CN111351065B - 一种通过氧循环燃烧降低NOx排放的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通过氧循环燃烧降低NOx排放的方法，通过精准控制燃烧器中的烟气循环量和氧气加入量，进而调整燃烧器中NOx排放浓度及排放量。本发明无需对现有设备进行大幅的改造，与传统的更换燃烧器降低NOx的方案相比，优点是NOx的降低过程是可以无极可调的，一方面可以保证燃烧过程的稳定性，一方面可以准确到控制1mgNOx降低所需要的成本，同时还能提高一定的生产效率，还可以调节氧燃烧比率，对季节性、周期性生产的企业提供周期性额外产能。
Description
技术领域
本发明属于空气助燃技术领域，具体涉及一种通过氧循环燃烧降低NOx排放浓度的装置及方法。
背景技术
在目前空气助燃的燃烧技术中，由于对燃烧温度及气体浓度缺少有效控制，燃烧烟气中的NOx浓度超出了国家应许排放浓度，对于现有再加热纯氧燃烧技术或低氮燃烧的技术，实现NOx排放达标，都需要更换烧枪，整体过程投资较高，整改周期长；而采用尾气处理技术，需要消耗化学品，并会产生二次污染物，并且运行成本较高。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的通过氧循环燃烧降低NOx排放解决了现有的燃烧器燃烧降低NOx的过程中，需要更换燃烧枪、需要消耗处理化学品产生二次污染物的问题。
本发明提供的一种通过氧循环燃烧降低NOx排放的方法，包括以下步骤：
S1、根据CO2红外在线分析仪获取的浓度数据，并确定当前实际烟气循环量；
S2、基于当前实际烟气循环量，均匀开启变频循环烟气风机，使烟气从烟气换热器出口抽取进行循环；
S3、开启氧气注入，通过助燃风机使氧气、空气和循环烟气形成的助燃气体进入燃烧器；
S4、在助燃气体进入燃烧器的过程中，通过氧气含量在线分析仪获取含氧量的数据监测结果，调整氧气加入量；
S5、当助燃气体的含氧量降低到极限助燃气体含氧量时，开启氧气调节系统，将进入燃烧器中的助燃气体的含氧量提升0.5%，并均匀关闭助燃风机；
S6、重复步骤S3~S5，逐步向燃烧器中投入氧气，使助燃气体中的氧浓度不变，进而降低NOx排放；
步骤S1具体为：
S11、对CO2红外在线分析仪获取的浓度数据进行分析，计算氧燃比；
S12、根据实测到的窑炉出口烟气中的CO2含量及氧燃比，计算当前实际烟气循环量；
所述步骤S2中，在开启变频烟气风机进行烟气循环时，将烟气循环量稳定在16%~18%，并将温度控制在150~200度。
进一步地，所述步骤S11中，分析的数据包括烟气出窑炉烟气中CO2浓度、换热器出口烟气中CO2浓度、换热器出口烟气中CH4浓度、换热器出口烟气中CO浓度、烟气稀释冷风流量和烟气稀释冷风温度。
进一步地，所述步骤S12具体为：
A1、确定没有烟气循环过程中的CO2浓度；
A2、基于没有烟气循环过程中的CO2浓度和氧燃比，确定烟气循环后的当前实际烟气循环量。
进一步地，所述步骤S4中，调整氧气加入量的方法为：
根据燃烧器中绝热火焰温度与NOx生成关系建立NOx生成曲线，并根据实测的NOx生成结果基于matlab BP模型对氧气加入量修正，实现氧气加入量的调整。
进一步地，所述步骤S4中，氧气加入量为0.21g。
本发明的有益效果为：
（1）本发明方法无需对现有设备进行大幅的改造，与传统的更换燃烧器降低NOx的方案相比，优点是NOx的降低过程是可以无极可调的，一方面可以保证燃烧过程的稳定性，一方面可以准确到控制1mgNOx降低所需要的成本，同时还能提高一定的生产效率，还可以调节氧燃烧比率，对季节性、周期性生产的企业提供周期性额外产能；
（2）在不更改燃烧设备的前提下，提高燃烧温度均匀性，使燃烧过程准确受控，相对于传统工艺，实现了从温度控制、效率控制、烟气中NOx浓度控制；
（3）可以对大型或小型的加热炉都可以采用再加热炉加氧循环燃烧降低尾气中NOx排放浓度的技术进行改造；众所周知，燃烧设备越大或者越小要实现降低烟气中NOx浓度会越难，但是再加热炉加氧循环燃烧降低尾气中NOx排放浓度的技术，对于大型燃烧设备、小型燃烧设备都可以在较低的改造成本及较短的改造周期内实现，现在降低NOx浓度的同时，实现排放量的同步降低；
（4）再加热炉加氧循环燃烧降低尾气中NOx排放浓度的技术，可以实现较低的改造成本实现NOx排放降低，并可以通过控制加氧量，实现不同的控制参数，可以满足不同阶段的排放要求。
附图说明
图1为本发明提供的通过氧循环燃烧降低NOx排放的方法流程图。
图2为本发明提供的氧循环燃烧示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，一种通过氧循环燃烧降低NOx排放的方法，包括以下步骤：
S1、根据CO2红外在线分析仪获取的浓度数据，并确定当前实际烟气循环量；
S2、基于当前实际烟气循环量，均匀开启变频循环烟气风机，使烟气从烟气换热器出口抽取进行循环；
S3、开启氧气注入，通过助燃风机使氧气、空气和循环烟气形成的助燃气体进入燃烧器；
S4、在助燃气体进入燃烧器的过程中，根据氧气含量在线分析仪的数据监测结果，调整氧气加入量；
S5、当助燃气体的含氧量降低到极限助燃气体含氧量时，开启氧气调节系统，将进入燃烧器中的助燃气体的含氧量提升0.5%，并均匀关闭助燃风机；
S6、重复步骤S3~S5，逐步向燃烧器中投入氧气，使助燃气体中的氧浓度不变，进而降低NOx排放。
上述步骤S1具体为：
S11、对CO2红外在线分析仪获取的浓度数据进行分析，计算氧燃比；
S12、根据实测到的窑炉出口烟气中的CO2含量及氧燃比，计算当前实际烟气循环量。
根据如图2所示的氧循环燃烧示意图，步骤S11中，分析的数据包括烟气出窑炉烟气中CO2浓度、换热器出口烟气中CO2浓度、换热器出口烟气中CH4浓度、换热器出口烟气中CO浓度、烟气稀释冷风流量和烟气稀释冷风温度。由于CO2只能由天然气中的CH4产生以及循环烟气带入，所以测量CO2浓度可以测量出烟气的循环率，但是由于O2+CH4=CO2+2H2O的转换率受到了空燃比、燃烧器燃烧效果的影响，会存在CH4没有进行全部转换的情况，所以需要从安全角度对烟气中的CH4浓度进行检测对于烟气中的CO浓度进行检测，计算出燃烧其他转换率对CO2生成量的影响比率。在混入循环烟气后，循环烟气的主要成分如下：
A=燃烧残余O2含量 (Nm3/H)
B=燃烧后H2O含量(Nm3/H)
C=燃烧后CH4含量(Nm3/H)
D=燃烧后CO2含量(Nm3/H)
E=燃烧后N2含量(Nm3/H)
F=烟气循环率%
因此，根据燃烧后的CO2浓度计算氧燃比，氧燃比的计算公式为：
基于上述理论公式和实测窑炉出口烟气中CO2含量，上述步骤S12具体为：
A1、确定没有烟气循环过程中的CO2浓度；
其中，没有烟气循环过程中的CO2浓度的计算公式为：
(0.105*A* CO2)/(0.79*A*N2+0.21*A*H2O+0.105*A*E)
式中，A为原始助燃空气流量；
A2、基于没有烟气循环过程中的CO2浓度和氧燃比，确定烟气循环后的当前实际烟气循环量；
当前实际烟气循环量的计算公式为：
J=(0.10*H* CO2+G*I)/(0.79*H*N2+0.21*H*H2O+0.105*H* CO2）
式中，J为当前实际烟气循环量；
H为原始助燃空气流量；
G为循环烟气时的循环烟气流量；
I为烟气循环后，实测的循环烟气中CO2的浓度。
上述步骤S2中，在变频循环烟气风机开启的过程中，将循环烟气风机设置为基础开度，以避免开风机进行共振区；在开启变频烟气风机进行烟气循环时，将烟气循环量稳定在16%~18%，并将温度控制在150~200度。具体地，从1%开始逐步增加循环量，逐步加入氧气保持燃烧器始终保持在极限助燃气体含氧量下，具体烟气循环量数据根据燃烧器的实际火焰情况进行计算，对于常规燃烧器助燃气体氧气含量在18~19%依然可以保持正常火焰工作状态，但是对于特殊设计燃烧器可以在较低的助燃气体氧气含量下正常工作，首先捕捉燃烧器的极限助燃气体含氧量，从而设置系统可以正常运行的含氧量，保证系统的安全和稳定性。
根据目前研究发现，NOx主要是受到温度影响，由于火焰无法监测所以采用fluent进行不同的助燃气体成分下的火焰温度模拟，主要是考虑到燃烧过程中在高温段需要高温热辐射，所以温度参数非常关键，燃烧器的NOX曲线受多种因素影响，以真实燃烧器为基础物理模型进行参数修正实验从而获得循环量与NOX下降的曲线。根据燃烧软件控制燃烧器内的物料配比，保证燃烧稳定性，通过燃烧模型，控制NOX和火焰温度。因此，上述步骤S4中，调整氧气加入量的方法为：
根据燃烧器中绝热火焰温度与NOx生成关系建立NOx生成曲线，并根据实测的NOx生成结果基于matlab BP模型对氧气加入量修正，实现氧气加入量的调整。
基于步骤S1中计算出的当前实际烟气循环量，可以得到当前的氧气加入需求量和空气调整量，其中空气减少量为0.79G，氧气加入量为0.21G，保持助燃气体流量不变，其中的氧气氧气浓度不变。
本发明的有益效果为：
（1）本发明方法无需对现有设备进行大幅的改造，与传统的更换燃烧器降低NOx的方案相比，优点是NOx的降低过程是可以无极可调的，一方面可以保证燃烧过程的稳定性，一方面可以准确到控制1mgNOx降低所需要的成本，同时还能提高一定的生产效率，还可以调节氧燃烧比率，对季节性、周期性生产的企业提供周期性额外产能；
（2）在不更改燃烧设备的前提下，提高燃烧温度均匀性，使燃烧过程准确受控，相对于传统工艺，实现了从温度控制、效率控制、烟气中NOx浓度控制；
（3）可以对大型或小型的加热炉都可以采用再加热炉加氧循环燃烧降低尾气中NOx排放浓度的技术进行改造；众所周知，燃烧设备越大或者越小要实现降低烟气中NOx浓度会越难，但是再加热炉加氧循环燃烧降低尾气中NOx排放浓度的技术，对于大型燃烧设备、小型燃烧设备都可以在较低的改造成本及较短的改造周期内实现，现在降低NOx浓度的同时，实现排放量的同步降低；
（4）再加热炉加氧循环燃烧降低尾气中NOx排放浓度的技术，可以实现较低的改造成本实现NOx排放降低，并可以通过控制加氧量，实现不同的控制参数，可以满足不同阶段的排放要求。
Claims (5)
1.一种通过氧循环燃烧降低NOx排放的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据CO2红外在线分析仪获取的浓度数据，并确定当前实际烟气循环量；
S2、基于当前实际烟气循环量，均匀开启变频循环烟气风机，使烟气从烟气换热器出口抽取进行循环；
S3、开启氧气注入，通过助燃风机使氧气、空气和循环烟气形成的助燃气体进入燃烧器；
S4、在助燃气体进入燃烧器的过程中，通过氧气含量在线分析仪获取含氧量的数据监测结果，调整氧气加入量；
S5、当助燃气体的含氧量降低到极限助燃气体含氧量时，开启氧气调节系统，将进入燃烧器中的助燃气体的含氧量提升0.5％，并均匀关闭助燃风机；
S6、重复步骤S3～S5，逐步向燃烧器中投入氧气，使助燃气体中的氧浓度不变，进而降低NOx排放；
步骤S1具体为：
S11、对CO2红外在线分析仪获取的浓度数据进行分析，计算氧燃比；
S12、根据实测到的窑炉出口烟气中的CO2含量及氧燃比，计算当前实际烟气循环量；
所述步骤S2中，在开启变频烟气风机进行烟气循环时，将烟气循环量稳定在16％～18％，并将温度控制在150～200度。
2.根据权利要求1所述的通过氧循环燃烧降低NOx排放的方法，其特征在于，所述步骤S11中，分析的数据包括烟气出窑炉烟气中CO2浓度、换热器出口烟气中CO2浓度、换热器出口烟气中CH4浓度、换热器出口烟气中CO浓度、烟气稀释冷风流量和烟气稀释冷风温度。
3.根据权利要求1所述的通过氧循环燃烧降低NOx排放的方法，其特征在于，所述步骤S12具体为：
A1、确定没有烟气循环过程中的CO2浓度；
A2、基于没有烟气循环过程中的CO2浓度和氧燃比，确定烟气循环后的当前实际烟气循环量。
4.根据权利要求1所述的通过氧循环燃烧降低NOx排放的方法，其特征在于，所述步骤S4中，调整氧气加入量的方法为：
根据燃烧器中绝热火焰温度与NOx生成关系建立NOx生成曲线，并根据实测的NOx生成结果基于matlab BP模型对氧气加入量修正，实现氧气加入量的调整。
5.根据权利要求4所述的通过氧循环燃烧降低NOx排放的方法，其特征在于，所述步骤S4中，氧气加入量为0.21g。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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