CN101545630B - 一种控制烟气含氧量燃煤锅炉 - Google Patents

Abstract

一种控制烟气含氧量燃煤锅炉，包括带炉排与炉膛的炉体，炉排下部设置有炉底风室，炉膛烟气通过文丘里通道与除尘器后经引风机从烟囱排出，在炉膛与文丘里通道之间设置有含氧量分析传感器，它连接一含氧量PLC，引风机与烟囱之间设置有带循环风机的烟气回管，它另一端分别连接带上层风机的上层烟气回管与风室烟气回管，上层烟气回管设置有上层风控制阀并由含氧量PLC控制，又与炉膛连通，风室烟气回管设有风室控制阀由风室温度PLC控制，循环风机、上层风机均由交流变频调速电动机驱动，并分别由风室温度PLC与含氧量PLC控制；本发明优点是可以在较低的过剩空气下运行并且运行时炉膛温度较低，从而可显著提高锅炉效益又降低NO_X排放对环境的污染；其次是可采用更广泛的低灰熔点煤种以扩大锅炉使用范围与延长燃煤锅炉使用寿命。

Description

一种控制烟气含氧量燃煤锅炉

技术领域

本发明涉及一种燃煤锅炉领域，具体指一种控制烟气含氧量燃煤锅炉；它特别适用于改造现有机械式燃煤锅炉以提高锅炉效率和增加出力，同时减少烟生与NO_X排放。 

背景技术

现有的机械式燃煤锅炉的结构包括炉体及该炉体中相配置的受热管道系统，该炉体下部设置有炉排，该炉排上部设置有炉膛；该炉排下侧设置有带鼓风机的炉底燃烧室。所述炉膛的燃烧烟气通过所述受热管道系统进入一除尘器，然后通过烟囱向外排出。此外，所述炉膛前后各设置有炉拱，该炉拱通常还设置有二次风装置，该二次风装置用于搅拌炉膛中燃烧的烟气，延长该燃烧烟气在所述炉膛中的燃烧时间，用以促使燃料的充分燃烧，以提高所述锅炉的效率。 

众所周知，现有的机械式燃煤锅炉的燃烧过剩空气量大，NO_X排放也多。 

炉膛燃烧过程中产生NO_X源头其一是来自大气中的氮与氧合成，这一反应过程在高温与高氧浓度下较快，其二是来自燃料中氮与氧的转换，这一反应也是在高温与高氧浓度下较快；因此降低燃烧过程的炉膛峰值温度和保持较低的氧含量是减缓NO_X的生成的重要手段；即实现在较低过剩空气量下运行是减少现有机械式燃煤锅炉的NO_X排放的主要途径。 

然而，现有的机械式燃煤锅炉的缺点是在运行时难以控制所述炉膛中的过剩空气量，从而导致NO_X的过量排放造成对周围环境的污染。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的状况，提供一种既可提高锅炉运行效果又可降低烟尘与NO_X排放的控制烟气含氧量燃煤锅炉。 

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种控制烟气含氧量燃煤锅炉，包括一带炉膛的炉体，该炉膛中配置有多个受热管道组成的受热面，所述炉膛下部设置有炉排，该炉排下部设置有炉底风室，所述炉膛中烟气通过所述受热面进入一带前置的文丘里通道的除尘器，该除尘器后端通过引风机将所述炉膛中烟气经过烟囱向外排出，其特征在于：

a.所述炉膛与所述文丘里通道之间设置有含氧量分析传感器，该含氧量分析传感器连接一含氧量PLC； 

b.所述引风机与所述烟囱之间设置有带循环风机的烟气回管，该烟气回管的另一端分别连接带上层风机的上层烟气回管与风室烟气回管；该上层烟气回管与所述炉膛上层相连通，该风室烟气回管与所述炉底风室相连通； 

c.所述上层烟气回管设置有多个上层风控制阀，所述风室烟气回管设置有多个风室控制阀，所述上层风控制阀由所述含氧量PLC控制连接；所述风室控制阀接一风室温度PLC； 

d.所述循环风机由第一级交流变频调速电动机驱动，该第一级交流变频调速电动机由所述风室温度PLC控制连接；所述上层风机由上层风交流变频调速电动机驱动，该上层风交流变频调速电动机与所述含氧量PLC控制连接。 

本发明由于采用烟气含氧量分析传感器，可分析炉膛中燃烧后排出的烟气的含氧量信息，并由所述含氧量PLC智能调控后又通过烟气回管进入炉膛，构成炉膛的上层风，从而可以改善进入炉膛煤层上方的新鲜空气量，并可在较低的过剩空气下运行；因而可实现较高的热效率和较低的NO_X排放；又因为在较低的过剩空气下运行，使锅炉烟气流速降低，又使原有锅炉烟气携带的灰粒减少。 

所述烟气回管、所述上层烟气回管以及所述风室烟气回管可以分别沿所述炉体两侧对称布置。其有益效果是保持炉体内较均衡的充分燃烧环境。 

所述上层烟气回管通过多个带支管的喷嘴与所述炉膛相连通；该喷嘴布置于所述受热管道之间，该喷嘴前端设置有所述上层风控制阀，该上层风控制阀与所述含氧量PLC控制连接。其作用是实现炉膛中燃烧工况以含氧量为参数的控制系统；通过含氧量PLC变量输入程序，再由含氧量PLC控制锅炉负荷与上层风控制阀的开启大小以实现最佳的燃烧工况。 

所述喷嘴的喷射角可以设置为与所述炉排的上平面相平行；所述喷嘴的喷射角也可以设置为与所述炉排的上平面成夹角。喷嘴的喷射角设置方式是根据炉膛的最佳燃烧工况而定。 

所述风室烟气回管中的烟气与所述炉底风室的预热空气混合后进入所述炉膛，该炉底风室预热空气与所述风室烟气回管交界处设置有混合气体温度传感器，该混合气体温度传感器与所述风室温度PLC控制连接。其作用是实现以温度为基准的控制系统。混合气体温度传感器根据它的温度变量输入PLC程序，反复控制与调节风室控制阀，从而实现锅炉燃烧烟气的最佳含氧量与炉膛温度的燃烧工况。 

所述上层风机前侧可以设置有所述上层风控制阀与空气阀。以适应不同锅炉工况与燃料品种的需求。 

所述烟气回管可设置有烟气温度传感器，所述炉底风室前部设置有所述预热空气的温度传感器，该预热空气温度传感器、所述烟气温度传感器与所述风室温度PLC控制连接。其作用是进一步实现以温度为基准的控制系统。该炉底风室中预热空气温度传感器、烟气温度传感器以及混合气体温度传感器的温度信息传送给风室温度PLC，又根据以上综合温度信息控制反馈与调节给风室温度的执行机构——所述风室控制阀与所述循环风机的第一级交流变频调速电动机，然后将最佳的交流变频调速电动机传动的循环风机流量输入炉膛中。 

所述循环风机的前后各设置有烟气回管阀，该烟气回管阀与所述风室温度PLC控制连接。这有利于对烟气流量的前期调节。 

所述烟气回管阀、所述上层风控制阀、所述风室控制阀也可以采用人工操作控制。作用是进入炉膛的所述烟气回管的调节既可自动控制模式，也可选用人工操作；以实现运行方式的多样性。 

本发明由于采用接入炉膛的烟气回管系统与含氧量分析传感器及其以温度为基准的控制系统，与现有技术相比，其优点是可以在较低的过剩空气下运行、并且运行时炉膛温度较低，从而显著提高了锅炉效益，又降低了NO_X排放对环境的污染；其二是降低了炉膛与炉排温度，有利于防止炉排烧结与延长设备使用寿命；其三是允许使用更广泛的低灰熔点煤种，从而扩大了锅炉使用范围，以及拓宽了锅炉使用的灵活性与运行方式的多样性。 

附图说明

图1为本发明结构示意图； 

图2为图1的A-A剖面图；其中示出本发明的上层烟气回管喷嘴在炉膛中的布置方式； 

图3为图1的B-B剖面图；其中示出本发明含氧量分析传感器的安装位置； 

图4为图1的C-C剖面图；其中示出本发明预热空气温度传感器、混合气体温度传感器的安装方式； 

图5为本发明运行的逻辑框图； 

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。 

本发明的目的是用于改善燃煤锅炉的燃烧过程，以提高锅炉效率和增加出力；同时减少烟尘与NO_X排放；即既可改善锅炉运行效果又可降低对环境空气的污染。 

图1至图5示出本发明的一个实施方式，它包括带炉膛3的炉体1，该炉膛中配置有多个受热管道组成的受热面11，炉膛下部设置有炉排2，该炉排下侧设置有带鼓风机的炉底风室21；炉膛中的烟气通过受热面进入带前置的文丘里通道12的除尘器7，该除尘器后端通过引风机8将炉膛中烟气经过烟囱9向外排出；如图1所示。 

在炉膛3与文丘里通道12之间设置有氧量分析传感器5，该氧量分析传感器5连接一含氧量PLC(含氧量可编程序控制器)61；氧量分析传感器用于分析炉膛中烟气的含氧量，并将含氧量信息即时传送至含氧量PLC；如图1、3、5所示。本发明氧量分析传感器采用MK-系列智能氧化锆氧含量分析仪。 

除尘器7与烟囱9之间设置有带循环风机10的烟气回管13，该烟气回管的另一端分别连接带上层风机17的上层烟气回管131与风室烟气回管132；该上层烟气回管与炉膛3上层相连通，构成炉膛的上层风；如图1、2所示。 

该风室烟气回管132与炉底风室21相连通。 

上层烟气回管131设置有多个上层风控制阀141，该上层风控制阀141由含氧量PLC控制连接。风室烟气回管132设置有多个风室控制阀142，该风室控制阀142连接一风室温度PLC(风室温度可编程序控制器)62。 

循环风机10由第一级交流变频调速电动机驱动，该第一级交流变频调速电动机与风室温度PLC连接控制；上层风机17由上层风交流变频调速电动机驱动，该上层风交流变频调速电动机由含氧量PLC控制连接。 

烟气回管13、上层风机17与上层烟气回管131、风室烟气回管132分别沿炉体1两侧对称布置。 

上层烟气回管131通过多个带支管的喷嘴15与炉膛3相连通；该喷嘴布置于所述受热管道之间，该喷嘴前端设置有上层风控制阀141，该上层风控制阀与含氧量PLC61控制连接。 

该上层风控制阀141用于控制与调节由烟气回管提供的上层风流量，该上层风控制阀141是作为上层风流量控制与调节的执行机构接受来自锅炉控制室的含氧量PLC的控制信号。来自氧量分析传感器的含氧量信息即时传送至含氧量PLC并经分析运算后反馈控制上层风控制阀141的阀门开启大小；如图1、5所示。 

本发明烟气流量自动控制与调节系统又是基于一个以温度为基准的控制原理。该温度包括运行中炉底风室预热空气温度(通过预热空气温度传感器)、循环风机处的烟气温度(通过烟气温度传感器)以及炉底风室内的混合气体温度(通过混合气体温度传感器)；根据以上温度变量输入程序经含氧量PLC与风室温度PLC控制并反馈锅炉负荷与 阀的开启大小，以实现最佳的燃烧工况。 

烟气回管中的循环烟气通常还可以冷却由于需要较大过量空气引起炽热的炉膛温度；同时还可以协调燃烧需要的来自风室的鼓风机的送风量。 

由于烟气比热较空气大，所以它可从炉膛3中带走较多热量，可显著降低炉膛燃烧温度峰值；又炉膛的冷却与燃烧所需的空气量无关，因此，本发明可以在较低的过剩空气下运行。此外，过剩空气量下降使锅炉烟气流速降低，从而使锅炉烟气携带的灰粒减少。 

降低过剩空气量可直接导致节省燃料。减少过剩空气也即减少排出烟囱的烟气，另一方面加入炉内空气的风量也少了，两者均起到了节省燃料的效果。本发明显著改善了燃煤锅炉的燃烧过程，其效果是降低了烟囱排出的烟气黑度与烟尘含量，其中NO_X排放可以减少百分之五十左右。 

抽取烟气回管的循环风机10是由第一级流变频调速电动机驱动，通过第一级交流变频调速电动机调节循环风机10的出力，即调节烟气回管的烟气量；该第一级交流变频调速电动机与风室温度PLC控制连接。 

烟气回管13、上层风机17、上层烟气回管131风室烟气回管132分别沿炉体1两侧对称布置。 

上层烟气回管131通过多个带支管的喷嘴15与炉膛3相连通；该喷嘴布置于受热管道之间，将烟气喷入炉膛3中。该喷嘴前端设置有上层风控制阀141，该上层风控制阀与含氧量PLC61控制连接。 

喷嘴15可以设置与炉排2的上平面相平行；也可以设置与炉排2的上平面成夹角；喷嘴设置方式是根据炉膛最佳燃烧工况需求而定。 

风室烟气回管132中的烟气与炉底风室21的预热空气混合后进入炉膛3，该炉底风室的预热空气与风室烟气回管132交界处设置有混合气体温度传感器16，该混合气体温度传感器由风室温度PLC62控制连接。 

上层风机17前侧设置有上层风控制阀141与空气阀18；如图1、5所示。 

述炉底风室21前部设置有预热空气的温度传感器19，该预热空气温度传感器与风室温度PLC62控制连接。 

循环风机10的前后各设置有烟气回管阀14，该烟气回管阀14与风室温度PLC62控制连接；如图1所示。 

烟气回管阀14、上层风控制阀141、风室控制阀142也可以采用人工操作控制。 

烟气回管132与原有的炉底风室21相连通；将烟气回管中的烟气在炉底风室中的燃烧空气混合进入炉膛。 

本发明所述的上层风是为了提高以烟气含氧量为基准的控制精度；即进一步调节控制进入炉膛的上层风的压力与流量参数。上层风机通过上层风交流变频调速电动机驱动，该上层风交流变频调速电动机由含氧量PLC控制连接。

对于某些锅炉运行，从所述烟气回管引入的上层风可以减少进入炉膛3煤层上方的新鲜空气量，起到稀释空气的同时并可保持一定的空气质量流量以及改善炉膛内充分混合所需的燃烧过程工况。 

本发明运行与控制过程是这样的(参见图5所示)： 

炉膛3的燃烧烟气流向氧量分析传感器5，该氧量分析传感器5经含氧量分析后提供含氧量信息给含氧量PLC(含氧量可编程序控制器)61；此时含氧量PLC61根据含氧量信息控制与调节上层风流量的执行机构——上层风控制阀141与上层风机17的交流变频调速电动机以增大或减少进入炉膛的烟气流量，实现将最佳上层风流量输入炉膛3以达到理想的烟气含氧量，这是以烟气含氧量为基准的控制过程；与此同时，所述预热空气温度传感器19、混合气体温度传感器16以及烟气温度传感器4的温度信息传送给风室温度PLC(风室温度可编程序控制器)62，该风室温度PLC62根据以上综合温度信息控制反馈与调节给风室温度的执行机构——风室控制阀142与循环风机10的交流变频调速电动机，以增大或减少进入炉膛的预热空气流量，实现将最佳预热空气流量输入炉膛3中，这是以烟气温度为基准的控制过程；本发明正是以上述烟气含氧量为基准与烟气温度为基准的两个控制过程来改善燃煤锅炉的燃烧过程，实现减少过剩空气、减少排出的烟气黑度、烟尘含量与NO_X排放。 

本发明的多个炉底风室中采用中间几个炉底风室的预热空气温度传感器信号为准，因为最前与最后炉底风室分别处于加煤区与煤渣区，通常为影响该区域的预热空气温度较大波动。 

混合气体温度传感器16根据它的温度变量输入风室温度PLC的程序控制，反复控制与调节风室控制阀142，从而实现锅炉燃烧的最佳燃烧工况。 

本发明的预热空气温度控制为120～130℃、烟气温度控制为50～70℃、混合气体温度控制为90～110℃左右，达到理想的燃煤锅炉的燃烧过程。 

烟气回管中的循环烟气通常还可以冷却由于需要较大过量空气引起炽热的炉膛温度；同时还可以协调燃烧需要的来自风室21的鼓风机的送风量。 

上层风控制阀141流量自动控制与调节系统是可以随时关闭的，使锅炉回到现有传统的机械式燃煤锅炉的结构状态下运行；因而拓宽了锅炉使用的灵活性。 

所述烟气回管的调节既可自动控制模式，也可选用人工操作；以实现运行方式的多样性。 

本发明的特征是机械式燃煤锅炉可以在较低的过剩空气下运行、并且运行时炉膛温度较低。从而构成一种较高热效率又较少NO_X排放的燃煤锅炉。 

本发明实施运行测试记录显示，现有的燃煤锅炉运行时炉膛烟气的含氧量在12～17％范围内波动；而将现有的燃煤锅炉改造为本发明的一种控制烟气含氧量燃煤锅炉的含氧量则显示在10％左右；这就意味着所述锅炉效益可以提高8～10％。 

本发明提高了锅炉效率同时，降低了NO_X排放对环境的污染；因此它特别适宜于改造现有的使用多年的陈旧燃煤锅炉。 

又本发明降低了烟气峰值、炉膛与炉排温度，因而它有利于防止炉排烧结并延缓设备使用寿命，而且还允许使用更广泛的低灰熔点煤种，从而扩大了锅炉使用范围。 

Claims (8)

1.一种控制烟气含氧量燃煤锅炉，包括一带炉膛(3)的炉体(1)，该炉膛(3)中配置有多个受热管道组成的受热面(11)，所述炉膛(3)下部设置有炉排(2)，该炉排(2)下部设置有炉底风室(21)，所述炉膛(3)中烟气通过所述受热面(11)进入一带前置的文丘里通道(12)的除尘器(7)，该除尘器(7)后端通过引风机(8)将所述炉膛中烟气经过烟囱(9)向外排出，其特征在于：

a.所述炉膛(3)与所述文丘里通道(12)之间设置有含氧量分析传感器(5)，该含氧量分析传感器(5)连接一含氧量PLC(61)；

b.所述引风机(8)与所述烟囱(9)之间设置有带循环风机(10)的烟气回管(13)，该烟气回管(13)的另一端分别连接带上层风机(17)的上层烟气回管(131)与风室烟气回管(132)；该上层烟气回管(131)与所述炉膛(3)上层相连通，该风室烟气回管(132)与所述炉底风室(21)相连通；

c.所述上层烟气回管(131)设置有多个上层风控制阀(141)，所述风室烟气回管(132)设置有多个风室控制阀(142)，所述上层风控制阀(141)由所述含氧量PLC(61)控制连接；所述风室控制阀(142)连接一风室温度PLC(62)；

d.所述循环风机(10)由第一级交流变频调速电动机驱动，该第一级交流变频调速电动机由所述风室温度PLC(62)控制连接；所述上层风机(17)由上层风交流变频调速电动机驱动，该上层风交流变频调速电动机与所述含氧量PLC(61)控制连接；

e.所述风室烟气回管(132)中的烟气与所述炉底风室(21)的燃烧空气混合后进入所述炉膛(3)，该炉底风室(21)燃烧空气与所述风室烟气回管(132)交界处设置有混合气体温度传感器(16)，该混合气体温度传感器(16)与所述风室温度PLC(62)控制连接；

f.所述烟气回管(13)设置有烟气温度传感器(4)，所述炉底风室(21)前部设置有预热空气温度传感器(19)，该预热空气温度传感器(19)、所述烟气温度传感器(4)与所述风室温度PLC(62)控制连接。

2.根据权利要求1所述的控制烟气含氧量燃煤锅炉，其特征在于：所述烟气回管(13)、所述上层烟气回管(131)以及所述风室烟气回管(132)分别沿所述炉体(1)两侧对称布置。

3.根据权利要求2所述的控制烟气含氧量燃煤锅炉，其特征在于：所述上层烟气回管(131)通过多个带支管的喷嘴(15)与所述炉膛(3)相连通；该喷嘴(15)布置于所述受热管道之间，该喷嘴(15)前端连接有所述上层风控制阀(141)，该上层风控制阀(141)与所述含氧量PLC(61)控制连接。 

4.根据权利要求3所述的控制烟气含氧量燃煤锅炉，其特征在于：所述喷嘴(15)的喷射角设置与所述炉排(2)的上平面相平行。

5.根据权利要求3所述的控制烟气含氧量燃煤锅炉，其特征在于：所述喷嘴(15)的喷射角设置与所述炉排(2)的上平面成夹角。

6.根据权利要求1所述的控制烟气含氧量燃煤锅炉，其特征在于：所述上层风机(17)前侧设置有所述上层风控制阀(141)与空气阀(18)。

7.根据权利要求1所述的控制烟气含氧量燃煤锅炉，其特征在于：所述循环风机(10)的前后各设置有烟气回管阀(14)，该烟气回管阀(14)与所述风室温度PLC(62)控制连接。

8.根据权利要求7所述的控制烟气含氧量燃煤锅炉，其特征在于：所述烟气回管阀(14)、所述上层风控制阀(141)、所述风室控制阀(142)采用人工操作控制。 

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