用来在燃烧室中减少NOX的方法和实施该方法的装置.pdf

本发明涉及一种用来在垃圾燃烧装置中的燃烧室燃烧室(1)中减少NOx的方法，在该方法中所加入的燃料(2)在被初级空气(3)流经的、机械移动的炉栅(4)上输送通过燃烧室，燃料在炉栅上形成燃烧床(5)，和所有的来自燃烧床的气体在向所谓的燃烧室的燃耗室(1b)过渡过程中通过至少一个次级空气混合区域(8)，在该区域中喷入次级空气(7)用来完全氧化气体，在此，通过附加的混合射流(15)喷入到燃烧床(5)和次级空气混合区域(8)之间的气体室(1b)中而生成至少一个附加的混合区域(14)，和还涉及一个用来实施本方法的装置。本发明具有的优点是，避免了在燃烧室中由可氧化的氮化合物形成NO。

1.  一种用来在通常称为具有附加次级空气的炉栅燃烧的固体物质燃烧的，特别是在垃圾燃烧装置中的燃烧室(1)中减少NO_x的方法，在该方法中所加入的燃料(2)在被初级空气(3)流经的、机械移动的炉栅(4)上输送通过燃烧室，燃料在炉栅上形成燃烧床(5)，在其中产生具有可还原的和可氧化的气态氮化合物的部分还可燃烧的气体(6)，和在此所有的来自燃烧床的气体在向所谓的燃烧室的燃耗室(1b)的过渡过程中通过至少一个次级空气混合区域(8)，在该区域中喷入次级空气(7)用来完全氧化气体，其特征在于，通过附加的混合射流(15)喷入到燃烧床(5)和次级空气混合区域(8)之间的气体室中而生成至少一个附加的混合区域(14)，在该区域内氮化合物(可氧化的和可还原的)与燃烧气体进行适当的完全混合，使得在这种混合将可氧化的氮化合物带到次级空气混合区域或次级空气混合区域之一中和在此在对此视为不利的条件下氧化成NO之前，燃烧气体与氮化合物的主要生成N₂和H₂O的反应(在视作为有利的条件下)已经进行。

2.  根据权利要求1的方法，其特征在于，在强烈混合区域中的完合混合是在局部空气指数λ为约0.7＜λ＜约0.9和约1000℃的温度下进行的。

3.  根据权利要求1和2的方法，其特征在于，混合气体气流(15)的喷入速度是大于次级空气(7)的喷入速度。

4.  根据权利要求1-3的方法，其特征在于，混合气体气流(15)的喷入速度为次级空气(7)的喷入速度的四倍。

5.  根据权利要求1-4的方法，其特征在于，在混合气体喷嘴处有一个超临界的压力比，喷入速度等于或大于MACH＝1。

6.  根据权利要求1-5的方法，其特征在于，惰性气体用作为冲击载体。

7.  根据权利要求1-5的方法，其特征在于，压缩空气用作为冲击载体。

8.  根据权利要求1-5的方法，其特征在于，烟气用作为冲击载体。

9.  根据权利要求1-5的方法，其特征在于，由惰性的载体气体、氧载体和燃料构成的气体混合物用作为冲击载体。

10.  根据权利要求1-9的方法，其特征在于，由气体和未经蒸发的水构成的混合物用作为冲击载体。

11.  根据权利要求1-5的方法，其特征在于，水的射流或由水滴构成的射流用作为冲击载体。

12.  根据权利要求1-11的方法，其特征在于，冲击载体惰性气体和/或空气和/或烟气和/或燃料和/或水通过独立的喷嘴相互分开地喷入到所谓的燃烧室部分(1a)中。

13.  根据权利要求1-12的方法，其特征在于，至少一种冲击载体含有作为还原剂的可氧化的氮化合物。

14.  一种用来实施根据权利要求1-13的方法的燃烧装置，其特征在于，用于混合气体(15)的喷嘴设置在次级空气喷入处下部的燃烧室部分(1a)的前壁和/或侧壁处。

15.  根据权利要求14的燃烧装置，其特征在于，用于混合气体(15)的喷嘴在次级空气喷入处下部的燃烧室部分(1a)前壁和/或侧壁处这样设置，以致于形成至少两个基本上水平的在燃烧床上面的互相对流循环的混合旋涡。

16.  根据权利要求14和15的燃烧装置，其特征在于，用于混合气体(15)的具有合适的直径分级的喷嘴在次级空气喷入处下部的燃烧室部分(1a)的前壁和/或侧壁处这样设置，以致于形成一个壁幕和至少两个基本上水平的在燃烧床上面的互相对流循环的混合旋涡。

17.  根据权利要求14-16的燃烧装置，其特征在于，用于混合气体(15)的喷嘴设置成多股流的喷嘴。

18.  根据权利要求14-17的燃烧装置，其特征在于，用于混合气体(15)的喷嘴设置成二元喷嘴。

19.  根据权利要求14-18的燃烧装置，其特征在于，在燃烧床和次级空气喷入处之间的燃烧室容积允许废气在这个空间中有约0.5秒的停留时间。

20.  根据权利要求14-19的燃烧装置，其特征在于，前壁喷嘴设置在燃烧室室壁的展开处。

用来在燃烧室中减少NO_x的方法和实施该方法的装置
本发明涉及一种根据权利要求1的前叙部分的用来在燃烧室中减少NO_x的方法和用来实施该方法的装置。
这一方法在有燃烧室的地方都是可应用的，其中在燃烧室中构成混合区域。其特别是燃烧装置的燃烧室，在燃烧装置中垃圾、生活垃圾、工业垃圾、木材、替代燃料等等在前推炉栅上输送通过燃烧室，并且向燃烧室喷入次级空气，以致于垃圾的上方有一用于气体的混合区域。
用于垃圾的燃烧室称为所谓的垃圾燃烧装置。在燃烧室中装置有炉栅，在其上给出燃料，在现在的情况下为垃圾。
在燃烧时所加入的燃料在由初级空气流经的、经机械移动的炉栅上而输送通过燃烧室，并在此形成燃烧床。在该燃烧床中每种燃料颗粒本身通过对于固体物质燃烧典型的并且导致灰化的各个步骤，即在从加入燃料的输送直至卸出炉渣期间按所述时间顺序过程为加热、干燥、除气、汽化、碳燃烧和最后灰冷却。在此并不重要的是，装置的燃烧方式是否设计成对流-、中心流-、或同向流燃烧，和装置是否设置有前推炉栅、反推炉栅、移动炉栅或滚动炉栅。上述的固体物质燃烧的各步骤的速度主要取决于燃料的组成和颗粒大小、输送入的初级空气和在燃烧室中的温度。
通过在燃烧床中的物理和化学过程而产生具有局部的或时间上不同组成的废气，其部分地含有还可燃烧的气体和尤其是气态的可还原的氮化合物如NO和可氧化的氮化合物如NH₃。可燃烧的气体在燃烧室的燃烧床上方构成可见的火焰。
在向所谓的燃耗室的过渡中，用来完全氧化气相的次级空气被喷入至一个或多个次级空气混合区域中。偶然也发现附加地喷入再循环的废气，其是出于流体技术和/或热技术原因而进行的。根据第17BimSchV的实施规程对于燃耗室要求有大于6体积％的均匀的氧浓度和在高于850℃的温度下在最后的空气喷入下游有2秒钟的停留时间。从DE 196 48 934 C2获知一种方法，以该法通过根据本发明的喷入达到特别均匀一致的氧和温度的分布。
根据现有知识，氮氧化物NO是在燃烧床内部以及在燃烧室中的燃烧床上部在含氮的燃料组成成分的化学转变时以及在高于1200℃的温度下由空气氮形成。通常的出发点是，NO形成是在次级空气混合区域的出口处结束。为了在烟囱中保持有对于氮氧化物(NO_x)的适合规定的排放限定值，根据现有技术是通过用氨(NH₃)、尿素或类似的可氧化的氮化合物作为还原剂还原一部分前面所形成的氮氧化物成为N₂和H₂O。在此还原剂被喷入或混合入反应完的废气流中。在选择性催化反应(SCR)的情况下还原剂的喷入是在烟气冷却后进行的，那么化学反应在约250-约400℃的温度下在合适的催化剂上进行。在选择性非催化反应(SNCR)的情况下还原剂直接喷入燃烧室中，并且在混合区域与废气混合。化学反应在合适地混合下不用催化剂直接在燃烧室的燃耗室中在次级空气喷入的上部在约1000℃下进行(EXXON反应)。专利文本DE 3722523 C1以及DE 3811636 C1和EP 0430144 B1描述了SNCR方法的方案和装置。
现有的解决方案的不足之处是，在第一炉栅区域上部的气体室和中间炉栅区域之间尽管有次级空气输入还是只发生较小规模的强烈交换，以致于从可氧化的氮化合物生成NO，其中第一炉栅区域主要含有干燥烟气和低温干馏气体或热解作用气体。
所以本发明的任务是，避免从可氧化的氮化合物形成NO，和将已经形成的NO利用在燃烧床中所放出的可氧化的氮化合物作为一定程度上的天然的还原剂还原成N₂。
这一任务通过根据权利要求1的特征的方法和实施这一方法的装置而解决。
根据本发明的解决方案是基于这样的想法，即大部分NO只是在次级空气混合区域内形成。在此对于NO形成起决定性作用的是次级空气的吸入能力、混合冲击和氧的供给以及从燃烧室区域的燃烧床上部输送可氧化的含氮化合物，其主要源自于燃烧床的前部区域和预先没有足够的混合而没有进行反应。这个想法得到了在2003年进行的垃圾燃烧装置的工作测量数据的实施报告的支持。
现在根据本发明的解决方案在于，在燃烧室中的下部和必要时与次级空气混合区域分开地实现混合区域，和有目的地这样强化混合，以致于来自燃烧床的可氧化的氮化合物在到达次级空气混合区域和在此处氧化成NO之前，在此处有利的条件下，在局部的空气指数λ为约0.7＜λ＜约0.9和高于约1000℃的温度下转变成N₂。
根据本发明，在这个燃烧室部分中安置一个或多个混合气体喷入处。混合气体喷入处包括在燃烧室室壁处安置的喷嘴、经输入的物料流和通过喷嘴产生的高冲击的射流。在此对于混合作用起决定性作用的是冲击进料，也就是吸入能力和混合气体射流的抛射距离以及它在燃烧室中的排列。与次级空气喷入不同，混合气体射流的物料进料是不重要的或是次要的。
因为在该燃烧室部分中已经存在有必需的反应物，所以根据本发明采用没有附加还原剂的惰性混合气体作为冲击载体。作为惰性混合气体有利的是水蒸汽或氮气。压缩空气可以用作为冲击载体，只要氧气的加入对于混合作用效果可以被忽略。经净化的烟气也可用作为混合气体，只要必需的压力提高的技术难题得到解决。
为了方法的最佳化或为了与特别的燃烧条件相匹配，也可以用冲击加料局部地影响温度和空气指数。此外，由惰性载体气体、氧气载体、燃料以及还要蒸发的水构成的合适的混合物可用作为混合气体。
在特别的情况下已经证实附加地掺入还原剂与混合气体一起是有利的。
用来实施本方法的装置由具有炉栅燃烧和初级空气输入的燃烧装置以及用来实施本方法所合适的具有次级空气喷入的燃烧室构成，并且设定，在用于次级空气的喷嘴下部的燃烧室的前壁和/或侧壁处这样设置用于混合气体喷入的多个喷嘴，以致于在燃烧床和次级空气喷入处之间的容积中实现混合区域，并且再分成至少两个基本上是水平的在燃烧床上方循环的混合旋涡。
在燃烧床和次级空气喷入处之间的燃烧室的容积大小应是这样确定，以致于废气在这个室中的停留时间为约0.5秒。
另外优选的是，这样设置燃烧室，以致于在燃烧室壁的展开处可以设置前壁喷嘴。
下面以一个实施例和一个附图更清楚地解释装填有本发明。
附图示出了一个垃圾燃烧装置的燃烧室1，垃圾燃烧装置中装填有燃料2，一种生活垃圾。燃料2通过被初级空气3流过的、机械移动的炉栅4而输送通过燃烧室，在此构成燃烧床5。在该燃烧床5中每种燃料颗粒本身通过对于固体物质燃烧典型的和导致灰化的各个步骤，即在从燃料加入的输送直至炉渣卸载期间按上述的时间顺序过程为加热、干燥、除气、汽化、碳燃烧和最后的灰冷却。通过在燃烧床5中的物理和化学的过程而生成具有局部或侧面不同组成的废气6a、6b、6c，这些废气中部分地含有还可燃烧的气体和尤其含有气态的可还原的氮化合物，如NO和可氧化的氮化合物，如NH₃。可燃烧的气体在燃烧室1a的燃烧床5上部形成可看得见的火焰。在向所谓的燃耗室1b的过渡中，用来完全氧化气相的次级空气7被喷入到一个或多个次级空气区域8中。在向所谓的燃耗室1b的过渡中，用来完全氧化气相的次级空气7被喷入到一个或多个次级空气混合区域8中。根据现有技术常用的在烟囱9中用来保持NO_x-排放规定值的措施对于SCR-法是在位置10和11处画出或对于SNCR-法是在位置12和13处画出。根据权利要求1在次级空气混合区域8的下部有强烈混合区域14，在其内部在从燃烧床产生的可氧化的氮化合物和已经形成的一氧化氮NO到达次级空气混合区域和可氧化的氮化合物在此氧化成N之前，它们在局部空气指数为约0.7-约0.9和约1000℃的温度下转变成氮分子N₂。强烈混合区域14通过喷射入混合气体15而形成，在此混合气体通过具有高的冲击的适合于此的喷嘴喷入到相应的燃烧室部分1a中。在附图中混合气体喷嘴例如设置在燃烧室的正面前壁的展开处。喷嘴的结构构造适合于作为冲击载体用的混合气体。
本发明具有的优点是，避免了在燃烧室中从可氧化的氮化合物形成NO。
所用的图例说明表
1         燃烧室
1a        燃烧床和次级空气喷入处之间的燃烧室
1b        次级空气喷入处上部的燃耗室
2         燃料
3         初级空气
4         燃烧炉栅
5         燃烧床
6a，b，c  来自燃烧床的废气
7         次级空气
8         次级混合空气区域
9         烟囱
10        用于SCR的还原剂
11        SCR-催化剂
12        向燃烧室的喷入
13        SNCR-混合区域
14        强烈混合区域
15        混合气体喷入处