[发明专利]确定废气流、尤其是控制设备和蓄热式加热工业锅炉中的一氧化碳含量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及根据权利要求1在蓄热式加热(regenerativ befeuert)的工业锅炉的、尤其是玻璃熔化炉的废气流中确定一氧化碳含量的方法。本发明还涉及到控制设备和蓄热式加热的工业锅炉。

背景技术

工业锅炉基本上并不局限于玻璃制造上的应用。前述类型的工业锅炉例如还能够使用于金属制造或相似的制造中。然而前述类型的可恢复的工业锅炉证实尤其适合在玻璃制造中用于溶化玻璃。能够通过将上炉腔作为受控系统来实现例如对可恢复玻璃溶化锅炉的控制。通过燃料量和/或燃烧空气进量，例如通过设置燃料量和空气量的比例来调节上炉温度。为此能够使用一个或多个温度探头和一个或多个λ探头的测量值。例如用于前述可恢复玻璃熔化炉的玻璃熔窑，出于尽可能较高的能量效率的利益考虑来实现向工业锅炉的上炉腔和/或燃烧室中加入氧气；为此在大多数情况下带有较低的空气过量。λ探头相应的λ值例如介于1.03和1.07之间。有规律的在这一范围中固定用于驱动玻璃熔化炉而对于所给燃料量来说依化学计量式的最小氧气需求量。有燃料分析得到依据化学计量式的空气需求量。玻璃熔化炉或相似工业锅炉的驱动器能够固定对于其的驱动而言小幅的空气过量，这是锅炉特性，从而为了实现刚好的完全燃烧并将一氧化碳含量保持得尽可能的低。空气过量越少，就有越少的过量空气必须通过燃烧系统额外的加热到废气的温度。

另一方面展现了，空气过量变少时表现出快速变大的一氧化碳浓度。一氧化碳在工业锅炉加热时为空气过量的自身能量的有益下降形成边界条件。一氧化碳浓度的上升就其方面而言由于联系在一氧化碳中的化学能而引起能量上的浪费。然而通过废气中的一氧化碳含量，尤其是在通过化学平衡所引起的明显过量的一氧化碳浓度，比能量浪费更有争议的则是工业锅炉耐火 材料的危害，尤其是对玻璃熔窑的耐火材料。依据化学计量式的CO浓度应该始终为零，但在实际中却从未达到。就这方面而言每个CO浓度是与化学计量式的状态的偏离，通过化学水气平衡的漏洞所引起，并且在更差的情况中通过锅炉中的不完全燃烧所引起。这表明，一氧化碳持续的对耐火材料的结构具有负面影响，并且能够使得工业锅炉的寿命大幅缩短。这尤其适用于三位ppm范围中剧烈提高的一氧化碳值。

在可恢复加热工业锅炉的废气流中确定一氧化碳含量在此证实为对工业锅炉的持续运行是重要的步骤。理论上确定一氧化碳含量的可能性在于，确定氧含量，尤其是作为氧气残余浓度，以及确定对此的一氧化碳含量，尤其是作为所述的一氧化碳浓度。例如在DE4323879A1中阐述的在工业锅炉的燃烧室后的废气流中以氧化锆λ探头的测量结果。

原则上已知第一计算规则用于确实废气中的氧含量，并且已知第二计算规则用于确定废气中的一氧化碳含量，例如根据会议出版物中等人在德国纽伦堡探测器95的出版物第845-848页(ACS1995)——以及在第81届氧离子的导电性固体电解质的通信系统及其可能的应用和第80届固态相中的通信系统39-40(1994，第229-272页)。

基本上在下面描述了氧化锆探头：Zirox传感器与电子设备有限公司信息页1995“燃烧过程的优化引导时使用电势测定的ZrO₂固体电解质传感器的基础”。

前述计算规则的基础是借助以能斯特方程为基础的计算规则的氧气浓度计算—在此公式为In(O₂%)=3.0417–46.4188*U/(T+273)—这是在使用了氧化锆探头的电池电压U(mV)和温度T(℃)的情况下。借助基于水气平衡公式的第二计算规则能够为同一电池电压确定一氧化碳与二氧化碳的比例(CO/CO₂)；即一氧化碳含量。在此得到燃烧计算的计算规则，尤其是在了解燃料的化学组分的时候，从而总体能够计算一氧化碳含量。前述计算规则—能斯特方程和/或水气方程—在上述DE4323879A1的指示下尤其对于气体混合物的化学平衡是富有意义的。

至今认为，基于化学平衡能够描述蓄热式加热的工业锅炉的废气中气体含量。然而一方面更精确的分析指出，尤其是在交替点火时或者燃烧气体在第一周期时间中从左再生器并在第二周期时间中从右再生器交替恢复引入时，废气流表明是完全时间标度的，这使得不必有所依据的呈现废气量的化 学平衡。这样，点火虽然变化为通常在数十分钟相对较长的标度上，但是从左再生器到右再生器的气流通过持续仅仅达一分钟。这在可能情况下并不足以设定化学平衡。