用于调节工业燃烧器中的燃料和空气的供应量的比例的装置和燃烧器自动控制机构制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种调节用于气态和/或液态燃料的燃烧器(100)中的燃料(PA)和空气(I)的供应量之间的比例的装置，所述燃烧器包括燃料和空气混合区；适于给该混合区供应给定的燃料输入流的燃料供应管道(210)；适于给该混合区供应给定的助燃空气输入流的助燃空气供应机构；以及含有测量仪器(6)的燃烧器自动控制机构，所述燃烧器具有带燃烧室的混合区，该燃烧室与烟气管道连通，所述燃烧室或烟气管道设有至少一个两个催化区(40)。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在权利要求1的前序部分中提到的用于调节用于气态和/或液态燃料的工业燃烧器中的燃料与空气的供应量之间的比例的装置。本专利技术还涉及在权利要求27的前序部分中提到的能够用于本专利技术的装置或燃烧器的燃烧器自动控制机构。
技术介绍
用于气态和/或液态燃料的一种已知的工业燃烧器模型包括与风箱连接的用于燃烧头并且通向燃烧头的燃料供应管道，以及通向风箱的助燃空气供应管道。风箱与通向烟气管道的燃烧室、例如锅炉相关联。通过燃烧器自动控制机构控制燃烧器的操作，该燃烧器自动控制机构包括测量仪器，该测量仪器特别地具有测量烟气中的余氧量的λ传感器。在另一种用于气态和/或液态燃料的已知的所谓的整体工业燃烧器中，空气通过被包含在燃烧器中的鼓风机直接供应至燃烧器的燃烧头。当工业燃烧器被用于液态或气态燃料的燃烧时，存在以下问题，即热燃烧过程总是产生氮氧化合物(NOx)，因为在高温下(＞1000℃)，大气氮或包含在燃料中的有机氧与助燃空气或包含在燃料中的氧发生反应。温度越高并且燃烧时间越长，产生越多的NOx排放物。热燃烧过程存在的另一问题是热燃烧永远不可能彻底，即总会由于未充分燃烧而留下烟气，带有未燃烧的碳氢化合物(VOC)和一氧化碳(CO)。存在的剩余量越高，温度越低并且燃烧时间越短。因此，由于可还原的(NOx)和可氧化的(HC和CO)反应产生的排放物在相互冲突的温度条件下产生，阻碍了它们减少。政府机构开始基于例如在美国的BAC(最好的可用控制)标准欧洲的BAT(最好的可用技术)决议制定更严格的排放法规。降低排放量的一个可能是使用与上述燃烧器相关的、由申请人的WO申请2014/154931已知的催化后燃，这是通过将催化转化器放置在与燃烧器相关的燃烧室、例如锅炉或烟气管道中实现的。在上述专利申请的一个实施例中，燃料在燃烧器的至少一个热预燃区域中局部预燃，并且之后在至少一个后燃区域中执行预燃产生的气体的后燃，后燃区域设置有用于燃烧预燃产生的气体的催化转化器，用于还原预燃产生的NOx和/或用于氧化碳氢化合物和一氧化碳排放物。后燃在至少一个催化区中执行。在上述申请的一个实施例中，设备包括供应有液态或气态燃料的热燃烧器，并且设备还设置有用于还原在热燃烧中产生的烟气中存在的NOx并且用于氧化碳氢化合物和一氧化碳排放物的至少一个催化转化器。如果上述燃烧器在没有来自烟气的反馈的情况下进行调整，烟气中的氧含量将大致以+/-1％改变，这对应于助燃空气量的大约10％。在非反馈系统中，余氧的3％(λ＝约1.15)实践中是燃烧器能够被调节的最低余氧水平。燃烧器的过量空气还能够通过烟气中的氧气测量的反馈被调节至更低水平。通过氧气测量，燃烧器的助燃空气或燃料通过燃烧器自动控制机构控制，从而将烟气的氧含量保持在大约2-3％。除了氧气控制，还能使用一氧化碳控制，其能够将余氧调节至更低水平，直到开始出现少量的一氧化碳。该调节能够实现使余氧水平接近1％(λ＝大约1.05)。上述申请所述的催化后燃方法提到在热燃烧过程期间的大体的化学当量的空气-燃料比例保持一致。本专利技术目前意外地发现所讨论的方法所需的化学当量燃料和空气比例实际上是无法通过在现有的自动控制机构和燃料供应方案在这样的设计中实现，在该设计中附属的烟气管道或锅炉设置有所谓的三元催化转化器。即使通过若干可以利用的燃烧器调节方法，也无法通过上述申请描述的方法实现烟气所需的足够低的余氧水平。仅通过调节总燃料流量和总助燃空气流量的比例，由于物理的、燃烧器控制技术相关的限制以及和硬件相关的限制，难以在到达催化区之前达到所需的余氧的浓度。另外还发现，尽管有时能够利用上述“现有技术”，例如通过调节供应至燃烧器的空气/燃料比例的传统技术获得在燃烧器的混合区中的化学当量燃料和空气比例以及随后在将烟气组分输送至催化区前获得适当的烟气组分，然而在实践中除了在非常短暂的时间段之外，不可能保持所述适当的烟气组分。
技术实现思路
以如上所述的迄今为止仍未被意识到的问题作为起点，本专利技术的一个主要目的是提供一种配备有催化转化器的工业燃烧器，其适用于上述方法并且能够一致且连续地实现在燃烧器的热燃烧过程中产生的烟气中存在的氮氧化合物NOx以及未燃烧的碳氢化合物(VOC)和一氧化碳(CO)的显著降低。本专利技术的第二主要目的是提供一种工业燃烧器，其具有设置有催化转化器的燃烧室或烟气管道，并且该燃烧器能够在热燃烧过程中保持化学当量空气-燃料比例。本专利技术的另一重要的目的是关于一种方法，通过该方法，能够调节用于燃烧器的在燃烧器的(热)燃烧过程中的空气和燃料的量从而在到达催化区之前达到低余氧。本申请中的术语“工业”燃烧器是指一种设备，该设备能够连接至诸如锅炉的燃烧室并且包括燃烧操作及其监测所需的所有器件。这包括燃料和空气混合器、燃料供应机构、空气供应机构，其中包括能够集成在燃烧器中的(所谓的整体燃烧器)或独立的(所谓的双体燃烧器)鼓风机。在本申请中，燃烧器包括燃烧器自动控制机构的主要部分，如燃烧过程监测和控制装置，包括用于烟气组份的测量仪器。在燃烧室之后且在烟气管道前通常存在热交换区。工业燃烧器具有至少3MWh的额定输出。本申请具体地涉及一种工业燃烧器，其具有燃料和空气混合区、适于向混合区供应给定的燃料输入流的燃料供应管道、和适于向混合区提供应定的助燃空气输入流的助燃空气供应机构、以及包括测量仪器的燃烧器自动控制机构。该燃烧器具有带燃烧室的混合区，该燃烧室与烟气管道中的测量仪器通信，所述燃烧室或烟气管道配备有至少两个催化区。在燃烧室之后烟气管道前是热交换区域。词语“燃烧室”在此是指通过工业燃烧器发生燃烧的炉、燃烧室或其他限定的空间。上述目的能够通过权利要求1的装置并通过相应的燃烧器自动控制机构实现。更具体地，本专利技术涉及权利要求1的装置，其在组合中包括：工业燃烧器，适于通过调节在燃烧器中的燃料(PA)和空气(I)的供应量之间的比例从而燃烧气态和/或液态燃料，所述燃烧器包括：-燃料和空气混合区，-适于向混合区供应给定的燃料输入流的燃料供应管道，-适于向混合区供应给定的助燃空气输入流的助燃空气供应机构，-包括测量仪器的燃烧器自动控制机构，测量仪器中包括至少一个用于测量烟气中的余氧量(烟气氧化/还原电位)的λ传感器，-所述燃烧器具有带燃烧室的混合区，该燃烧室与烟气管道的测量仪器通信，所述燃烧室或烟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，该催化区沿烟气的行进方向依序布置，-其中，借助于燃烧器自动控制机构的、对由助燃空气(I)供应机构产生的助燃空气的输入流(由每单位时间的体积流量确定)的调节、和对通过燃料供应管道进入混合区的燃料的输入流(由每单位时间的体积流量确定)的调节是基于利用测量仪器从烟气(S)测量的余氧量实现的，燃烧器自动控制机构借此调节助燃空气的所述输入流(QI、QItot)和燃料的输入流(QPA、QPAtot)之间的相对比例，其中在到达催化区之前在烟气中的余氧量的范围处于0.01-0.50％，优选地处于0.01-0.25％。-在烟气管道中的燃烧室之后或者在燃烧室之后的热交换区域之后，并且在至少一个三元催化转化器的第一催化区之前，沿烟气的流动方向布置有用于在传送至所述催化转化器之前获得均匀的烟气混合物的混合器。在上述方法中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于减少来自于工业燃烧器的烟气的NOx和CO气体的装置，所述装置包括如下组合：适于通过调节燃烧器(100)中的燃料(PA)和空气(I)的供应量之间的比例来燃烧气态和/或液态燃料的工业燃烧器(100)，所述燃烧器包括：‑燃料和空气混合区；‑适于给该混合区供应给定的燃料输入流的燃料供应管道(210)；‑适于给该混合区供应给定的助燃空气输入流的助燃空气供应机构；‑燃烧器自动控制机构，含有测量仪器(6)，其包括用于测量烟气中余氧量(烟气氧化/还原电位)的至少一个λ传感器(63)；‑所述燃烧器具有带燃烧室的所述混合区，该燃烧室与烟气管道的测量仪器通讯，所述燃烧室或烟气管道设有至少一个三元催化转化器，带有至少两个催化区(40)；‑其中，借助于燃烧器自动控制机构(5、6、7)的，针对由助燃空气(I)供应机构所产生的助燃空气输入流(QI，QItot)(确定为体积流量/单位时间)的调节、以及针对通过燃料供应管道(210)抵达混合区的燃料输入流(QPA，QPAtot)(确定为体积流量/单位时间)的调节是基于用测量仪器(63)从烟气(S)测得的余氧量，借此燃烧器自动控制机构以下述方式调节所述助燃空气输入流(QI，QItot)以及燃料输入流(QPA，QPAtot)之间的相对比例，即，在进入催化区(40)之前在烟气中余氧量处于0.01％‑0.50％的范围内，优选处于0.01％‑0.25％的范围内；‑在燃烧室之后在烟气管道中或在燃烧室之后的热交换区中，在至少一个三元催化转化器的第一催化区之前，在烟气的流动方向上，布置有用于在输送至所述催化转化器之前获得均匀的烟气混合物的混合器。...

【技术特征摘要】
2015.04.14 FI 201552791.一种用于减少来自于工业燃烧器的烟气的NOx和CO气体的装置，所述装置包括如下组合：适于通过调节燃烧器(100)中的燃料(PA)和空气(I)的供应量之间的比例来燃烧气态和/或液态燃料的工业燃烧器(100)，所述燃烧器包括：-燃料和空气混合区；-适于给该混合区供应给定的燃料输入流的燃料供应管道(210)；-适于给该混合区供应给定的助燃空气输入流的助燃空气供应机构；-燃烧器自动控制机构，含有测量仪器(6)，其包括用于测量烟气中余氧量(烟气氧化/还原电位)的至少一个λ传感器(63)；-所述燃烧器具有带燃烧室的所述混合区，该燃烧室与烟气管道的测量仪器通讯，所述燃烧室或烟气管道设有至少一个三元催化转化器，带有至少两个催化区(40)；-其中，借助于燃烧器自动控制机构(5、6、7)的，针对由助燃空气(I)供应机构所产生的助燃空气输入流(QI，QItot)(确定为体积流量/单位时间)的调节、以及针对通过燃料供应管道(210)抵达混合区的燃料输入流(QPA，QPAtot)(确定为体积流量/单位时间)的调节是基于用测量仪器(63)从烟气(S)测得的余氧量，借此燃烧器自动控制机构以下述方式调节所述助燃空气输入流(QI，QItot)以及燃料输入流(QPA，QPAtot)之间的相对比例，即，在进入催化区(40)之前在烟气中余氧量处于0.01％-0.50％的范围内，优选处于0.01％-0.25％的范围内；-在燃烧室之后在烟气管道中或在燃烧室之后的热交换区中，在至少一个三元催化转化器的第一催化区之前，在烟气的流动方向上，布置有用于在输送至所述催化转化器之前获得均匀的烟气混合物的混合器。2.根据权利要求1所述的装置，其中，在所述均匀的烟气混合物中，穿过所述烟气管道或热交换区的横截面的，烟气流中的最大CO/O2比例(均为摩尔/m3)与最小CO/O2比例(均为摩尔/m3)之间的差在所述混合器之后小于5％。3.根据权利要求1所述的装置，其中，混合器安装在燃烧室处或在烟气管道处，从而混合器平面在燃烧室或烟气管道之后延伸至所述热交换区的整个直径，且几乎所有流入所述燃烧室或烟气管道的烟气将穿过所述混合器平面。4.根据权利要求1所述的装置，其中，混合器是固定的混合器，例如板式混合器、节流混合器或逆向涡旋混合器，其适于混合穿过混合器平面的烟气流以获得就O2/CO比例而言均匀的烟气混合物。5.根据权利要求1所述的装置，其中，测量仪器还包括测量一氧化碳量的CO传感器，以及测量氮氧化合物(NOx)量的NOx传感器，其中CO传感器和NOx传感器在烟气(S)的流动方向上位于带有两个催化区(40、40)的三元催化转化器或带有一个催化区(40)的至少两个三元催化转化器的上游或下游。6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述三元催化转化器(401)位于烟气管道中且包括至少一个带有两个催化区(40、40)的三元催化转化器或至少两个带有一个催化区(40)的三元催化转化器，催化区(40、40)在它们之间开有允许在所述催化区(40、40)之间输送补充空气的另外的供应管道(222)。7.根据权利要求1或6所述的装置，其中，所述λ传感器(63)在烟气(S)的流动方向上位于所述至少一个三元催化转化器(401)的第一催化区之后或位于所述至少一个三元催化转化器(401)之后。8.根据权利要求1所述的装置，其中：-所述测量仪器(6)包括至少一个λ传感器(63)，测量烟气中的余氧量(烟气氧化/还原电位)；-借助于燃烧器自动控制机构(5、6、7)的、针对抵达混合区的助燃空气(I)的输入流(QI)的调节是基于烟气(S)中的预定余氧量、优选基于烟气(S)中的为1％-2.5％的余氧量，并且基于以此为基础估计或计算而得的且待输送至混合区的助燃空气(I)的量；并且-通过燃料供应管道(210)抵达混合区的燃料输入流(QtotPA)适合由两个独立调整的燃料输入流部分(QPAA，QPAB)构成，其中第一输入流部分(QPAA)包括占输入流的70％-100％、优选占输入流的80％-100％的主输入流，而副输入流部分(QPAB)包括占输入流的0-30％、优选输入流的0-20％的副输入流，从而-借助于燃烧器自动控制机构(5、6、7)的主输入流(QPAA)的调节是基于烟气(S)中的预定余氧量、优选基于烟气中的为1％-2.5％的余氧量，并且基于在燃料(PA)的输入流(totPA)中以此为基础估计或计算而得的且待输送至燃烧头的主输入流(QPAA)量；并且-借助于燃烧器自动控制机构(5、6、7)的副输入流(QPAB)的调节是基于来自烟气(S)中的预定余氧量，借此燃烧器自动控制机构(5、6、7)调节待输送至燃烧头(1)的在燃料输入流(QtotPA)中的副输入流(QPAB)量，使得在进入至少一个三元催化转化器(401)的第一催化区之前在烟气中余氧量处于0.01％-0.50％的范围内，优选处于0.01％-0.50％的范围内。9.根据权利要求1所述的装置，其中：-测量仪器(6)包括至少一个测量烟气中余氧量的λ传感器(63)；-借助于燃烧器自动控制机构(5、6、7)的、针对通过燃料供应管道抵达混合区的燃料输入流(QPA)的调节是基于烟气(S)中的预定余氧量、优选是基于烟气中的为1％-2.5％的余氧量，并且基于以此为基础估计的或者待输送至混合区的燃料量；-抵达混合区的助燃空气(I)的输入流(QtotI)适于由两个独立调整的助燃空气输入流部分构成，其中输入流第一部分(QIA)包括占助燃空气输入流(QtotI)的70％-100％、优选占助燃空气输入流(QtotI)的80％-100％的主输入流，输入流第二部分(QIB)包括占助燃空气输入流(QtotI)的0-30％、优选占助燃空气输入流(QtotI)的0-20％的副输入流，由此--借助于燃烧器自动控制机构(5、6、7)的、针对助燃空气主输入流(QIA)的调节是基于烟气(S)中的预定余氧量、优选是基于烟气中的为1％-2.5％的余氧量，并且基于在助燃空气输入流(QtotI)中以此为基础估计或计算而得的、待送至风箱(10)的助燃空气主输入流(QIA)的量；并且-借助于燃烧器自动控制机构(5、6、7)的、针对助燃空气(I)副输入流(QIB)的调节是基于从烟气(S)测得的余氧量，借此燃烧器自动控制机构(5、6、7)调节助燃空气输入流(QtotI)中的、待输送至风箱(10)的助燃空气副输入流(QIB)的量，从而在至少一个三元催化转化器的第一催化区(40、40)之前在烟气中余氧量为0.01％-0.50％、优选为0.01％-0.25％。10.根据权利要求8或9所述的装置，其中，燃烧器(100)包括具有燃烧头的燃料和空气混合区，该燃烧头通过燃料供应管道(210)被供应燃料，并且助燃空气供应机构包括鼓风机，该鼓风机与燃烧器相连接，用于给燃烧头(1)直接供应或通过空气管道(220)供应助燃空气。11.一种通过调节用于气态和/或液态燃料的燃烧器(100)中的燃料(PA)和空气(I)的供应量之间的比例来减少来自于燃烧器(100)的烟气中的NOx和CO气体的装置，所述燃烧器包括与风箱(10)连接的燃烧头(1)、通往燃烧头(1)并适于给燃烧头(1)供应给定的燃料输入流(QPA，QtotPA)的燃料供应管道(210)、以及通往风箱(10)并适于给燃烧头(1)供应给定的助燃空气输入流(QI，QtotI)的助燃空气供应管道(220)、与相应的燃料或助燃空气供应管道(210、220)流体连通的燃料和助燃空气输送管路系统(219、215、216、229、225、226)、以及含有测量仪器(6)的燃烧器自动控制机构(5、6、7)，所述燃烧器的风箱带有通往烟气管道(4)的燃烧室、尤其是锅炉(3)，所述燃烧室或烟气管道(4)设有一个三元催化转化器(401)的至少两个催化区(40)或者两个相继设置的三元催化转化器(401、401)的一个催化区，其中-测量仪器(6)包括至少一个λ传感器(63)，其测量烟气(S)中的余氧量(烟气氧化/还原电位)；-借助于燃烧器自动控制机构(5、6、7)的、针对通过助燃空气供应管道(220)抵达风箱(10)的助燃空气输入流(QI，QtotI)、以及针对通过燃料供应管道(210)抵达燃烧头(1)的燃料输入流(QPA，QtotPA)的调节是基于通过测量仪器(63)从烟气(S)测得的余氧量，基于此燃烧器自动控制机构(5、6、7)借助于致动器(7)以下述方式调整所述助燃空气输入流(QI，QtotI)以及燃料输入流(QPA，QtotPA)之间的比例，即，在至少一个三元催化转化器(401)的第一催化区之前在烟气中余氧量在0.05％-0.50％的范围内；-至少一个三元催化转化器具有至少两个催化区(40、40)或者两个相继设置的三元催化转化器(401、401)各具有至少一个催化区，它们在烟气行进方向上相继设置，并且在所述催化区(40、40)之间，能通过另外的空气供应管道(222)输送补充助燃空气到烟气管道(4)中；-在烟气流动方向上在至少一个三元催化转化器(401)的所述第一催化区之前，设有混合器，用于在输送烟气进入所述催化转化器之前获得均匀的烟气混合物。12.根据权利要求11所述的装置，其中，燃烧器(100)包括与风箱(10)连接的燃烧头(1)、通往燃烧头(1)并适于给燃烧头(1)供应给定的燃料输入流(QtotPA)(即，体积流量/单位时间)的燃料供应管道(210)、以及通往风箱(10)并适于给风箱(1)供应给定的助燃空气输入流(QI)的助燃空气供应管道(220)、与相应的燃料或助燃空气供应管道(2；210、220)流体连通的燃料和助燃空气输送管路系统(219、215、216、229)、以及含有测量仪器(6)的燃烧器自动控制机构(5、6、7)，所述燃烧器的风箱(1)带有通往烟气管道(4)的锅炉(3)，所述锅炉(3)或烟气管道(4)设有至少一个催化区(40)，其中-测量仪器(6)包括至少两个λ传感器(63)，其测量烟气(S)中的余氧量(烟气氧化/还原电位)；-借助于燃烧器自动控制机构(5、6、7)的、针对通过助燃空气供应管道(2；220)抵达空气室(10)的助燃空气(I)的输入流(QI)的调节是基于烟气(S)中的预定余氧量、优选基于烟气中的为1％-2.5％的余氧量，并且基于借助燃烧器自动控制机构(5、6、7)的以此为基础估计的或者待输送至风箱(10)的助燃空气量；并且-通过燃料供应管道(210)抵达燃烧头(1)的燃料输入流(QtotPA)适合由通过燃料输送管路系统(215、216)进入供应管道(210)的两个独立调节的输入流部分(QPAA，QPAB)构成，其中第一输入流部分(QPAA)包括主输入流，该主输入流适于在与供应管道流体连通的输送管路系统的第一区段(216)行进并占输入流的70％-100％、优选占输入流(QtotPA)的80％-100％，而第二输入流部分(QPAB)包括副输入流(QPAB)，该副输入流适于在同样与供应管道流体连通的输送管路系统的第二区段(215)行进并占输入流的0-30％、优选输入流(QtotPA)的0-20％，从而-针对适于在输送管路系统的第一区段(216)中行进的燃料主输入流(QPAA)的调节是借助于燃烧器自动控制机构(5、6、7)和位于第一输送管路系统中的致动器(7)、如配有致动器的控制阀(7；71)实现，并且是基于烟气(S)中的预定余氧量、优选基于烟气中的为1％-2.5％的余氧量，并且基于以此为基础估计或计算而得的且汇合到通过供应管道(210)待送至燃烧头(1)的燃料输入流(QtotPA)的主输入流(QPAA)的量；并且-针对适于在输送管路系统的第二区段(215)中行进的...

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