Flameless oxidation as a means to reduce $NO_x$ emissions in glass melting furnaces

Cam endüstrisinde ham maddeleri eritmek için çok yüksek sıcaklıklar gerekir. Genel olarak bu sıcaklıklara doğal gazı yüksek ön ısıtmalı havayla yakarak ulaşılır. Ama bu, salımı sıkı denetim altında olan kirletici azot oksitlerin ($NO_x$ daha fazla üretimi için ideal şartları oluşturmaktadır. Bu nedenle cam endüstrisi fırın içinde $NO_x$ oluşumunu engelleyecek teknolojilere yoğun ilgi duymaktadır. Olası bir yaklaşım, alevsiz oksidasyon denilen, homojen sıcaklık dağılımı ve düşük $NO_x$ üretimi ile belirginleşen yeni bir yanma rejimidir. Bu yanma rejimi çelik endüstrisinde iyice yerleşik ise de cam endüstrisi, cam eriyiğin fırın şartlarındaki değişimlere çok duyarlı olmasından dolayı, üretim yöntemini değiştirmekte çekingen davranmaktadır.Gas- und Wârme-Institut Essen e.V. (GW1) (Essen Gaz ve Isı Enstitüsü Derneği), iş ortaklarıyla beraberce, cam eritme fırınlarına alevsiz oksitlemenin en iyi ne şekilde uygulanacağını araştırdı. Benzetim ve deneysel tekniklerin ikisini de kullanarak bir GlasFLOX brülörii geliştirildi ve NOx azaltma başarımı incelendi. İkinci aşamada, çalışmakta olan bir fırına uygulanışı, incelikli CFD benzetimin belirlediği bir stratejiye dayanarak gerçekleştirildi.Beş yıllık çalıştırmadan sonra, uygulamanın gerçekleştirildiği tesisin teknisyenleri ürün kalitesinde bir değişiklik olmadığı yanı sıra $NO_x$ şahmında %50 azalma bildirmekteler.

Cam eritme fırınlarında $NO_x$ salımı azaltmanın bir yolu olarak alevsiz oksitleme

In the glass industry, very high process temperatures are required in order to melt the raw materials. These temperature levels are usually achieved by burning natural gas with strongly pre-heated air. However, this creates ideal conditions for a strong formation of nitrous oxides ($NO_x$), a pollutant whose emissions are strictly regulated. The industry is therefore very much interested in technologies to suppress the production of $NO_x$ within the furnace itself. One possible approach is the so-called flameless oxidation, a novel combustion regime which is characterized by very homogeneous temperature distributions and low $NO_x$ production. While this form of combustion is firmly established in the steel industry, the glass industry has been reluctant to change its production methods as the glass melt is very sensitive to changes in the furnace conditions. Gas- und Wärme-Institut Essen e.V. (GWI), in cooperation with its partners, investigated how to best introduce flameless oxidation into glass melting furnaces. Using both simulation and experimental techniques, a GlasFLOX burner was developed and then examined with regards to its $NO_x$ reduction performance. In a second step, the retrofitting of an operating furnace was carried out, based on a strategy determined by extensive CFD simulations. After five years of operation, the operators of the retrofitted plant report unchanged product quality, while $NO_x$ emissions have been reduced by about 50 %.

___

  • Flamme, M., Kösters, M., Scherello, A., Kremer, H. & Boß, M. (2000). Experimental Study of Heat Transfer Intensification in Glass Melting Furnaces.
  • Final report of task 2.2 of the EURONITE project (JOE3CT970083). Gas- und Wärme-Institut Essen e.V., Germany.
  • Giese, A., Konold, U., al-Halbouni, A. Görner, K., Schwarz, G., & Köster, B. (2008). Application of Flameless Oxidation in Glass Melting Furnaces, 7th International Symposium on High Temperature Air Combustion and Gasification, Phuket, Thailand.
  • Jones, W.P., Lindstedt, R.P. (1988). Global reaction mechanisms for hydrocarbon combustion, Comb. & Flame. 73(3), 233-249.
  • Milani, A. (2000). “Mild Combustion” techniques applied to regenerative firing in industrial furnaces, 2nd International Seminar on High Temperature Combustion, Stockholm, Sweden.
  • Scherello, A.; Konold, U., & Görner, K. (2007). Anwendung der flammenlosen Oxidation für Glasschmelzwannen mit rekuperativer Luftvorwärmung – GlasFLOX®, 23. Deutscher Flammentag, 12.-13. September 2007, Berlin, Germany, VDI-Bericht 1988.
  • Wünning, J. G. (1996). Flammlose Oxidation von Brennstoff. PhD Thesis. RWTH Aachen, Germany.
  • Wünning, J. G. (2003). FLOX-Flameless Combustion. Thermprocess Symposium. Düsseldorf, Germany.