann naturgemäß auch in anderen Brennertypen ohne irgendwelche Be­ schränkungen Anwendung finden.

Das Radikale bildende Hilfsmedium wird zusammen mit dem Zerstäuber­ medium, meist Wasserdampf, über eine koaxial angeordnete Brenner­ lanze 1, die mit einer dem Stand der Technik entsprechenden, jedoch nicht näher dargestellten Drallzerstäuberdüse 2 ausgestattet ist, eingebracht. Diese Düse bewirkt zentrisch eine intensive Rück­ strömung, über die die Radikale in den Bereich der Flammenwurzel gelangen, wobei die Verbrennung in diesem Kernbereich unterstöchio­ metrisch ist. Durch einen durch die Brennerlanze 1 und einem Füh­ rungsrohr 4 gebildeten ringförmigen Kanal 5 wird Primärluft der Brennerflamme zugeführt. In einem aus den Führungsrohren 4 und 6 gebildeten Kanal 7 wird der mit einem Trägermedium geförderte, staubförmige Brennstoff, in dem vorliegenden Beispiel Kohlenstaub und Luft, gefördert. Mit einem weiteren um den Kanal 7 ringförmigen Kanal, der durch die Rohre 6 und 8 begrenzt wird, wird verdrallte Sekundärluft mit einer optimalen mittleren Strömungsgeschwindigkeit von 25 bis 40 m/s verdrallt in eine zweite, überstöchiometrische Verbrennungsstufe 10 eingeführt. Ein zur Zündung des Kohlenstaub- Luftgemisches erforderliche Zündbrenner 11 ist im Ausführungsfall neben der Brennerlanze 1 angeordnet, gegebenenfalls innerhalb eines den Zündbrenner 11 und die Brennerlanze 1 umgebenden Hüllrohres 12.

Für flüssige und gasförmige Brennstoffe wird das Brennersystem ein­ facher, da nur etwas Kernluft und Sekundärluft als Hauptverbren­ nungsluftmenge eingebracht wird.

Claims (7)

1. Verfahren zur Verminderung der NO _x -Emission bei der gestuften Verbrennung von Brennstoff mit Luft durch einen in eine gekühlte Brennkammer mündenden Brenner mittels eines freie Radikale bildenden Hilfsmediums, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfs­ medium in jene Verbrennungsstufe eingebracht wird, die unter­ stöchiometrisch ist und in der gleichzeitig eine rezirkulierende Gasströmung die Flammenbildung unterstützt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfdsmedium im Bereich der Flammenwurzel in die Flamme gebracht wird.

3. Vefahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsmedium zentrisch durch den Brenner mit intensiver Drallzerstäubung eingebracht wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Hilfsmedium ein radikalbildender, kohlenwasser­ stoff-haltiger Stoff eingesetzt ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Hilfsmedium eine Kohlenwasserstoff-Wasser­ dampf-Mischung eingesetzt ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Hilfsmedium Wasserdampf eingesetzt ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verbrennungsluft mit einer mittleren Geschwin­ digkeit zwischen 25 und 40 m/s verdrallt durch den Brenner in die zweite, überstöchiometrische Verbrennstufe der Flamme einge­ führt wird.