一种减少来自烟道气的氮氧化物和一氧化碳的方法和烟道气组合物技术

本发明专利技术涉及一种用于调节燃烧器中的燃料与空气的供应量的比例的装置，该燃烧器用于气态和/或液体燃料，所述燃烧器包括燃料和空气混合区、燃料供应管道、燃烧空气供应机构，以及带有测量仪器的燃烧器自动装置。在该装置中，测量仪器包括测量烟气中的剩余氧气的量的至少一个传感器，用于燃烧空气供应机构生成的燃烧空气的输入流(QI、QItot)的调节，以及用于经由燃气供应管道到达混合区内的燃料的输入流的通过燃烧器自动装置基于用测量仪器从烟道气测得的剩余氧气的量的调节，借此，燃烧器自动装置以这样的方式调节燃烧空气的输入流与燃料的输入流之间的相对比例，使得在催化区之前，燃料中的剩余氧气的量为0‑0.95％。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于减少来自工业燃烧器的烟道气的氮氧化物和一氧化碳的方法，所述工业燃烧器用于气态和/或液体燃料。本专利技术还涉及一种烟道气组合物。本专利技术进一步涉及燃烧器自动装置，其可以用于本专利技术的燃烧器。
技术介绍
一种用于气态和/或液体燃料的、普遍已知的工业燃烧器模型包括与空气室连接的、用于燃烧头并向燃烧头开放的燃料供应管道，以及向空气室开放的燃烧空气供应管道。空气室与燃烧室如锅炉相连，燃烧室向烟道气管道开放。通过包括测量仪器的燃烧器自动装置来控制燃烧器操作，所述测量仪器尤其包括测量烟道气中剩余氧气的量的氧传感器。在用于气态和/或液体燃料的、另一种普遍已知的所谓的单体工业燃烧器中，使用包含在燃烧器内的鼓风机将空气直接供应到燃烧器的燃烧头。当工业燃烧器用于液体或气态燃料的燃烧时，存在热燃烧工艺常常产生氮氧化物(NOx)的问题，这是因为在高温下(＞1000℃)，包含在燃料中的大气氮或有机氮与包含在燃料中的燃烧空气或氧气反应。温度越高，燃烧时间越长，产生的NOx排放物越多。热燃烧工艺的另一问题是热燃烧从未完全，但是作为不完全燃烧的结果，烟道气常常剩有未燃烧的烃(VOC)和一氧化碳(CO)。产生的这些的量越高，则温度越低，并且燃烧时间越短。因此起因于可还原的(NOx)和可氧化的(HC和CO)反应的排放物是在冲突的温度条件下产生的，其妨碍它们的减少。当局已经开始提出更严格的排放物管理条例，即基于欧洲的BAT(最佳可行技术，“Best Available Technology”)决议和美国的BAC(最佳可行控制，“Best Available Control”)标准。减少排放量的一种可行性是使用从申请人的WO申请号2014/154931得知的催化后燃烧，通过将催化转化器置于与燃烧器相连的燃烧室例如锅炉或烟道气管道中而与上述燃烧器连接。在以上提及的专利申请的一个实施方案中，燃料在燃烧器的至少一个热预燃烧区域内部分地预燃烧，以及其后在设置有催化转化器的至少一个后燃烧区域内进行预燃烧产生的气体的后燃烧，用于燃烧预燃烧产生的气体，用于还原预燃烧产生的NOx，和/或用于氧化烃和一氧化碳排放物。在至少一个催化区内进行后燃烧。在以上提及的申请的一个实施方案中，所述装置包括热燃烧器，所述热燃烧器供有液体或气态燃料，以及所述装置还设置有用于还原存在于热燃烧中产生的烟道气中的NOx以及用于氧化烃和一氧化碳排放物的至少一个催化转化器。在调节前述的燃烧器而没有来自烟道气的反馈(feedback)的情况下，烟道气的氧气含量将粗略地变化+/-1％，其相当于约10％的燃烧空气的量。在非反馈的系统中，3％的剩余氧气(λ(lambda)＝约1.15)实际上是燃烧器可以调节到的最小的剩余氧气水平。也可以通过从烟道气产生的氧气测量(oxygen measurement)的反馈将燃烧器的过量空气调节至较低的水平。具有氧气测量的情况下，通过燃烧器自动装置来控制燃烧器的燃烧空气或燃料，从而将烟道气的氧气含量维持在约2-3％。除了氧气控制，采用一氧化碳控制是可行的，一氧化碳控制将剩余的氧气调节至较低的水平直至少量的一氧化碳开始出现。该调节可以确保实现接近约1％的剩余氧气水平(λ＝约1.05)。如上述申请中描述的催化后燃烧方法的使用据说要求热燃烧工艺期间的近似化学计量的空气-燃料比保持一致。目前本专利技术中出乎意料地发现，使用设计中的现在的自动装置和燃料供应方案，所讨论的方法要求的化学计量的燃料与空气的比例是事实上不可达到的，其中，带有的烟道气管道或锅炉设置有所谓的三元催化转化器。甚至在具有数个可行的燃烧器调节方法可用的情况下，没有人通过所讨论的申请中描述的方法实现了烟道气所要求的充分低的剩余氧气水平。由于物理的、燃烧器控制技术相关的以及硬件相关的限制，仅通过调整总燃料流和总燃烧空气流的速率，在催化区之前将难以达到要求的剩余氧气浓度。此外，发现，虽然使用以上“现有技术”如通过调整供应到燃烧器的空气/燃料比例的常规技术，在将烟道气组合物输送入催化区之前，在燃烧器的混合区得到化学计量的燃料和空气比例，以及其后得到适当的烟道气组合物有时是可行的，但是除了非常短的时间跨度，维持上述适当的烟道气组合物是实际不可能的。
技术实现思路
以上述远没有意识到的问题为起点，本专利技术的主要目的是提供一种催化转化器装配的工业燃烧器，在所述工业燃烧器中实施以上讨论的方法，以及所述工业燃烧器一致地且连续地确保存在于燃烧器的热燃烧工艺中产生的烟道气中的氮氧化物NOx以及未燃烧的烃(VOC)和一氧化碳(CO)的显著减少。本专利技术的第二主要目的是提供一种工业燃烧器，所述工业燃烧器具有设置有催化转化器的燃烧室或烟道气管道，以及所述工业燃烧器确保在热燃烧期间维持化学计量的空气-燃料比例。本专利技术的一种重要的进一步目的涉及一种方法，所述方法确保在燃烧器的(热)燃烧工艺中用于燃烧器的空气和燃料的量被调节，从而在催化区之前达到低的剩余氧气。本申请中的术语“工业燃烧器”涉及能够连接到燃烧室如锅炉的并且包括燃烧操作及其监控所需的所有设备的装置。这些设备包括燃料和空气混合器、空气供应工具，所述空气供应工具包括可以并入燃烧器的鼓风机(所谓的单体燃烧器)或单独的鼓风机(所谓的多体燃烧器(duoblock burner)。在本申请中，燃烧器认为含有燃烧器自动装置的主要部分例如燃烧方法监控和控制设备，包括烟道气组合物的测量仪器。在燃烧室之后但在烟道气管道之前，通常是热交换区。工业燃烧器具有至少3MWh的标称输出。本申请具体涉及工业燃烧器，所述工业燃烧器包括燃料和空气混合区、适用于向混合区供应给定的燃料输入流的燃料供应管道，以及适用于向混合区提供给定的燃烧空气输入流的燃烧空气供应工具，以及含有测量仪器的燃烧器自动装置。燃烧器具有带有燃烧室的混合区，所述燃烧室与烟道气管道中的测量仪器通讯，输送燃烧室或烟道气管道设置有至少两个催化区。在燃烧室之后但在烟道气管道之前是热交换区。术语燃烧室在本文中意思是炉子、燃烧室或其它受限的空间，在其中发生与工业燃烧器的燃烧。以上提到的目的可以通过以下方法实现。更具体地，本专利技术涉及一种于减少来自工业燃烧器的烟道气的氮氧化物和一氧化碳的方法，所述方法包括调节用于气态和/或液体燃料的燃烧器中燃料和空气的比例。所述方法包括：a)提供适用于燃烧气态和/或液体燃料的工业燃烧器，该工业燃烧器包括包含测量仪器(6)的燃烧器自动装置；以及带有燃烧室的混合区，所述燃烧器自动装置与烟道气管道的测量仪器通讯，所述燃烧室或烟道气管道设置有至少一个三元催化转化器的至少两个催化区，所述三元催化转化器的催化区在烟道气的行进方向上是接连的；b)将燃烧空气输入流(QI，QItot)和燃料输入流(QPA，QPAtot)输送至混合区内；c)通过使在步骤b)中输送至混合区的燃烧空气和燃料燃烧，在燃烧室内生成烟道气；d)通过氧传感器测量在烟道气中剩余的氧气的量(烟道气氧化/还原电位)；e)将烟道气引导至所述至少一个三元催化转化器(401)；f)通过上述燃烧器自动装置调节在步骤b)中到达混合区的燃烧空气输入流(QI、QItot)和燃料输入流(QPA、QPAtot)，以使得在位于三元转化器之前或之时，在烟道气中剩余氧气本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于减少来自工业燃烧器(100)的烟道气的氮氧化物和一氧化碳的方法，所述方法包括以下步骤：a)提供适于燃烧气态和/或液体燃料的工业燃烧器(100)，该工业燃烧器(100)包括包含测量仪器(6)的燃烧器自动装置；以及带有燃烧室的混合区，所述燃烧器自动装置与烟道气管道的测量仪器通讯，所述燃烧室或烟道气管道设置有至少一个三元催化转化器的两个催化区，催化区(40、40)在烟道气的行进方向上是接连的；b)将燃烧空气输入流(QI、QItot)和燃料输入流(QPA、QPAtot)输送至混合区内；c)通过使在步骤b)中输送至所述混合区内的空气和燃料燃烧，在燃烧室内生成烟道气；d)通过氧传感器测量在烟道气中剩余的氧气的量(烟道气氧化/还原电位)；e)将烟道气引导至所述至少一个三元催化转化器(401)；f)通过所述燃烧器自动装置调节在步骤b)中到达混合区的燃烧空气输入流(QI、QItot)和燃料输入流(QPA、QPAtot)，以使得在位于所述至少一个三元催化转化器之前或之时，在烟道气中以摩尔计的剩余氧气的平均量与以摩尔计的一氧化碳的平均量之比为0.5/1(摩尔/摩尔)并且氧气占0.01‑0.50vol‑％，优选占0.01‑0.25vol％；g)在三元转化器(401)的第一和第二催化区(40、40)之间或在两个接连的三元催化转化器的催化区(40、40)之间输送补充空气，以使得在所述催化区(40、40)之后烟道气中的NOx的浓度为0‑9ppm，并且CO的浓度为0‑100ppm，优选为0‑40ppm。...

【技术特征摘要】
2015.04.14 FI 201552791.用于减少来自工业燃烧器(100)的烟道气的氮氧化物和一氧化碳的方法，所述方法包括以下步骤：a)提供适于燃烧气态和/或液体燃料的工业燃烧器(100)，该工业燃烧器(100)包括包含测量仪器(6)的燃烧器自动装置；以及带有燃烧室的混合区，所述燃烧器自动装置与烟道气管道的测量仪器通讯，所述燃烧室或烟道气管道设置有至少一个三元催化转化器的两个催化区，催化区(40、40)在烟道气的行进方向上是接连的；b)将燃烧空气输入流(QI、QItot)和燃料输入流(QPA、QPAtot)输送至混合区内；c)通过使在步骤b)中输送至所述混合区内的空气和燃料燃烧，在燃烧室内生成烟道气；d)通过氧传感器测量在烟道气中剩余的氧气的量(烟道气氧化/还原电位)；e)将烟道气引导至所述至少一个三元催化转化器(401)；f)通过所述燃烧器自动装置调节在步骤b)中到达混合区的燃烧空气输入流(QI、QItot)和燃料输入流(QPA、QPAtot)，以使得在位于所述至少一个三元催化转化器之前或之时，在烟道气中以摩尔计的剩余氧气的平均量与以摩尔计的一氧化碳的平均量之比为0.5/1(摩尔/摩尔)并且氧气占0.01-0.50vol-％，优选占0.01-0.25vol％；g)在三元转化器(401)的第一和第二催化区(40、40)之间或在两个接连的三元催化转化器的催化区(40、40)之间输送补充空气，以使得在所述催化区(40、40)之后烟道气中的NOx的浓度为0-9ppm，并且CO的浓度为0-100ppm，优选为0-40ppm。2.根据权利要求1所述的方法，其中，补充空气的输送是基于在至少一个三元催化转化器(401)的第一催化区(40)之后的含氧测量的。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述三元催化转化器将氮氧化物(NOx)还原成氮气(N2)和氧气(O2)，并且将烃(HC)和一氧化碳(CO)氧化成二氧化碳(CO2)和水(H2O)。4.根据权利要求1所述的方法，其中，到达所述至少一个催化转换器(401)的第一催化区的包含O2、CO、NOx气体的烟道气已通过混合器均质化，所述混合器位于所述烟道气管道中或热交换区域中的所述第一催化区(40)之前。5.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述三元催化转化器之前，烟道气包含0.01-0.50％，优选0.01-0.25％的O2、在6000ppm以下的CO、在100ppm以下的NOx，并且O2与CO的平均比例为0.5摩尔/1摩尔。6.根据权利要求1所述的方法，其中，剩余的CO和NOx的量从烟道气测得，所测得的NOx浓度在0-9ppm的范围内，所测得的CO浓度在0-100ppm的范围内，优选在0-40ppm的范围内，并且其中，测量一氧化碳的量的CO传感器以及测量氮氧化物(NOx)的量的NOx传感器在烟道气(S)的流动方向上位于所述至少一个三元催化转化器(401)的催化区(40、40)的下游。7.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述催化转化器的第一催化区(40)的下游或之处通过氧传感器测量的到达所述三元催化转化器的烟道气中的剩余氧气的量为0.01-0.25％。8.根据权利要求7所述的方法，其中，烟道气中的剩余氧气的量已经通过氧传感器测量，所述氧传感器位于第一和第二催化区(40、40)之间但在所述两个催化区(40、40)之间输送补充空气之前。9.根据权利要求1所述的方法，其中，被输送至燃烧头(1)的燃料(PA)与被输送至空气室(10)内的燃烧空气(I)的比值适于是几乎化学计量的，即在0.998-1.002的λ范围内。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括通过调整到达混合区的燃烧空气流(QI、QItot)与经由燃料供应管道(210)到达的燃料流(QPA、QPAtot)的比例来调节到达所述混合区的燃料和空气的量，以使得在至少一个三元催化转化器的所述第一催化区(40)之前的烟道气中的剩余氧气的量在0.01-0.25％的范围内。11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，到达混合区如燃烧头(1)的燃烧空气流(QI、QItot)与到达混合区如燃烧头(1)的燃料流(QPA、QPAtot)的比例被调整为在某一不变的稳定范围内波动，优选通过调整燃烧空气流(QI、QItot)的量来保持不变和通过使燃料流(QPA、QPAtot)的量在某一范围内波动，从而达到期望的到达所述混合区的燃烧空气流(QI、QItot)与到达所述混合区的燃料流(QPA、QPAtot)的比例。12.根据权利要求1所述的方法，其中-烟道气中的剩余氧气的量在所述三元催化转化器的上游或在所述三元催化转化器处测量；-到达所述混合区的燃烧空气输入流(QI)的量通过存在于燃烧空气输送管系统中的燃烧器自动装置(5、6、7)和致动器(7)来调节，以使得所述燃烧空气输入流(QI)的调节是基于烟道气(S)中的预定的剩余氧气的量，优选基于烟道气(S)中1-2.5％的剩余氧气的量；-到达所述混合区的所述燃料输入流适于由经由燃料输送管系统进入所述供应管道内的输入流的两个独立调节的部分(QPAA、QPAB)构成，其中输入流的第一部分(QPAA)包括主输入流，所述主输入流适于在所述输送管系统的第一部分(216)中行进，所述输送管系统的第一部分(216)与供应管道(210)流体连通，并且所述主输入流占所述总输入流(QPAtot)的70-100％，优选占总输入流(QPAtot)的80-100％，并且其中，输入流的第二部分(QPAB)包括辅助输入流，所述辅助输入流适于在所述输送管系统的第二部分(215)行进，所述输送管系统的第二部分(215)也与所述供应管道(210)流体连通，并且所述辅助输入流占所述输入流的0-30％，优选占所述输入流(QPAtot)的0-20％，借此-所述主输入流(QPAA)的速率通过如此方式调节，即通过存在于第一输送管系统中的燃烧器自动装置(5、6、7)和致动器装配的致动器(7)如电机操纵的控制阀(7；71)，基于烟道气(S)中的预定的剩余氧气的量，优选基于烟道气中1-2.5％的剩余氧气的量，以及基于其评估或计算出的、与待经所述供应管道(210)输送至所述燃烧头的燃料的总输入流(QPAtot)相结合的主输入流(QPAA)来调节；以及-燃料的所述辅助输入流(QPAB)通过如此方式调节，即通过存在于第二输送管系统中的燃烧器自动装置(5、6、7)和致动器(7)如致动器装配的控制阀(7；71)和致动器装配的止回阀(7；70)，基于从烟道气中测得的剩余氧气的量来调节，所述燃烧器自动装置(5、6、7)通过从烟道气中测得的剩余氧气的量来调节燃料的辅助输入流(QPAB)，该燃料的辅助输入流(QPAB)与经由所述供应管道(210)与到达所述燃烧头(1)的燃料的总输入流(QtotPA)相结合；-维持燃料的(总)输入流(QtotPA)与到达空气室的燃烧空气流(QI)的比例，以使得在所述至少一个三元转化器的所述第一催化区之前的烟道气中的剩余氧气的量为0-0.25％。13.根据权利要求1所述的方法，其中，测量仪器(6)包括至少一个测量烟道气中的剩余氧气的量(烟道气氧化/还原电位)的传感器(63)，如氧传感器，所述方法还包括以下步骤：-调节到达所述混合区的燃烧空气(I)的输入流(QI)，所述调节是基于烟道气(S)中预定的剩余氧气的量，优选基于烟道气(S)中1-2.5％的剩余氧气的量和基于在其基础上评估或计算出的且待被输送至所述混合区的燃烧空气(I)的量；以及-所述燃料输入流(QtotPA)被布置成经由所述燃料供应管道(210)到达所述混合区，以使得其由所述燃料输入流的两个独立调整的部分(QPAA、QPAB)构成，其中，所述输入流的第一部分(QPAA)包括主输...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·图洛卡斯，
申请(专利权)人：奥隆有限公司，
类型：发明
国别省市：芬兰;FI