[发明专利]使一氧化碳排放达标且能量消耗最小的火室温度控制方法

说明书

背景技术

本发明涉及工业废料处理的领域，并且在工业处理工业如化学工业(如涉及丙烯腈、丙烯酸和它的酯、甲基丙烯酸和它的酯、及氯乙烯单体的生产的工业工艺)、石油精炼工业、石油化学工业、药物工业和食品工业中，尤其涉及工业废料流在与锅炉结合或者不结合的热氧化器、炉子、燃烧器或者焚化炉(下文中各自和总起来称为“焚化炉”)内的焚化。

通常进行焚化的废料流产生于各种工业中如化学工业、石油精炼工业、石油化学工业、药物工业和食品工业。这种废料流可以是淤渣、浆液、气体、液体、油或者它们的组合。例如，产生需要处理的废料流的化学工艺包括丙烯腈、甲基丙烯酸和它的酯、丙烯酸和它的酯、氯乙烯单体、苯酚、合成气和乙烯的生产。废料流的一些石油精炼源包括：加氢处理装置的清洗气、催化重整装置塔顶气和来自稳定塔的燃料气体。化学工厂源包括：废氢流、通风集管流、废油流、吸收和汽提塔顶流、及来自废水处理系统的流出物。

焚化过程是快速氧化过程，该过程释放能量，而这些能量可以或者不可以被用作动力来做有用工作如在锅炉中形成蒸气。尽管焚化过程可以实现较高的破坏效率，但是典型地，这些系统的运行费用十分贵，因为使用了能量。最重要的是，焚化系统具有与它们的运行有关的二次排放物，而这受到环境机构如环境保护署(“EPA”)和得克萨期州自然资源保护委员会(TNRCC)严厉控制。典型地被控制的、焚化排放物中的物质是CO和NO_x。CO₂也是个问题，因其是导致温室效应的气体。通常，环境条例限制每小时可从公司的废料焚化过程中所排放出的这些物质的总量。因此，在通过焚化来处理废料流时，目标是符合合适的环境条例，同时使能量消耗最小，因此该过程的成本效果合算。用于工业废料流的传统焚化系统不能满足这个目标。

在至今公知的焚化系统中，环境控制规范把焚化过程的工作条件限制到“炉身实验(stack test)”期间所使用的具体工作条件。通常，“炉身实验”运转在最坏的情况下。因此，由炉身实验所规定的工作条件如温度、燃料和空气不能充分地显示调节灵活性以改变废料流的成分、供给速率或者燃料值。根据这个“最坏情况”的方法的工作条件很少改变，因为它们常常由严格的环境允许要求所规定。此外，几乎没有机会进行改变，并不经常进行炉身实验。虽然这种方法确保了排放物符合要求(达标compliance)，但它不灵活还维持焚化炉总是运转在费用最贵的工作条件下。

在工作在炉身实验工作条件下的传统工业废料焚化过程中，在炉子中，废料流通常结合有大量的燃料如天然气和过量的空气。因为使用了大量的燃料，因此由这种传统过程所产生的排放物常常符合环境条例。但是，这种方法的成本效益不合算，因为天然气即主要燃料较贵。此外，由于使用了过量燃料，因此焚化炉的温度非常高，通常是大约1000°F(538℃)到大约2000°F(1076℃)。这些高温结合供给到该系统中的空气进料中的氮产生了不期望的NOx量即需要严格控制的排放物质。

传统地，使来自焚化系统的CO和NOx排放物最小的努力集中在调整该系统内的空气(例如温度、流动和分布)和使它的分布最佳化。这个通过监控排放物的含氧量来实现。

在传统系统中把测量或者监控焚化排放物的氧含量作为标准反馈控制，其中调整供给到焚化系统中的空气，从而最终控制焚化排放物中的CO量。空气不够使得该系统的燃料较多，这可以造成爆炸事故。同时过量空气避免了这种问题并且有利于实现完全燃烧，太多的空气导致过量的NOx形成并且需要更多的能量消耗。此外，使用更多的空气意味着更大的风扇，而这些风扇本身很贵。至今公知的系统没有把温度看作控制变量来优化该系统；因此，例如，传统装置借助于通过监控排放物的氧含量来控制空气供给从而实现焚化过程最佳化，该传统装置导致焚化过程配料有过量的空气并且在排放物中过多形成有CO和NOx，而该过量的空气一定得被加热。当焚化过程的控制只局限于这种方法时，工作费用较高并且效率较低。

使用一些传统焚化系统(这些系统使用排放物的含氧量作为优化该系统的方式)的另一个问题是，如果废料流的条件改变了，那么焚化系统不会最佳地、可靠地适应这些变化，从而导致工艺性能的效率降低并且费用升高，并且可能导致不符合条例的要求。传统系统中的工艺参数如温度没有调整以适应废料流中的变化。此外，在传统系统中，唯一涉及废料流的变化的装置在过去一直是把过量空气加入到该系统中，而这产生了上述的缺点。