[发明专利]用于控制火焰加热器运行的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及安全可靠地降低使用燃料气体的火焰加热器中的NO_x排放的方法和系统。特别的，本发明涉及对该火焰加热器的控制提供安全可靠的运行同时降低NO_x排放。

背景技术

化学处理和石化生产和精炼运行中的燃烧设备是NO_x排放的主要来源。绝热火焰温度降低是降低NO_x排放的一种方法。降低火焰温度的努力，例如提高空气/燃料比和向火焰中引入火焰稀释剂，能够导致火焰不稳定、火焰熄灭或火焰吹熄，其能够产生可能危险的运行状况(例如未耗尽的燃料溢出燃烧设备)。

已经开发了火焰稳定性或不稳定性传感器，也已经提议其在燃烧系统控制系统中的使用。还已经提议提高空气流量以提供该燃烧设备的贫燃料运行。然而，仅依赖于空气以降低火焰温度提出了其自身的一系列挑战。例如，空气包含显著量的氧气，其是氧化剂。如果在不适当的位置将燃料引入空气流中，这能够造成发生火焰不稳定和/或“熄灭”的状况。在不稳定和/或“熄灭”的状况中，该火焰部分或完全熄灭，使得可燃气体进入炉子中，可能会导致爆炸。这种情形适用于所有火焰加热器，无论该工艺的作用或任何方案是否用于降低NOx排放。

仍需要在燃烧设备中实现NO_x降低同时为该燃烧设备保持稳定的火焰和安全的运行状况。

发明概述

已经发现通过使用火焰稀释剂能够实现NO_x的降低，同时在用火焰稳定性传感器(即波长调制的可调谐二极管激光器(TDL)传感器、压力传感器、机器视觉传感器系统和其它能够用于检测火焰不稳定性的技术)限制该工艺控制策略时维持了稳定的运行。本申请提供了用于控制火焰加热器的运行的方法，其为该加热器提供了安全运行同时降低了NO_x排放并避免了熄灭的状况。该方法包括：提供具有用于控制设定体积比的燃料和稀释剂的物流到该燃烧设备的火焰的流动系统，提供火焰稳定性传感器以产生直接或间接表征与火焰稳定性相关的一个或多个火焰的测量值，根据(i)来自至少一个火焰稳定性传感器的至少一个测量值的阈值和(ii)由至少一个流量传感器对该流动系统中燃料源和稀释剂源各自测得的燃料∶稀释剂的阈值体积比中的至少一个的限制来控制测得的进料给该燃烧设备的燃料∶稀释剂的体积比。

在一个特别的实施方案中，该稀释剂选自氮气、蒸汽(例如过热蒸汽)、循环的燃烧气、二氧化碳或其它惰性流体(例如氦气或氩气)中的一种或多种。在优选实施方案中，该稀释剂包括过热蒸汽和/或循环的燃烧气。在另一实施方案中，基于使用至少一个火焰稳定性传感器(即激光光学传感器、压力传感器、机器视觉传感器系统等)的实时控制限制来调节进料给该燃烧设备的稀释剂和/或燃料的量。依照本发明的一个方面，该火焰传感器是声学传感器。优选地，该声学传感器是压力传感器。该压力传感器优选是压差传感器。依照本发明的另一方面，该火焰稳定性传感器是机器视觉传感器系统。该机器视觉传感器系统优选包括至少一个摄影机。依照本发明的另一方面，该火焰传感器是激光光学传感器。该激光光学传感器可以是波长调制的可调谐二极管激光器(TDL)传感器系统，其经调谐以监控一个或多个预设波长(例如相当于离散的H₂O吸收特征的约1.4μm)。

本申请的另一方面提供了燃烧系统，其包括：燃烧设备、燃料源、稀释剂源、与该燃料源和该稀释剂源连通以将设定体积比的燃料和稀释剂的物流提供给该燃烧设备的火焰的流动系统，用于产生随火焰稳定性、火焰不稳定性和/或贫油熄火(LBO)趋势的直接或间接表征该火焰的测量值的火焰稳定性传感器，以及用于由一个或多个火焰稳定性传感器得到的一个或多个火焰稳定性阈值和/或由至少一个流量传感器对该流动系统中的燃料源和稀释剂源各自得到的燃料∶稀释剂阈值体积比的限制来控制该燃料∶稀释剂设定的体积比的至少一个控制器。该燃烧系统控制该火焰加热器的运行为安全运行同时降低NO_x排放。

附图说明

图1提出了关于能够用于本申请的方法和系统中的波长多路复用的波长调制TDL传感器的信息。

图2提供了显示多种火焰稳定性传感器类型的不同优选分接头(tap)位置的燃烧设备的非限制性实施例。

图3显示了随着进料给火焰的稀释剂二氧化碳量的提高，燃烧设备的CO和NO_x排放的结果。