[发明专利]监测由热过程产生的烟道气的组成的方法

说明书

本发明涉及一种监测由热过程产生的烟道气的组成的方法。该方法特别适用于监测燃烧含氯燃料的蒸汽锅炉的运行，但也可以用于与热解、气化相关的过程和其它这样的过程。

当生物物质或垃圾衍生燃料在运行在高蒸汽值(压力超过80巴；温度超过500℃)的蒸汽锅炉中原样或混合燃烧时，在锅炉的过热器区域经常发生各种程度的污染和腐蚀问题。在大多数情况下，发现原因在于燃料的氯和碱金属含量高，另一方面，在于诸如硫和一些矿物质如高岭土之类的抗腐蚀成分的含量低。

含氯燃料包括，生物燃料，如木屑、树皮、锯末、泥炭、秸秆、农业废弃物和黑液，以及垃圾衍生燃料，如分类或未分类的社区垃圾，建筑废料，工业废料和各种污水污泥，等等。氯会与从燃料释放的钠和钾一起在烟道气中形成气态碱金属氯化物，而这些会凝结并在传热表面且特别是在过热器表面上形成沉积物。

随着烟道气逐渐变冷，蒸发的碱金属氯化物通过成核作用形成大量直径小于1微米的细小颗粒。已知细小颗粒影响健康。

已经做了减少由碱金属氯化物造成的有害影响的尝试，例如，通过混合不同燃料和通过向燃料流或燃烧室添加试剂以使碱金属氯化物的氯转化为氯化氢，氯化氢的氯不会变成沉积物。

FI 117631B提出向蒸汽锅炉的过热器区域提供含硫酸盐的化合物，它形成结合碱金属化合物的特殊试剂。投放多少的化学药品取决于燃料中所含的氯的量。由于燃料的组成实际上可能会有很大变化，为安全起见，往往会提供比实际所需更多的化学药品。

EP 1354167B1提出在燃烧区和过热器区域之间向烟道气流中添加含硫添加剂。化学药品的剂量基于燃料的氯含量或基于从该烟道气测得的气态碱金属氯化物的含量。

US 7229833B1已经提出一种基于分光光度法的用于测量来自过热器附近的烟道气的碱金属氯化物的浓度的方法。该解决方案是基于气相碱金属氯化物可以在高温下识别且可以通过基于紫外线的光谱分析来确定它们的事实。以烟道气中测得的碱金属氯化物的浓度为基础，控制燃料的燃烧，例如，通过向燃烧室提供降低碱金属氯化物含量的添加剂或通过改变燃料进料比例来控制。基于紫外线的测量的“视觉能力”是有限的，特别是对浓悬浮液和对高颗粒浓度。这适用于所有光学测量，也适用于红外技术。该方法不适合在低温下使用，因为它只能识别气相碱金属氯化物。

尽管碱金属氯化物在高温下的腐蚀作用众所周知，用已知的在线方法对其测量是昂贵而困难的。因此显然需要开发监测在热过程中产生的烟道气的碱金属氯化物含量的容易且有利的方法。

已经有大量关于燃烧室中的碱金属氯化物化学及其对传热表面的污染和腐蚀的影响的研究。一些研究也已测量并报道了烟道气中的细小颗粒的数量。但是，他们从未提出基于细小颗粒的数量的碱金属氯化物的测量构想。其原因可能是结果尚未完全明确，因为并非所有尺寸等级的碱金属氯化物的数量都与细小颗粒的数量相关。

本发明的目的是监测由热过程产生的烟道气中的碱金属氯化物浓度的一种简单而有利的方式。

根据本发明的方法的特征在于独立权利要求1的特征部分所呈现的特征。

本发明是基于对烟道气中一定尺寸的Na、K和Cl形式的颗粒的观察。通过在沿着烟道气的流动路径的至少一点测量属于一定尺寸等级的颗粒的数量，可能追踪碱金属氯化物的浓度并检测发生的任何浓度变化。选择这种颗粒尺寸等级作为测量的对象，其中已知该颗粒主要由碱金属氯化物组成。

纳米颗粒在烟道气中通过同质和异质成核作用而形成并且它们会通过团聚以及作为蒸气凝结到颗粒表面而长成甚至更大的颗粒。在研究中已经发现，烟道气中存在的最细小的颗粒，特别是属于1微米以下的尺寸等级的那些，主要由碱金属和氯组成。换句话说，最细小的颗粒主要包含已在燃烧室中蒸发的碱金属氯化物KCl和NaCl。这些是造成过热器表面在蒸汽的高温度和压力值下的氯腐蚀的成分。测量中发现，尺寸等级为0.03-0.26微米的颗粒的80-95％是碱金属氯化物，并且甚至在0.26-0.61微米的尺寸等级中，颗粒含有大量的碱金属氯化物，通常大约是其重量的30-60％。

属于一定尺寸等级的细小颗粒的数量明显与烟道气中存在的碱金属蒸气相关。因此，当测量烟道气的颗粒含量的装置记录到细小颗粒的数量变化时，可以得出的结论是，烟道气的碱金属氯化物含量变化了。这一变化可能是由于，例如，燃料品质的变化或提供的添加剂的作用。由于在采样时测量布置对各种变化特别敏感，从不同工厂获得的结果被认为未必能够相互比较，而是碱金属氯化物的测量必须对各个工厂分别校准。