CN103403454B - 用于控制燃烧锅炉中的燃烧的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

用于控制在燃烧锅炉（2）中的燃料（1）的燃烧的方法，所述方法至少具有下述步骤：a）确定用于在燃烧锅炉（2）中的燃料（1）的燃烧的期望的燃烧空气量，b）确定用于在燃烧锅炉（2）中的燃料（1）的燃烧的提供的燃烧空气量，c）控制穿过燃烧锅炉（2）的至少一个排料口（3）或者至少一个设备开口的至少一个燃烧空气进气（16），以便使在燃烧锅炉（2）中提供的燃烧空气量至少部分地与期望的燃烧空气量相匹配。

Description

用于控制燃烧锅炉中的燃烧的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于控制燃烧锅炉中的燃料燃烧的方法和装置。本发明特别应用于火力发电厂的燃烧锅炉。
背景技术
从现有技术中已知具有至少一个燃烧室的燃烧锅炉，其中燃料在添加燃烧空气的条件下进行燃烧。在燃料燃烧时，产生热的燃烧气体，所述燃烧气体的热能在燃烧锅炉的传导废气的区域中，特别是经由换热器提取，并且紧接着转换为电能。在燃烧型发电厂中燃烧燃料时，必须遵守日益严格的有害物质限值。除了对燃烧废气的附加清洁，例如通过过滤器的附加清洁以外，在燃烧燃料期间避免有害物质的产生也是特别重要的。
为了在燃烧燃料时产生有害物质尽可能低的燃烧废气，期望对在燃烧室中被提供用于燃烧的氧气进行尽可能精确的控制，所述氧气的量尤其与在燃烧室中所使用的燃料的质量和品质相关。因此，在已知的燃烧锅炉中，实现将具有氧气的燃烧空气经由相应的燃烧空气供给部受控制地供给到燃烧室中。
除此之外已知的是，在排料口的下方为了移除燃烧室的燃烧残余物需设有至少一个传送机，通过所述传送机，燃烧锅炉的热灰渣和/或其它残余物被移除。为了运行这样的传送机，也已经提出的是，反向于传送方向使冷却空气流和/或氧化气流与灰渣接触，以便再在所述传送机上燃烧未(完全地)燃烧的成分以及必要时实现灰渣的完全凝结直至从传送机排出。所述冷却空气流或者氧化气流在此被极大地限制，因为它们由于在燃烧室中的(通常存在的)低压穿过排料口进入。这样的传送机例如在WO-A-2010043504中被描述。
现在已经确定的是，特别是在变换的负载条件下，在燃烧锅炉中和/或在传送机中出现对灰渣的燃烧和/或传送、冷却、后燃烧的所希望的结果的不期望的影响。
发明内容
因此，本发明的目的在于，相关于现有技术，至少部分地解决所描述的问题，并且尤其提出一种用于控制燃料锅炉中的燃料燃烧的方法，通过所述方法，能够特别精确地控制在燃烧锅炉中被提供用于燃烧燃料的燃烧空气。此外，还应提出一种燃烧锅炉，通过所述燃烧锅炉，能够以特别精确的方式控制在燃烧室中被提供用于燃烧燃料的燃烧空气。除此之外，还应实现，尽管在燃烧锅炉中和/或在传送机中的负载条件改变，但是能够相关于下述方面中的至少一个实现改进的结果：废气组成、燃烧的温度或者灰渣的温度、燃烧的化学计量、灰渣的冷却、灰渣的后燃烧、热量回收。
所述目的通过根据本发明的用于控制燃烧锅炉中的燃料的燃烧的方法以及根据本发明的装置来实现。本发明的其它优选设计方案在下文中给出。应当指出的是，在下文中单独阐述的特征能够以任意的、技术上有意义的方式彼此组合并且定义本发明的其它设计方案。除此之外，在说明书中进一步说明和阐述在权利要求中给出的特征，其中描述本发明的其它的优选设计方案。
根据本发明的用于控制燃烧锅炉中的燃料燃烧的方法至少具有下述步骤：
a)确定燃烧锅炉中用于燃料燃烧的期望的燃烧空气量，
b)确定燃烧锅炉中被提供用于燃料燃烧的燃烧空气量，
c)通过燃烧锅炉的至少一个排料口或者设备开口来控制至少一个燃烧空气进气，以便使燃烧锅炉中提供的燃烧空气量至少部分地与期望的燃烧空气量相匹配，其中根据步骤c)调节下述燃烧空气进气中的至少一个：经由所述燃烧空气供给部的燃烧空气进气；经由所述至少一个排料口的燃烧空气进气；经由所述至少一个设备开口的燃烧空气进气。
在这里术语“燃烧空气”理解为至少包括氧气的气体或气体混合物。燃烧空气的氧气含量尤其为至少10体积％(体积百分比)，优选至少20体积％或者特别优选至少30体积％。特别地，燃烧空气也能够是必要时预热的环境空气。期望的燃烧空气量尤其是如下燃烧空气量，所述燃烧空气量对于相应地在燃烧室中待燃烧的燃料的种类和/或量提供用于燃料的特别优选的有害物质尤其低的燃烧所必需的氧气量。特别地，期望的燃烧空气量也能够是如下燃烧空气量，所述燃烧空气量依据燃烧空气的氧气含量对于燃烧室中的燃料的化学计量的燃烧所必需的燃烧空气量。尤其将褐煤、石煤、石油、天然气、家庭垃圾、工业垃圾和/或生物质用作燃料。相应地与燃料的种类、质量和/或品质相关的、期望的燃烧空气量对于本领域技术人员是基本上是已知的，并且特别能够从燃烧锅炉的相应的操作手册中获取。为了确定期望的(或者需要的)燃烧空气量，能够使用测量值和/或计算模型，以至于能够在(当前的或者预先确定的未来的)时间点上确定对于预先给定的(化学计量的)燃烧所必需的燃烧空气量。
根据提出的方法，此外对实际在燃烧锅炉中提供的燃烧空气量进行确定，例如借助于测量燃烧锅炉的燃烧室内部的氧气浓度的氧气传感器进行确定。显然，对此也能够考虑其它的传感器和/或计算模型等。就这方面来说，(当前的或者在预先确定的时间点)实际在燃烧锅炉中提供的燃烧空气量的确定能够通过测量值和/或计算来进行。所述步骤b)尤其能够在步骤a)之后和/或在步骤a)期间和/或在步骤a)之前执行。
随后进行在燃烧室中提供的燃烧空气量与在燃烧室中期望的燃烧空气量的相匹配。换句话说，在燃烧室中提供的燃烧空气量应尽可能精确地设定为在燃烧室中期望的燃烧空气量。这通过控制(尤其调节)穿过燃烧锅炉的至少一个排料口和/或至少一个设备开口的至少一个燃烧空气进气来进行。“设备开口”特别理解为(例如穿过侧壁和/或顶壁)到燃烧锅炉的入口，经由所述设备开口(以不确定的方式)供给(至少间歇性地)添加的空气。在此尤其包括这样的开口：设备，例如传感器、清洁系统、采样设备等穿过所述开口(间歇性地)引入到燃烧锅炉中(和/或下游区域中)。必要时，在那里也能够设有使用吹扫气体的密封元件。
这特别意味着，所述至少一个燃烧空气进气穿过燃烧锅炉的至少一个排料口和/或至少一个设备开口和/或设有的燃烧空气供给部(主动地)降低和/或升高和/或(在外部条件变化时)保持恒定，以便使在燃烧室中提供的燃烧空气量尽可能精确地与在燃烧室中期望的燃烧空气量相匹配。燃烧空气进气至少部分是穿过燃烧室的排料口流入燃烧室中的燃烧空气量。燃烧空气量例如以m3/min(立方米每分钟)来进行测量。在这里要澄清的是，在燃烧室中提供的燃烧空气量与在燃烧室中期望的燃烧空气量的相匹配也能够附加地借助于燃烧室的其它燃烧空气供给部(例如燃烧锅炉的壁中的独立的烧嘴、喷嘴等)来实现。因此对穿过至少一个排料口和/或设备开口的至少一个燃烧空气进气的控制是必要时附加的调节变量，以便特别精确地使在燃烧室中提供的燃烧空气量与在燃烧室中期望的燃烧空气量相匹配。
此外，应当指出的是，燃烧室的至少一个排料口是燃烧室中的开口，来自燃烧室的燃料的燃烧残余物至少部分地和/或基本上完全地从所述开口移除。排料口优选在燃烧室的底部区域中构成，并且尤其将燃烧室与设置在燃烧锅炉下方的、用于燃烧残余物的传送机连接。
所述匹配优选在燃烧锅炉运行时定期地进行，特别是当对于灰渣的燃烧和/或灰渣的传送重要的参数改变时进行。在第一种情况下，也就是说例如当在燃烧锅炉中的燃料和/或环境条件改变时进行匹配。在第二种情况下，也就是说尤其当灰渣量、冷却能力和/或后燃烧的程度改变时进行匹配。非常特别优选在实际中实时进行匹配，以至于很快地适应或者重新设定所述运行。
现在已经看出，气体能够以(在时间上)剧烈变化的量和/或以大的规模经由所述排料口和/或设备开口流入燃烧室中，并且因此不能以用于保持非常小的有害物质限值所期望的精确度添加在燃烧室中提供的用于燃烧燃料的氧气。虽然尝试将穿过燃烧室的排料口和/或设备开口的燃烧空气的入流限制到最小值，但是来自燃烧室的排料口和/或设备开口的燃烧空气的仍然存在的不可控制的进气依然与用于精确地控制燃烧室中提供的用于燃料燃烧的氧气的显著的不确定性相关。因此，除此之外，必要时必须降低燃烧锅炉和/或传送机的功率或效率，以便避免这种干扰的影响。这个已经长时间存在的问题现在被解决。
因此，本发明基于这样的设想：检测并且为了所提供的燃烧空气的设定考虑所有进入锅炉中的空气流和/或气体流(只要它们对于燃烧过程有影响)。那么，以需求为导向或者以应用为导向，空气流能够经由传统的燃烧空气供给部、排料口和/或设备开口进行调节。所述经由所有开口对燃烧空气的在线调节允许燃烧空气的特别准确的和必要时也可以是定向的供给，所述燃烧空气能够有利地影响火焰的位置和/或燃烧过程的效率和/或残余物/有害物质等的形成。
因此，在所述方法中尤其优选的是，步骤c)包括主动地调节全部的燃烧空气量。因此特别涉及直接的、所谓的“在线”调节。在此(也可以借助于传感器)测定或确定以及(实时)直接地(例如在使用相应的调节软件的情况下)处理例如燃烧锅炉的测量值和/或特征值，以至于进行要提供的、在实际中精确地与期望的燃烧空气量相一致的燃烧空气量的尽快的且直接的调整。
在此，优选这样执行所述方法，使得下述燃烧空气进气中的至少一个根据步骤c)进行调节：
-经由燃烧空气供给部的燃烧空气进气，
-经由至少一个排料口的燃烧空气进气，
-经由至少一个设备开口的燃烧空气进气。
在此，在燃烧锅炉运行期间，能够在不同的时间点分别提高、降低燃烧空气进气和/或保持燃烧空气进气恒定，必要时也能够同时调整多个燃烧空气进气。尤其能够选择燃烧空气进气的改变的量和类型，例如能够交替地开启或关闭相同类型的设备开口，或者以适合的方式运行所述设备开口的吹扫气体。但是如果例如来自于燃烧锅炉的排放显著地改变，那么能够进行对(初级/次级)燃烧空气供给部和/或排料口的调整。
优选在步骤c)中至少通过下述机构中的一个对燃烧空气进气进行控制：
-用于燃烧锅炉的至少一个排料口的燃烧空气的至少一个配量装置，
-用于燃烧残余物的至少一个传送机，
-在至少一个传送机的至少一个壳体中的至少一个能至少部分关闭的开口。
用于至少一个排料口的燃烧空气的至少一个配量装置特别是燃烧锅炉的燃烧室的至少一个排料口的区域中的能至少部分和/或完全关闭的盖，和/或能至少部分和/或完全关闭的阀，通过所述盖和/或所述阀能够控制从外部到燃烧锅炉中的燃烧空气进气的入流。在此燃烧空气进气的减少通过由配量装置至少部分地或者完全地关闭排料口来实现，和/或燃烧空气进气的提高通过由配量装置至少部分地或者完全地开启排料口来实现。
附加地或可替代地，燃烧空气进气也能够借助于用于燃烧残余物的至少一个传送机，例如通过调整传送机的传送速度的方式来控制，以至于特别是至少部分地或者完全地用燃烧残余物来封闭燃烧室的排料口。除此之外，也能够通过特别是影响在排料口区域中的、要通过燃烧空气进气克服的流动阻力的方式来影响具有燃烧残余物的传送机的装载高度。因此，例如能够通过降低至少一个传送机的传送速度来减小燃烧空气进气，或者通过提高至少一个传送机的传送速度来减小燃烧空气进气。
用于燃烧残余物的至少一个传送机优选设置在至少一个排料口下方，并且基本上由至少一个基本上气密地连接在燃烧锅炉上的壳体围绕。所述壳体具有至少一个能部分和/或完全关闭的开口，其中所述开口特别能够是壳体在传送机的传送路径的端部上的开口，以便尤其将在传送机上传送的燃烧残余物从传送机和/或从传送机中移除和/或从至少一个传送机的至少一个壳体中移除。环境空气能够从所述至少一个能部分和/或完全关闭的开口流入壳体中并且穿过至少一个排料口作为燃烧空气进气流入燃烧锅炉的燃烧室，其中在所述至少一个壳体内部沿着至少一个传送机形成流动路径。这个过程例如能够通过在至少一个能至少部分关闭的开口的区域中和/或沿着燃烧空气进气的流动路径的一个或多个泵、鼓风机、阀等得到辅助。壳体的至少一个开口能部分和/或完全关闭，以至于能够控制穿过壳体和排料口流入燃烧室中的燃烧空气进气。但是需要澄清的是，壳体的其它开口，例如用于有针对性地为由至少一个传送机传送的燃烧残余物供给冷却空气的开口，也能够构成为能关闭的，以便相应地控制穿过燃烧锅炉的至少一个排料口的燃烧空气进气。
借助于在这里提出的方式，一方面应特别提供适于传送机的运行的空气量，以至于例如保持被排出的燃烧残余物的期望的燃烧程度和/或凝结程度。此外，在对此所需要的空气量相对大的情况下，应紧接着限制通过排料口进入燃烧锅炉中和/或与供给到其它地方的燃烧空气量相适。这也特别是通过相应的监控措施和调节措施在实际中实时地进行。
优选地，燃烧空气进气的至少一个物理特性借助于至少一个第二传感器测量，或者提供的燃烧空气量的确定借助于至少一个第一传感器来进行。显然，这些措施能够彼此组合。
燃烧空气进气的至少一个物理特性例如能够是流过至少一个排料口的燃烧空气进气的质量流速、体积流速、温度、湿度、化学组成、氧气浓度和/或对燃烧锅炉的燃烧室中的燃料燃烧产生影响的其它物理特性。至少一个第二传感器特别是能够确定燃烧空气进气的前述物理特性中的至少一个的传感器。因此，至少一个第一传感器例如是能够在燃烧锅炉的至少一个燃烧室的内部测量氧气浓度的氧气传感器。优选连续地借助于第一传感器和/或第二传感器进行燃烧空气进气的至少一个物理特性的测量和/或提供的燃烧空气量的确定，以至于在确定燃烧室中提供的燃烧空气量与燃烧室中期望的燃烧空气量的偏差时，能够尽可能快地控制至少一个燃烧空气进气，也就是说，能够减小或提高至少一个燃烧空气进气。
根据本发明的另一个方面，也提出一种燃烧锅炉，所述燃烧锅炉具有用于燃料的至少一个燃烧室、用于排出燃烧残余物的至少一个排料口、用于确定在至少一个燃烧室中提供的用于燃烧燃料的燃烧空气量的至少一个第一传感器、用于穿过至少一个排料口的燃烧空气进气的至少一个物理特性的至少一个第二传感器，其中所述至少一个排料口具有用于燃烧空气进气的至少一个配量装置和/或至少一个至少部分地围绕至少一个用于燃烧残余物的传送机的壳体，所述壳体具有至少一个能至少部分关闭的开口。在这里所提出的燃烧锅炉尤其设置为用于执行根据本发明的、用于控制在燃烧锅炉中的燃料燃烧的方法。因此，在这一点上参阅根据本发明的方法的描述。
在本文中，壳体优选具有多个全都能关闭的开口。在配量装置方面，其也能够设置为，将经由传送机提供的燃烧空气流的一部分再次提取(例如借助于相应的抽吸装置)。在这方面来说，配量装置和传送机也能够共同在燃烧锅炉中实现。
在另一个有利的实施方式中，至少一个第一传感器、至少一个第二传感器、至少一个配量装置、至少一个传送机的至少一个驱动器、燃烧室的燃烧空气供给部和/或壳体的至少一个能至少部分关闭的开口以数据传输的方式与控制单元连接，其中所述控制单元设计为用于调节穿过至少一个排料口的燃烧空气进气。
因此，至少一个流过至少一个排料口的燃烧空气进气的特别简单的自动化控制，也就是说，尤其特别简单的自动化操控和/或调节是可行的。至少一个传送机的至少一个驱动器例如是电动机，通过所述电动机能够改变传送机的传送速度。
附图说明
在下文中根据附图进一步阐述本发明以及技术领域。应当指出的是，附图示出本发明的尤其优选的实施形式变形方案，但是本发明不受限于此。
具体实施方式
从图1中示意性地看出具有燃烧室11的燃烧锅炉2。在燃烧室11的内部，在经由(初级/次级)燃烧空气供给部15来供给燃烧空气的情况下进行燃料1的燃烧。除此之外，燃烧锅炉2具有多个设备开口19，例如当传感器和/或清洁器在那穿过和/或运行时，附加的空气流能够穿过所述设备开口(间歇性地和/或持续地)进入。燃烧锅炉2的燃烧室11此外具有排料口3，经由所述排料口能够将燃烧残余物6从燃烧室11中移除到设置在所述排料口3下方的传送机5上。传送机5在这里构成为传送带。为了控制燃烧空气进气16，在排料口3的区域中设置有在这里构成为两个可旋转地安装的盖形式的配量装置4。燃烧空气进气通过关闭配量装置4来减少，并且通过开启配量装置4来提高。燃烧锅炉2在燃烧室11中此外具有用于确定在燃烧锅炉2中提供的燃烧空气量的第一传感器9和用于确定在排料口3的区域中的燃烧空气进气16的物理特性的第二传感器10。除了配量装置4以外，燃烧空气进气16也能够通过传送机5的驱动器12来控制，特别是通过调整传送机5的传送速度进而调整传送机5的装载高度17来控制。
传送机5此外设置在壳体8中，所述壳体在这个实施例中具有两个能至少部分和/或完全关闭的开口7。这两个能至少部分和/或完全关闭的开口7中的较低的一个能够通过能调节的盖14至少部分地和/或完全地关闭。通过这两个能部分和/或完全关闭的开口7，环境空气流入壳体8中并且沿着传送机5构成朝燃烧室11方向的流动路径18。在壳体8中的环境空气能够至少部分地冷却在传送机5上的燃烧残余物6，并且至少部分地促进在传送机5上的燃烧残余物6的后燃烧，其中由于在传送机5上的燃烧残余物6的后燃烧从环境空气中提取至少部分的氧气。这意味着，环境空气的氧气浓度朝燃烧室11的方向至少部分地降低。第一传感器9、第二传感器10、配量装置4、驱动器12、燃烧空气供给部15和/或盖14以数据传输的方式(在这里用虚线表示)与控制单元13连接，所述控制单元设计为，用于控制燃烧空气进气16，以便使在燃烧锅炉2中提供的燃烧空气量，也就是说特别是提供的氧气量，至少部分地或者完全地与期望的燃烧空气量，也就是说特别是期望的氧气量相匹配。
本发明的特征在于，在燃烧锅炉中提供的燃烧空气量的精确的调节，并且实现特别有利地降低在燃料燃烧时产生的有害物质，其中同时能够确保对排放的燃烧残余物的非常好的(完全的)处理。
附图标记列表
1 燃料
2 燃烧锅炉
3 排料口
4 配量装置
5 传送机
6 燃烧残余物
7 能关闭的开口
8 壳体
9 第一传感器
10 第二传感器
11 燃烧室
12 驱动器
13 控制单元
14 盖
15 燃烧空气供给部
16 燃烧空气进气
17 装载高度
18 流动路径
19 设备开口

Claims (7)

1.用于控制燃烧锅炉(2)中的燃料(1)的燃烧的方法，所述方法至少具有下述步骤：
a)确定用于在所述燃烧锅炉(2)中的所述燃料(1)的所述燃烧的期望的燃烧空气量，
b)确定用于在所述燃烧锅炉(2)中的所述燃料(1)的所述燃烧的提供的燃烧空气量，
c)控制穿过所述燃烧锅炉(2)的至少一个排料口(3)以及穿过用于将传感器、清洁系统或采样设备间歇性地引入到所述燃烧锅炉(2)中的至少一个设备开口的至少一个燃烧空气进气(16)，以便使在所述燃烧锅炉(2)中所述提供的燃烧空气量至少部分地与所述期望的燃烧空气量相匹配，
其中根据步骤c)调节下述燃烧空气进气中的至少一个：
-经由燃烧空气供给部的燃烧空气进气A，
-经由所述至少一个排料口的燃烧空气进气B，
-经由所述至少一个设备开口的燃烧空气进气C。
2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤c)包括对总燃烧空气量的主动调整。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中在步骤c)中至少通过下述机构中的一个对所述燃烧空气进气B进行控制：
-用于所述燃烧锅炉(2)的所述至少一个排料口(3)的燃烧空气的至少一个配量装置(4)，
-用于燃烧残余物(6)的至少一个传送机(5)，
-在所述至少一个传送机(5)的至少一个壳体(8)中的至少一个能至少部分关闭的开口(7)。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述燃烧空气进气B的至少一个物理特性借助于至少一个第二传感器(10)来测量，或者所述提供的燃烧空气量的确定借助于至少一个第一传感器(9)来进行。
5.用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法的燃烧锅炉(2)，所述燃烧锅炉具有用于燃料(1)的至少一个燃烧室(11)、用于排出燃烧残余物(6)的至少一个排料口(3)、用于将传感器、清洁系统或采样设备间歇性地引入到燃烧锅炉中的至少一个设备开口、用于确定在所述至少一个燃烧室(11)中提供的用于所述燃料(1)的燃烧的燃烧空气量的至少一个第一传感器(9)、用于穿过所述至少一个排料口(3)的燃烧空气进气B的至少一个物理特性的至少一个第二传感器(10)，其中所述至少一个排料口(3)具有用于所述燃烧空气进气B的至少一个配量装置(4)，其中所述第一传感器(9)、所述第二传感器(10)和所述配量装置(4)以数据传输的方式与控制单元(13)连接，所述控制单元设计为，用于控制穿过至少一个排料口(3)的燃烧空气进气B和穿过将传感器、清洁系统或采样设备间歇性地引入到所述燃烧锅炉(2)中的至少一个设备开口的另一所述燃烧空气进气C，以便使在所述燃烧锅炉(2)中提供的燃烧空气量至少部分地与期望的燃烧空气量相匹配。
6.根据权利要求5所述的燃烧锅炉(2)，具有至少一个至少部分地围绕用于燃烧残余物(6)的至少一个传送机(5)的壳体(8)，所述壳体具有至少一个能至少部分关闭的开口(7)。
7.根据权利要求5或6所述的燃烧锅炉(2)，其中所述至少一个第一传感器(9)、所述至少一个第二传感器(10)、所述至少一个配量装置(4)、所述至少一个传送机(5)的至少一个驱动器(12)或所述壳体(8)的所述能至少部分关闭的开口(7)中的至少一个以数据传输的方式与控制单元(13)连接，其中所述控制单元(13)设计为用于调节穿过所述排料口(3)的燃烧空气进气B。
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