CN101939589A - 具有闭路火焰温度控制的氧气燃料燃烧系统 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种用于氧气燃料燃烧过程的控制系统，其与锅炉或炉一同使用且动态地控制所述燃烧过程中所涉及的每一燃烧器的火焰温度以动态地最大化所述火焰温度。结合根据本发明的燃烧过程使用的锅炉或炉配置有辐射(即，视线)热带及对流热带。通过动态地最大化所述锅炉或炉内的各种燃烧器的火焰温度，优化辐射热传递。通过优化所述锅炉或炉内的辐射热传递，显著地改善所述锅炉或炉的效率。

Description

具有闭路火焰温度控制的氧气燃料燃烧系统
相关申请案交叉参考
本申请案请求对2008年9月11日提出申请的美国专利申请案第61/096,106号的优先权及权益，所述申请案以引用方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及一种氧气燃料(oxy-fuel)燃烧系统且更特定来说涉及用于矿物燃料的燃烧系统，其利用氧气进行燃烧且包括对火焰温度的闭路控制以最大化所述燃烧的辐射热传递，由此优化燃烧系统的效率，同时维持设计铝熔化或保持温度或蒸发或过程温度及内部材料温度。
背景技术
利用氧气代替空气进行燃烧的用于矿物燃料(即，以碳为主的燃料)的燃烧系统在此项技术中相对众所周知。此类系统的实例揭示于受让予本发明的相同受让人的国际专利申请公开案第WO 02/088400号及美国专利第6,398,547号中。此类燃烧系统已逐渐被称为氧气燃料燃烧系统且用于各种行业过程中，包括(举例来说)与发电过程有关的蒸汽的产生及铝的熔化。已开发这些以氧气燃料式燃烧系统来克服空气燃料式燃烧系统的各种缺点。
举例来说，以空气为燃料的燃烧系统的主要缺点是产生温室气体，已知此对环境有害。特定来说，空气由约79％的氮气及21％的氧气组成。在此类以空气为燃料的燃烧过程中，作为燃烧过程的结果，产生NOx及其它温室气体，例如二氧化碳CO2及二氧化硫SO2。
此类以空气为燃料的燃烧过程的另一缺点与燃料效率相关。在此类以空气为燃料的燃烧过程中，花费大量燃料来加热锅炉或炉中的氮气。举例来说，考虑用于产生蒸汽的过程，必须通过燃烧过程在锅炉中形成充足热量以致使充分量的能量被传递到水以致使水迅速变成蒸汽。由于锅炉或炉中的大量氮气，充分量的热量及(因此)燃料浪费在加热锅炉或炉中的氮气上，其被处理且释放为废物。
此类氧气燃料燃烧系统解决这些问题且利用从约85％到99％+纯的相对纯氧气。通过使用相对纯的氧气，减少温室气体的量且显著地改善燃料的效率。由于产生此种相对纯的氧气的相对高成本，已进行进一步尝试以进一步增加所述氧气燃料燃烧系统的效率。举例来说，美国专利第5,545,031号及第5,575,637号揭示在氧气燃料燃烧系统中使用的经改进燃烧器，其经配置以提供相对较大的火焰表面以实现对辐射热传递的改善。′031及′637专利中所揭示的系统很好地改善氧气燃料式燃烧过程中的辐射热传递且因此改善所述氧气燃料燃烧过程的效率。然而，这些专利中所揭示的改善涉及燃烧过程中的固定变量，即火焰形状，且不计及其它变量，例如在燃烧过程中所使用的燃料的量。
因此，其它开发一直集中于针对不同化学计量比率控制供应到随着锅炉或炉的个别燃烧器的燃料的量。更特定来说，美国专利第6,398,547号揭示一种包括燃烧器控制系统的氧气燃料燃烧系统，其中到个别燃烧器中的每一者的燃料周期性地在对相对宽广范围的化学计量比率的燃料匮乏模式与燃料富足模式控制之间摇摆。通过使提供到个别燃烧器的燃料的量摇摆，可控制锅炉或炉中的过量燃料及氧气的量以改善燃烧过程的效率。
尽管在′547专利中所揭示的系统改善氧气燃料燃烧系统中燃料使用的效率，但控制系统是固定的且基于在起始燃烧过程之前加载到所述系统中的固定波形。然而，已知燃烧过程中的动态变量(例如，火焰温度)也影响氧气燃料燃烧过程的效率。特定来说，已知火焰温度为供应到燃烧器的氧气的量的函数。如文献(举例来说，卡洛斯罗梅罗(Carlos Romero)、Xianchang李(Xianchang Li)、沙赫拉凯旺(Shahla Keyvan)及罗德尼罗索(Rodney Rossow)等人的“用于火焰化学计量与温度控制的基于能谱仪的燃烧监视(Spectrometer-Based Combustion Monitoring for Flame Stoichiometry and Temperature Control)”，实用热力工程(Applied Thermal Engineering)，第25卷， 第5到6版，2005年4月，第659到676页，其以引用方式并入本文中)中所陈述，总炉(或锅炉)化学计量控制不排除由于空气及燃料的局部分布不均或燃烧器硬件的故障而导致的个别燃烧器的低效率操作。因此，即使已知将已知氧气燃料锅炉及炉从化学计量标准点控制到+/-5％内，但火焰温度可由于上文所陈述的原因而在燃烧循环期间变化。
因此，需要一种响应于动态燃烧变量(例如，火焰温度)的改变的系统以实现对燃烧过程的效率的改善。
发明内容
本发明涉及一种用于氧气燃料燃烧过程的控制系统，其与锅炉或炉一同使用且动态地控制所述燃烧过程中所涉及的每一燃烧器的火焰温度以动态地最大化所述火焰温度。结合根据本发明的燃烧过程使用的锅炉或炉配置有辐射(即，视线)热带及对流热带。通过动态地最大化所述锅炉或炉内的各种燃烧器的火焰温度，优化辐射热传递。通过优化所述锅炉或炉内的辐射热传递，显著地改善所述锅炉或炉的效率。
附图说明
参照以下说明书及附图将易于理解本发明的这些及其它优点，附图中：
图1是与根据本发明的燃烧过程一同使用的锅炉的经简化物理图示。
图2是作为辐射热传递的函数百分比的火焰温度的图形图解说明。
图3及4表示根据本发明的闭路控制系统的过程控制图示。
图5是与本发明一同使用的实例性气体燃烧器的图解说明。
图6是与本发明一同使用的实例性粉煤燃烧器的图解说明。
图7是与本发明一同使用的替代气体燃烧器的图解说明。
具体实施方式
本发明涉及一种用于氧气燃料燃烧过程的控制系统，其动态地控制所述燃烧过程中所涉及的每一燃烧器的火焰温度以动态地最大化所述火焰温度，同时维持设计、蒸发或过程温度及内部材料温度。尽管根据锅炉描述根据本发明的燃烧过程，但本发明的原理同等适用于(举例来说)用于处理铝的炉，同时维持设计铝熔化或保持温度或蒸发或过程温度及内部材料温度。
如下文将更详细地论述，结合根据本发明的燃烧过程使用的锅炉配置有辐射(即，视线)热带及对流热带。通过动态地最大化所述锅炉内的各种燃烧器的火焰温度，优化辐射热传递。通过优化所述锅炉内的辐射热传递，显著地改善所述锅炉的效率。
参照图1，其图解说明结合根据本发明的燃烧过程使用的实例性锅炉。大体由参考编号10识别的锅炉包括一系列水管12，其共同形成水壁13，如图1中以断裂截面所示。锅炉10中的水壁13可由从一次燃烧器带15延伸到锅炉10的上部区的无数个水管13a形成。
锅炉10进一步包括至少一个一次燃烧器14，其位于一次燃烧器带15中，连接到燃料16及氧气18的源。如本文中所使用，在不背离本发明的新颖范围的前提下，术语“大致纯氧气”应被理解为意指提供用于所需燃烧及副产物的燃料与氧气的正确比率所需要的氧气的纯度，举例来说大致纯氧气85％到99％+纯。
锅炉10可进一步包括此项技术中众所周知类型的过热器20及/或再热器21。此类过热器20通常在蒸汽传递区域22处被进给已在锅炉10中产生的蒸汽。蒸汽在过热器20内通过，且对流气流在过热器20上及周围载送来自燃烧的热量或能量及从水管13a辐射的热量及能量，从而加热其中载送的蒸汽。再热器21通常被进给从涡轮机返回到锅炉的蒸汽，所述蒸汽在返回到所述涡轮机进行额外使用之前需要进一步加热。此热量或能量被传递到所述蒸汽，从而致使其温度上升到所述蒸汽的饱和点以上；使得所述蒸汽更适合在涡轮机中实用。将理解，可包括冷却特征，以便可视需要削减对于所需任务具有过高温度及/或过多能量的蒸汽。
锅炉10可包括二次燃烧器24，放置于高于锅炉10的I燃烧器带15且低于蒸汽传递区域22的位置中，举例来说，如受让予本发明的相同受让人且以引用方式并入本文中的美国专利申请案第US 2005/0072379 A1号中所描述。可将至少一个二次燃烧器24放置于过热区域26中。二次燃烧器24也可位于锅炉10的众多其它位置中。
图1针对经配置而无任何二次燃烧器16的锅炉来图解说明锅炉10的辐射热带及对流热带。如图所示，燃烧器带15对应于辐射热带。由于水壁13在燃烧器16的视线上，因此所述辐射带实质上为所有辐射热传递。所述辐射带右边的区域被识别为过渡带。已知所述过渡带含有辐射热传递及对流热传递两者。所述过渡带右边的是对流热传递带。所述对流热带包括基本上所有对流热传递。
如图2中所示，辐射热传递相对于总热传递的百分比显示为热传递的函数。水平轴表示火焰温度(按照℉)。垂直轴表示作为总热传递的百分比的辐射热传递。图2中所图解说明的曲线指示辐射热传递与T4成比例，其中T＝火焰温度。如图所示，辐射热传递随火焰温度的增加而增加且在超过5000℉的最大火焰温度下渐进地接近90％+。因此，通过动态地维持所述最大火焰温度，针对燃烧循环优化辐射热传递。
已知用于确定火焰温度的各种技术。举例来说，可计算火焰温度。特定来说，对于绝热地发生的燃烧过程，反应产物(在此情况下为相对纯的氧气及矿物燃料，例如天然气或粉煤)的温度称作绝热火焰温度。此绝热温度为反应物可能的最大温度。热传递、不完全燃烧及反应产物的解离都可导致较低温度。如此项技术中已知，给定燃料与氧化剂燃烧组合的最大绝热火焰温度在反应物以化学计量比率(即燃料与氧气的正确比例)混合以使得所有燃料及所有氧化剂在燃烧期间被完全消耗时发生。因此，可通过维持燃料与氧气的化学计量比率来维持最大火焰温度。
用于确定氧气与粉煤的化学计量比率的实例性方程式提供如下。方程式(1)及(2)用于确定以化学计量比率与粉煤燃烧所需要的氧气的量。方程式(3)用于确定以化学计量比率与天然气燃烧所需要的氧气的量。
(1)(以LB/hr计的煤进给速率)*(以wt％计的碳含量)*(1/12)*32＝以lb/hr计的氧气流率
或者，方程式(1)如下文所示以方程式(2)表达
(2)(以LB/hr计的煤进给速率)*(以wt％计的碳含量)*(1/12)*386.8＝70℉下以SCFH计的氧气流率
方程式(1)及(2)用于产生化学计量比率(在不存在氧气或其它气体(例如CO2或N2)对粉煤的稀释的情况下)。
已知用于粉煤的体积及重量皮带进给器。每一类型包括总燃料流量控制器(未显示)，举例来说，如斯杜尔兹(Stultz)等人的“蒸汽：其产生及使用(Steam：Its Generation and Use)”，第40版次，巴布克&威尔科克斯公司(Babcock & Wilcox Company)出版，版权1992，第12到13页(其以引用方式并入本文中)中所图解说明。可在所述总燃料流量控制器处测量煤进给速率。或者，对于体积类型的粉煤系统，可容易地导出燃料流量表示信号。更特定来说，在此类体积类型的粉煤系统中，粉煤由旋转螺杆泵驱动，所述旋转螺杆泵又由电动机驱动。所述电动机的转数指示粉煤的体积。因此，所述电动机的每分钟转数(RPM)可用于提供指示粉煤流率的信号。
粉煤的碳含量对于特定类型的煤大体稳定。特定类型的煤的碳含量基于对特定煤的分析，举例来说，通过常规测试。可响应于粉煤流率的改变(举例来说，由于过程条件的改变)将经粉碎流率信号及表示碳含量的信号应用到计算机处理单元(CPU)或可编程控制器以确定维持处理中的氧气与燃料的化学计量比率所需要的氧气的量。通过维持粉煤与氧气的化学计量比率，所述系统能够针对相对宽广范围的过程条件动态地维持最大火焰温度。
对于天然气燃料，可通过方程式(3)来确定化学计量比率，忽略通常相对低的烃。(3)SCFH＝2*(以SCFH计的天然气流率)*(1-(NG/100中的惰性气体％))
“惰性气体”是指天然气中所含有的惰性气体且通过常规测试确定。在使用天然气作为矿物燃料的氧气燃料燃烧系统中，以常规方式获得天然气的流率。可响应于天然气流率的改变(举例来说，由于过程条件的改变)将表示天然气流率的信号及每100立方英尺(“NG100”)天然气中惰性气体的％应用到CPU或可编程控制器以确定维持处理中的氧气与燃料的化学计量比率所需要的氧气的量。通过维持粉煤与氧气的化学计量比率，所述系统能够针对相对宽广范围的过程条件动态地维持最大火焰温度。
在任一燃料的情况下，所述系统可检查烟气中未燃烧氧气的等级以调整氧气流率。可通过安置于烟气流中的常规氧气传感器来感测烟气中的未燃烧氧气的等级。
还已知，可通过灰粒辐射来测量火焰温度。特定来说，已知所述燃烧过程产生灰粒的发射。由灰粒发射的辐射可用作对绝热火焰温度的测量。更特定来说，如美国专利第6,318,891号(其以引用方式并入本文中)中所陈述，使用光学传感器光纤及光谱仪来检测由火焰发射的化学发光辐射。根据所述化学发光辐射来确定绝热火焰温度。用于基于火焰的辐射光谱强度测量计算火焰温度的众多方法详细描述于考西克毕司沃斯(Kaushik Biswas)、郑源(Yuan Zheng)、金汉澈(Chul Han Kim)及杰伊戈尔(Jay Gore)等人的“脉动浮池点燃的随机时间序列分析(Stochastic Time Series Analysis of Pulsating Buoyant Pool Fires)”中，国际燃烧学会会刊31(2007)(Proceedings of the Combustion Institute 31(2007))，爱思唯尔公司(Elsevier，Inc)出版，版权2006，第2581到2588页，其以引用方式并入本文中。
实施本发明的实例性控制图示图解说明于图3及4中。图3图解说明燃烧系统控制回路。图4图解说明锅炉系统控制回路。
首先参照图3，如框50所指示，作为实例，一次目标温度设定点为锅炉的过热温度设定点。其它一次温度设定点可包括水壁13(图1)的温度或各种其它一次温度设定点。这些温度由(举例来说)邻近温度目标安置的热电偶测量。在其中所述过热温度为所述一次目标温度的以上实例中，所述热电偶以众所周知的方式安置于过热器20(图1)的输出处。
将过热器20(图1)的温度与设定点相比较。将所测量温度与过热器20的温度设定点相比较。如果所述所测量温度不同于所述温度设定点，那么产生误差信号52(图3)。使用误差(差异)信号52来产生表示总热传递需求的信号54。在稳定状态条件下，使用总热传递需求信号54来产生用于将锅炉燃烧率维持在预定等级的燃烧率需求信号。更特定来说，在线57上可用的燃烧率需求信号馈送到相关燃烧率控制器58。所述相关燃烧率(由框58表示)为表示燃烧系统的燃料需求的增加的信号，根据本发明其由经优化的辐射热传递修整，此产生效率的增加且因此产生燃料节省。
在稳定状态条件期间，在线57上可用的燃烧率命令信号被沿线60应用到相关燃烧率控制器58。将此燃烧率需求信号57与燃料供应速率参考信号62(举例来说，给煤器速度参考信号)相比较。如果从燃料速率供应参考信号62获得的燃料供应速率对应于当前燃烧率，那么误差信号66将为零且将维持当前燃料供应速率。
如果在线57上可用的燃烧率需求信号指示额外的需求或减小的需求，那么基于燃烧率需求信号57与燃料供应速率参考信号62之间的差异来产生燃烧率误差信号66，以便将实际煤或其它燃料流量调整为所需的量。还将相关燃烧率信号应用到氧气流率控制器68以控制氧气流率及燃料流率，即磨粉机70(举例来说)。在此实例中，磨粉机70产生其自己的误差信号64以使所需煤流率与磨粉机中各因素确定的实际流率相关，如此项技术中通常已知。
在固态燃料(即煤)应用中，使用一次再循环流率控制器72来控制推动固态燃料通过所述磨粉机(举例来说)到达燃烧器14(图1)所需要的再循环烟气的量。所述再循环烟气通常从一次烟气供应风扇获得。监视一次再循环流率控制器72的输出并产生误差信号74以便维持所需燃料流率及运输速度且最小化再循环烟气的量以便维持到最大火焰温度。
氧气流率控制器68从相关燃烧率控制器58接收设定为化学计量+/-5％的输入。可使用流量监视装置(未显示)来测量氧气的实际流量且产生误差信号以便维持恰当的氧气量。
氧气分段(如框78所指示)可为将氧气分离为一次及二次流动路径。可使用多个氧气流动路径来改变火焰的几何形状，调整火焰稳定性并最小化NOx发射。每一氧气流动路径可配备有流量监视装置(未显示)，其产生误差信号80、82，然后使用误差信号80、82来将到燃烧器14(图1)的实际流率校正为所需流率。燃烧器14从所述一次及二次氧气路径及燃料源(在此实例中为磨粉机70)接收物理流量输入。
如上文所提及，可基于燃料、氧气及再循环烟气的化学输入通过绝热计算来计算由框83表示的火焰温度或替代地通过灰粒辐射来测量。当使用固态燃料时可产生误差信号74以便调整一次再循环烟气及氧气的输入，以便维持最大火焰温度。监视燃烧之后过量的氧气，如框84指示，且根据设定点(举例来说，化学计量+/-5％)产生误差信号86。然后将此误差信号反馈回到氧气流率68。
根据本发明的重要方面，通过闭路控制来维持最大火焰温度。对于多燃烧器锅炉，此在逐燃烧器的基础上进行。特定来说，如果任一燃烧器的火焰温度83下降到最大预期火焰温度以下，那么产生误差信号88并将其反馈回到氧气流率控制器68。当火焰温度83下降到最大火焰温度(举例来说，5100℉)以下时，增加氧气流率。针对不同氧气纯度等级预定最大火焰温度。将预定最大温度与火焰温度信号83相比较(如上文所论述)且使用其来产生误差信号88。
参照图4，其图解说明锅炉控制回路。一般来说，在线90上指示的锅炉需求信号来自电站控制。在此实例中，其为锅炉所需的蒸汽流率输入。给水控制器92由锅炉主装置90驱动以便增加或减小或维持蒸汽流量。举例来说，如果增加给水流率，那么锅炉中的温度将减小，因此增加对过热温度的需要，因此增加燃料需求。过热控制器或一次控制94与闭路温度控制相关，其图解说明于图3中。
在此实例中，再循环流量需求或二次温度控制器96用于控制再热器21(图1)的蒸汽温度。再热蒸汽温度为用于将再热流温度维持在设定点的闭路控制器。再循环流量需求与和固态燃料(例如，粉煤)一同使用的再循环烟气相关。此再循环流量需求驱动用于控制来自CO2再循环烟气风扇的CO2再循环流量输入的CO2再循环流量控制器98。使用再循环流量控制器98的输出来控制磨粉机燃料速率70(图1)及再循环烟气流率100(用于二次温度控制的再循环烟气，在此实例中为再热)。监视所述流量并产生误差信号102且视需要调整再循环烟气流率。另外，从二次温度设定点(在此情况下为再热温度)导出误差信号102，且将再循环烟气量调整为再循环烟气需求96。
使用总气体流量需求控制器104来确定总气体流量需求。使用总气体流量需求控制器104的输出来控制烟气再循环风扇106。基于需求与实际再循环烟气流量之间的差异来产生误差信号108。然后将所述需求差异输出到风扇以增加或减小或维持烟气流量。
可将各种类型的燃烧器与本发明一同使用。举例来说，可根据对孔口大小及速度的特定要求设计燃烧器14以便产生具有特定几何形状及形状的火焰。举例来说，美国专利第5,545,031号及第5,575,637号揭示与本发明一同使用以用于提供实例性火焰形状的实例性燃烧器。
其它燃烧器也适合与本发明一同使用。举例来说，图7图解说明实例性气体燃烧器。图8及9图解说明分别用于气体及煤的实例性燃烧器，其中氧气入口喷嘴经配置以使得氧气与燃料在燃烧器喷头处混合以防止燃料在炉燃烧腔的外部的潜在预点火。
首先参照图5，燃烧器150包括延伸到炉158中的主要入口喷嘴体152。燃料气体入口154延伸到炉壁160外部的主要入口体152中。氧气通过氧气喷嘴162输入到主要入口喷嘴体152且与燃料气体混合。点火器(未显示)延伸穿过刚刚通过燃烧器喷头164的主要入口体152中的中心开口156。所述点火器提供用于炉158中的燃料/氧气混合物的点火的火花。
图6图解说明用于粉煤应用中的替代燃烧器，大体通过参考编号170识别，其包括氧气喷嘴172及燃料喷嘴174。在此应用中，燃料喷嘴174用于粉煤与载体气体(举例来说，再循环烟气)的混合物。更特定来说，粉煤与载体气体在燃烧器的下游混合以实质上使粉煤粉尘“流态化”。然后将经流态化的煤粉尘施加到燃料喷嘴174。
如图6中所示，氧气喷嘴172及燃料喷嘴174的出口一起向开口176中排放，开口176界定主要燃烧器体178中的室，燃料与氧气在所述室中混合并由点火器(未显示)点火。氧气喷嘴172及燃料喷嘴174出口通常如图所示对准且通常在室176的相同边界处排放。因此，室176界定燃料与氧气在那里混合并点火的虚拟燃烧器喷头。
主要燃烧器体178可由用于接纳CO2出口喷嘴180及182的一个或一个以上开口包围。CO2可用于在某些条件下调节或调整锅炉的对流通道中的热传递的量。在其中锅炉的在锅炉的对流区段中的热传递表面需要跨越管的某一或预定量的对流气体流动以维持正确的过程温度的某些应用中可需要CO2。CO2出口喷嘴180及182与由CO2入口喷嘴186供应的CO2高压间184流体连通。CO2出口喷嘴180182在炉燃烧室的边界处排放，其由参考编号186识别。
图7图解说明大体用参考编号识别的替代天然气燃烧器，其包括氧气喷嘴202及燃料喷嘴204。在此应用中，燃料喷嘴174用于天然气。
如图7中所示，氧气喷嘴202及燃料喷嘴204的出口一起向开口206中排放，开口206界定主要燃烧器体208中的室，燃料与氧气在所述室中混合并由点火器(未显示)点火。氧气喷嘴202及燃料喷嘴204出口通常如图所示对准且通常在室206的相同边界处排放。因此，室206界定燃料与氧气在那里混合并点火的虚拟燃烧器喷头。
主要燃烧器体208可包括用于接纳CO2出口喷嘴210及212的一个或一个以上开口。CO2出口喷嘴210及212与由CO2入口喷嘴216供应的CO2高压间214流体连通。CO2出口喷嘴210及212在炉燃烧室的边界处排放，其由参考编号218识别。
显然，根据上文所教示内容，可对本发明作出许多修改及变化。因此，应理解，可在所附权利要求书的范围内以不同于上文所具体描述的方式来实践本发明。
请求且期望由美国专利证书保护的内容为上文权利要求书。

Claims (12)

1.一种用于优化锅炉的氧气燃料燃烧过程的效率的方法，所述锅炉具有用于接收氧气及矿物燃料的至少一个燃烧器，所述方法包含以下步骤：
(a)动态地控制供应到每一燃烧器的所述氧气以使得火焰温度处于预定最大值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(a)包含：
(a)动态地控制供应到每一燃烧器的所述氧气以便通过控制所述氧气与所述燃料的化学计量比率来将所述火焰温度维持在预定值。
3.根据权利要求2所述的方法，其中步骤(a)包含：
(a)动态地控制供应到每一燃烧器的所述氧气以便依据燃料进给速率来将所述火焰温度维持在预定值。
4.根据权利要求3所述的方法，其中步骤(a)包含：
(a)动态地控制供应到每一燃烧器的所述氧气以便依据所述燃料的碳含量来将所述火焰温度维持在预定值。
5.根据权利要求3所述的方法，其中步骤(a)包含：
(a)动态地控制供应到每一燃烧器的所述氧气以便依据供应到所述燃烧器的粉煤的进给速率来将所述火焰温度维持在预定值。
6.根据权利要求3所述的方法，其中步骤(a)包含：
(a)动态地控制供应到每一燃烧器的所述氧气以便依据供应到所述燃烧器的所述粉煤的碳含量来将所述火焰温度维持在预定值。
7.根据权利要求3所述的方法，其中步骤(a)包含：
(a)动态地控制供应到每一燃烧器的所述氧气以便依据供应到所述燃烧器的天然气的流率来将所述火焰温度维持在预定值。
8.根据权利要求3所述的方法，其中步骤(a)包含：
(a)动态地控制供应到每一燃烧器的所述氧气以便依据供应到所述燃烧器的所述天然气的碳含量来将所述火焰温度维持在预定值。
9.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括检查烟气中的未燃烧氧气并依据所述未燃烧氧气调整供应到炉的氧气的流率的步骤。
10.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(a)包括包含确定所述火焰温度的步骤(b)。
11.根据权利要求10所述的方法，其中步骤(b)包含基于灰粒辐射确定所述火焰温度。
12.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(a)包含：
(a)动态地控制供应到每一燃烧器的所述氧气以便通过闭路控制使所述火焰温度处于预定最大值。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103047678A (zh) * 2012-12-28 2013-04-17 刘建松 一种炉膛防灭火、理想化燃烧的自动控制方法
CN112856454A (zh) * 2021-01-18 2021-05-28 煤科院节能技术有限公司 废气处理器和废气处理方法

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8671658B2 (en) 2007-10-23 2014-03-18 Ener-Core Power, Inc. Oxidizing fuel
EP2300748B1 (de) * 2008-04-22 2016-10-26 Basf Se Verfahren zur regelung der zugabe eines zusatzbrennstoffs
US8701413B2 (en) 2008-12-08 2014-04-22 Ener-Core Power, Inc. Oxidizing fuel in multiple operating modes
US9447963B2 (en) 2010-08-16 2016-09-20 Emerson Process Management Power & Water Solutions, Inc. Dynamic tuning of dynamic matrix control of steam temperature
US9335042B2 (en) 2010-08-16 2016-05-10 Emerson Process Management Power & Water Solutions, Inc. Steam temperature control using dynamic matrix control
US9217565B2 (en) * 2010-08-16 2015-12-22 Emerson Process Management Power & Water Solutions, Inc. Dynamic matrix control of steam temperature with prevention of saturated steam entry into superheater
US9163828B2 (en) 2011-10-31 2015-10-20 Emerson Process Management Power & Water Solutions, Inc. Model-based load demand control
US9567903B2 (en) 2012-03-09 2017-02-14 Ener-Core Power, Inc. Gradual oxidation with heat transfer
US20130236839A1 (en) * 2012-03-09 2013-09-12 Flexenergy, Inc. Gradual oxidation with heat control
US9534780B2 (en) 2012-03-09 2017-01-03 Ener-Core Power, Inc. Hybrid gradual oxidation
US9726374B2 (en) 2012-03-09 2017-08-08 Ener-Core Power, Inc. Gradual oxidation with flue gas
CN103322547B (zh) * 2013-06-25 2015-01-07 西安艾贝尔科技发展有限公司 一种锅炉控制与燃烧优化方法
CN103742939B (zh) * 2014-01-16 2017-06-16 广东电网公司电力科学研究院 一种炉膛燃烧调整方法及系统
US10508807B2 (en) * 2014-05-02 2019-12-17 Air Products And Chemicals, Inc. Remote burner monitoring system and method
JP7427154B2 (ja) * 2017-09-11 2024-02-05 エネロ インヴェンションズ インコーポレイテッド 固体燃料ベースの燃焼プロセスのフィードバック制御を改善するための動的熱発生計算
CN108535201B (zh) * 2018-02-12 2019-09-20 浙江大学 一种焚烧炉内生活垃圾组分实时检测装置和方法
US11988381B2 (en) * 2019-06-12 2024-05-21 Markforged, Inc. Catalytic thermal debind furnaces with feedback control
US10845052B1 (en) 2019-12-20 2020-11-24 Jupiter Oxygen Corporation Combustion system comprising an annular shroud burner

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1343944A (fr) 1962-12-11 1963-11-22 Combustion Eng Perfectionnements apportés aux procédés et dispositifs pour la commande de la combustion
GB1091893A (en) 1964-01-28 1967-11-22 Ass Elect Ind Improvements in or relating to control systems for vapour generating installations
NL7610560A (nl) * 1976-09-23 1978-03-29 Shell Int Research Werkwijze en reactor voor de partiele ver- branding van koolpoeder.
US4118172A (en) * 1976-10-20 1978-10-03 Battelle Development Corporation Method and apparatus for controlling burner stoichiometry
US4223873A (en) * 1979-03-21 1980-09-23 The Cadre Corporation Direct flame ladle heating method and apparatus
JPS59212620A (ja) * 1983-05-16 1984-12-01 Toshiba Corp 燃焼排気ガス中の酸素濃度制御方法
US4451003A (en) * 1983-06-09 1984-05-29 Exxon Research And Engineering Co. Control scheme and apparatus for a cogeneration boiler
US4645450A (en) * 1984-08-29 1987-02-24 Control Techtronics, Inc. System and process for controlling the flow of air and fuel to a burner
CN1007920B (zh) * 1985-07-15 1990-05-09 美国氧化公司 烃类流体燃料燃烧、控制方法及装置
JPS63315829A (ja) 1987-06-19 1988-12-23 Hitachi Ltd バ−ナ燃焼状態監視制御方法
US5611833A (en) * 1992-08-26 1997-03-18 Mg Industries Method and apparatus for producing spheroidal glass particles
US5575637A (en) * 1994-11-04 1996-11-19 Air Products And Chemicals, Inc. Method and device for low-NOx high efficiency heating in high temperature furnaces
US5545031A (en) * 1994-12-30 1996-08-13 Combustion Tec, Inc. Method and apparatus for injecting fuel and oxidant into a combustion burner
JPH08270931A (ja) 1995-03-29 1996-10-18 Hitachi Ltd 微粉炭燃焼装置及び燃焼方法
JP3062582B2 (ja) * 1995-11-07 2000-07-10 株式会社日立製作所 微粉炭燃焼装置の炉内状態予測方法と装置
DE19632174C2 (de) * 1996-08-09 2002-02-07 Abb Research Ltd Temperaturmessverfahren
JPH1182941A (ja) * 1997-08-29 1999-03-26 Tokyo Gas Co Ltd 酸素バーナ
US5997596A (en) * 1997-09-05 1999-12-07 Spectrum Design & Consulting International, Inc. Oxygen-fuel boost reformer process and apparatus
US6042365A (en) * 1999-06-28 2000-03-28 Chen; Yaosheng Fuel combustion monitoring apparatus and method
US6299433B1 (en) * 1999-11-05 2001-10-09 Gas Research Institute Burner control
US6398547B1 (en) * 2000-03-31 2002-06-04 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Oxy-fuel combustion firing configurations and methods
US6436337B1 (en) 2001-04-27 2002-08-20 Jupiter Oxygen Corporation Oxy-fuel combustion system and uses therefor
CN1120956C (zh) * 2001-11-07 2003-09-10 华中科技大学 锅炉多火嘴炉膛燃烧优化控制方法
US6659026B1 (en) * 2002-01-30 2003-12-09 Aep Emtech Llc Control system for reducing NOx emissions from a multiple-intertube pulverized-coal burner using true delivery pipe fuel flow measurement
JP4387213B2 (ja) 2003-01-29 2009-12-16 敬一 小鷹 微粉木炭燃焼装置及び微粉木炭燃焼方法
US20050072379A1 (en) * 2003-08-15 2005-04-07 Jupiter Oxygen Corporation Device and method for boiler superheat temperature control
US7025810B2 (en) * 2004-01-13 2006-04-11 Arvin Technologies, Inc. Method and apparatus for shutting down a fuel-fired burner of an emission abatement assembly
AU2004325009A1 (en) 2004-11-12 2006-05-26 Jupiter Oxygen Corporation Device and method for boiler superheat temperature control
US7516620B2 (en) 2005-03-01 2009-04-14 Jupiter Oxygen Corporation Module-based oxy-fuel boiler
US8087926B2 (en) * 2005-12-28 2012-01-03 Jupiter Oxygen Corporation Oxy-fuel combustion with integrated pollution control
US20090142717A1 (en) * 2007-12-04 2009-06-04 Preferred Utilities Manufacturing Corporation Metering combustion control
US8578892B2 (en) * 2008-06-13 2013-11-12 Air Products And Chemicals, Inc. Oxygen control system for oxygen enhanced combustion of solid fuels

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103047678A (zh) * 2012-12-28 2013-04-17 刘建松 一种炉膛防灭火、理想化燃烧的自动控制方法
CN112856454A (zh) * 2021-01-18 2021-05-28 煤科院节能技术有限公司 废气处理器和废气处理方法

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O'Kelly et al. Furnaces, Fuels and Heat Release
Maloney et al. Computational Fluid Dynamic Modeling and Field Results for Co-Firing Gas over Coal in a Stoker Boiler
Brito et al. Efficiency Analysis of a Boiler for Suspension Burning of Sugar Cane Bagasse
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