190672. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és égő, kemencék fűtésére
3 190672 4 A találmány tárgya eljárás és égő, kemencék fűtésére, amelyeknek legalább az égéstere nem nyitott az atmoszféra felé, vagy lényegében el van szigetelve attól, például nyomáskülönbséggel, és amelyeket általánosan használnak különböző anyagok, így fémek, üveg, stb. hevítésére (például hőkezelő kemencék, alumímiumolvasztó kemencék, stb.) Még pontosabban a találmány olyan eljárásra és égőre vonatkozik, amely oxidálógázként levegő helyett oxigént vagy oxigénben dúsított levegőt használ. Általános gyakorlat az, hogy ipari kemencékben oxidálógázként levegőt használnak. Az is ismert, hogy az égéshez szükséges oxídálógáz dúsítása oxigénnel a levegő egy részének vagy teljes mennyiségének oxigénnel való helyettesítésével csökkenti az üzemanyagfelhasználást, és fokozza az ipari kemencék termelékenységét. Mivel oxigén helyettesíti a levegőt, a nitrogén aránya ennek megfelelően csökken mind az oxidáló, mind a füstgázban, így mindkettő teljes térfogata csökken egységnyi elégetett üzemanyagra vonatkoztatva, és növekszik az oxigénkoncentráció az oxidálószer-üzemanyag keverékben. Ezeknek a változásoknak következtében a következő alapvető előnyök adódnak: 1) Növekszik a maximális égési sebesség egy adott kemencében, minek következtében növelhető a termelékenység. Ha oxidálógázként levegőt alkalmazunk, az égési sebességet korlátozhatja az, hogy (a) a meglévő vezetékeken és légbefúvókon át csak bizonyos mennyiségű levegőt lehet az égőhöz továbbítani, (b) a huzat csak bizonyos mennyiségű égésterméket tud eltávolítani és (c) az égő csak bizonyos égési sebességet visel el anélkül, hogy instabil vagy tökéletlen égés lépne fel. Az oxigén mennyiségének növelésével az oxidálógáz és a füstgáz kisebb térfogata kiküszöböli az első két korlátozó körülményt, míg az oxidálógáz kis térfogata és nagy oxigénkoncentrációja lehetővé teszi a harmadik korlátozó körülmény kiküszöbölését is. 2) Csökken az üzemanyag-felhasználás. Ha levegőt alkalmaznak oxidálógázként, a füstgáz távozásával fellépő érzékeny hőveszteség általában lényegében a levegő nagy nitrogéntartalmának köszönhető. Oxigéndúsításnál a füstgáz nitrogéntartalma csökken és a füstgázzal távozó hőmennyiség ennek következtében szintén csökken, és így kisebb lesz a hőveszteség ugyanolyan füstgázhőmérsékletnél. Az előállított termék egy egységére eső teljes üzemanyag-megtakarítás igen jelentős lehet. 3) Csökken a környezetszennyezés, mivel a kisebb térfogatú füstgázzal kisebb számú részecske távozik. A kilépő gázok megtisztítása a szennyezőanyagoktól sokkal olcsóbb és hatékonyabb, ha az elégetett üzemanyag egy egységére kisebb térfogatú füstgáz jut. A fenti előnyök az oxigéndúsítás mértékével együtt nőnek. Így számottevő oxigéndúsítás vagy tiszta oxigén alkalmazása kívánatos ezen a területen. Ennek megvalósítása azonban az alábbi hátrányok miatt ezidáig nem jöhetett létre: 1) Magas hőmérséklet. A lánghómérséklet jelentősen növekszik, ha nő az oxigén koncentrációja az oxidálógázban. Ez nem kívánatos, mert ennek következtében (a) szokatlanul nagy a hőátadás sebessége, a láng körüli korlátozott tartományban, minek következtében „forró foltok" alakulnak ki, amelyek károsítják a kemence tűzálló bevonatát és/vagy a kemencében elhelyezett anyagokat és (b) növekszik a nitrogénoxid (N0») kibocsátás, mivel a nitrogénoxidokat termelő reakciók számára kedvező a magas hőmérséklet. Tiszta oxigén használata oxidálógázként nem oldja meg az említett problémát a nitrogén mennyiségének korlátozásával, mivel általában jelentős mennyiségű nitrogén van jelen a kemencében a levegőszivárgás miatt (ami általában elkerülhetetlen még zárt kemencéknél is, különösen ipari méretű műveleteknél; vagy az üzemanyagban, és így környezetvédelmi szempontból elfogadhatatlan mennyiségű nitrogénoxidok keletkeznek, azaz ezek mennyisége meghaladja az engedélyezett nitrogénoxid kibocsátási határértékeket. 2) Kicsi a gáz impulzusa a kemencében. Az oxidálógáz és az üzemanyag mennyiségének csökkenése lényegesen csökkentheti a belépő oxidálógáz és üzemanyagsugár impulzusát, ami viszont csökkenti a gázok keveredésének és cirkulálásának mértékét s kemencében. A jó keveredés és a gázcirkuláció azonban szükséges a kemencében a hatékony hőátadás és a kemence töltetének egyenletes hevítése érdekében, a továbbá a forró foltok kialakulásának kiküszöböléséhez. így annak ellenére, hogy a tiszta oxigén vagy oxigénnel dúsított levegő használatának előnyei jól ismertek, ezt a megoldást a felsorolt hátrányok miatt mégsem alkalmazzák. így fennáll a szükséglet olyan eljárás és égő létrehozására kemencék fűtéséhez, amelyek lehetővé teszik oxigén vagy oxigénben dúsított levegő használatát oxidálógázként, és ezzel az így elérhető előnyök kihasználását, és egyidejűleg az einlíteLt hátrányok kiküszöbölését. Célunk a találmánnyal az ipari kemencék teljesítményének és hatékonyságának javítása (a) a maximális fűtési sebesség fokozásával, amit az oxidálógáz bevezetési sebességének növelésével érünk el. (b) a kemence üzemanyagszükségletének csökkentése a füstgáz távozásával fellépő hőveszteség csökkentésével, ami a 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 3
