專利名稱：用來在燃燒室中減少NOx的方法和實(shí)施該方法的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前敘部分的用來在燃燒室中減少NOx的方法和用來實(shí)施該方法的裝置。
這一方法在有燃燒室的地方都是可應(yīng)用的，其中在燃燒室中構(gòu)成混合區(qū)域。其特別是燃燒裝置的燃燒室，在燃燒裝置中垃圾、生活垃圾、工業(yè)垃圾、木材、替代燃料等等在前推爐柵上輸送通過燃燒室，并且向燃燒室噴入次級空氣，以致于垃圾的上方有一用于氣體的混合區(qū)域。
用于垃圾的燃燒室稱為所謂的垃圾燃燒裝置。在燃燒室中裝置有爐柵，在其上給出燃料，在現(xiàn)在的情況下為垃圾。
在燃燒時所加入的燃料在由初級空氣流經(jīng)的、經(jīng)機(jī)械移動的爐柵上而輸送通過燃燒室，并在此形成燃燒床。在該燃燒床中每種燃料顆粒本身通過對于固體物質(zhì)燃燒典型的并且導(dǎo)致灰化的各個步驟，即在從加入燃料的輸送直至卸出爐渣期間按所述時間順序過程為加熱、干燥、除氣、汽化、碳燃燒和最后灰冷卻。在此并不重要的是，裝置的燃燒方式是否設(shè)計成對流-、中心流-、或同向流燃燒，和裝置是否設(shè)置有前推爐柵、反推爐柵、移動爐柵或滾動爐柵。上述的固體物質(zhì)燃燒的各步驟的速度主要取決于燃料的組成和顆粒大小、輸送入的初級空氣和在燃燒室中的溫度。
通過在燃燒床中的物理和化學(xué)過程而產(chǎn)生具有局部的或時間上不同組成的廢氣，其部分地含有還可燃燒的氣體和尤其是氣態(tài)的可還原的氮化合物如NO和可氧化的氮化合物如NH3?？扇紵臍怏w在燃燒室的燃燒床上方構(gòu)成可見的火焰。
在向所謂的燃耗室的過渡中，用來完全氧化氣相的次級空氣被噴入至一個或多個次級空氣混合區(qū)域中。偶然也發(fā)現(xiàn)附加地噴入再循環(huán)的廢氣，其是出于流體技術(shù)和/或熱技術(shù)原因而進(jìn)行的。根據(jù)第17BimSchV的實(shí)施規(guī)程對于燃耗室要求有大于6體積％的均勻的氧濃度和在高于850℃的溫度下在最后的空氣噴入下游有2秒鐘的停留時間。從DE 196 48 934 C2獲知一種方法，以該法通過根據(jù)本發(fā)明的噴入達(dá)到特別均勻一致的氧和溫度的分布。
根據(jù)現(xiàn)有知識，氮氧化物NO是在燃燒床內(nèi)部以及在燃燒室中的燃燒床上部在含氮的燃料組成成分的化學(xué)轉(zhuǎn)變時以及在高于1200℃的溫度下由空氣氮形成。通常的出發(fā)點(diǎn)是，NO形成是在次級空氣混合區(qū)域的出口處結(jié)束。為了在煙囪中保持有對于氮氧化物(NOx)的適合規(guī)定的排放限定值，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)是通過用氨(NH3)、尿素或類似的可氧化的氮化合物作為還原劑還原一部分前面所形成的氮氧化物成為N2和H2O。在此還原劑被噴入或混合入反應(yīng)完的廢氣流中。在選擇性催化反應(yīng)(SCR)的情況下還原劑的噴入是在煙氣冷卻后進(jìn)行的，那么化學(xué)反應(yīng)在約250-約400℃的溫度下在合適的催化劑上進(jìn)行。在選擇性非催化反應(yīng)(SNCR)的情況下還原劑直接噴入燃燒室中，并且在混合區(qū)域與廢氣混合?；瘜W(xué)反應(yīng)在合適的混合下不用催化劑直接在燃燒室的燃耗室中在次級空氣噴入的上部在約1000℃下進(jìn)行(EXXON反應(yīng))。專利文本DE 3722523 C1以及DE 3811636 C1和EP 0430144 B1描述了SNCR方法的方案和裝置。
現(xiàn)有的解決方案的不足之處是，在第一爐柵區(qū)域上部的氣體室和中間爐柵區(qū)域之間盡管有次級空氣輸入還是只發(fā)生較小規(guī)模的強(qiáng)烈交換，以致于從可氧化的氮化合物生成NO，其中第一爐柵區(qū)域主要含有干燥煙氣和低溫干餾氣體或熱解作用氣體。
所以本發(fā)明的任務(wù)是，避免從可氧化的氮化合物形成NO，和將已經(jīng)形成的NO利用在燃燒床中所放出的可氧化的氮化合物作為一定程度上的天然的還原劑還原成N2。
這一任務(wù)通過根據(jù)權(quán)利要求1的特征的方法和實(shí)施這一方法的裝置而解決。
根據(jù)本發(fā)明的解決方案是基于這樣的想法，即大部分NO只是在次級空氣混合區(qū)域內(nèi)形成。在此對于NO形成起決定性作用的是次級空氣的吸入能力、混合沖擊和氧的供給以及從燃燒室區(qū)域的燃燒床上部輸送可氧化的含氮化合物，其主要源自于燃燒床的前部區(qū)域和預(yù)先沒有足夠的混合而沒有進(jìn)行反應(yīng)。這個想法得到了在2003年進(jìn)行的垃圾燃燒裝置的工作測量數(shù)據(jù)的實(shí)施報告的支持。
現(xiàn)在根據(jù)本發(fā)明的解決方案在于，在燃燒室中的下部和必要時與次級空氣混合區(qū)域分開地實(shí)現(xiàn)混合區(qū)域，和有目的地這樣強(qiáng)化混合，以致于來自燃燒床的可氧化的氮化合物在到達(dá)次級空氣混合區(qū)域和在此處氧化成NO之前，在此處有利的條件下，在局部的空氣指數(shù)λ為約0.7＜λ＜約0.9和高于約1000℃的溫度下轉(zhuǎn)變成N2。
根據(jù)本發(fā)明，在這個燃燒室部分中安置一個或多個混合氣體噴入處。混合氣體噴入處包括在燃燒室室壁處安置的噴嘴、經(jīng)輸入的物料流和通過噴嘴產(chǎn)生的高沖擊的射流。在此對于混合作用起決定性作用的是沖擊進(jìn)料，也就是吸入能力和混合氣體射流的拋射距離以及它在燃燒室中的排列。與次級空氣噴入不同，混合氣體射流的物料進(jìn)料是不重要的或是次要的。
因?yàn)樵谠撊紵也糠种幸呀?jīng)存在有必需的反應(yīng)物，所以根據(jù)本發(fā)明采用沒有附加還原劑的惰性混合氣體作為沖擊載體。作為惰性混合氣體有利的是水蒸汽或氮?dú)?。壓縮空氣可以用作為沖擊載體，只要氧氣的加入對于混合作用效果可以被忽略。經(jīng)凈化的煙氣也可用作為混合氣體，只要必需的壓力提高的技術(shù)難題得到解決。
為了方法的最佳化或?yàn)榱伺c特別的燃燒條件相匹配，也可以用沖擊加料局部地影響溫度和空氣指數(shù)。此外，由惰性載體氣體、氧氣載體、燃料以及還要蒸發(fā)的水構(gòu)成的合適的混合物可用作為混合氣體。
在特別的情況下已經(jīng)證實(shí)附加地?fù)饺脒€原劑與混合氣體一起是有利的。
用來實(shí)施本方法的裝置由具有爐柵燃燒和初級空氣輸入的燃燒裝置以及用來實(shí)施本方法所合適的具有次級空氣噴入的燃燒室構(gòu)成，并且設(shè)定，在用于次級空氣的噴嘴下部的燃燒室的前壁和/或側(cè)壁處這樣設(shè)置用于混合氣體噴入的多個噴嘴，以致于在燃燒床和次級空氣噴入處之間的容積中實(shí)現(xiàn)混合區(qū)域，并且再分成至少兩個基本上是水平的在燃燒床上方循環(huán)的混合旋渦。
在燃燒床和次級空氣噴入處之間的燃燒室的容積大小應(yīng)是這樣確定，以致于廢氣在這個室中的停留時間為約0.5秒。
另外優(yōu)選的是，這樣設(shè)置燃燒室，以致于在燃燒室壁的展開處可以設(shè)置前壁噴嘴。
下面以一個實(shí)施例和一個附圖
更清楚地解釋裝填有本發(fā)明。
附圖示出了一個垃圾燃燒裝置的燃燒室1，垃圾燃燒裝置中裝填有燃料2，一種生活垃圾。燃料2通過被初級空氣3流過的、機(jī)械移動的爐柵4而輸送通過燃燒室，在此構(gòu)成燃燒床5。在該燃燒床5中每種燃料顆粒本身通過對于固體物質(zhì)燃燒典型的和導(dǎo)致灰化的各個步驟，即在從燃料加入的輸送直至爐渣卸載期間按上述的時間順序過程為加熱、干燥、除氣、汽化、碳燃燒和最后的灰冷卻。通過在燃燒床5中的物理和化學(xué)的過程而生成具有局部或側(cè)面不同組成的廢氣6a、6b、6c，這些廢氣中部分地含有還可燃燒的氣體和尤其含有氣態(tài)的可還原的氮化合物，如NO和可氧化的氮化合物，如NH3?？扇紵臍怏w在燃燒室1a的燃燒床5上部形成可看得見的火焰。在向所謂的燃耗室1b的過渡中，用來完全氧化氣相的次級空氣7被噴入到一個或多個次級空氣區(qū)域8中。在向所謂的燃耗室1b的過渡中，用來完全氧化氣相的次級空氣7被噴入到一個或多個次級空氣混合區(qū)域8中。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)常用的在煙囪9中用來保持NOx-排放規(guī)定值的措施對于SCR-法是在位置10和11處畫出或?qū)τ赟NCR-法是在位置12和13處畫出。根據(jù)權(quán)利要求1在次級空氣混合區(qū)域8的下部有強(qiáng)烈混合區(qū)域14，在其內(nèi)部在從燃燒床產(chǎn)生的可氧化的氮化合物和已經(jīng)形成的一氧化氮NO到達(dá)次級空氣混合區(qū)域和可氧化的氮化合物在此氧化成N之前，它們在局部空氣指數(shù)為約0.7-約0.9和約1000℃的溫度下轉(zhuǎn)變成氮分子N2。強(qiáng)烈混合區(qū)域14通過噴射入混合氣體15而形成，在此混合氣體通過具有高的沖擊的適合于此的噴嘴噴入到相應(yīng)的燃燒室部分1a中。在附圖中混合氣體噴嘴例如設(shè)置在燃燒室的正面前壁的展開處。噴嘴的結(jié)構(gòu)構(gòu)造適合于作為沖擊載體用的混合氣體。
本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)是，避免了在燃燒室中從可氧化的氮化合物形成NO。
所用的圖例說明表1 燃燒室1a燃燒床和次級空氣噴入處之間的燃燒室1b次級空氣噴入處上部的燃耗室2 燃料3 初級空氣4 燃燒爐柵5 燃燒床6a，b，c 來自燃燒床的廢氣7 次級空氣8 次級混合空氣區(qū)域9 煙囪10用于SCR的還原劑11SCR-催化劑12向燃燒室的噴入13SNCR-混合區(qū)域14強(qiáng)烈混合區(qū)域15混合氣體噴入處
權(quán)利要求
1.一種用來在通常稱為具有附加次級空氣的爐柵燃燒的固體物質(zhì)燃燒的，特別是在垃圾燃燒裝置中的燃燒室(1)中減少NOx的方法，在該方法中所加入的燃料(2)在被初級空氣(3)流經(jīng)的、機(jī)械移動的爐柵(4)上輸送通過燃燒室，燃料在爐柵上形成燃燒床(5)，在其中產(chǎn)生具有可還原的和可氧化的氣態(tài)氮化合物的部分還可燃燒的氣體(6)，和在此所有的來自燃燒床的氣體在向所謂的燃燒室的燃耗室(1b)的過渡過程中通過至少一個次級空氣混合區(qū)域(8)，在該區(qū)域中噴入次級空氣(7)用來完全氧化氣體，其特征在于，通過附加的混合射流(15)噴入到燃燒床(5)和次級空氣混合區(qū)域(8)之間的氣體室中而生成至少一個附加的混合區(qū)域(14)，在該區(qū)域內(nèi)氮化合物(可氧化的和可還原的)與燃燒氣體進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐耆旌?，使得在這種混合將可氧化的氮化合物帶到次級空氣混合區(qū)域或次級空氣混合區(qū)域之一中和在此在對此視為不利的條件下氧化成NO之前，燃燒氣體與氮化合物的主要生成N2和H2O的反應(yīng)(在視作為有利的條件下)已經(jīng)進(jìn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在強(qiáng)烈混合區(qū)域中的完合混合是在局部空氣指數(shù)λ為約0.7＜λ＜約0.9和約1000℃的溫度下進(jìn)行的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2的方法，其特征在于，混合氣體氣流(15)的噴入速度是大于次級空氣(7)的噴入速度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3的方法，其特征在于，混合氣體氣流(15)的噴入速度為次級空氣(7)的噴入速度的四倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4的方法，其特征在于，在混合氣體噴嘴處有一個超臨界的壓力比，噴入速度等于或大于MACH＝1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5的方法，其特征在于，惰性氣體用作為沖擊載體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5的方法，其特征在于，壓縮空氣用作為沖擊載體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-5的方法，其特征在于，煙氣用作為沖擊載體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-5的方法，其特征在于，由惰性的載體氣體、氧載體和燃料構(gòu)成的氣體混合物用作為沖擊載體。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9的方法，其特征在于，由氣體和未經(jīng)蒸發(fā)的水構(gòu)成的混合物用作為沖擊載體。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-5的方法，其特征在于，水的射流或由水滴構(gòu)成的射流用作為沖擊載體。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11的方法，其特征在于，沖擊載體惰性氣體和/或空氣和/或煙氣和/或燃料和/或水通過獨(dú)立的噴嘴相互分開地噴入到所謂的燃燒室部分(1a)中。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12的方法，其特征在于，至少一種沖擊載體含有作為還原劑的可氧化的氮化合物。
14.一種用來實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求1-13的方法的燃燒裝置，其特征在于，用于混合氣體(15)的噴嘴設(shè)置在次級空氣噴入處下部的燃燒室部分(1a)的前壁和/或側(cè)壁處。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的燃燒裝置，其特征在于，用于混合氣體(15)的噴嘴在次級空氣噴入處下部的燃燒室部分(1a)前壁和/或側(cè)壁處這樣設(shè)置，以致于形成至少兩個基本上水平的在燃燒床上面的互相對流循環(huán)的混合旋渦。
16.根據(jù)權(quán)利要求14和15的燃燒裝置，其特征在于，用于混合氣體(15)的具有合適的直徑分級的噴嘴在次級空氣噴入處下部的燃燒室部分(1a)的前壁和/或側(cè)壁處這樣設(shè)置，以致于形成一個壁幕和至少兩個基本上水平的在燃燒床上面的互相對流循環(huán)的混合旋渦。
17.根據(jù)權(quán)利要求14-16的燃燒裝置，其特征在于，用于混合氣體(15)的噴嘴設(shè)置成多股流的噴嘴。
18.根據(jù)權(quán)利要求14-17的燃燒裝置，其特征在于，用于混合氣體(15)的噴嘴設(shè)置成二元噴嘴。
19.根據(jù)權(quán)利要求14-18的燃燒裝置，其特征在于，在燃燒床和次級空氣噴入處之間的燃燒室容積允許廢氣在這個空間中有約0.5秒的停留時間。
20.根據(jù)權(quán)利要求14-19的燃燒裝置，其特征在于，前壁噴嘴設(shè)置在燃燒室室壁的展開處。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用來在垃圾燃燒裝置中的燃燒室燃燒室(1)中減少NO
文檔編號F23L7/00GK1584395SQ20041006415
公開日2005年2月23日 申請日期2004年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月22日
發(fā)明者U·普里斯邁爾, W·舍費(fèi)爾斯, T·馬格霍恩, R·瓦內(nèi)克 申請人:菲希亞巴高克環(huán)境股份有限公司