[发明专利]燃烧器系统和用于减少NOx排放量的燃烧器的运行方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种气体燃料燃烧器系统和用于过程加热的方法。更特别地，本发明涉及一种燃烧器系统和用于减少氮氧化物(NOx)排放的燃烧器的运行方法。

背景技术

能源消耗量大的工业在符合NOx排放方面面临更大的挑战。由于清洁燃烧和低总排放，天然气通常用作燃料。工业燃烧器厂商改进了燃烧器设备设计，以便产生非常低的NOx排放，并将它们总称为“低NOx燃烧器(LNBs)”或各种商业名称。LNBs用于各种工业，包括公用设施、焚化、精炼厂、化学加工、发电、纸、食品、橡胶等等。

氮氧化物是从燃烧过程排放的主要空气污染物之一。NOx排放已经确定为促进了环境的破坏，特别的是大气质量的破坏，烟雾(低能见度)和酸雨的形成。因此，正在通过各种政府机构强加空气质量标准，其限制排放到大气中的NOx气体的数量。

一些用在这些工业中的低NOx燃烧器利用燃料分级作为减少NOx的方法。通过逐渐地增加燃料到火焰，火焰温度可以保持更低，从而限制NOx的形成。许多这种具有燃料分级喷枪的低NOx燃烧器还具有火焰稳定器。火焰稳定器保证主火焰不熄灭。如果不稳定燃烧，引入燃料和氧化剂进入炉可能导致严重的安全问题。

这种带有火焰稳定器和燃料分级喷枪的燃烧器，已经设计用于通过适合的孔口向火焰稳定器和燃料分级喷枪提供固定比例的燃料。孔口这样设定尺寸，以便提供适合范围的成比例的燃料数量，包括启动和生产率的改变。在火焰稳定器和燃料分级喷枪之间分离的相对燃料在现有技术燃烧器中是固定的。

发明内容

本发明涉及一种燃烧器系统和用于减少NOx排放的燃烧器的运行方法。

发明人已经指出，与用于燃烧器的总燃烧率的部分相比，相对于燃料分级喷枪不成比例的NOx数量在火焰稳定器中产生，并且发明人已经指出通过改变到火焰稳定器的燃料数量，可以减少NOx排放同时仍然维持火焰稳定性。已经发现火焰稳定器对比燃料分级喷枪的燃料的固定比例对于减少NOx排放是有害的。

燃烧器系统包括：火焰稳定器；氧化剂气体供应导管，用于引导氧化剂气体通过或环绕火焰稳定器进入炉；火焰稳定器燃料供应导管，用于引导第一燃料通过或环绕火焰稳定器进入炉；至少一个燃料分级喷枪，用于引导第一燃料进入炉；控制阀，用于调整通过火焰稳定器燃料供应导管的第一燃料的流率，控制阀位于火焰稳定器的上游，但不位于至少一个燃料分级喷枪的上游；温度传感器，用于监控炉温；和，与温度传感器信号连通和与控制阀信号连通的控制器，控制器用于接收与炉温相应的第一信号和传送用于调整控制阀的第二信号。

燃烧器系统可以进一步包括燃料启动喷枪，用于引导第一燃料进入炉。燃烧器系统可以进一步包括至少一个阀，用于交替地引导第一燃料到燃料启动喷枪或至少一个燃料分级喷枪。

火焰稳定器可以是基于流体的火焰稳定器。火焰稳定器可以是火焰维持器(flame holder)。火焰稳定器可以是旋流器。

燃烧器系统也可以包括火焰探测器以便观察在火焰稳定器中的火焰。

运行燃烧器的方法，燃烧器具有至少一个燃料分级喷枪和火焰稳定器，包括：监控炉温；引导氧化剂气体通过或环绕火焰稳定器进入炉；当炉温小于预定的温度时，引导第一燃料的第一体积V₁在第一时间周期时通过或环绕火焰稳定器进入炉；在第一时间周期时，引导第一燃料的第二体积V₂通过燃料启动喷枪和至少一个燃料分级喷枪中的至少一个进入炉；当处于第一炉生产率R₁并响应于超过预定温度的炉温，在第二时间周期以第一燃料的第一流率F₁引导第一燃料通过或环绕火焰稳定器进入炉；和在第二时间周期时，以第一燃料的第二流率F₂引导第一燃料通过至少一个燃料分级喷枪；其中