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的制作方法

文档序号:12262784阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一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)中行进的燃料副输入流(QPAB)的调节是借助于燃烧器自动控制机构(5、6、7)和位于第二输送管路系统中的致动器、如配有致动器的控制阀(7;70、71)实现,并且是基于来自烟气(S)中的余氧量,借此燃烧器自动控制机构(5、6、7)调节燃料副输入流(QPAB),该燃料副输入流汇合到通过供应管道(210)抵达燃烧头(1)的在燃料输入流(QtotPA),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%-0.25%的范围内。

13.根据权利要求12所述的装置,其中燃烧器(100)包括与风箱(10)连接的燃烧头(1)、通至所述燃烧头(1)且适于以给定的燃料输入流(QPA)供应所述燃烧头(1)的燃料供应管道(210)以及通至风箱(10)且适于以给定的助燃空气输入流(即体积流量/单位时间)供应所述风箱的助燃空气供应管道(220)、与各自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(219,229)、和包括测量仪器(6)的燃烧器自动控制机构,其中所述燃烧器(100)使其燃烧头(1)带有通至烟气管道(4)的锅炉(3),所述锅炉(3)或烟气管道(4)设置有至少一个具有至少两个催化区(40,40)的三元催化转化器或设置有至少两个三元催化转化器(401,401),它们在烟气的行进方向上相继设置并且每个转化器(401)具有至少一个催化区(40),其中

-借助于燃烧器自动控制机构(5,6,7)的、针对经由燃料空气供应管道(210)和输送管路系统(229)到达燃烧头(1)的燃料输入流(QPA)的调节基于烟气(S)中的预定余氧量、优选基于烟气中为1-2.5%的余氧量,并且基于在其基础上估计的且将被送至所述燃烧头(1)的燃料的量,和

-经由所述助燃空气供应管道(220)到达风箱(10)的助燃空气输入流(Qtotl)适于由所述输入流的、行经所述助燃空气输送管路系统(225,226)通至供应管道(220)的两个独立调节部分(QIA,QIB)组成,其中所述输入流的第一部分(QIA)包括主输入流,其适于行经与所述供应管道(220)流体连通的输送管路系统的第一区段(226),并且其占所述输入流的70%-100%、优选占所述助燃空气输入流(Qtotl)的80%-100%,并且其中所述输入流的第二部分(QIB)包括副输入流,其适于行经同样与所述供应管道(220)流体连通的输送管路系统的第二区段(226),并且其占所述输入流的0-30%、优选占助燃空气的总输入流(Qtotl)的0-20%,因此,

-对于所述助燃空气的、适于行经输送管路系统的第一区段(226)的主输入流(QIA)的调节借助于燃烧器自动控制机构(5,6,7)和存在于所述第一输送管路系统中的致动器(7)例如量控制阀实现,并且所述调节基于烟气(S)中的预定余氧量、优选基于烟气中为1%-2.5%的余氧量,并且基于助燃空气的主输入流(QIA)的量,所述助燃空气的主输入流的量是在该余氧量的基础上估计或计算得出的并且其经由所述供应管道(220)汇入被送至风箱(10)的所述助燃空气输入流(Qtotl),并且

-对于所述助燃空气的、适于行经输送管路系统的第二区段(225)的副输入流(QIB)的调节借助于燃烧器自动控制机构(5,6,7)和存在于第二输送管路系统中的致动器例如装配有致动器的控制阀(7;70,71)和装备有致动器的止回阀(7;71)进行,并且所述调节基于从烟气(S)中测得的余氧量,通过这种方式,所述燃烧器自动控制机构(5,6,7)调节助燃空气的行经第二输送管路系统(215)的副输入流(QIB),这改变经由所述供应管道(220)到达风箱(10)的助燃空气的输入流(Qtotl),以至于在催化区(40)之前所述烟气中的余氧量在0-0.50%、优选在0.01%-0.25%的范围内。

14.根据权利要求11所述的装置,其中在所述均匀的烟气混合物中,在烟气流中经所述烟气管道或热交换区域的横截面的最大CO/O2比例(均为摩尔/m3)至最小CO/O2比例(均为摩尔/m3)之间的差在所述混合器之后小于5%。

15.根据权利要求11所述的装置,其中混合器安装在所述燃烧室或在所述烟气管道处,从而混合器平面延伸至所述燃烧室或烟气管道的整个直径并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。

16.根据前述权利要求1、8、9或11之一所述的装置,其中将被送至所述燃烧头(1)的燃料(PA)与将被送至风箱(10)的助燃空气(I)的比例适于几近化学当量的,即所述λ范围在0.998-1.002之内。

17.根据权利要求8、9或11所述的装置,其中测量余氧的λ传感器(63)沿烟气的流动方向位于烟气管道(4)中、在所述催化剂三元转化器(401)的第一催化区(40)的下游。

18.根据权利要求1、8、9或11所述的装置,其中具有至少两个催化区(40)的至少一个三元催化转化器(401)或具有至少一个催化区(40)的至少两个三元催化转化器(401)位于烟气管道(4)中,其中催化转化器(401)适于改变在燃烧室(10)中进行的热燃烧中生成的所述烟气的氧化还原电位。

19.根据权利要求18所述的装置,其中烟气管道(4)中在烟气(S)方向上位于上游的至少一个三元催化转化器(401)的第一催化区(40)之前,经由烟气管道壁中的开口的补充助燃空气(I)或燃料(PA)供应所述烟气管道(4)。

20.根据权利要求1、8、9或11所述的装置,其中所述三元催化转化器(401)选择为适于还原存在于在热燃烧中生成的烟气中氮氧化物,并且氧化烟气的碳氢化合物和一氧化碳排放物。

21.根据权利要求8、9或11所述的装置,其中

-所述测量仪器(6)还包括测量烟气(S)中的氮氧化物(NOx)的量的传感器(61)和/或测量烟气中一氧化碳的量的传感器(62),和

-针对行经输送管路系统的第二区段(215)的燃料的副输入流(QPAB)的调节还基于从烟气(S)中测得的一氧化碳的量和/或氮氧化物(NOx)的量,从而在从烟气中测得的氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)的基础上,所述燃烧器自动控制机构(5,6,7)借助于位于所述输送管路系统的第二区段(215)中的致动器(7)、例如装备有致动器的控制阀(7;71)调节燃料的副输入流的量,

-借助于燃烧器自动控制机构(5,6,7)的、针对行经第二输送管路系统的区段(225)的助燃空气副输入流(QIB)的调节还基于从烟气(S)中测得的一氧化碳的量和/或氮氧化物(NOx)的量,从而在从烟气中测得的氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)的基础上,从而所述燃烧器自动控制机构借助于位于所述第二输送管路系统(225)中的致动器(7)、例如装备有致动器的控制阀(7;71)调节在助燃空气输入流(QItot)中将被输送至风箱(10)的助燃空气的副输入流(QIB)的量。

22.根据权利要求21所述的装置,其特征在于,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传感器沿烟气(S)的流动方向位于具有至少两个催化区(40)至少一个三元催化转化器(401)的下游或者位于具有至少一个催化区(40)的至少两个三元催化转化器(401)的下游。

23.根据权利要求1、8、9或11之一所述的装置,其中,对于在所述输送管路系统(229)中的助燃空气(I)的量的调节借助于位于输送管路系统中的一个或多个鼓风机(7;72)以及借助于可调节开度的风门(7;73)进行。

24.根据权利要求23所述的装置,其中所述鼓风机(7;72)设置有频率转换器,通过所述频率转换器可根据所期望的助燃空气流(QI,QItot)的流量调节鼓风机马达的输入功率并据此调节鼓风机的旋转速度。

25.根据权利要求8、9或11所述的装置,其中对于所述燃料的副输入流(QPAB)的量的调节或对于助燃空气的副输入流(QIB)的量的调节借助于至少一个装备有致动器的控制阀(7;71)或风门(7;73)进行。

26.根据权利要求8、9或11所述的装置,其中所述催化转化器(401)包括具有至少两个催化区(40,40)的至少一个三元催化转化器,所述催化区在烟气的前进方向上相继设置并且在所述催化区之间能经由另外的助燃空气供应管道(222)供应到达烟气管道(4)的补充助燃空气,并且将被送至混合区的燃料(PA)与将被送至风箱的助燃空气(I)的比例在稍低于化学当量至稍高于化学当量的范围波动,从而到达所述第一催化区的烟气的氧含量的λ范围在0.998-1.002之内。

27.能够用于根据前述权利要求1、8、9或11之一所述的装置的燃烧器自动控制机构(5,6,7)包括

-中心处理单元(5),包括处理器(52)和至少一个存储元件(51),处理器(52)和存储元件(51)之一或两者包括一个或多个软件产品(510),用于控制燃烧器的操作、尤其是用于调节空气和燃料的量(QI,QItot,QPA,QPAtot),

-测量仪器(6),例如传感器(61,62,63),用于收集关于要被调节的燃烧过程的信息,

-数据传输元件,用于从所述测量仪器(6)接收数据且将所述数据通讯至所述中心处理单元(5)的处理器(52)和软件产品(510),尤其包括从位于烟气中的测量烟气氧化/还原电位的传感器(63)例如λ传感器接收有关余氧量的测量数据,并且将测量数据通讯至中心处理单元的处理器(5;52)和燃烧器控制软件(510),以及所述数据传输元件用于将由所述中心处理单元生成的控制指令传送至致动器(7),调节将被输送的空气和燃料(PA)的量,其中

-所述中心处理单元(52)适于经由所述燃烧器控制软件(510)生成:

-有关燃料的副输入流(QPAB)的量的控制指令(7105,7106,7107),借此所述燃料的副输入流(QPAB)能以如下方式调节,即在输入流(QPAtot)中的燃料副输入流(QPAB)量是这样,即在所述至少一个三元催化转化器的第一催化区(40)之前,烟气中余氧量的范围在0.01-0.50%之内、优选在0.01-0.25%的范围之内,

-关于燃料的主输入流(QPAA)的量的控制指令(7108),所述指令基于烟气(S)中的预定的余氧量、优选基于烟气(40)中为1%-2.5%的余氧量,

-用于助燃空气(I)的输入流的控制指令(7101,7104),所述指令用于调节经由助燃空气供应管道(220)到达风箱(10)的助燃空气的输入流(Q1),这是基于预定的烟气中的剩余助燃空气氧的量、优选基于烟气中为1%-2.5%的余氧量,和

在由中心处理单元(5)生成之后,所述数据传输元件适于

-将燃料(PA)的副输入流(QPAB)的控制指令(7105,7106,7107)通讯至调节副输入流的量的致动器(7)、优选通讯至调节在用于所述副输入流的管路系统(215)中副输入流(QPAB)的量的装备有致动器的控制阀(7;71)例如伺服操作型控制阀,

-将燃料(PA)的主输入流(QPAA)的控制指令(7108)通讯至调节主输入流的量的致动器(7)、优选通讯至调节在用于所述主输入流的管路系统中主输入流的量的装备有致动器的控制阀(7;71)例如伺服操作型控制阀,以及

-将助燃空气(I)的输入流的控制指令(7101,7104)通讯至调节助燃空气的量的致动器(7)、优选通讯至调节助燃空气输送管路系统中助燃空气的量的鼓风机(7;72)的变频器,和/或通讯至调节风门和阀的设定的电动机例如伺服操作型阀。

28.根据权利要求28所述的燃烧器自动控制机构,其中燃烧器自动控制机构使用史密斯预测器用于调节所述副输入流的量。

29.根据权利要求1或10所述的装置,其中工业燃烧器具有至少3MWh的输出量并且所述混合器的直径为300mm或更大。

30.根据权利要求1或10所述的装置,其中燃料经由一个燃料供应管道(210)被输送至混合区。

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