DE69314903T2

DE69314903T2 - Verbrennungsverfahren mit thermischer Düse

Info

Publication number: DE69314903T2
Application number: DE69314903T
Authority: DE
Inventors: John Erling Anderson
Original assignee: Praxair Technology Inc
Current assignee: Praxair Technology Inc
Priority date: 1992-09-28
Filing date: 1993-09-27
Publication date: 1998-03-19
Anticipated expiration: 2013-09-28
Also published as: MX9305939A; JPH06193815A; BR9303914A; ATE159804T1; KR0165902B1; CN1075184C; EP0590572B1; EP0590572A1; ES2108181T3; KR940007422A; CA2107044A1; US5266024A; DE69314903D1; CA2107044C; CN1086003A; JP3206785B2

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf die Verbrennung mit einem Oxidationsmittel mit einer Sauerstofikonzentration, die diejenige von Luft übersteigt, und erweist sich insbesondere dort als vorteilhaft, wo das Oxidationsmittel nur bei einem relativ geringen Druck verfügbar ist.

Stand der Technik

Mit steigenden Brennstoffkosten ist es auf dem Gebiet der Verbrennung wichtig geworden, die Verbrennung mit abnehmenden Brennstoffinengen durchzuführen. Seit langem ist bekannt, daß eine Möglichkeit zur Reduktion des Brennstoffverbrauchs darin besteht, die Verbrennung unter Verwendung von Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft als Oxidationsmittel zu vollziehen, da dies die Menge an durch die Verbrennungsreaktion geleiteten Stickstoff reduziert, der die von der Verbrennungsreaktion erzeugte Hitze adsorbiert. Somit steht dem beabsichtigten Zweck für jede gegebene Brennstofftnenge mehr Hitze zur Verfügung.
Ein Problem bei der Verwendung von Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft als dem Oxidationsmittel in einer Verbrennungsreaktion besteht darin, daß die aus einer solchen Reaktion entstehenden höheren Temperaturen kinetisch die Ausbildung von Stickstoffoxiden (NOx) begünstigen, welche bekannte Schadstoffe darstellen. Jüngere Arbeiten in der Verbrennungstechnik begegneten diesem Problem und führten zu Fortschritten, die die Verwendung von Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft in Verbrennungsverfahren ohne die Erzeugung übermäßig hoher NOx-Pegel ermöglichen. Verschiedene derartige Fortschritte in der Verbrennungstechnik sind in US-A-4 378 205 - Anderson, US-A-4 541 796 - Anderson, US-A-4 907 961 - Anderson und US-A-5 100 313 - Anderson et al. offenbart und beansprucht.
Aus US-A-4 343 605 ist ein thermisches Düsenverbrennungsverfahren bekannt, aufweisend:
Die Bereitstellung von Oxidationsmittel bei einer Anfangsgeschwindigkeit in einem Oxidationsmittelzufuhrkanal, der mit einer Verbrennungszone in Verbindung steht; die Zuführung von Brennstoff in den Oxidationsmittelzufuhrkanal zur Erzeugung von Hitze und von Verbrennungsreaktionsprodukten; die Vermischung der Verbrennungsreaktionsprodukte mit dem verbleibenden Sauerstoff des Oxidationsmittels in dem Oxidationsmittelzuführkanal und die Erhöhung der Temperatur des verbleibenden Oxidationsmittels in dem Oxidationsmittelzutuhrkanal; und die Durchleitung des erhitzten Oxidationsmittels aus dem Oxidationsmittelzuführkanal heraus in die Verbrennungszone bei einer die Anfangsgeschwindigkeit übersteigenden Auslaßgeschwindigkeit.
US-A-4 378 205 offenbart einen Sauerstoffansaugbrenner und ein Verfahren, in dem ein Brennstoffstrahl durch eine Düse in eine Brennofenzone eingespritzt wird, um zusammen mit einem Oxidationsmittel mit einem Sauerstoffgehalt von mindestens 30 Vol.% verbrannt zu werden. Etwa 5 bis 10% des Oxidationsmittels wird zur Ausformung einer Oxidationsmittelhülle in die Nachbarschaft der Brennstoffdüse geführt. Das gesamte Oxidationsmittel wird mit dem Brennstoffstrahl in der Brennofenzone verbrannt.
Viele dieser jüngeren Fortschritte, die die Verwendung von Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft in Verbrennungsverfahren unter Vermeidung des Erzeugens großer NOx-Mengen ermöglichen, erfordern es, daß das Oxidationsmittel der Verbrennungszone mit einer hohen Geschwindigkeit bereitgestellt wird. Dies stellt insofern ein Problem dar, als daß die Hochgeschwindigkeitseinspritzung einen hohen Oxidationsmitteldruck erfordert, das Oxidationsmittel jedoch von dessen Quelle oft nicht mit dem erforderlichen hohen Druck vorliegt. In diesem Umständen wird das Oxidationsmittel allgemein unter Verwendung eines Kompressors auf den erforderlichen hohen Druck verdichtet, was jedoch unerwünscht ist, weil zum einen der Einsatz eines Kompressors sowohl die Kapital- wie die Betriebskosten des Verbrennungssystems erhöht und zum anderen das Verdichten des Oxidationsmiffels, und insbesondere wenn das Oxidationsmittel technisch reiner Sauerstoff ist, dem System ein gewisses Gefahrenmoment hinzufügt.
Daher ist ein Verfahren wünschenswert, bei dem die Geschwindigkeit des in eine Verbrennungszone eingespritzten Oxidationsmittels gegenüber der möglichen Geschwindigkeit bei gegebenem Quellendruck des Oxidationsmittels erhöht werden kann, um somit den Bedarf nach einem Verdichten des Oxidationsmittels mittels Durchleitung durch einen Kompressor zu reduzieren bzw. zu beseitigen.
Es ist bekannt, daß eine Möglichkeit zur Steigerung der Geschwindigkeit des in eine Verbrennungszone eingespritzten Oxidationsmittels darin besteht, das Oxidationsmiffel durch eine mechanische Düse in die Verbrennungszone einzuspritzen. Eine mechanische Düse ist eine Öffnung mit einem verglichen mit der Oxidationsmittelzufuhrleitung reduzierten Durchmesser, so daß bei der Durchleitung des Oxidationsmittels durch die Öffnung in die Verbrennungszone dessen Geschwindigkeit erhöht wird. Jedoch erweist sich dieses Vorgehen als von nur begrenztem Nutzen, da zu einer effektiven Durchleitung des Oxidationsmittels durch die enge Öffnung immer noch ein relativ hoher Druck erforderlich ist. Eine weitere wichtige Begrenzung eines mechanischen Düsensystems stellt der Umstand dar, daß bei einer gegebenen Oxidationsmitteldurchflußrate die Geschwindigkeit des in die Verbrennungszone eingespritzten Oxidationsmittels ohne einen Düsenwechsel oder den Einsatz einer sehr komplizierten einstellbaren Düse nicht verändert werden kann. Ein Düsenwechsel ist lästig, zeitraubend und gefährlich, und einstellbare Düsen sind teuer und neigen zu Ausfällen, wenn sie der rauhen Umgebung einer Verbrennungszone ausgesetzt werden.
Dementsprechend ist eine Aufgabe dieser Erfindung die Bereitstellung eines Verbrennungsverfahrens, bei dem die Geschwindigkeit des in eine Verbrennungszone eingespritzten Oxidationsmittels relativ zu der möglichen Geschwindigkeit bei einem gegebenen Quellendruck des Oxidationsmittels erhöht werden kann und der Bedarf nach einem Verdichten des Oxidationsmittels mittels Durchleitung durch einen Kompressor reduziert oder beseitigt wird.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist die Bereitstellung eines Verbrennungsverfahrens, bei dem die Geschwindigkeit des in eine Verbrennungszone eingespritzten Oxidationsmittels für jeden gegebenen Zuführdruck gesteuert oder variiert werden kann, ohne daß ein Wechsel der Einspritzdüsen oder die Verwendung einer einstellbaren Düse nötig ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Die obigen und weitere Aufgaben, die dem Fachmann anhand dieser Offenbarung deutlich werden, werden durch die vorliegende Erfindung bewerkstelligt, die ein thermisches Düsenverbrennungsverfahren ist, wobei:
(A) Oxidationsmittel mit einer Sauerstoffkonzentration von mindestens 30 Vol.% innerhalb eines Oxidationsmittelzuführkanals, welcher mit einer Verbrennungszone in Verbindung steht, bei einer Anfangsgeschwindigkeit von 15,2 m/s oder mehr und weniger als 61 m/s (50 Fuß pro Sekunde oder mehr und weniger als 200 Fuß pro Sekunde) bereitgestellt wird;
(B) Brennstoff getrennt von dem Oxidationsmittel bei einer hohen Geschwindigkeit von mehr als 61 m/s (200 Fuß pro Sekunde) in den Oxidationsmittelzuführkanal eingebracht wird, wobei Sauerstoff in den Hochgeschwindigkeitsbrennstoff mitgerissen wird, bis zu etwa 20 % des Sauerstoffs des Brennstoffs verbrannt werden, um Wärme und Verbrennungsrealltionsprodukte in einer Verbrennungsreaktion zu erzeugen, und ferner Verbrennungsreaktionsprodukte und Oxidationsmittel in die Verbrennungsreaktion mitgerissen werden;
(C) Verbrennungsreaktionsprodukte mit verbleibendem Sauerstoff des Oxidationsmittels innerhalb des Oxidationsmittelzuführkanals gemischt werden und die Temperatur von verbleibendem Oxidationsmittel in dem Oxidationsmittelzuführkanal angehoben wird; und
(D) erhitztes Oxidationsmittel bei einer Auslaßgeschwindigkeit, welche die Anfangsgeschwindigkeit um mindestens 91 mis (300 Fuß pro Sekunde) übersteigt, aus dem Oxidationsmittelzuführkanal in die Verbrennungszone geleitet wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

FIG. 1 ist eine Querschnittsdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer Anordnung, die bei der Anwendung des thermischen Düsenverbrennungssystems dieser Erfindung zum Einsatz gebracht werden kann.
FIG. 2 ist eine Darstellung einer Ausführungsform einer Verbrennungszone, in die Brennstoff und Oxidationsmittel getrennt eingespritzt werden und in der die Verbrennung durchgeführt wird.
FIG. 3 ist eine graphische Darstellung der Beziehung der Flammentemperatur einer Erdgas-Sauerstoff- Flamme als eine Funktion des Sauerstoffverbrauchs.
FIG. 4 ist eine graphische Darstellung des Oxidationsmittel-Kanalkammerdrucks, der zur Erreichung einer Oxidationsmittel-Düsengeschwindigkeit von 244 mis (800 Fuß/s) als eine Funktion der Oxidationsmitteltemperatur in der Oxidationsmittelkanalkammer erforderlich ist.

Ausführliche Beschreibung

Allgemein stellt die Erfindung ein Verfahren zur Umwandlung thermischer Energie in kinetische Energie dar, um das Problem der geringen Oxidationsmittelgeschwindigkeit aufgrund des relativ niedrigen Oxidationsmiffelzuführdrucks zu beseitigen. Das Verfahren ermöglicht es, den Bedarf nach einer Verwendung eines Oxidationsmittelverdichters zu reduzieren bzw. zu beseitigen. Ein sehr wichtiger zusätzlicher Nutzen der Erfindung besteht darin, daß es die Erfindung dem Anwender ermöglicht, die Geschwindigkeit des in die Verbrennung eingespritzten Oxidationsmittels ohne die Notwendigkeit eines Düsenwechsels oder einer Verwendung von die Sauerstoffdurchflußrate erhöhenden einstellbaren Düse zu variieren oder zu steuern, indem die dem System zugeführte thermische Energie variiert und somit die während des Verfahrens erzeugte kinetische Energie gesteuert wird.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben werden.
Bezugnehmend auf FIG. 1 ist eine thermische Düse 1 eine Lanze, durch welche Oxidationsmittel in eine Verbrennungszone 2 geführt wird. In der Anwendung dieser Erfindung wird ein Oxidationsmittel 3 mit einer Sauerstoffkonzentration von mindestens 30 Vol.% und vorzugsweise mit mindestens 85 Vol.% in einem Oxidationsmittelzufuhrkanal 4, der durch eine Öffnung 5 mit der Verbrennungszone 2 in Verbindung steht, bereitgestellt. Am bevorzugtesten ist das Oxidationsmittel technisch reiner Sauerstoff mit einer Sauerstoffkonzentration von 99,5 % oder mehr. In dem Oxidationsmittelzuführkanal 4 weist das Oxidationsmittel eine Anfangsgeschwindigkeit auf, die allgemein im Bereich von 15,2 bis 61 mis (50 bis 200 fps) liegt.
Brennstoff wird in den Oxidationsmittelzufuhrkanal 4 durch eine Brennstoffdüse 7 zugeführt, welche jede für die Brennstoffeinspritzung allgemein verwendete geeignete Düse sein kann. Der Brennstoff kann jedes geeignete brennbare Fluid sein, beispielsweise Erdgas, Methan, Propan, Wasserstoff und Koksofengas. Vorzugsweise ist der Brennstoff ein gasförmiger Brennstoff. Flüssige Brennstoffe wie Nummer-2-Brennstofföl kann ebenfalls verwendet werden, obgleich es schwieriger ist, eine zufriedenstellende Vermischung und zuverlässige und sichere Verbrennung in dem Oxidationsmittelzuführkanal mit einem flüssigem Brennstoff als mit einem gasförmigen Brennstoff zu erhalten.
Der in den Oxidationsmittelzufuhrkanal zugeführte Brennstoff verbrennt mit dem Oxidationsmittel in dem Oxidationsmittelzufuhrkanal, um Hitze und Verbrennungsreaktionsprodukte wie Kohlendioxid und Wasserdampf zu erzeugen. Eine wichtige Eigenschaft dieser Erfindung besteht darin, daß nicht mehr als etwa 20 % des Sauerstoffs des Oxidationsmittels in dem Oxidationsmittelzufuhrkanal verbrennen, oder daß andernfalls ungenügende Sauerstoffmengen in der Verbrennungszone bereitgestellt werden können, um die nachfolgende Verbrennung durchzuführen. Sollten mehr als etwa 20 % des Sauerstoffs in dem Oxidationsmittelzufuhrkanal verbrennen, kann die Temperatur des verbleibenden Sauerstoffs, wie weiter unten erläutert, auf unerwünscht hohe Pegel ansteigen.
In dem Oxidationsmittelzufuhrkanal 4 vermischen sich die Verbrennungsreaktionsprodukte mit dem verbleibenden Sauerstoff, wodurch dem verbleibenden Oxidationsmittel Hitze zugeführt und dessen Temperatur erhöht wird. Wie in FIG. 1 dargestellt, wird der Brennstoff 6 in den Oxidationsmittelzufuhrkanal 4 bei einer hohen Geschwindigkeit zugeführt, die 61 m/s (200 fps) übersteigt und allgemein im Bereich von 152 bis 457 m/s (500 bis 1500 fps) liegt. Die hohe Geschwindigkeit fungiert zum Mitreissen des Oxidationsmittels in die Verbrennungsreaktion 8 und stellt eine stabile Flamme her. Die hohe Geschwindigkeit ermöglicht ein weiteres Mitreissen von Verbrennungsreaktionsprodukten und Oxidationsmittel in die Verbrennungsreaktion, verbessert daher die Vermischung der heißen Verbrennungsreaktionsprodukte mit dem verbleibenden Sauerstoff innerhalb des Oxidationsmittelzufuhrkanals und ermöglicht somit ein effizienteres Erhitzen des verbleibenden Sauerstoffs.
Allgemein wird die Temperatur des in dem Oxidationsmittelzuführkanal verbleibenden Oxidationsmittels um mindestens etwa 260º C (500º F) und vorzugsweise um mindestens etwa 538º C (1000º F) erhöht. Es wird jedoch bevorzugt, daß die Temperatur des verbleibenden Oxidationsmittels innerhalb des Oxidationsmittelzuführkanals nicht etwa 1649º C(3000º F) überschreitet, da über diesem Temperaturpegel die Dissoziation der Verbrennungsreaktionsprodukte deutlich zunimmt und Überhitzungsprobleme in dem Oxidationsmittelzuführkanal und der Düse nach sich zieht.
FIG. 3 stellt graphisch die berechnete Flammentemperatur für eine Erdgas-Sauerstoff-Flamme als eine Funktion des Prozentsatzes des in dem Oxidationsmittelzuführkanal verbrauchten Sauerstoffs dar. Wie aus FIG. 3 ersichtlich, wird die meiste Temperaturzunahme durch das Verbrennen von bis zu etwa 20 % des Sauerstoffs bewerkstelligt, wobei ein Verbrauch von über etwa 20 % den Temperaturpegel über etwa 16490 C (3000º F) hinaus steigert, wodurch sich die beschriebenen schädlichen Auswirkungen ergeben.
Mit der Steigerung der Temperatur des verbleibenden Sauerstoffs in dem Oxidationsmittelzufuhrkanal nimmt der erforderliche Zufuhrdruck des dem Oxidationsmittelzufuhrkanal zugeführten Oxidationsmittels für das Erreichen jeder vorgegebenen Oxidationsmitteleinspntzgeschwindigkeit in die Verbrennungszone ab. Dieser Effekt ist anhand eines spezifischen Beispiels in FIG. 4 graphisch dargestellt. Die Sauerstofftemperatur ist auf der horizontalen Achse und der erforderliche Druck ist auf der vertikalen Achse aufgetragen. Die Kurve ist der geometrische Ort von Punkten, der die Beziehung dieser zwei Parameter zur Bewerkstelligung einer Oxidationsmitteleinspritzgeschwindigkeit von dem Oxidationsmittelzufuhrkanal in die Verbrennungszone bei 244 m/s (800 fps) darstellt. Wie aus FIG. 4 ersichtlich, übersteigt, wenn der Sauerstoff bei Umgebungstemperatur liegt, der erforderliche Druck 150 kPa (7 Pfünd pro Quadratinch Gauge (Psig)), um den Sauerstoff in die Verbrennungszone bei einer Geschwindigkeit von 244 m/s (800 fps) einzuspritzen. Mit der Zunahme der Sauerstofftemperatur nimmt der erforderliche Druck drastisch ab. Bei einer Temperatur von 816º C (1500º F) beträgt der erforderliche Druck 113 kPa (1,65 psig), und bei einer Temperatur von 1649º C (3000º F) liegt der erforderliche Druck bei nur 108 kPa (0,91 psig). Bei 1649º C (3000º F) übersteigenden Temperaturen entsteht ein nur kleiner zusätzlicher Nutzen, was einen weiteren Grund darstellt, eine 20 %ige Sauerstoffverbrennung in dem Oxidationsmittelzufuhrkanal nicht zu überschreiten. Somit ist das Verfahren dieser Erfindung imstande, wie in FIG. 4 graphisch dargestellt, ein Hochgeschwindigkeitsoxidationsmittel in eine Verbrennungszone ohne die Notwendigkeit eines hohen Zufuhrdrucks bereitzustellen, wodurch der Bedarf nach einem Verdichten des Oxidationsmittels vorgängig zur Einspeisung in die Verbrennungszone reduziert oder beseitigt wird, der andernfalls notwendig ist, wenn der Quellendruck des Oxidationsmittels nicht hoch genug ausfällt.
Unter neuerlicher Bezugnahme auf FIG. 1 wird das erhitzte Oxidationsmittel in dem Oxidationsmittelzuführkanal 4 durch die Öffnung 5 als Hochgeschwindigkeitsoxidationsmittelstrom 9 in die Verbrennungszone 2 geleitet. Allgemein liegt die Auslaßgeschwindigkeit des erhitzten Oxidationsmittelstroms 9 im Bereich von 152 bis 610 m/s (500 bis 2000 fps) und übersteigt die Anfangsgeschwindigkeit um mindestens 91 m/s (300 fps).
Wie in FIG. 1 dargestellt, weist die Öffnung 5 vorzugsweise einen Durchmesser auf, der kleiner als der Durchmesser des Oxidationsmittelzufuhrkanals 4 ist, da dies zur Effizienzverbesserung des geschwindigkeitserweiterenden Verfahrens dieser Erfindung beiträgt. Am bevorzugtesten wird, wie in FIG. 1 gezeigt, die Abnahme des Durchmessers der Öffnung 5 relativ zu demjenigen des Oxidationsmittelzuführkanals 4 mit einer abgerundeten oder geschwungenen Begrenzung bewerkstelligt. Auf diese Weise nähert sich der Gasdurchfluß einem reversiblen und adiabatischem Fluß an. Die Verwendung einer Auslaßdüse mit mehreren Löchern an der Öffnung 5 ist ebenfalls möglich.
Das in die Verbrennungszone geleitete Oxidationsmittel verbrennt zusammen mit brennbarem Material in der Verbrennungszone. Das brennbare Material kann beispielsweise gasförmiger Brennstoff wie Erdgas, Methan, Propan oder Wasserstoff sein, der der Verbrennungszone in einem ringförmigen Strom um den Sauerstoffstrom herum oder durch eine separate Lanze zugeführt wird, oder aus brennbaren organischen Materialien bestehen, die bei der Abfallverbrennung aus dem Abfall verdampfen, oder Kohle sein, welche mit der Beladung für einen Zementbrennofen vermischt ist.
Das brennbare Material wird in die Verbrennungszone getrennt von dem in die Verbrennungszone eingespeisten Oxidationsmittel als Strom 9 zugeführt. Es kann in die Verbrennungszone beispielsweise durch einen Brenner eingeführt werden, welcher gleichfalls zur Einspritzung des Oxidationsmittels in die Verbrennungszone benachbart zu der Einspritzung des brennbaren Materials fungiert, oder es kann der Verbrennungszone durch eine separate Brennstofflanze oder durch jede andere geeignete Anordnung zugeführt werden. FIG. 2 stellt eine vereinfachte Verbrennungszone 11 dar, bei der erhitztes Hochgeschwindigkeits-Oxidationsmittel durch eine Oxidationsmittellanze 13 in die Verbrennungszone eingespeist wird, und brennbares Material wie Erdgas getrennt von dem Oxidationsmittel in die Verbrennungszone durch eine Brennstofflanze 12 an verschiedenen Seiten der Verbrennungszone zugeführt wird. Der Brennstoff kann ebenfalls auf der gleichen Seite wie das Oxidationsmittel in die Verbrennungszone eingeleitet werden, oder auf jede andere Weise der Verbrennungszone bereitgestellt werden, beispielsweise indem er als festes oder flüssiges brennbares Abfallmaterial eingespeist wird. Das Oxidationsmittel und das brennbare Material verbrennen in der Verbrennungszone und erzeugen Hitze. Die Verbrennungszone kann jedes geeignete System sein, beispielsweise ein Erhitzungsbrennofen für z.B. Stahl, Glas oder Aluminium, ein Abfallverbrennungsofen, ein Röstofen oder ein Trocknungsbrennofen.
Ein Hauptvorteil der Erfindung besteht in der Möglichkeit zur Varuerung oder Steuerung der Geschwindigkeit des in die Verbrennungszone geleiteten Oxidationsmittels durch die Variierung der dem Oxidationsmittelzufuhrkanal zugeführten Hitzemenge. In dem Fall, indem die Hitze dem Oxidationsmittelzufuhrkanal durch die Verbrennung von Brennstoff mit einem Teil des Oxidationsmittels zugeführt wird, kann die in dem Oxidationsmittelzufuhrkanal bereitgestellte Hitzemenge durch eine Steigerung oder Absenkung der Durchflußrate des in den Oxidationsmittelzufuhrkanal geleiteten Brennstoffs erhöht oder verringert werden. Dies führt zu einer Zu- oder Abnahme der Geschwindigkeit des in die Verbrennungszone eingespeisten Oxidationsmittels, ohne daß ein Düsenwechsel oder die Verwendung einer einstellbaren Düse notwendig ist. Dieser thermische Düsensteuermechanismus stellt einen Hauptvorteil der Erfindung dar, der ohne eine Veränderung des Zuführdrucks bislang ohne einen Wechsel mechanischer Düsen bzw. die Verwendung einer einstellbaren mechanischen Düse nicht erreichbar war.
Durch die Verwendung der Erfindung wird jetzt die Einleitung von Hochgeschwindigkeitsoxidationsmittel in eine Verbrennungszone bei geringem Oxidationsmittelzuführdruck möglich, während der Bedaif nach einer Verdichtung des Oxidationsmittels vermieden bzw. reduziert wird. Zusätzlich ermöglicht die Erfindung eine einfache Steigerung oder Absenkung der Oxidationsmitteleinspritzgeschwindigkeit in die Verbrennungszone bei jedem vorgegebenen Oxidationsmittelzufuhrdruck und eine verbesserte Kontrolle der Verbrennungsreaktion in der Verbrennungszone ohne einen Düsenwechsel oder die Verwendung einer einstellbaren Düse zur Einspritzung des Oxidationsmittels.

Claims

1. Thermisches Düsenverbrennungsverfahren, wobei:

(A) Oxidationsmittel (3) mit einer Sauerstoffkonzentration von mindestens 30 Vol.% innerhalb eines Oxidationsmittelzuführkanals (4), welcher mit einer Verbrennungszone (2, 11) in Verbindung steht, bei einer Anfangsgeschwindigkeit von 15,2 mis oder mehr und weniger als 61 mis (50 Fuß pro Sekunde oder mehr und weniger als 200 Fuß pro Sekunde) bereitgestellt wird;

(B) Brennstoff getrennt von dem Oxidationsmittel (3) bei einer hohen Geschwindigkeit von mehr als 61 mis (200 Fuß pro Sekunde) in den Oxidationsmittelzufuhrkanal (4) eingebracht wird, wobei Sauerstoff in den Hochgeschwindigkeitsbrennstoff mitgerissen wird, bis zu etwa 20 % des Sauerstoffs des Brennstoffs verbrannt werden, um Wärme und Verbrennungsreaktionsprodukte in einer Verbrennungsreaktion (8) zu erzeugen, und ferner Verbrennungsreaktionsprodukte und Oxidationsiniffel in die Verbrennungsreaktion mitgerissen werden;

(C) Verbrennungsreaktionsprodukte mit verbleibendem Sauerstoff des Oxidationsmittels innerhalb des Oxidationsmittelzufuhrkanals (4) gemischt werden und die Temperatur von verbleibendem Oxidationsmittel in dem Oxidationsmittelzufuhrkanal angehoben wird; und

(D) erhitztes Oxidationsmittel bei einer Auslaßgeschwindigkeit, welche die Anfangsgeschwindigkeit um mindestens 91 m/s (300 Fuß pro Sekunde) übersteigt, aus dem Oxidationsmittelzufuhrkanal (4) in die Verbrennungszone (2, 11) geleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxidationsmittel (3) eine Sauerstoffkonzentration von mindestens 85 Vol.% aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Oxidationsmittels (3) auf eine Temperatur angehoben wird, die 1650º C (3000º F) nicht übersteigt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß erhitztes Oxidationsmittel durch mindestens eine Öffnung (5), deren Durchmesser kleiner als der Durchmesser des Oxidationsmittelzufuhrkanals (4) ist, in die Verbrennungszone (2, 11) eingeleitet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ferner die Durchflußrate von in den Oxidationsmittelzufuhrkanal (4) eingebrachtem Brennstoff variiert wird und folglich die Auslaßgeschwindigkeit des in die Verbrennungszone (2,11) eingeleiteten Oxidationsmittels variiert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß brennbares Material der Verbrennungszone (2, 11) zugeführt wird und erhitztes Oxidationsmittel innerhalb der Verbrennungszone mit brennbarem Material verbrannt wird.