专利名称：控制辅助燃料添加的方法
控制辅助燃料添加的方法本发明涉及一种控制向燃烧室中至少一种可燃材料的燃烧添加辅助燃料的方法。 此外，本发明还涉及所述方法的用途。特别地，在仅单独燃烧时效果不令人满意的可燃材料燃烧过程中，有必要通过加 入辅助燃料以保持燃烧。传统方法例如为固体或液体废料的热处理和热废气的净化。为了实现完全燃烧且在燃烧过程中不形成其它污染物，有必要在预定的温度范围 内进行燃烧。目前，该温度通常通过加入的辅助燃料量设定。因此，例如由VDI指南VDI 2442, 2006年3月，第41 55页所知，在废气中测量燃烧温度，并基于该温度控制作为辅助 燃料的天然气的供入。除了温度，通常还测量烟道气的氧气含量。通过测量氧气含量，可以设定所需的燃 烧空气或任何其它所期望的含氧气体的用量。在烟道气中氧气含量过量的情况下，降低供 入燃烧的含氧气体比率，并且当烟道气中的氧气含量降至低于预设值时，提高该比率。一般地，只要保持预设的控制温度和控制氧值，就能抑制烟道气中的污染物。通过 这种方式，可使排放物保持在规定极限值或降至低于该值。通常，该控制温度必须很高，以 使排放物显著降至低于污染物的极限值，而通常从未达到该极限值。在燃烧体系不同的运 行状态下，该设定值通常不发生改变。这导致在正常的运行模式下，控制温度高于实际所需 的温度。特别地，在独立燃烧不充分的物质的情况下，这要求辅助燃料高于实际所需的量。在不添加辅助燃料的燃烧过程中，废气中所存在的可氧化物分数的定量测量例如 可由DE-A10153643获知。同时监控燃烧器的火焰。为此，检测该温度。其还描述了在不完 全燃烧的情况下，关闭燃烧器且将燃烧体系设为故障状态。EP-A0697564公开了同时测定燃烧体系废气中的氧气和氢气和/或碳分数。基于 废气中氢气和/或一氧化碳的含量，控制空气的供入。在这种情况下，空气过量和空气不足 都能导致不完全燃烧。在空气过量的情况下，燃烧温度降至低于必需的值；在空气不足的情 况下，氧气不足以进行完全燃烧。EP-A 0697565同样公开了一种控制和监测燃烧的方法和设备。在这种情况下，同 样测量了废气中污染物的分数，并基于污染物含量设定供入燃烧体系的燃烧器中的空气。 在这种情况下，测量了废气中一氧化碳分数。提高空气供入量以降低一氧化碳分数。适 于测量气流中氧气含量和/或一氧化碳含量的适当传感器例如已由US5，549, 871或DE-U 20200373 公开。所述文献仅仅公开了在烟道气中存在未燃烧组分的情况下，提高或降低氧气供入量。本发明的目的是提供一种控制向燃烧添加辅助燃料的方法，其中获得完全燃烧的 辅助燃料比率能最小化。该目的通过一种控制向燃烧室中至少一种可燃材料的燃烧中添加辅助燃料的方 法而实现，该方法包括如下步骤(a)测量烟道气中由不完全燃烧形成的至少一种污染物的浓度，(b)当由步骤(a)测得的烟道气中所述至少一种污染物的浓度超过预定的上限值时，提高向燃烧添加的辅助燃料比率；或者当由步骤(a)测得的所述至少一种污染物的浓 度降至低于预定的下限值时，降低向燃烧添加的辅助燃料比率，(c)重复步骤(a)和(b)直至测得的烟道气中所述至少一种污染物的浓度处于所 述下限值和上限值之间的范围内。在可选实施方案中，该目的通过一种控制向燃烧室中至少一种可燃材料的燃烧添 加辅助燃料的方法而实现，该方法包括如下步骤(a)为燃烧温度设定一个预设值，其中所述预设值的水平为使得所述至少一种可 燃材料进行完全燃烧，(b)测量燃烧温度，如果测得的温度降至低于燃烧温度的预设值，则提高向燃烧添 加的辅助燃料比率；如果测得的温度超过燃烧温度的预设值，则降低向燃烧添加的辅助燃 料比率，(c)测量烟道气中由不完全燃烧形成的至少一种污染物的浓度，并降低燃烧温度 的预设值，(d)重复步骤(b)和(C)直至测得的由不完全燃烧形成的至少一种污染物的浓度 超过预定的极限值，(e)提高所述温度的预设值，并重复步骤(b)和(C)直至测得的由不完全燃烧形成 的至少一种污染物的浓度再次低于所述预定的极限值。所述至少一种可燃材料可为固体、液体或气体。通常，燃烧在高于700°C的温度且 过量氧气下进行。这意味着为了确保参与反应的所有物质完全氧化，供入燃烧设备中的氧 气要比理论上所需的多。其结果是，未消耗的氧气残留在燃烧设备的烟道气中。特别是当 供入燃烧设备的固体、液体或气体物质具有低热值以至于未达到所需的燃烧温度时，需要 加入辅助燃料。因此为了维持燃烧反应，必须加入具有高热值的燃料。燃烧所需的氧气一般以空气形式加入。但是，也可供入任何其它所需的含氧气体。 例如，也可供入纯氧或富氧空气。由于过量的含氧气流会导致燃烧温度的降低，因此需要在 低过量氧气下进行燃烧。通常烟道气中残余氧气含量的预设值一般为0 11体积％。烟 道气中的氧气含量可用本领域技术人员已知的任何所需的传感器测定。优选使用二氧化锆 基传感器，因为其具有快速反应时间。在优选的实施方案中，根据第一种可选方法，此外还测量烟道气或燃烧的温度。为 实现完全燃烧，该温度通常为700 1000°C。例如，如果含废气的可燃材料在具有高氧气含 量的热废气净化过程中燃烧，则所需的温度通常为770 830°C。在含烃物质的情况下，所 需温度通常设定为780 850°C。卤化物质燃烧所需的温度一般为850 950°C。所需的燃烧温度通常通过添加辅助燃料和供入燃烧的含氧气体的比率设定。特别是在具有低热值的可燃材料的燃烧过程中，燃烧温度通过提高或降低添加到 燃烧中的辅助燃料比率设定。通过提高添加到燃烧中的辅助燃料比率而提高燃烧温度，反 之，通过降低添加到燃烧中的辅助燃料的量而降低该温度。在这种情况下，辅助燃料的热值 通常高于在燃烧体系中燃烧的可燃材料的热值。通常，烟道气中由不完全燃烧形成的至少一种污染物是一氧化碳、至少一种烃或 至少一种可燃材料和/或辅助燃料的至少一种未燃烧或不完全燃烧的组分或其混合物。特 别地，所述至少一种污染物是一氧化碳或烃。
然而，除了所述污染物，也可测量可存在于烟道气中的其它任何污染物的浓度。本发明方法的优点在于与现有技术已知的温度控制相比，通过测量烟道气中污染 物含量，能够降低辅助燃料的比率。特别地，与现有技术的基于燃烧温度设定辅助燃料比率 的已知方法相比，可降低辅助燃料比率。烟道气中至少一种污染物的浓度可在紧邻燃烧室的下游或设置在烟道气通道中 的装置的下游测量。在紧邻燃烧室的下游进行的测量的情况下，所述测量通常也在烟道气 通道中实施。然而，也可在燃烧后直接测量燃烧室中已存在的至少一种污染物的浓度。设置在烟道气通道中的装置例如为用于冷却或净化烟道气的装置。一般使用热交 换器冷却烟道气。这种热交换器也可用于(例如)产生蒸汽。由此产生的蒸汽可用作(例 如)大多数不同类型工艺的加热蒸汽。用于净化烟道气的装置例如为涤气器或过滤器。使用添加辅助材料进行燃烧的至少一种可燃材料一般不以自持的方式燃烧。这意 味着燃烧所需的温度不能由所述可燃材料的燃烧独自维持。其原因在于，例如可燃材料是 物质的组合物，所述组合物除了可燃物之外，还包含不可燃物。一般地，所述可燃材料包含 在燃烧过程中氧化的有机化合物。存在的不可燃材料例如，在气态可燃材料的情况下为惰 性气体或氮气，或者在糊状或液态可燃材料的情况下为水。水也可作为水蒸汽存在于气态 可燃材料中。供入燃烧中的所述至少一种可燃材料通常为废弃物、含可燃物的淤渣、含可燃物 的废水或含可燃物的废气。用于燃烧的废弃物例如为生活垃圾、有害废弃物或工业废弃物及其混合物。通常淤渣的含义为分散于水中的固体材料，其中水含量通常足够高从以至于使淤 渣呈糊状。含可燃物的液体例如为来自化学生产、来自涂装工厂、干燥工厂或来自印刷机的 液体物质或废水。存在于液体中的可燃物可为液体或固体。如果所述至少一种可燃材料是 固体，其一般为分散于液体中的小颗粒形式。液体物质例如为溶剂或油。这些可混合于水 中，或者以无水形式存在。如果所述可燃材料是包含可燃物的废水，优选在燃烧前降低水含量。为此可采用 本领域技术人员已知的任何所需的干燥或蒸馏工艺。或者，例如也可通过萃取除去水。在 干燥和/或蒸馏工艺中，水被气化，并以这种方式将所述至少一种可燃物浓缩。其结果是， 可燃物的含量得以提高，从而提高热值。其优点是可降低供入的辅助燃料比率。如果所述可燃材料为气态形式，其通常为废气。在这种情况下所述废气以任意浓 度包含至少一种可燃材料。用于燃烧的废气来源于，例如涂装工厂、干燥工厂、任意化工工 艺、印刷机或发酵。除了所述可燃材料，废气中通常存在很大分数的惰性气体，从而使得废 气不能以自持方式燃烧。特别地，当可燃物的分数降至低于燃烧所需的最低浓度时，情况也 是如此。含强烈气味物质的废气也可进行热废气体净化。供入燃烧的辅助燃料通常具有比燃烧的可燃材料更高的热值。适当的辅助燃料可 为固体、液体或气体。优选地，辅助燃料选自煤、焦炭和液态或气态烃。如果辅助燃料为固体，例如煤或焦炭，优选在加入燃烧前粉碎。在本发明的一个实施方案中，除了烟道气中所述至少一种污染物的浓度，也测定 了烟道气中的氧气含量。通过这种方式供入的含氧气体比率可与燃烧的可燃材料和辅助燃料的比率匹配。以这种方式，在烟道气中氧气含量过量时，可降低供入燃烧的含氧气体比 率，在烟道气中氧气含量不足时，可提高供入燃烧的含氧气体比率。以这种方式，即使在辅 助燃料的需要量提高的情况下，也能确保进行完全燃烧。如果含量气体的比率与辅助燃料 或可燃材料的比率不匹配，则或者由于氧气不足而可能发生不完全燃烧，或者由于含氧气 体的过量气流而使燃烧大大冷却并使燃烧温度降至低于完全燃烧所需的值。本发明的方法优选用于优选在垃圾焚化厂或热废气净化工厂中控制向燃烧中添 加辅助燃料。在这种情况下，术语垃圾焚化厂不仅指用于燃烧生活垃圾的工厂，还指用于燃 烧有害废弃物或工业废弃物的工厂。例如，当废气中的溶剂质量流速不足从而不能经济地利用吸附或吸收回收体系 时，如果除了有机溶剂外，废气中还存在其它污染物如酚类、增塑剂、防老剂或漆雾或粉尘， 将其选择性分离需要高费用支出并导致用于回收的吸附介质不可逆破坏时，使用热废气净 化。此外，如果废气中存在许多有机溶剂的混合物，由于各组分吸附性能的差异而导致所述 混合物的组成在吸附/解吸附的过程中发生变化，并且为了重建精确的化学式，所述混合 物必须分解成不同组分时，也可使用热废气净化处理。如果从解吸附介质和/或吸附介质 中分离溶剂是不可能的或不经济的，也优选使用热废气净化。此外，如果在吸附/解吸附过 程中，不希望的副反应产生腐蚀性产物，或者如果同时需要处理液态废弃物并只建立一个 处理工厂时，进行热废气处理。本发明的一个实施方案如附图
所示，并在下面的说明书中更详细地加以描述。该唯一的附图显示了本发明方法的工艺流程图。将待燃烧的可燃材料通过第一管道3供入燃烧室1。该可燃材料可为固体、液体或 气体。通常，将固体或液体废弃物或废气供入燃烧室1。通过第一管道3供入的可燃材料的 热值通常不高，不足以在完全燃烧所需的温度下进行燃烧。出于该原因，将辅助燃料通过第 二管道5供入燃烧室1。适当的辅助燃料为本领域技术人员已知的任何燃料，其热值高于通 过第一管道3供入的可燃材料的热值。如上文所述，适当的辅助燃料例如为焦炭、煤和液态 或气态烃。将燃烧所需的氧气通过第三管道7供入燃烧室1。在这种情况下，氧气可以以纯氧 或含氧气体的形式供入。通常使用的含氧气体例如为空气。此外，也可使用例如富氧空气。供入燃烧室1的燃料比率通过设置在第二管道5中的第一阀门9设定。供入燃烧 的含氧气体比率通过设置在第三管道7中的第二阀门11设定。通过烟道气管道13，将燃烧过程中在燃烧室1中形成的烟道气排出。在此处所示 的实施方案中，燃烧过程中形成的烟道气中的氧气含量由烟道气管道13中的第一传感器 15测定。本领域技术人员已知的可用于测量氧气含量的任何传感器均适于作为第一传感器 15。第一传感器15通过控制线路17与第二阀门11连接，通过所述第二阀门11控制 供入燃烧室1的含氧气体比率。由第三管道7供入燃烧室1的含氧气体比率作为测得的烟 道气中氧气含量的函数通过第二阀门11进行设定。当烟道气中氧气含量过量时，通过降低 第二阀门11的通流横截面而降低含氧气体的比率，反之，当烟道气中氧气含量不足时，通 过进一步打开第二阀门11提高供入的含氧气体比率。本领域技术人员已知的任何所需的 可控阀门均适于作为第二阀门11。适当的阀门例如为那些具有滑动片的阀门。在这种情况下，例如适当的阀门为具有闸门的阀门。这些包括例如具有平行滑动闸阀的阀门、盘式闭 合闸阀、楔式闸阀、明杆平行式双闸板闸阀或双闸板楔式闸阀。此外，适当的阀门是具有转 盘阀或瓣阀的那些。通过第二传感器19测量烟道气中至少一种污染物的含量。由第二传感器19测量 的污染物例如为烟道气中的一氧化碳、至少一种烃或烟道气中其它未燃烧的组分。根据本 发明，第二传感器19通过第二控制线路21与第一阀门9连接，通过所述第一阀门9设定辅 助燃料比率。在这种情况下，第二阀门9可为本技术领域人员已知的任何类型。如果由第二传感器19测得的烟道气中污染物的含量过高，将第一阀门9进一步打 开以提高供入的辅助燃料比率。相反，如果测得的烟道气中污染物分数降至低于预定的下 限值，将第一阀门9进一步关闭以降低辅助燃料比率。以这种方式，燃烧能一直以所需的最 小量进行。与由现有技术获知的控制系统相比，这将导致辅助燃料的最优利用并降低其消
^^ ο由第二传感器19测得的至少一种污染物浓度的上限值通常小于或至多恰好等于 该污染物允许的极限值。下限值通常小于上限值且至少为零。如果选择零作为下限值，这 意味着由第二传感器19测得的至少一种污染物的浓度低于检测的极限值，此时该传感器 不显示值。当下限值等于零时，通常通过第二管道5降低添加的辅助燃料比率，直至由第二 传感器19测得污染物出现。一旦测得污染物出现，则再次稍微提高供入的辅助燃料比率， 从而使燃烧以污染物比率低于检测极限值的方式进行。除了此处所示的实施方案(其中第一传感器15和第二传感器19是两个独立的部 件)，也可使用组合传感器，所述组合传感器既可检测氧气含量也可检测至少一种污染物的 含量。此外，还可将第一传感器15和第二传感器19置于在燃烧室1中燃烧区域的下游。在其中烟道气管道13中存在其它装置(例如用于冷却烟道气或进一步净化烟道 气的装置)的实施方案中，第一传感器15和第二传感器19也可位于置于烟道气管道13中 的装置的下游。除了测量烟道气管道13中氧气含量的第一传感器15和测量烟道气中由不完全燃 烧产生的至少一种污染物浓度的第二传感器19之外，还可测量烟道气中或燃烧的温度。然 后，所需的燃烧温度同样可通过(例如)调节添加的辅助燃料比率而进行设定。例如，一般 地，辅助燃料比率越高，燃烧温度就越高。特别地，如果欲对现有的燃烧工厂进行改造(其中现有工厂通常根据燃烧温度控 制供入的辅助燃料比率)，也可利用第二传感器19测量烟道气中至少一种污染物的含量。 如果由第二传感器19检测到烟道气中存在污染物，则提高燃烧所需的温度。这同样导致供 入的辅助燃料比率提高这一事实。如果第二传感器19未检测到烟道气中存在污染物，或污 染物的量低于下限值，则降低燃烧所需的温度。这同时导致供入的辅助燃料比率降低。以 这种方式，燃烧能够一直在最低的适当温度下进行。
实施例对比实施例1在化学工艺中，用氧气和氮气的混合物对烃进行部分氧化制得产物。在部分氧化 过程中，将形成的副产物与氮气一起供入到热废气净化系统中。此外，将含有有机物的制备中产生的反应水供入燃烧。供入的辅助燃料比率通过温度控制器设定。使用天然气作为辅助燃料。以即使 供入燃烧的物料流中的副产物和有机物的分数发生波动，也能进行完全燃烧的方式选择温 度。燃烧所需天然气的比率以IOOOm3废气计为9m3。实施例1在与对比实施例1相同的燃烧过程中，用测量烟道气中一氧化碳含量并根据所述 一氧化物含量控制辅助燃料比率代替温度控制器。与对比实施例1的温度控制相反，天然 气消耗量可降低至以IOOOm3废气计为7m3。对比实施例2将来自干燥工艺的废空气供入具有再生预热的燃烧中，以氧化存在于该废空气中 的有机组分。所需的辅助燃料(在这种情况下为天然气)比率通过温度控制器设定。天然 气消耗量以IOOOm3废气计为3m3。实施例2在对比实施例2的燃烧中，用测量烟道气中一氧化碳含量并根据所述一氧化碳含 量设定辅助燃料比率代替温度控制器。通过这种方式，与温度控制器相比，天然气消耗量降 低至以IOOOm3废气计为2. 5m3。附图标记列表
1燃烧室
3第--管道
5第二二管道
7第三三管道
9第--阀门
11第二二阀门
13烟道气管道
15第--传感器
17控制线路
19第二二传感器
21第二二控制线.
权利要求
1.一种控制向燃烧室(1)中至少一种可燃材料的燃烧添加辅助燃料的方法，所述方法 包括如下步骤(a)测量烟道气中由不完全燃烧形成的至少一种污染物的浓度，(b)当由步骤(a)测得的烟道气中所述至少一种污染物的浓度超过预定的上限值时， 提高向燃烧添加的辅助燃料比率；或者当由步骤(a)测得的所述至少一种污染物的浓度降 至低于预定的下限值时，降低向燃烧添加的辅助燃料比率，(c)重复步骤(a)和(b)直至测得的烟道气中所述至少一种污染物的浓度处于所述下 限值和上限值之间的范围内。
2.根据权利要求1的方法，其中，此外所述烟道气的温度处于下限值和上限值之间的 范围内。
3.—种控制向燃烧室(1)中至少一种可燃材料的燃烧添加辅助燃料的方法，所述方法 包括如下步骤(a)为燃烧温度设定一个预设值，其中所述预设值的水平为使得所述至少一种可燃材 料进行完全燃烧，(b)测量燃烧温度，如果测得的温度降至低于燃烧温度的预设值，则提高向燃烧添加的 辅助燃料比率；如果测得的温度超过燃烧温度的预设值，则降低向燃烧添加的辅助燃料比 率，(c)测量烟道气中由不完全燃烧形成的至少一种污染物的浓度，并降低燃烧温度的预 设值，(d)重复步骤(b)和(c)直至测得的由不完全燃烧形成的至少一种污染物的浓度超过 预定的极限值，(e)提高所述温度的预设值，并重复步骤(b)和(c)直至测得的由不完全燃烧形成的至 少一种污染物的浓度再次低于所述预定的极限值。
4.根据权利要求2的方法，其中燃烧温度通过提高或降低向燃烧添加的辅助燃料比率 设定。
5.根据权利要求1 4中任一项的方法，其中所述至少一种污染物是一氧化碳、至少一 种烃或所述至少一种可燃材料和/或所述辅助燃料的至少一种未燃烧或不完全燃烧的组 分或其混合物。
6.根据权利要求1 5中任一项的方法，其中所述至少一种污染物是一氧化碳。
7.根据权利要求1 6中任一项的方法，其中烟道气中所述至少一种污染物的浓度是 在燃烧室的下游或置于烟道气通道中的装置的下游测量的。
8.根据权利要求7的方法，其中所述置于烟道气通道中的装置用于冷却或净化烟道气。
9.根据权利要求7或8的方法，其中所述置于烟道气通道中的装置用于产生蒸汽。
10.根据权利要求1 9中任一项的方法，其中所述至少一种可燃材料不以自持方式燃；BsJyCi。
11.根据权利要求1 10中任一项的方法，其中所述至少一种可燃材料是废弃物、含可 燃物的淤渣、含可燃物的液体或含可燃物的废气。
12.根据权利要求1 11中任一项的方法，其中所述辅助燃料选自煤、焦炭和液态或气态烃。
13.根据权利要求1 12中任一项的方法，其中还测量烟道气中的氧气含量。
14.根据权利要求13的方法，其中在烟道气中氧气含量过量的情况下，降低供入燃烧 的含氧气体比率；在烟道气中氧气含量不足的情况下，提高供入燃烧的含氧气体比率。
15.权利要求1 14中任一项的方法在垃圾焚化厂或热废气净化工厂中的应用。
全文摘要
本发明涉及一种控制向燃烧室中至少一种可燃材料的燃烧过程添加辅助燃料的方法，其中测量烟道气中由不完全燃烧产生的至少一种有害物质的含量。在第二步中，如果烟道气中所述至少一种有害物质的浓度超过预定的上限阈值时，则提高向燃烧过程添加的辅助燃料的量；或者如果测得的所述至少一种有害物质的浓度降至低于预定的下限阈值值时，则降低该量。测量该浓度并调节辅助燃料的量，直至测得的烟道气中所述至少一种有害物质的浓度处于所述下限阈值和上限阈值之间的范围内。
文档编号F23N5/00GK102132099SQ200980123513
公开日2011年7月20日 申请日期2009年4月20日 优先权日2008年4月22日
发明者T·盖格尔 申请人:巴斯夫欧洲公司