173841. lajstromszámú szabadalom • Tüzelési eljárás éghető gázok mérgező és korróziómentes elégetésére és berendezés a fajlagos fűtőteljesítmény megnövelésére
3 173841 4 A HU 153 129 lajstromszámú szabadalom célja az, hogy a különböző tüzelőberendezésekben a többlépcsős égési folyamat segítségével alkalmazkodni lehessen a technológiai követelmények által megkívánt lánghőmérsékletekhez és füstgáz-összetételekhez. Ez a technológiai szempontból kétségtelenül előnyös megoldás ugyan előnyösebb a blokkégők koncentrált égési folyamatánál, azonban ez sem tartalmaz olyan célkitűzést és előírásokat, hogy egyszerre javuljanak meg mind az ökonómiai, mind pedig az ökológiai paraméterek, ami éppen a jelen találmány célja. A találmány lényege, hogy a „forró gázt” a szekunder levegő bevezetése előtt 650 °C-nál nagyobb hőmérsékletre — célszerűen pl. 1250°C-ról kb. 900°C-ra visszahűtjük, majd az utolsó pl. tercier levegőbe keverés után 650 C-nál nagyobb hőmérsékleten a füstgázokat hőelvonás mentesen összekeverjük. A találmány szerinti égési folyamat jellemzői és speciális kialakítása lehetővé teszik az ökológiai és ökonómiai célkitűzések együttes elérését az alábbiak folytán. Az önmagában ismert többlépcsős égési folyamatot úgy végezzük el legalább 3 lépcsőzetben, hogy az első lépcsőzetben 1400 °C-nál kisebb hőmérsékleten hőelvonásmentesen állítjuk elő az ún. „fonó gázt” amelyben a tüzelőanyagot kémiailag átalakítjuk ún. „fonó gázzá” egy ún. reakció térben, amelyben CO, H2 CH, vagyis jól éghető gázokon felül kb. 10°/cm3 nagyságrendben elemi karbonszemcsék is jelen vannak. Ezek lehetővé teszik azt, hogy a láng besugárzása, ill. fajlagos sugárzási képessége (kcal/m2 /h’) a besugárzott fűtőfelületeken 1400 °C-nál kisebb hőmérsékleteknél is lényegesen nagyobb mértékű, homogénebb, ill. egyenletesebb, mint a pillanatnyi égéssel előállított lángnál, ahol az egylépcsős intenzív keveredés következtében sokkal kevesebb karbonszemcse képződik a lángban és az égési folyamat lényegesen más kémiai reakciókon át megy végbe. A forró gáz visszahűtésével biztosítható, hogy az égés második lépcsőzeténél hozzávezetett szekunder levegővel a keletkező lánghőmérséklet, annak növekedése ellenére is az 1400 °C hőmérsékletet nem haladja meg, mert az elnyújtott égés továbbra is hűtött tűztérben, az ún. besugárzott fűtőfelületek között megy végbe és mert a hőmérsékletemelkedés a szekunder levegő bevezetési helyén az említett visszahűtés folytán mindössze csak kb. 800—900 °C-ról indul. Az égési folyamatnak eddig leírt része együttesen biztosítja az ökonómiai és ökológiai követelményeket már az égési folyamat elején. Az ide vonatkozó laboratóriumi mérések eredményeként ma már ismeretes, hogy 1400 °C alatti hőmérsékleten, léghiánynál sem NOx nem keletkezik, sem pedig H2S-ből S02-n keresztül S03 nem keletkezik. Ugyanakkor az intenzíven világító és leszorított kezdeti hőmérsékletű láng hőlesugárzási képessége annak csökkenése helyett megnövekszik a nagyszámú karbonszemcsék segítségével. Az égési folyamat végén a tercier levegő bekeverése után alkalmazott hőelvonás-mentes, keramikus béléssel bíró keverőtérben úgy fejezzük be az égési folyamatot, hogy itt már mindössze 650 °C-nál nagyobb, célszerűen kb. 850 °C körüli hőmérséklet áll fenn, ahol az égés tökéletes befejezéséhez szükséges pl. 1-3%-nyi légfelesleg már nem képes NOx-t előállítani az N2 és 02 molekulákból, mert ehhez 1400°C-t meghaladó hőmérsékletre lenne szükség. Ugyancsak nem lehetséges ezen a hőmérsékleten S02-ből S03 előállítása sem. Ugyanakkor azonban a hőelvonás kizárása az izzóan sugárzó keramikus falak közötti öiVénylés, ill. keveredés mellett biztosítja kis légfelesleg mellett is az égés zavartalan és tökéletes befejezését. Ezzel a karbonszemcsék utolsó maradványaiból, valamint az éghető gázkomponensek maradványaiból a stöchometrikus elméleti égés közelében teljesen tiszta füstgázt állítunk elő. Ez egyben a kazán hatásfokát is növeli a minimális légfelesleg következtében. Ugyancsak javulnak az ökonómiai kihatások annak következtében, hogy a megjelölt kb. 850 °C hőmérsékletig történő hőlesugárzás révén a hasznos hőmennyiségnek kb. 70%-át lehet a kazán besugárzott fűtőfelületein világító lángsugárzással leadni min. 200 000-250 000 kcal/m2/h fajlagos hő terheléssel. Az ismert kazánrendszereknél a tűztérben a hasznos hőmennyiségnek mindössze 35—40%-át tudják lesugározni. Az 1. ábra egy ún. kombusztor-kazán függélyes metszetét mutatja be. A 2. ábra a kombusztor-tüzelés alkalmazását mozgórostélyú kazánnál ábrázolja. A 3. ábra gázturbina után alkalmazott kombusztor-tüzeléses hőhasznosító kazánt tüntet fel függélyes metszetben. A 4. ábrán a gázturbina előtt alkalmazható nagy tűztémyomású kombusztor-előtét kazán keresztmetszete látható. Az 1. ábrán bemutatott találmány szerinti kombusztor-kazán és az abban végbemenő égési folyamat leírása az alábbi: Az 1 lándzsához a 2 irányból érkezik a tüzelőanyag (olaj, gáz vagy porszén) ez benyúlik a 3 keverőtorokba, ahová beáramlik a 4 irányból érkező és az 5 hengeres szitafelületen egyenletesen elosztott ún. primer (gázosító ill. gőzbontó) levegő, amely az égési levegőnek célszerűen 30-40%-a. A 6 tűzálló falazatú 7 reakciótérben történik az olaj vagy szénpor elgázosítása, ill. a földgáz bontása 800—1300 °C között beállítható, célszerűen kb. 1250 °C hőmérsékleten, a bevezetett primer levegő százalékos hányadától függően. A 7 reakciótér 6 tűzálló falazata biztosítja a hőelvonásmentes elgázosítást, ill. a gázbontást. A 7 reakciótérben keletkezett ún. „forró gáz” a 8 hűtött lángcsatomába jut, ahol hőmérséklete 650°C-nál nagyobb kb. 1250°C-ról kb. 850—900 °C-ra lecsökken. A forró gáz visszahűtését pl. vízzel hűtött 9 csőkígyó biztosítja, amelyhez a 10 irányból érkezik a hűtővíz és az a 11 irányban távozik. A 12 irányból érkezik a 13 csonkon át a 14 levegőelosztóházba az ún. szekunder levegő, amely az égési levegőnek további 45-65%-a, célszerűen kb. 50%-a. Ez a második égési levegőhányad a 15 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
