CN103827584A - 用于在燃煤电厂燃烧设备中煤粉燃烧过程中控制燃料空气比的装置和方法 - Google Patents

用于在燃煤电厂燃烧设备中煤粉燃烧过程中控制燃料空气比的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于在燃煤电厂燃烧设备中煤粉燃烧过程中控制燃料空气比的装置和方法，其具有将煤粉气动输送给燃煤电厂燃烧设备的烧嘴（16）的器具以及将燃烧用空气输送给燃煤电厂燃烧设备的烧嘴（16）或输送入燃烧室（15）内的器具，以及在其内对燃烧用空气流量和载气流量进行控制。本发明的目的是对燃料空气比进行高可靠性控制，其中通过对借助设置在空气流中的传感器（11）获得的电信号的分析处理按照相关测量法进行燃烧用空气流量测量和载气流量测量。根据本发明，这个目的通过用于空气流量测量的测量装置得以实现，该测量装置具有对通过静电感应在两个在空气流中顺着空气的流动方向（s）依次设置的传感器（11）上产生的信号进行分析处理的相关测量装置（12）。顺着空气流动方向（s）在传感器（11）之前保持间距I地，其中1×引导空气的通道的流体断面的净宽＜I＜10×传感器（11）的区域内引导空气的通道的流体断面的净宽，在引导空气的通道的流体断面内设置有包括具有平均半径（rm）的电极轮廓的电极（10），其中0.1mm≤rm≤1.2mm。沿空气的流动方向（s）在电极（10）与传感器（11）之间设置有相对电极（10）以电作用的对称电极（13,25），以及电极（10）与对称电极（13,25）与电压（U）为12kV≤U≤20kV的高压电源（9）的极性连接。特别是仅在燃煤电厂燃烧设备的启动阶段期间或在空气的流速＜10m/s时或为了检测目的，电极（10）和对称电极（13,25）与高压电源（9）连接。

Description

用于在燃煤电厂燃烧设备中煤粉燃烧过程中控制燃料空气比的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于在燃煤电厂燃烧设备中煤粉燃烧过程中控制燃料空气比的装置，该装置具有将煤粉气动输送给燃煤电厂燃烧设备的烧嘴的器具以及将燃烧用空气输送给燃煤电厂燃烧设备的烧嘴或输送入燃烧室内的器具，其中燃煤电厂燃烧设备顺着空气的流动方向具有至少下列装置：
用于从周围环境中吸入新鲜空气的新鲜空气鼓风机；用于输送被吸入的新鲜空气的一部分作为用于加载煤粉的载气的研磨鼓风机；用于利用燃煤电厂燃烧设备的废气热对被吸入的新鲜空气和一部分载气（Tragluft）进行预热的空气预热器；用于控制被引入燃烧室内的燃烧用空气流量的空气流量控制装置；用于控制为了气动输送煤粉需使用的载气的空气流量控制装置以及用于测量被导入燃煤电厂燃烧室中的燃烧用空气流量的测量装置和用于将预先选定的煤粉量定量地输送给烧嘴的装置。
另外，本发明涉及一种用于在燃煤电厂燃烧设备中煤粉燃烧过程中控制燃料空气比的方法，该燃煤电厂燃烧设备具有至少前述特征。
背景技术
对燃煤电厂燃烧设备中煤粉燃烧过程中的燃料空气比的控制的特别的重要性在于实现输送的燃料基本上完全燃烧或在于维持燃烧过程的事先规定的理论配比和因此在于实现高能量效率以及在于保持低的废气排放值。因此，燃煤电厂中的燃烧设备除了用于将按照要求的负荷预先选定的燃料量定量地输送给烧嘴的适当的设备之外还具有控制装置，利用这些控制装置根据被输送的燃料量对被输送给烧嘴或燃烧室的空气流量进行控制。为此需要测量装置，借助这些测量装置可以尽可能精确地利用测量技术探测被引入燃烧室内的空气流量，更确切地说是燃烧用空气流量和载气流量。为了与负荷相关地对燃烧过程进行优化调节，两项都是必要的，其中根据所要求的负荷预先选定燃料量和由此还预先选定载气流量并且对燃烧用空气流量进行控制以实现事先规定的燃烧理论配比（Stoechiometrie derVerbrennung）。
实际上既有燃煤电厂燃烧设备，在这些燃煤电厂燃烧设备中预先选定的煤粉量被输送给每个单独的烧嘴或烧嘴组以及根据这个预先选定的煤粉量对输送给这个烧嘴或这个烧嘴组的空气流量进行控制以实现事先规定的燃烧理论配比，也有燃烧设备，在这些燃烧设备中仅仅预先选定输送给锅炉的所有烧嘴的煤粉量的总量并且相应地同样仅仅对输送给这个锅炉的全部烧嘴或该锅炉的合计空气流量进行控制。
为了实现对燃烧用空气流量的相应的控制和从而对燃烧过程进行调节，全部利用测量技术或者针对锅炉的单独的烧嘴或者烧嘴组或者所有烧嘴或者该锅炉对输送给该锅炉的空气流量进行测量无论如何都是必要的。
另外，在将煤粉气动输送给烧嘴的电厂燃烧设备中，对用于气动煤粉输送的载气流量进行控制。这个控制同样要求利用测量技术对载气流量进行测量。
在大多数情况下，在燃煤电厂燃烧设备中使用压力测量探针借助压差测量进行空气流量测量。为此压力测量探针分别安装在引导燃烧用空气的管道系统或通道系统内以及引导载气的管道系统或通道系统内。借助测得的压力可以确定通道内的流速并且在考虑到通道几何形状的情况下求出各空气流量。优选压力测量探针不直接位于通道横断面内，而是通过所谓的脉冲传输线与引导空气的通道连接。
为了提高电厂燃烧设备的能量效率，通常对新鲜空气进行预加热。为此经常使用再生式空气预热器。在再生式空气预热器中，储能块，大多数情况下为光滑的或波纹状的板材，交替地首先由热的废气加热和接着被新鲜空气冷却，这样实现了从废气到新鲜空气的热传递。伴随出现的是飞尘微粒进入新鲜空气中。在电厂燃烧设备的运行中这一点经常导致压力测量探针或者脉冲传输线被弄脏。其结果是需要连续不断的清理作业和保养作业。问题是：无法明确地借助测得的压差确定压力测量探针的脏污程度，以及因此测量结果在后续的运行中具有很大的故障风险。结果是只有付出很高代价才可确定的空气流量测量的漂移。最终这一点导致对燃料空气比的不精确的控制，伴随而生的是效率的恶化和有害物质排放的增加。
现有技术中的众所周知的测量装置对顺着流动的载有粒子的介质的流动方向依次设置的传感器上的静电效应进行分析处理。这样的测量装置能够确定流动的载有粒子的介质的流速，也能够确定流动的介质的装载量。这样例如在DE 696 34 249 T2中介绍了一种测量系统，利用该测量系统通过对两个设置在体积流中的传感元件上的静电效应的分析处理可以确定由气体和细粉构成的体积流的速度、体积流中的气体和细粉的比例和流动的细粉悬浮（Pulversuspension）中的紊流度。利用这样的测量系统可以确定载有粒子的气体流中的气动传输的粉状固体材料的量。所述测量系统例如可以用于对输送给一个过程的粉状固体材料量的控制。由US4,512,200A公知了一种用于确定在管道中被气动传输给烧嘴的煤粉量的方法，在该方法中为了确定被气动传输的煤粉量同样对顺着流动方向依次设置的传感器上的煤粉微粒的静电效应进行分析处理。
上述用于通过对顺着载有粒子的的介质的流动方向依次设置的传感器上的静电效应的分析处理确定流动的载有粒子的介质的流速和装载量的测量系统和方法，原则上适合于确定在流动的介质中被输送的微粒状的固体材料的量。这些系统和方法还以高可靠性和高精度地应用。然而它们在确定在管道系统中被输送的、不载有粒子的气体时失灵。
因此，在DE 10 2008 030 650 A1中提出了一种用于在为了预热新鲜空气具有再生式空气预热器的燃煤电厂燃烧设备中煤粉燃烧时对燃料空气比进行控制的方法，在该方法中根据对顺着空气的流动方向依次设置在空气流中的传感器上的静电效应按照相关测量法进行分析处理来实施燃烧用空气流量测量和载气流量测量，其中0.1mg至10mg细粒粒子/m3的空气被添入传感器前的空气流中。优选仅仅在燃煤电厂燃烧设备的启动阶段期间，即仅仅在煤粉不燃烧和因此没有飞尘微粒通过再生式空气预热器被添入新鲜空气中的阶段中，将细粒粒子添入空气流中。在燃煤电厂燃烧设备的整个运行期间持续地添入细粒粒子的费用过大。因此在DE 10 2008 030 650A1中提出的方案也仅仅在具有用于预热新鲜空气的再生式空气预热器的燃煤电厂燃烧设备中是适宜的。
另外已经证明：当空气的粒子装载量和/或空气流的流速低于一个临界值时，那么根据对在顺着空气的流动方向依次设置在空气流中的传感器上的、顺着空气流被引入的、被静电充电的粒子的静电效应按照相关测量法进行分析处理来实施的燃煤电厂燃烧设备中的燃烧用空气流量测量和载气流量测量不能再以足够高的测量精度被使用。前述临界值大致为0.1mg飞尘/m3空气的粒子装载量或流速10m/s的流速，其中两个临界值在需实现的高测量精度方面如下地彼此相关联，即如果空气的流速明显大于10m/s的话，空气的粒子装载量可以小于标出的0.1mg飞尘/m3空气，或者反过来，即如果空气的粒子装载量大于所述的0.1mg飞尘/m3空气的话，空气的流速也可以在10m/s以下。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于在燃煤电厂燃烧设备中煤粉燃烧过程中控制燃料空气比的装置和方法，通过它们消除上述缺点。特别是根据对从顺着空气的流动方向依次设置的传感器获得的信号使用相关测量法进行分析处理应该如下地改善燃煤电厂燃烧设备内的燃烧用空气流量测量和载气流量测量，即它们同样能够应用于燃煤电厂燃烧设备中或在燃煤电厂燃烧设备的一种运行状况中，在该运行状况中空气没有装载或者只极少地装载粒子和/或在该运行状况中空气的流速缓慢。
根据本发明，这个目的通过根据权利要求1所述的装置以及根据权利要求9所述的方法得以实现。在与权利要求1相关的权利要求2至8中对本发明的装置的有益的构造加以阐述，在与权利要求9相关的权利要求9至16中对本发明的方法的有益的构成加以阐述。
本发明的用于在燃煤电厂燃烧设备中煤粉燃烧过程中控制燃料空气比的装置具有将煤粉气动输送给燃煤电厂燃烧设备的烧嘴的器具以及将燃烧用空气输送给燃煤电厂燃烧设备的烧嘴或输送入燃烧室内的器具，其中顺着空气的流动方向设置有至少下述装置：用于从周围环境中吸入新鲜空气的新鲜空气鼓风机；用于将吸入的新鲜空气的一部分作为载气输送给磨煤机的研磨鼓风机；用于利用燃煤电厂燃烧设备的废气热对吸入的新鲜空气和一部分载气进行预热的空气预热器；用于控制被引入燃烧室内的燃烧用空气流量的空气流量控制装置；用于控制为了气动输送煤粉需使用的载气流量的空气流量控制装置以及用于测量被导入燃烧室中的燃烧用空气流量和用于测量为了气动输送煤粉需使用的载气流量的测量装置，和用于将预先选定的煤粉量定量地输送给烧嘴的装置，其中借助对通过静电效应在至少两个在引导空气的通道的流体断面内顺着空气的流动方向依次设置的传感器上产生的信号进行分析处理的相关测量装置来实施空气流量测量，本发明装置的特征在于：顺着空气的流动方向在传感器之前保持间距I地，其中1×引导空气的通道的流体断面的净宽＜I＜10×传感器的区域内引导空气的通道的流体断面的净宽，优选3×引导空气的通道的流体断面的净宽＜I＜5×传感器的区域内引导空气的通道的流体断面的净宽，在引导空气的通道的流体断面内设置有包括具有平均半径rm的电极轮廓的电极，其中0.1mm≤rm≤1.2mm，其中间距I为所述电极与两个沿空气的流动方向（s）依次设置的传感器中的第一传感器之间的间距，即相对这个电极以电作用的对称电极至少部分地沿空气的流动方向设置在传感器前，并且电极以及对称电极与电压U为12kV≤U≤20kV，优选15kV≤U≤17kV的高压电源的不同的极性连接。
在这种情况下，借助相关测量装置既对输送给锅炉的燃烧用空气的流量进行测量也对气动输送煤粉所需的载气的流量进行测量，所述相关测量装置对由于静电感应在引导空气的通道的流体断面中顺着流动方向依次定位的传感器上产生的信号进行分析处理。为此在引导燃烧用空气的通道系统中和在引导载气的通道系统中设置有相应的传感器，这些传感器与相关测量装置保持电连接。
优选地，在引导空气的通道中保持间距I地设置在传感器前的、与高压电源电连接的电极可以具有一个或多个具有平均半径rm为0.1mm≤rm≤1.2mm的轮廓的尖端或刃部或可以构造成具有平均半径rm为0.1mm≤rm≤1.2mm的线材。特别优选地，所述电极构造成伸入到流体断面内的棒材，其中伸入到流体断面内的电极的端部伸入到大致流体端面的中心并且至少具有平均半径rm为0.1mm≤rm≤1.2mm的尖端或刃部。
如果引导空气的通道的通道壁构造成可导电的话，则该通道壁可以在本发明的优选的构造中导电地接通为相对于设置在引导空气的通道的流体断面内的电极的对称电极。
在本发明的其他的构造中，对称电极构造成可导电的棒材或线材，其贯穿通道横断面的至少一半并且顺着空气的流动方向设置在电极之后和传感器之前，就是说顺着空气的流动方向在电极与传感器之间。当然顺着空气的流动方向在电极与传感器之间还可以设置多个棒材或线材并导电地接通为对称电极。
然而优选地，顺着空气的流动方向在电极与传感器之间设置完全贯穿通道横断面的棒材或线材并导电地接通为对称电极。
优选地，电极设置为相对引导空气的通道的通道壁绝缘。电极可以具有一个或多个具有平均半径rm为0.1mm≤rm≤1.2mm的轮廓的尖端或刃部或可以构造成具有平均半径rm为0.1mm≤rm≤1.2mm的线材。优选地，电极导电地接通为负极。优选地，对称电极导电地接通为机壳接地，这特别是在通道壁构造成可导电的并起对称电极的作用时是有利的。
传感器可以构造为相对在通道内被引导的空气绝缘，以防止由于传感器与离子化的空气分子之间的直接电荷交换导致的干扰。
提供对通过静电感应在引导空气的通道的流体断面中、顺着空气的流动方向依次设置的传感器上产生的信号进行分析处理的相关测量装置，其中传感器设置在设于引导空气的通道的流体断面中的、与电压U为12kV≤U≤20kV，优选15kV≤U≤17kV的高压电源相连接的电极之后。如果与电压U为12kV≤U≤20kV，优选15kV≤U≤17kV的高压电源相连的电极顺着流动方向设置在引导空气的通道的流体断面中的分支前的话，多个前述相关测量装置还可以设置在引导空气的通道系统的不同分支中。重要的是：沿着气流测得的传感器到所述电极的间距I＜10×传感器的区域内的引导空气的通道的流体断面的净宽。
本发明的方法以空气流量测量为基础，更确切地说以借助对通过静电感应在至少两个在引导空气的通道的流体断面中顺着空气的流动方向依次设置的传感器上产生的电信号的分析处理按照相关测量法实施的燃烧用空气流量测量和载气流量测量为基础。本发明方法的特征在于：顺着空气的流动方向在传感器前，气流的至少一部分受到传导12kV≤U≤20kV，优选15kV≤U≤17kV的电压U的、具有0.1mm≤rm≤1.2mm的平均半径rm的电极轮廓的电极的作用并因此被离子化；以及传感器却不受通过电压U驱动的、在电极与对称电极之间流动的离子流的作用。
优选电极传导负电压，即接通为负极。
作为电场
Figure BDA0000455540630000071
的离子流从电极流向对称电极的离子化的空气分子与气流中的其他的分子相互作用，因此空气流的分子如此地受电影响，即在空气流流经传感器时受电影响的空气流的分子通过静电感应在传感器中产生电信号，这些电信号能够借助相关测量装置可靠地得到分析处理。
在这种情况下，特别重要的是：传感器不受电极与对称电极之间的离子流的直接作用。传感器相对电极保持这样的距离定位，即在电极与对称电极之间形成的电场
Figure BDA0000455540630000072
的作用仅仅是微弱的，就是说，电场强度为＜0.3V/m。
空气流可以受电极上的恒定的负电压U的作用或者还可以受随时间变化的、最大值为12kV≤U≤20kV，优选15kV≤U≤17kV的电压U的作用。最大值为12kV≤U≤20kV，优选为15kV≤U≤17kV的和脉冲持续时间为约1ms的脉冲电压的作用是特别有利地。
已经发现：在可变化的电压U，特别是脉冲电压U的情况中，不仅可以借助对通过静电感应在传感器上产生的电信号的随机特征的分析处理实施相关测量；而且另外为了确定空气的流速和因此为了空气流量测定，还可以对电压U的时间变化以及因此对这个电压U对空气流的分子的作用的时间变化进行分析处理。
在本方法的一个特别优选的构成中，空气流经受最大值为12kV≤U≤20kV，优选为15kV≤U≤17kV的和脉冲持续时间为约1ms的电压U的n个脉冲数的、周期性反复的脉冲序列，其中2≤n≤10，以及其中n个脉冲的脉冲序列以周期持续时间为0.2s至3.0s，优选为1.0s至1.5s周期性地反复。
在电极与对称电极之间具有脉冲电压的本发明的一个特别适宜的构造在于：对通过静电感应产生的信号按照相关测量法相对电极传导的电压U的脉冲时间延迟地进行分析处理。优选时间延迟在5ms至150ms之间，特别优选时间延迟在8ms至70ms之间。通过这种方式，在对由空气流在传感器上通过静电感应产生的信号的分析处理中，不考虑由电压脉冲导致的快速变化的电磁场而在传感器中产生的信号-干扰信号。
本发明的方法还能够在2m/s至10m/s之间比较慢的空气流速的情况下实现很精确的空气流量测量。
在燃煤电厂燃烧设备具有再生式空气预热器的情况中，只有在没有煤粉添入载气中以及因此没有飞尘微粒通过再生式空气预热器添入新鲜空气中或者在传感器的区域内的空气流速比较小时，电极然后才需要传导电压U。在这种情况中，在燃煤电厂燃烧设备使用煤粉点火过程中以及在空气流速高的情况下可以在传感器的区域内按照相关测量法通过对信号的特征进行分析处理实施空气流量测量，所述信号由流入空气流内的飞尘微粒产生的带电载体上的静电效应产生。只有在空气流中没有或仅有很少的飞尘微粒时和/或空气流速小于10m/s时，才需要所述电极如所介绍的那样传导电压U。
有利的是，在上述情形中，在所述电极仅仅有时如所介绍的那样传导电压U，以便将获得的空气流量测量结果按照相关测量法用于对通过对信号的特征的分析处理所获得的空气流量测量的检查，所述信号由流入空气流内的飞尘微粒产生的带电载体上的静电效应产生。
本发明的一个特别的优点还在于：按照相关测量法直接测量气流的速度，因为通过静电感应直接由空气流的分子导致传感器上的信号的产生，而在现有技术的类似方法中按照相关测量法对由在空气流中传导的微粒即飞尘微粒产生的信号的特征进行分析处理。当然，微粒的运动速度相对传导微粒的空气流的流速可以具有滑移，该滑移将导致测量结果不准确。空气流的流速越慢以及微粒越大，上述滑移可能就越大。
本发明的装置和本发明的方法实现了对燃煤电厂燃烧设备中的燃料空气比的无干扰和无需保养的控制以及因此以高可靠性、高精度和空气流量测量的精度的长期稳定性对燃烧过程控制。
附图说明
下文将参照实施例进一步对本发明加以阐述。附图中：
图1为燃煤电厂燃烧设备的简化方框线路图；
图2为引导燃烧用空气的通道内的与高压电源连接的电极以及与相关测量装置连接的传感器的配置；
图3为与高压电源连接的电极的电极尖端的构造；
图4为接通到电极上的高压电的时间变化曲线；
图5为接通到电极上的高压电的另外的变化曲线；
图6为引导燃烧用空气的通道内的与高压电源连接的电极与对应地构造成棒材的对称电极的以及与相关测量装置连接的传感器的另一个配置；
图7为与高压电源连接的电极的电极尖端的另一个构造；
图8为与高压电源连接的电极以及引导燃烧用空气的通道的分支之后的两个相关测量装置的传感器的配置；和
图9为电厂燃烧设备中的空气流量测量的时间变化曲线。
具体实施方式
图1中示出的燃煤电厂燃烧设备的简化方框线路图示出的是以新鲜空气吸入开始的新鲜空气阀1，顺着空气的流动方向s接下来的是新鲜空气鼓风机2。在新鲜空气鼓风机2之后被吸入的新鲜空气被分流为载气。这个载气被研磨鼓风机3继续输送，更确切地说一部分被输送到再生式空气预热器4。在燃煤电厂燃烧设备的稳态运行中，载气的一部分在再生式空气预热器4中被加热。载气的另外的部分被继续冷态地输送。载气的两个部分由热空气阀5以及冷空气阀6定量地汇集到一起，更确切地说形成这样的体积分数，即载气-煤粉-混合物的温度在加载细煤粉之后处于预先选定的极限值内。由设置在磨煤机7之后的测温装置8探测载气的温度。在磨煤机7之前，在引导载气的通道的流体断面中设置有与高压电源9连接的电极10和顺着载气的流动方向s随后设置有两个传感器11，这些传感器与载气流量测量装置12连接。这些传感器11构造成顺着载气的流动方向s成对地依次设置的、伸入到载气流中的测杆。
载气流量测量装置10构造成相关测量装置，该相关测量装置对由于静电感应由流经传感器11的带电粒子产生的信号进行分析处理并且这样测量载气的流速。根据设置的传感器11的区域内的引导载气的通道的横截面面积以及设置的传感器11的区域内的载气的温度和载气的静压力确定载气流量。传感器11顺着载气的流动方向s相对电极10保持间距I设置，其中I≈4×传感器11的区域内通道的流体断面的净宽。引导载气的通道的壁13构造为可导电的并且接通为机壳接地。电极10与传感器11相对通道的壁13电绝缘地设置。根据电厂燃烧设备要求的负荷通过计量配料装置14计量后煤炭被添加到磨煤机7。被加载煤粉的载气被引向设置在燃烧室15内的烧嘴16。这一点根据燃煤电厂燃烧设备的构造可以单个烧嘴地或烧嘴组地或燃烧室15的所有烧嘴16共同地进行。顺着载气的流动方向s在再生式空气预热器4之后设置有用于测量载气的静压力的压力检测装置17。另外，在载气流中设置有安全阀18，这些安全阀在燃煤电厂燃烧设备的启动阶段，就是说当没有煤粉输送到烧嘴16时为关闭状态。
被吸入的新鲜空气的主要部分作为燃烧用空气输送给在新鲜空气鼓风机2之后的再生式空气预热器4。借助静压力检测装置19探测经加热的燃烧用空气的静压力。借助压力检测装置17和19对新鲜空气鼓风机2进行控制。经加热的燃烧用空气一部分被直接输送到烧嘴16，而经加热的燃烧用空气的另一部分被输送到燃烧室15内。通过燃烧用空气流量检测装置20和21探测燃烧用空气的两个部分（Mengenteile）。为此在各个引导燃烧用空气的通道内设置有传感器11，这些传感器分别与燃烧用空气流量检测装置20和21连接。在燃烧用空气流量检测装置20和21的传感器11之前，在引导燃烧用空气的通道的流体断面内各设置有与高压电源9连接的电极10。类似于载气流量检测，传感器11顺着燃烧用空气的流动方向s相对电极10保持间距I地设置，其中I≈20×传感器11的区域内的通道的流体断面的净宽。
燃烧用空气流量检测装置20和21如载气流量检测装置12一样同样构造成相关测量装置，该相关测量装置对由于静电感应由流经传感器11的带电粒子产生的信号进行分析处理并且因此测量燃烧用空气的流速。在考虑到设置的传感器11的区域内的引导燃烧用空气的通道的横截面面积以及燃烧用空气的温度和燃烧用空气的静压力的情况下，计算出燃烧用空气流量。
通过燃烧用空气控制阀22和23对输送给烧嘴16以及燃烧室15的燃烧用空气流量进行控制，以实现在根据电厂燃烧设备要求的负荷事先确定的、输送给烧嘴16的煤粉的流量的情况下事先规定的燃烧理论配比法所需的燃料空气比。
根据燃煤电厂燃烧设备的规模和功率，所有前述标准组件和装置可以重复设置并同时运行。为了简化方框线路图的清晰的目的，分别示出仅仅一套标准组件和装置。就本发明的内容而言，不涉及燃煤电厂燃烧设备的基本作用原理。
图2示出的是与高压电源9相连的电极10以及两个与相关测量装置12相连的传感器11在引导燃烧用空气的通道的流体断面内的配置。为了载气流量测量，以相同的方式在引导载气的通道的流体断面内配置电极10和传感器11。
电极10相对引导燃烧用空气的通道的壁13电绝缘地设置，该壁导电地起相对电极10的对称电极作用、可导电并接通为机壳接地。它构造成大致伸入到通道内的流体断面中心的、棒直径约为12mm的金属圆棒。如在图3中所示出的那样，在电极10的大致位于流体断面中心的端部上设置有金属尖端24，其具有的尖端24的平均半径rm为rm=0.4mm。尖端24由厚度为1mm的钢板制成，并被插入被切入圆棒内的槽中以及与该圆棒导电连接。电极与高压电源9电连接。电极相对通道的起对称电极作用的壁13接通为负极。在电极10的和起对称电极作用的通道的壁13的这个配置和构造情形下，两个电极之间的电场
Figure BDA0000455540630000111
将具有所示出的构造。
顺着燃烧用空气的流动方向s，相对电极10的位置保持间距I=4×通道断面的净宽地、顺着流动方向依次设置有两个传感器11。传感器11构造成伸入到流体断面内大约至流体断面中心的测杆。在这种情况下，间距I是指电极10与沿空气的流动方向s依次设置的两个传感器11中的第一传感器11之间的间距。两个传感器11沿空气的流动方向s彼此保持约350mm的间距设置。传感器11沿空气流动方向s的彼此间距可以在200mm至1000mm之间。
需要注意的是：传感器11与电极10保持一个距离定位，在该距离中在电极10与起对称电极作用的通道的壁13之间产生的电场
Figure BDA0000455540630000121
的作用仅仅是微小的，就是说，电场强度＜0.3V/m。
传感器11同样构造成相对接通为机壳接地的和引导燃烧用空气的通道的起对称电极作用的壁13电绝缘。传感器11与相关测量装置12电连接。
图4和5示出的是例如由高压电源9产生的电压U的可能的时间变化曲线。这在图4中为一个约﹣16kV的直流电压、一个具有约﹣16kV的峰值的可变电压或一个具有在时间间隔约300ms中脉冲持续时间约为1ms的电压脉冲的脉冲电压，以及在图5中是一个峰值约为﹣16kV和脉冲持续时间约为1ms和电压脉冲序列的周期持续时间为1.0s的电压U的5个脉冲的周期性反复序列。在这种情况下，5个脉冲的间距在序列中是非恒定的，而是其首先从第1与第2电压脉冲之间的0.1s、在第2和第3电压脉冲之间的0.15s、在第3与第4电压脉冲之间的0.2s上升到第4与第5电压脉冲之间的最后的0.25s。
已经发现：通过这样的具有电压脉冲的周期性反复序列可以实现特别好的测量结果。
图6示出的是电极10、导电地与这个电极10对应的构造成棒状的对称电极25、以及两个与相关测量装置12连接的传感器11在引导烟道燃烧用空气的通道的流体断面内的配置。对称电极25构造和设置成完全贯穿引导燃烧用空气的通道的流体断面。对称电极25顺着燃烧用空气的流动方向s定位在电极10与传感器11之间，或更准确地说在电极10与两个传感器中的顺着燃烧用空气的流动方向s的第一传感器11之间并且相对引导燃烧用空气的通道的壁13电绝缘地设置。电极10和对称电极25与高压电源9的两极电连接。如在图6中示出的那样，在施加电压或者电压脉冲时，在电极10与对称电极25之间形成电场传感器11与电极10保持如此的距离定位，即在电极10与对称电极25之间产生的电场
Figure BDA0000455540630000132
的作用仅仅是微小的，就是说，电场强度＜0.3V/m。
图7示出的是电极10的位于大致流体断面中心的端部的构造。在电极10的所述端部上构造有指向对称电极25的方向的尖端24。
图8示出的是在引导燃烧用空气的通道的分支之后，与高压电源9连接的电极10以及两个由各两个传感器11构成的、分别与相关测量装置12.1和12.2电连接的传感器组的配置。针对图2或6所阐述的电极10以及传感器11的配置的特征相应地适用，然而不同之处在于：顺着燃烧用空气的流动方向s在电极10之后出现了引导燃烧用空气的通道的分支以及在每个通道分支内设置有相应的与一个相关测量装置12.1或12.2连接的、由各两个传感器11构成的组。顺着燃烧用空气的流动方向s，在与相关测量装置12.1电连接的传感器11的情况中，电极10相对传感器11的间距I为I≈4×传感器11的区域内的通道横断面的净宽，和在与相关测量装置12.2电连接的传感器11的情况中，I≈8×传感器11的区域内的通道横断面的净宽。
图9示出的是在燃煤电厂燃烧设备的启动阶段期间输送给一个烧嘴16或一组烧嘴16的燃烧用空气的量的时间变化曲线。
首先给燃烧室15进行预送风。燃烧用空气控制阀22和23完全打开，而载气引导中的安全阀18则关闭。只将燃烧用空气引入燃烧室12内。根据借助静压力检测装置19测得的燃烧用空气的压力对新鲜空气鼓风机2进行控制。首先向燃烧室15内吹入如此多的燃烧用空气，以数倍地（至少3倍地）置换燃烧室15内的空气量，以便从燃烧室15中清除剩余燃料来防止爆燃。在燃烧室15内的空气量被数倍地置换之后，形成用于设置在燃烧室15内的、在图1中未示出的燃油或燃气烧嘴的点火待机状态。随着点火待机状态的开始，根据为了点火过程输送的燃料（燃油或燃气）量对燃烧用空气流量进行控制。高压电源9产生高压脉冲序列，电极10被加载这些高压脉冲序列，其中电极10相对引导燃烧用空气的通道的、起对称电极作用的壁13接通为负极。高压脉冲具有1ms的脉冲宽度，电压U的最大值为U=﹣16kV。利用燃烧用空气流量检测装置20和21对燃烧用空气流量进行测量，并且通过燃烧用空气控制阀22和23对输送给烧嘴16或燃烧室15的燃烧用空气流量进行控制。如此长时间地继续燃煤电厂燃烧设备的燃油或燃气燃烧，直到实现燃烧室15和再生式空气预热器4的充分预热为止。在燃油或燃气燃烧期间，电极10被高压脉冲加载，以便在燃烧用空气流中产生离子化的空气分子雾（Wolken ionisierter Luftmolekuele）。这些离子化的空气分子雾在形成于电极10与对称电极之间的电场
Figure BDA0000455540630000141
内作为离子流被引向对称电极。与此同时，在上述离子化空气分子与燃烧用空气流的其他的分子之间发生相互作用。由于这个相互作用，燃烧用空气流的分子如此地受到电影响，即在其流经传感器11时由于静电感应产生信号，从这些信号中通过按照相关测量法的分析处理可以求得燃烧用空气的各个流速。根据燃烧用空气的流速，然后在考虑到设置的传感器11的相应区域内的引导燃烧用空气的通道的横截面面积以及燃烧用空气的温度和燃烧用空气的静压力的情况下计算出各个燃烧用空气流量。重要的是：传感器11不受电极10与对称电极13、25之间的离子流的直接作用，因为按照相关测量法，即，按照与此后将阐述的、对由流经传感器的、通过静电效应而带电的微粒基于静电感而在传感器11上产生的信号进行分析处理的方法相同的方式无法分析处理由于电场引导的离子流而在传感器11上产生的信号。
随着燃烧室15实现充分的预热，煤粉开始被添入燃烧室15中。为此通过研磨鼓风机3和打开安全阀18启动载气流，以及磨煤机7定量地被添入煤炭。载气被加载煤粉。煤粉在依然处于运行中的燃油或燃气烧嘴上点燃。
随着煤粉开始被添入燃烧室15中以及煤粉点火燃烧，可以结束为电极10加载高压脉冲，因为通过再生式空气预热器4足够量的灰粒被添入燃烧用空气和载气中，这些灰粒通过静电效应被充电并且在流经传感器11时由于静电感应产生可以按照相关测量法进行分析处理的信号。尽管如此可以间隔约30分钟，在必要的情况下还以更短的间隔给电极10加载高压脉冲，以便为了检查设备的测量精度实施检测，这些检测既以由流经传感器11的、通过静电效应被充电的灰粒产生的信号也以由离子化的空气分子通过静电感应产生的信号为基础。这一点实现了对燃烧用空气或载气的流速的明显更加精确的测量，由此产生明显更加精确的燃烧用空气流量测量和载气流量测量，通过这种方式最终可以实现在燃煤电厂燃烧设备中煤粉燃烧过程中对燃料空气比的明显更加精密的控制。
然而如果燃烧用空气或载气的流速下降到数值10m/s以下的话，应该给电极10加载相应的高压脉冲，因为此后按照相关测量法通过对由仅仅通过静电效应被充电的微粒在传感器11产生的信号的分析处理得到的燃烧用空气流量测量或载气流量测量的测量精度明显恶化。
附图标记列表
1-    新鲜空气阀
2-    新鲜空气鼓风机
3-    研磨鼓风机
4-    再生式空气预热器
5-    热空气阀
6-    冷空气阀
7-    磨煤机
8-    测温装置
9-    高压电源
10-   电极
11-   传感器
12-   相关测量装置
12.1  相关测量装置
12.2  相关测量装置
13    通道的壁
14    计量配料装置
15    燃烧室
16    烧嘴
17    用于测量载气的静压力的压力检测装置
18    载气流中的安全阀
19    用于测量燃烧用空气的静压力的压力检测装置
20    燃烧用空气流量检测装置
21    燃烧用空气流量检测装置
22    燃烧用空气控制阀
23    燃烧用空气控制阀
24    电极10的或电极10上的尖端
25    对称电极
Figure BDA0000455540630000161
   电场
I     间距
n-    电压U的脉冲数
rm    尖端的平均半径
s     流动方向
U     电压

Claims (16)

1.用于在燃煤电厂燃烧设备中煤粉燃烧过程中控制燃料空气比的装置，该装置具有将煤粉气动输送给燃煤电厂燃烧设备的烧嘴的器具以及将燃烧用空气输送给燃煤电厂燃烧设备的烧嘴（16）或输送入燃烧室（15）内的器具，其中顺着空气的流动方向设置有至少下述装置：用于从周围环境中吸入新鲜空气的新鲜空气鼓风机（2）；用于输送被吸入的新鲜空气的一部分作为用于加载煤粉的载气的研磨鼓风机（3）；用于利用燃煤电厂燃烧设备的废气热对被吸入的新鲜空气和一部分载气进行预热的空气预热器（4）；用于控制被引入燃烧室（15）内的燃烧用空气流量的空气流量控制装置；用于控制为了气动输送煤粉需使用的载气的空气流量控制装置以及用于测量被导入燃烧室（15）中的燃烧用空气流量和用于测量为了气动输送煤粉需使用的载气流量的测量装置（12,20,21），和用于将预先选定的煤粉量定量地输送给烧嘴（16）的装置（7,14），和其中为了空气流量测量（12,20,21）设置有对通过静电感应在两个在空气流中，顺着空气的流动方向（s）依次设置的传感器（11）上产生的信号进行分析处理的相关测量装置（12），
其特征在于：顺着空气流动方向（s）在相关测量装置（12）的传感器（11）之前保持间距I地，其中1×引导空气的通道的流体断面的净宽＜I＜10×传感器（11）的区域内引导空气的通道的流体断面的净宽，优选3×引导空气的通道的流体断面的净宽＜I＜5×传感器（11）的区域内引导空气的通道的流体断面的净宽，在引导空气的通道的流体断面内设置有包括具有平均半径rm的电极轮廓的电极（10），其中0.1mm≤rm≤1.2mm，其中间距I为电极（10）与两个依次设置的传感器（11）中的沿空气的流动方向（s）的第一传感器（11）之间的间距，即相对电极（10）以电作用的对称电极（13,25）至少部分地沿空气的流动方向（s）设置在传感器（11）前，并且电极（10）以及对称电极（13,25）与电压U为12kV≤U≤20kV，优选15kV≤U≤17kV的高压电源（9）的不同的极性连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：在引导空气的通道的通道壁（13）为导电的情况中，该通道壁（13）接通为相对于设置在引导空气的通道的流体断面内的电极（10）的对称电极。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：顺着空气的流动方向（s）在电极（10）之后和在传感器（11）之前设置有至少一个贯穿通道横断面的至少一半的导电的棒材（25）或线材，以及这个导电的棒材（25）或线材电接通为相对电极（10）的对称电极。
4.根据权利要求1至3所述的装置，其特征在于：设置在引导空气的通道的流体断面内的电极（10）接通为负极，以及对称电极（13,25）接通为机壳接地。
5.根据权利要求1至4所述的装置，其特征在于：设置在引导空气的通道的流体断面内的电极（10）具有一个或多个具有平均半径rm为0.1mm≤rm≤1.2mm的轮廓的尖端（24）或刃部，或着设置在引导空气的通道的流体断面内的电极（10）构造成具有平均半径rm为0.1mm≤rm≤1.2mm的线材。
6.根据权利要求1至5所述的装置，其特征在于：设置在引导空气的通道的流体断面内的电极（10）构造成伸入流体断面内的棒材并且设置为相对引导空气的通道的壁（13）绝缘，其中伸入流体断面内的电极（10）的端部大致伸入到该流体断面中心并且具有至少一个平均半径rm为0.1mm≤rm≤1.2mm的尖端（24）或刃部。
7.根据权利要求1至6所述的装置，其特征在于：顺着空气的流动方向（s）在设置在引导空气的通道的流体断面内的电极（10）之后，设置有多个对通过静电感应在两个在空气流内顺着空气的流动方向（s）依次设置的传感器（11）上产生的信号进行分析处理的相关测量装置（12.1,12.2）。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：顺着空气的流动方向（s）在设置在引导空气的通道的流体断面内的电极（10）之后和在顺着空气的流动方向接在电极（10）的设置位置之后的、引导空气的通道的分支之后，在各个通道分支中设置有对通过静电感应在两个在空气流内顺着空气的流动方向（s）依次设置的传感器（11）上产生的信号进行分析处理的相关测量装置（12.1,12.2）。
9.用于在燃煤电厂燃烧设备中煤粉燃烧过程中控制燃料空气比的方法，该方法具有如权利要求1至7所述的那样将煤粉输送给燃煤电厂燃烧设备的烧嘴（16）的器具以及将燃烧用空气输送给燃煤电厂燃烧设备的烧嘴（16）或输送入燃烧室（15）内的器具，其中根据对在顺着空气的流动方向（s）依次设置在引导空气的通道的流体断面内的传感器（11）上通过静电感应产生的信号按照相关测量法的分析处理来实施燃烧用空气流量测量和载气流量测量，其特征在于：顺着空气的流动方向（s）在传感器（11）前，至少空气流的一部分接受传导12kV≤U≤20kV，优选15kV≤U≤17kV的电压U的、具有平均半径rm为0.1mm≤rm≤1.2mm的电极轮廓的电极（10）的作用并因此被离子化，并且其中传感器（11）不受通过电压U驱动的、在所述电极（10）与所述对称电极（13,25）之间流动的离子流的直接作用。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：电极（10）传导恒定的负电压U。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：电极（10）传导可随时间变化的、最大值在12kV≤U≤20kV之间，优选在15kV≤U≤17kV之间的电压U。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：电极（10）传导最大值在12kV≤U≤20kV之间，优选在15kV≤U≤17kV之间的和脉冲持续时间为约1ms的脉冲电压U。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：电极（10）周期性地传导最大值在12kV≤U≤20kV之间，优选在15kV≤U≤17kV之间的和脉冲持续时间为约1ms的电压U的n个脉冲数，其中2≤n≤10，并且n个脉冲的周期持续时间在0.2s至3.0s之间，优选在1.0s至1.5s之间。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于：按照相关测量法相对电极（10）传导的电压U的脉冲时间延迟地对在顺着空气的流动方向（s）依次设置在引导空气的通道的流体断面中的传感器（11）上通过静电感应产生的信号进行分析处理。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：电压U的脉冲与按照相关测量法对在传感器（11）上通过静电感应产生的信号的分析处理之间的时间延迟在5ms至150ms之间，优选在8ms至70ms之间。
16.根据权利要求9至15中任意一项所述的方法，其特征在于：在燃煤电厂燃烧设备具有再生式空气预热器（4）的情况中，只有在不向载气中添加煤粉时以及因此没有飞尘微粒通过所述再生式空气预热器（4）添加到新鲜空气内时或者在燃烧用空气的或载气的流速下降到数值10m/s以下时或当在正常的电厂运行过程中应该对燃料空气比的控制进行检查时，电极（10）才传导电压。
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