SE1050114A1 - Förfarande vid förbränning av lågvärdigt bränsle - Google Patents

Description

tillföras genom. den andra tillförselöppningen, av att en oxidant innefattande åtminstone 85 viktprocent syrgas dessut- om bringas att tillföras till förbränningszonen genmn en tillförselanordning för oxidant och av att det gasformiga bränslet bringas att förbrännas med oxidanten i förbrännings- zonen.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas i detalj, med hänvisning till exemplifierande utföringsformer av uppfinningen och de bifogade ritningarna, där: Figur l är en principskiss över en luftbrännare som nyttjas vid ett förfarande enligt föreliggande uppfinning; och Figur 2 är en principskiss över en masugn samt en industriugn anordnade i ett och samma stålverk.

Figur l illustrerar således en i sig konventionell luftbrän- nare l som vid konventionell drift används för att värma en industriugn. Luftbrännaren l är monterad i en ugnsvägg 2 hos industriugnen. Luftbrännaren l är anordnad att vid konventio- nell drift i en förbränningszon 3 förbränna ett bränsle till- sammans med en oxidant i form av luft. Bränslet tillförs vid sådan konventionell drift av luftbrännaren l genom ett till- och tillförs förselrör 4, till förbränningszonen 13 via en tillförselöppning 5 för bränsle. Luften tillförs på motsva- rande sätt genom respektive tillförselrör 6 och tillförsel- öppningar 7 för luft.

Luftbrännaren l kan även vara utformad på andra, i sig kon- ventionella, sätt, såsom med en eller flera tillförselöpp- ningar för bränsle och med en eller flera tillförselöppningar för luft. Bränslet vid konventionell drift kan vara ett fly- tande eller gasformigt bränsle. Det konventionella bränslet Ansökningstextdocx 2010-02-05 100026SE är ett hög- eller mellanvärdigt bränsle såsom gasol, naturgas eller koksugnsgas.

Enligt uppfinningen drivs luftbrännaren l inte med det kon- ventionella, hög- eller mellanvärdiga bränslet, utan istället med ett gasformigt, lågvärdigt bränsle såsom toppgas från en masugn.

Tabell l är en jämförelse av typiska halter av olika be- ståndsdelar mellan, å ena sidan, ett mellanvärdigt bränsle såsom koksugnsgas och, å andra sidan, ett lågvärdigt bränsle såsom toppgas från en masugn samt avgas från en konverter.

Samtliga värden är angivna i volymprocent.

Tabell 1 N2 O2 H2 CO CO2 CH4 CmHn H20 Koksugnsgas 3,5 0,55 60 7,5 2,35 23,5 2,4 0,2 Toppgas 52,5 0,55 2,3 23,5 20 - - l,l5 Avgas l7,2 0,l 2,5 64,5 15,6 - - 0,l Tabell 2 är en jämförelse av värmevärdena (eng. LHV, Lower Heating Value) för koksugnsgas, toppgas från en masugn och avgas från en konverter.

Tabell 2 LHv (MJ/Nnë) LHv (MJ/kg) Koksugnsgas l7,9 8,2 Toppgas 3,2 4,3 Avgas 7,5 10,4 Enligt uppfinningen drivs den konventionella luftbrännaren l med ett gasformigt bränsle vars LHV-värde är lika med eller lägre än 7,5 MJ/Nm3. Bränslet kan innefatta en viss inbland- Ansökningstextdocx 2010-02-05 100026SE ning av ett annat, mer högvärdigt bränsle, så länge som blandningens LHV-värde inte överstiger* 7,5 MJ/Nm3. Det är dock av kostnadsskäl föredraget att inte blanda in högvärdiga bränslen före förbränning.

För att kompensera för det sämre värmevärdet hos bränslet i jämförelse med det konventionellt använda bränslet, drivs den konventionella luftbrännaren l inte med luft som oxidant, utan med en oxidant med högre syrgasinnehåll än luft. Före- trädesvis innefattar oxidanten åtminstone 85 viktprocent syrgas, och helst åtminstone 95 viktprocent syrgas.

Genom att förbränna ett lågvärdigt, gasformigt bränsle med en sådan oxidant kan flamtemperaturer och rökgasvolymer som väsentligen motsvarar de som bildas vid konventionell för- bränning av högvärdiga bränslen uppnås vid motsvarande för- bränningseffekter. Därmed kan lågvärdiga, billiga bränslen av typen toppgas från masugnar användas med fullgoda processre- sultat, för värmning av industriugnen. Det är föredraget, speciellt i fallet toppgas, att mängden tillfört bränsle per tidsenhet bringas att väsentligen motsvara mängden tillförd luft vid konventionell drift av luftbrännaren. Med andra ord är det föredraget att mängden tillfört lågvärdigt bränsle per tidsenhet vid en viss förutbestämd förbränningseffekt volym- mässigt är mellan 0,5 och 2,0, hellre mellan 0,5 och l,5, gånger mängden tillförd luft vid konventionell drift av luft- brännaren med samma förbränningseffekt. Speciellt föredraget är att mängden tillfört lågvärdigt bränsle per tidsenhet vid en viss förutbestämd förbränningseffekt är samma som mängden tillförd luft vid konventionell drift av luftbrännaren med samma förbränningseffekt sånär som på fl0 volymprocent. tillförs Enligt uppfinningen det lågvärdiga bränslet till förbränningszonen 3 genom den konventionella tillförselöpp- Ansölmingstextdocx 2010-02-05 100026SE ningen 7 för luft. Det är även föredraget, om än inte nödvän- digt, att tillförseln fram till tillförselöppningen 7 sker genom det befintliga tillförselröret 6 för luft. Eftersom volymflödet av lågvärdigt bränsle per effektenhet är förhål- landevis nära det för luftflödet per effektenhet vid förbrän- ning av konventionella högvärdiga bränslen, kan det konven- tionella tillförselröret 6 och den. eller de konventionella för luft tillförselöppningarna 7 användas utan att några större modifieringar, möjligen inga modifieringar överhuvud- taget, behöver utföras. Detta medför att den konventionella luftbrännaren l kan konverteras till drift med ett lågvär- digt, billigt bränsle istället för det konventionella, hög- värdiga bränslet, utan att förändringen kräver några dyra installationsarbeten. till en flexibel drift Dessutom. medför detta möjligheten beroende på tillgång till olika bränsletyper. Även oxidanten tillförs till förbränningszonen 3, och det lågvärdiga bränslet förbränns tillsammans med oxidanten däri.

Enligt en första föredragen utföringsform tillförs oxidanten genom den befintliga tillförselöppningen 5 för bränsle, före- trädesvis genom det befintliga tillförselröret 4 för bränsle.

Enligt en andra föredragen utföringsform tillförs oxidanten till förbränningszonen 3 genom en ytterligare tillförselan- ordning 8, vars tillförselöppning är anordnad på avstånd från både den befintliga tillförselöppningen för bränsle 5 och den för luft 7, företrädesvis anordnad på avstånd från luftbrän- narens l mynning. Detta medför den fördelen att en och samma befintlig luftbrännare kan anpassas för att kunna uppnå an- tingen en normal flamma eller en flamlös förbränning, genom Ansökningstextdocx 2010-02-05 100026SE att anordna flera olika injektionspunkter för tillförsel av oxidant till förbränningszonen 3.

Enligt en tredje föredragen utföringsform tillförs oxidanten delvis genom den befintliga tillförselöppningen 5 för bräns- le, och kompletteras med ytterligare tillförsel genom till- förselanordningen 8 i sådan utsträckning att önskade stökio- metriförhållanden råder i förbränningszonen 3.

Det är föredraget att oxidanten tillförs genom en för till- försel av oxidant anpassad lans. En sådan lans kan exempelvis anordnas så att den löper i det befintliga tillförselröret 4 för bränsle och mynnar i närheten av den befintliga tillför- selöppningen. 5 för bränsle. Alternativt eller dessuton1 kan den ytterligare anordnade tillförselanordningen 8 innefatta en sådan lans.

Det är vidare föredraget att ett hög- eller mellanvärdigt bränsle, i ett inledande boostingsteg av driften av brännaren l enligt uppfinningen, injiceras i förbränningszonen 3 och där antänds för att starta förbränningsreaktionen mellan det lågvärdiga bränslet och oxidanten. Injektionen kan ske genom den befintliga luftbrännaren l, exempelvis genom den befint- liga tillförselöppningen för luft 7 eller genom den befintli- ga tillförselöppningen för bränsle 5.

Det är även föredraget att, i det fall luftbrännaren l inne- fattar en i. sig konventionell rekuperator (inte visad) för återvinning av värmeenergi genom förvärmning av den förbrän- ningsluft som tillförs genom tillförselöppningen 7, vid drift enligt uppfinningen ansluts till strömmen av tillfört lågvär- Detta medför förbätt- digt bränsle, så att bränslet förvärms. rad förbränningsekonomi utan fördyrande extrainstallationer.

Ansökningstextdocx 2010-02-05 100026SE Figur 2 illustrerar schematiskt en industriugn 14 som värms med hjälp av den konventionella luftbrännaren 1. Vid drift enligt en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning matas en oxidant med högt syrgasinnehåll från en oxidanttill- förselanordning 12 till brännaren 1 via en ledning 13, och tillförs där till förbränningszonen såsom beskrivits ovan.

Bränslet leds till brännaren 1, via en annan ledning 11, från en masugn 10. Det bränsle som leds från masugnen 10 utgörs av som framställts vid drift av masugnen 10. Eventuellt toppgas, blandas denna toppgas med ytterligare gasformigt bränsle, företrädesvis ett eller flera lågvärdiga bränslen. Det är föredraget att åtminstone hälften av den genom förbränningen tillförda energin från brännaren 1 härrör från toppgas från GD InäSllgn .

Det är dessutom föredraget att det lågvärdiga bränslet eller de lågvärdiga bränslen som förbränns i brännaren 1 till åt- minstone hälften, eller* helst i. sin. helhet har framställts vid, och därför härrör från, drift av utrustning som är an- ordnad i samma industrianläggning som den i vilken brännaren 1 förefinns installerad för drift. Speciellt är det föredra- get att bränslet utgörs av toppgas som härrör från drift av masugnen 10 som är anordnad i samma industrianläggning som brännaren 1.

Ett sådant förfarande medför* att energiåtervinning' kan ske inom industrianläggningen, men även att den totala drifts- kostnaden för anläggningen kan hållas nere och att fördyrande transporter kan minskas.

Det är föredraget att brännaren 1 drivs för uppvärmning av industriugnen 14 till en temperatur som. överstiger 500°C, hellre överstiger 700°C, helst överstiger 800°C. Dessutom är det föredraget att industriugnen 14 drivs som ett steg vid Ansökningstextdocx 2010-02-05 100026SE framställning eller bearbetning av en nætall, företrädesvis stål. Speciellt föredraget är att industriugnen 14 utgör eller innefattas i en stegbalksugn, en glödgningslinje eller ett steg för förvärmning av gjutskänkar.

Ovan har föredragna utföringsformer beskrivits. Emellertid är det uppenbart för fackmannen att många förändringar kan göras av de beskrivna utföringsformerna utan att fràngà uppfinning- ens tanke.

Exempelvis kan flera olika typer av enheter, av typen masugn, som ger upphov till lägvärdiga, gasformiga bränslen, anslutas till en eller flera konventionella luftbrännare.

Sålunda skall uppfinningen inte vara begränsad till de be- skrivna utföringsformerna, utan kan varieras inom ramen för de bifogade kraven.

Ansökningstextdocx 2010-02-05 100026SE

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 P A TP E li T K I{.A V

1. l. Förfarande för förbränning av ett bränsle med hjälp av en (l), tar en första tillförselöppning (5) befintlig luftbrännare vilken luftbrännare (l) innefat- för bränsle och en andra vilka (3), att ett gasformigt bränsle med LHV-värde tillförselöppning (7) för luft tillförselöppningar (5,7) mynnar i en förbränningszon k ä n n e t e c k n a t a v (eng. Lower Heating Value) understigande 7,5 MJ/Nm? bringas att tillföras (7), innefattande åtminstone 85 viktprocent syrgas dessutom bring- genom den andra tillförselöppningen av att en oxidant as att tillföras till förbränningszonen (3) genom en tillför- selanordning för oxidant och av att det gasformiga bränslet bringas att förbrännas med oxidanten i förbränningszonen (3).

2. Förfarande erfiligt ] att tillförselanordningen för oxidant bringas att innefatta en lans anpassad för tillförsel av oxidant.

3. Förfarande enligt krawr 2, k ä n n e t e c k n a t a v att lansen bringas att vara anordnad på avstånd från både den befintliga första (5) (l), helt eller delvis via lansen. och den andra (7) tillförselöppningen i luftbrännaren och av att oxidanten bringas att tillföras

4. Förfarande enligt något av föregående krav, k ä11r1e - t e c k n a t a v att tillförselanordningen för oxidant bringas att vara utformad så att oxidant bringas att tillfö- ras helt eller delvis genom den befintliga första tillförsel- öppningen (5) för bränsle i luftbrännaren (l).

5. Förfarande enligt något av föregående krav, k är1n.e - t e c k n a t a v att förbränningsreaktionen mellan oxidant och lågvärdigt bränsle värmer en industriugn (14). Ansökningstextdocx 2010-02-05 100026SE 10 15 20 25 l0

6. Förfarande enligt något av föregående krav, k ä11r1e - t e c k n a t a v att mängden tillfört bränsle per tidsenhet vid en viss förutbestämd effekt bringas att nwtsvara den mängd luft som tillförs per tidsenhet vid konventionell drift (l). av luftbrännaren

7. Förfarande enligt något av föregående krav, k är1n.e - t e c k n a t a v att, i ett inledande steg, hög- eller mellanvärdigt bränsle bringas att införas genom luftbrännaren (1) och förbrännas i förbränningszonen (3) så att förbrän- ningen av lågvärdigt bränsle initieras.

8. Förfarande enligt något av föregående krav, k ärln e - till åtminstone hälften (10). t e c k n a t a v att bränslet bringas att utgöras av toppgas från en masugn

9. Förfarande enliçn; krav 8, k ä n n e t e c k n a t a v att rökgaserna bringas att härröra från drift av en nmsugn (lO) som bringas att vara anordnad i samma industrianläggning som luftbrännaren (l).

10. Förfarande enligt något av föregående krav, k ä11n.e - t e c k n a t a v att en befintlig rekuperator, vilken vid normal drift av luftbrännaren (1) används för att förvärma förbränningsluften, istället bringas att användas för att förvärma bränslet. Ansökningstextdocx 2010-02-05 100026SE