[发明专利]裂解炉燃烧器中过量空气的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在裂解炉燃烧器中控制过量空气的方法。

背景技术

通过热裂解(cracking)诸如石脑油等烃材料生产石蜡是化工过程工业(chemical process industry)最重要的过程之一。例如，据报道，ABB公司在得克萨斯州的Port Arthur建造了每年产能100万吨以上乙烯和丙烯的裂解工厂。裂解过程在“裂解炉”中进行。裂解炉通常由包含炉管和燃烧器(burner)的外罩(enclosure)组成。燃料燃烧产生的热量加热在炉管中流动的烃材料，烃材料热裂解产生乙烯、丙烯以及其他物质。

通常，裂解炉包括一个辐射段和一个对流段。燃烧器设置在辐射段，这样，置于辐射段内的炉管主要由与燃烧器相邻的炉壁散发出的辐射热加热。然后，从辐射段出来的燃烧气(combustion gas)被导入对流段，在这里，来自燃烧气的热量被回收用于加热放置于对流段的炉管。氧气传感器，例如氧化锆氧气传感器，通常放置在裂解炉辐射段和对流段之间以便于控制燃烧器中的空气/燃料比。裂解炉的总体效率主要是辐射室(firebox)中过量空气量以及裂解炉排出的废气的温度的函数。从效率角度看，控制裂解炉中的空气量是有益的。当燃烧器中的空气量降低到空气/燃料的计量比(stoichiometric ratio)以下时，从裂解炉中排出的一氧化碳和烟就会增加。另一方面，过多的过量空气会降低裂解炉的总体效率，并导致氮氧化物的过量排放。因此，精确控制裂解炉中过量空气量对于达到效率与控制排放之间的最优平衡非常必要。

传统裂解炉中的氧气传感器是一种“点测量装置”，即它只测量传感器所处位置处氧气的含量。这种测量不能代表裂解炉整体的氧气浓度。如果能够开发一种提供裂解炉内更具代表性的氧气含量的系统，这将是裂解炉控制技术的一个进步。此外，众所周知，传统的氧化锆氧气传感器易受诸如烃以及一氧化碳气体等因素干扰而影响氧气测量的准确度。如果能够开发一种对这些干扰更免疫的系统，这也将是裂解炉控制技术的一个进步。

Hanson等人在《Sensor for Advanced Combustion System(用于高级燃烧系统的传感器)》，Global Climate & Energy Project(全球气候和能源项目)，斯坦福大学，2004，的第II部分4.3章节总结了可调的近红外二极管激光器的发展以及用于测定燃煤式电站锅炉、垃圾焚化炉以及喷气发动机排出的燃烧气(combustion gas)中氧气、一氧化碳以及氮氧化物含量的吸收光谱法。Thompson等人在美国专利申请公开US2004/0191712A1中将这一系统用于钢铁工业的燃烧应用中。如果能够将可调的近红外二极管激光器以及用于燃烧气中氧气、一氧化碳以及氮氧化物测定的吸收光谱法应用于热裂解炉中，这将是一个技术进步。

发明内容

对于以上所述需要对热裂解炉排出的燃烧气进行更加可靠的以及代表性的分析的问题，本发明，至少在一定程度上，提供了一种解决方案。本发明将可调的近红外二极管激光器以及吸收光谱法应用于热裂解炉排出的燃烧气中诸如氧气、一氧化碳以及氮氧化物的测定。

更具体地，本发明是一种控制热裂解炉燃烧器中空气/燃料比的方法，包括：(a)引导从可调二极管激光器发出的近红外光的波长调制光束穿过燃烧器排出的燃烧气入射到近红外光探测器以产生探测器信号；(b)在选自氧气、一氧化碳以及氮氧化物的被分析物的特征波长处对探测器信号进行光谱吸收分析，以测定被分析物在燃烧气中的浓度；以及(c)根据步骤(b)中被分析物的浓度调整燃烧器中空气/燃料比(即炉中的过量空气)。

附图说明

图1是用于生产石蜡的典型的热裂解炉10的示意性侧视图；

图2是图1中热裂解炉10的示意性后视图；

图3是用于本发明的优选的可调二极管激光器光谱装置的详细视图；

图4是本发明所述系统采集的光谱，显示了在表征可调二极管激光器产生的近红外光的氧气吸光率(absorbance)的波长区域内吸光率的精细结构。

具体实施方式