CN110088532A - 用于燃烧系统控制的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种燃烧系统包括：燃烧室；燃烧室中的多个燃料引入位置，在多个燃料引入位置处向燃烧室提供燃料和空气以用于燃烧；与各燃料引入位置相关联的流体流控制装置，各流体流控制装置是可控制的，以改变供应给各燃料引入位置的空气的量；多个感测装置，其配置成监测燃烧系统的多个运行参数；以及控制单元，其配置成控制各流体流控制装置，以独立于在其它燃料引入位置处供应的空气的量来控制在各燃料引入位置处供应的空气的量，并且取决于多个运行参数中的至少一个来控制提供给所有其它空气引入位置的空气的量，以使提供给燃烧室的过量空气最少。

Description

用于燃烧系统控制的系统和方法
技术领域
本发明的实施例大体上涉及燃烧系统，且更特别地涉及用于优化用于锅炉、炉膛(furnace，有时称为熔炉)和燃烧加热器的燃烧系统的控制和性能的系统和方法。
背景技术
锅炉典型地包括炉膛，燃料在炉膛中燃烧来生成热，以产生蒸汽。燃料的燃烧形成热能或热，热能或热用于对液体(诸如水)加热且使其蒸发，这产生蒸汽。生成的蒸汽可用于驱动涡轮以发电，或提供热以用于其它目的。化石燃料(诸如粉煤)是在用于锅炉的许多燃烧系统中使用的典型燃料。例如，在空气燃烧式粉煤锅炉中，大气空气被供给到炉膛中，且与粉煤混合以用于燃烧。在氧气燃烧式粉煤锅炉中，浓缩水平的氧气被供给到炉膛中，且与粉煤混合以用于燃烧。
如本领域中已知的那样，对于燃烧系统的高效且清洁的运行而言，燃料和空气在其被引入到喷嘴或喷燃器以用于燃烧时恰当地混合是必不可少的。在完全燃烧状况和理想混合状况下，理论上有可能在百分之零的过量空气的情况下使所有燃料发生反应。在没有过量空气的情况下燃烧所有燃料的空气/氧气与燃料的理想比被称为化学计量比。然而，在实践中，从未实现完美的混合和温度状况，从而有必要使用一定量的过量空气以确保燃料完全燃烧。特别地，如果过量空气未添加到燃烧过程，则未燃烧碳、烟灰、烟和一氧化碳废气可形成额外的排放物和热传递表面污垢。从安全性观点来看，恰当地控制过量空气会降低火焰不稳定性和其它危险性。现有的燃烧系统可使用20-30%以上的过量空气，以确保在各种各样的燃烧燃料的情况下且在所有可能的负荷和燃烧状况下可靠地运行。
尽管从实践的观点来看需要过量空气，然而太多的过量空气可降低锅炉效率。因此，必须在下者之间找到平衡：提供过量空气的最优的量以实现理想燃烧且防止与太少的过量空气相关联的燃烧问题，同时不提供降低效率且增加NOx排放量的太多的过量空气。
鉴于上文，需要用于控制用于锅炉的燃烧系统的系统和方法，其不断地探寻最低的可能的过量空气状况以使效率最大，同时维持最佳的主喷燃器区化学计量比以使排放量最少，并且同时赋予保持运行和安全性所需的许多实时运行过程约束。
发明内容
在实施例中，提供了一种燃烧系统。燃烧系统包括：燃烧室；燃烧室中的多个燃料引入位置，在多个燃料引入位置处向燃烧室提供燃料和空气以用于燃烧；与各燃料引入位置相关联的流体流控制装置，各流体流控制装置是可控制的，以改变供应给各燃料引入位置的空气的量；多个感测装置，其配置成监测燃烧系统的多个运行参数；以及控制单元，其配置成控制各流体流控制装置，以独立于在其它燃料引入位置处供应的空气的量来控制在各燃料引入位置处供应的空气的量，并且取决于多个运行参数中的至少一个来控制提供给所有其它空气引入位置的空气的量，以使提供给燃烧室的过量空气最少。
在另一个实施例中，提供了一种控制燃烧系统的方法。该方法包括以下步骤：在多个燃料引入位置处将燃料和空气引入到燃烧室；监测燃烧系统的多个运行参数；以及通过取决于多个运行参数中的至少一个来单独地控制在燃料引入位置中的各个处供应给燃烧室的空气的量，使提供给燃烧室的过量空气的量最少。
在又一个实施例中，提供了一种锅炉。锅炉包括：燃烧室；燃烧室中的多个燃料引入位置，其用于将燃料引入到燃烧室以用于燃烧；多个流体流控制装置，各流体流控制装置是可控制的，以改变供应给锅炉的空气的量；多个感测装置，其配置成监测燃烧系统的多个运行参数；以及控制单元，其配置成取决于多个运行参数中的至少一个来控制供应给锅炉的空气的量，以连续地优化提供给燃烧室的过量空气的量。
附图说明
通过参照附图来阅读非限制性实施例的以下描述，将更好地理解本发明，其中在下文中：
图1是根据本发明的实施例的燃烧系统的简化的示意性图示。
图2是根据本发明的实施例的图1的燃烧系统的切向燃烧锅炉(tangentially-fired boiler)的示意性图示。
图3是用于图1的燃烧系统的控制器的控制程序的示意性图示。
图4是根据本发明的实施例的示出由控制器执行的分级控制的图表。
具体实施方式
下文将详细地参照本发明的示例性实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，遍及附图使用的相同的参考字符指代相同或相似的部件。虽然本发明的实施例适合于与燃烧系统一起使用，但为了图示的清楚，大体上已选择诸如用于粉煤发电厂中的粉煤锅炉。其它燃烧系统可包括利用各种各样的燃料(包括但不限于煤、石油和天然气)的其它类型的锅炉、炉膛和燃烧加热器。例如，所构想出的锅炉可包括但不限于T-燃烧和壁式燃烧粉煤锅炉两者、循环流体化床(CFB)和鼓泡流体化床(BFB)锅炉、加煤机锅炉、用于生物质锅炉的悬挂式喷燃器、荷兰烘箱锅炉、混合悬挂炉篦式锅炉以及火管式锅炉。另外，其它燃烧系统可包括但不限于窑、焚烧炉、燃烧加热器和玻璃炉膛燃烧系统。
如本文中使用的那样，“电通信”或“电联接”意味着某些构件配置成通过经由直接或间接电连接而直接或间接地发送信号来彼此通信。如本文中使用的那样，“机械联接”指代能够支承必要的力以用于在构件之间传输扭矩的任何联接方法。如本文中使用的那样，“操作性地联接”指代可为直接或间接的连接。该连接未必是机械附接。
本发明的实施例涉及燃烧系统以及用于燃烧系统的方法和控制方案，其不断地探寻最低的可能的过量空气状况以使系统效率最大，而同时维持最佳的主喷燃器区化学计量比以使排放量最少，并且赋予保持运行和安全性所需的许多实时运行过程约束。燃烧系统包括：燃烧室；燃烧室中的多个燃料引入位置，在多个燃料引入位置处向燃烧室提供燃料和空气以用于燃烧；与各燃料引入位置相关联的流体流控制装置，各流体流控制装置是可控制的，以改变供应给各燃料引入位置的空气的量；多个感测装置，其配置成监测燃烧系统的多个运行参数；以及控制单元，其配置成取决于多个运行参数中的至少一个来单独地控制供应给燃料引入位置中的各个的空气的量，以使提供给燃烧室的过量空气最少。特别地，控制单元配置成单独地控制提供给各空气引入位置的空气的量，以基于连续运行来实时地连续优化用于燃烧过程的过量空气的水平。
图1示出了具有锅炉12的燃烧系统10。锅炉12可为切向燃烧锅炉(其也被称为T-燃烧锅炉)或壁式燃烧锅炉。T-燃烧与壁式燃烧的不同之处在于，T-燃烧利用位于锅炉炉膛的拐角处的具有燃料进入隔室的喷燃器组件，这生成填充炉膛横截面的大部分的旋转火球。在另一方面，壁式燃烧利用垂直于锅炉的侧部的喷燃器组件。
图2描绘了切向燃烧锅炉12。切向燃烧锅炉具有矩形横截面，且具有定位在拐角处的限定燃料引入位置的喷燃器组件14。燃料和空气经由喷燃器组件14和/或与其相关联的喷嘴而被引入到锅炉12中，且与假想圆相切而被引导，该假想圆位于炉膛的中心处且具有大于零的直径。这生成填充炉膛横截面的大部分的旋转火球。限制燃料和空气的混合，直到这些流在炉膛空间中结合在一起且生成旋转。
进一步参照图1，燃烧系统10包括燃料源，诸如，例如粉碎机16，其配置成将燃料(诸如煤)研磨成期望的细度。粉煤从粉碎机16传到锅炉12。空气源18向锅炉12提供大量主空气或燃烧空气，如在下文中详细地讨论的那样，在锅炉12中，主空气或燃烧空气与燃料混合且燃烧。在锅炉12为氧气燃烧式锅炉的情况下，空气源18可为空气分离单元，其从进来的空气流或直接从大气提取氧气。
如图1中显示的那样，锅炉12包括：漏斗区20，其位于主喷燃器区22的下方，可从漏斗区20移除灰；主喷燃器区22(其也被称为风箱)，空气和空气-燃料混合物在主喷燃器区22处引入到锅炉12中；燃尽区24，在主喷燃器区22中未燃烧的任何空气或燃料在燃尽区24中燃烧；过热器区26，可在过热器区26中使蒸汽过热，以驱动涡轮来例如发电；以及省煤器区28，在水进入蒸汽鼓或混合球(未显示)之前可在省煤器区28中对水进行预热。燃料与主空气在锅炉12内的燃烧产生烟道气体流，烟道气体最终被处理，且通过在省煤器区28的下游的烟囱排出。如本文中使用的那样，诸如“下游”的方向意味着沿烟道气体流的大体方向。类似地，用语“上游”与 “下游” 的方向相反，与烟道气体流的方向相反而导向。
如图1和图2中示出的那样，燃烧系统10包括成阵列的传感器、促动器和监测装置，以监测和控制燃烧过程和得到的结果(关于低过量空气运行)，如在下文中详细地讨论的那样。例如，燃烧系统10可包括多个流体流控制装置30，其与向各燃料引入喷嘴(其与喷燃器组件14相关联)供应用于燃烧的主空气的管道相关联。在实施例中，流体流控制装置30可为电促动式空气节气阀，可调节其以改变提供给与各喷燃器组件14相关联的各燃料引入喷嘴的空气的量。如图2中显示的那样，锅炉12的各拐角包括与各喷燃器组件14的各燃料引入喷嘴相关联的相应的流体流控制装置30。锅炉12还可包括在围绕炉膛的多种空间位置处的其它可单独控制的空气节气阀或流体流控制装置(未显示)。流控制装置30中的各个可由燃烧控制单元100单独控制，以确保对于各喷嘴位置而言实现期望的空气/燃料比和火焰温度。
燃烧系统10还可包括与各单独的燃料引入喷嘴或喷燃器组件14相关联的火焰扫描装置32。火焰扫描装置32配置成评估主喷燃器区22内的各相应的喷嘴位置处的局部化学计量比(空气/燃料比)。除了检测各喷嘴位置处的空气和燃料的相应量之外，火焰扫描装置32还配置成邻近于各喷燃器组件14而感测火焰温度。火焰扫描装置32电连接或以其它方式通信地联接到燃烧控制单元，以用于将所测量的化学计量参数和所检测的温度传送到控制单元100来用于控制燃烧过程，如在下文中详细地讨论的那样。在实施例中，火焰扫描装置32可改为单个火焰扫描器，其配置成单独地监测和检测各喷嘴位置处的局部化学计量比和温度。
进一步参照图1，燃烧系统10还可包括火焰稳定性监测器34，其正是位于例如燃尽区24的上方。火焰稳定性监测器34可同样地电联接或通信地联接到控制单元100，且配置成测量或以其它方式评估锅炉12内的火球稳定性。火焰稳定性监测器34提供反馈以使得能够确定燃烧稳定性，燃烧稳定性用于低过量空气控制，且实现低负荷调节运行，如在下文中讨论的那样。另外，2D光学火焰扫描器46还可定位在上炉膛中，以用于监测和评估火焰特性(例如，温度)。
在实施例中，系统10可进一步包括温度映射装置36，诸如，例如2D声学温度映射装置，以用于映射锅炉12的后烟道(backpass)38的横截面处的烟道气体温度。
图1还示出，在温度映射装置36的下游且在省煤器区段28的上游的锅炉12的后烟道38配备有监测装置40。在实施例中，监测装置40是基于激光器的监测装置，诸如，例如可调二极管激光器式烟道气体监测装置。监测装置40可包括一个或多个光源，其可例如穿过由后烟道38限定的烟道气体管的部分。光源提供光束，光束穿过后烟道38内的烟道气体，且由对应的多个检测器(未显示)检测。当光束穿过烟道气体时，烟道气体内的成分具有吸收多种波长的特性。光源联接到处理器，以提供对接收到的光信号的表征，并且鉴别成分、其浓度和烟道气体中的物质的其它物理性质或参数。在其它实施例中，这样的分析可由燃烧控制单元100在内部执行。
在实施例中，监测装置40配置成用于测量和评估后烟道38内的气体种类，诸如一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、汞(Hg)、二氧化硫(SO2)、三氧化硫(SO3)、二氧化氮(NO2)、氧化氮(NO)和氧气(O2)。SO2和SO3被统称为SOx。类似地，NO2和NO被统称为NOx。
在省煤器区段28的下游，燃烧系统10可进一步包括用于测量后烟道38内的飞灰中的未燃烧碳的量的装置或传感器42。像监测装置40那样，装置42可为基于激光器的检测装置，虽然也可利用能够检测飞灰中的碳的量的其它类型的装置，而不脱离本发明的较广泛的方面。装置42可同样地电联接或通信地联接到控制单元100，以用于向其传输指示未燃烧碳的测量量的数据。
如图1中还显示的那样，可利用布置在通向烟囱的出口内的传感器44来监测烟道气体内的氧气的浓度。在实施例中，传感器44可为顺磁性传感器。传感器44可通信地联接到控制单元100，以用于将检测到的氧气浓度传递到控制单元100。虽然可利用本文中讨论的成阵列的传感器和监测装置来检测例如一氧化碳和其它排放物、氧气分布、飞灰中的碳、火球稳定性等，但还可利用多种其它传感器和监测装置来测量锅炉12内的多种位置之间的压降、锅炉内的多种位置处的温度、热通量和炉膛壁状况。例如，在实施例中，烟囱可配置有不透明度监测器(opacity monitor，有时称为烟气浊度计)，以评估颗粒将背景(即蓝天)的可见度降低的程度，以用于确定离开烟囱的烟道气体内的颗粒的量或浓度。另外，如图1中显示的那样，锅炉12可包括一个或多个炉膛壁状况传感器46，以用于评估热通量、炉膛壁的腐蚀和/或沉积物的积聚。
在运行中，向喷燃器组件14中的各个提供燃料和空气的预先确定的比以用于燃烧。当燃料/空气混合物在炉膛内燃烧且生成烟道气体时，监测燃烧过程和烟道气体。特别地，如上文讨论的那样且如图3中示出的那样，感测且监测火球和火焰的多种参数、炉膛的壁上的状况以及烟道气体的多种参数。这些参数传输或以其它方式传送到燃烧控制单元100，在燃烧控制单元100中，根据存储在存储器中且由处理器执行的控制算法来分析和处理这些参数。
控制单元100配置成取决于一个或多个受监测的燃烧和烟道气体参数以及炉膛壁状况来控制提供给锅炉12的燃料和/或提供给锅炉12的空气，如分别在102和104处显示的那样。如本文中使用的那样，受监测的参数和状况被统称为锅炉的“运行参数”。例如，在实施例中，控制单元100配置成控制与各喷燃器组件14相关联的流体流控制装置30和/或环绕锅炉12的主喷燃器区22、漏斗区20和燃尽区24的其它节气装置，以连续地尝试减少提供给锅炉12的过量空气，以使效率最大，同时使排放量维持低于规定的阈值水平(且避免可由任何低过量空气燃烧状况造成的其它不合期望的结果)，并且同时使运行性能维持高于阈值水平。特别地，控制单元100配置成控制节气装置12，以使提供给锅炉12的过量空气的量最少，且控制与各单独的燃料喷嘴(其与各喷燃器组件14相关联)相关联的主喷燃器区局部化学计量比(即，保证对于每个和所有喷嘴位置而言均实现期望的空气/燃料比)。以这种方式，总体过量空气水平可降低至其最佳厂耗热率水平，而不会引起针对设备、过程或环境的其它问题，诸如高CO排放量、飞灰中的高未燃烧碳量、高不透明度、高压降等。结合上文，控制单元100进一步配置成提供对各燃料位置处的空气的同时控制，以基于唯一的参数测量来平衡空气/燃料比。
本文中描述的运行和控制方法基于多个传感器驱动式反馈和基于模型的燃烧控制单元100。如上文讨论的那样，给定所利用的特定燃料和其它所测量的过程状况(例如，飞灰中的未燃烧碳、炉膛出口温度、排放量分布、腐蚀速率等)，燃烧控制单元100驱动过程促动器找到可能的最低过量空气运行状况。
在实施例中，运行参数可包括但不限于烟道气体中的一氧化碳含量、飞灰中的碳、在线煤性质、煤流平衡、后烟道中的氧气含量、烟道气体中的气体种类、炉膛温度、空气加热器篮状况、悬挂区段的污垢、接触煤的水分，以及来自多种传感器和监测装置(诸如主喷燃器区火焰扫描器、火焰稳定性传感器、磨机传感器、主喷燃器区水壁腐蚀通知器、吹灰器通知器、飞灰电阻率传感器、主空气和强制通风风扇健康状况监测器、二氧化硫露点传感器、磨机上健康状况监测器、管外径腐蚀探测器、水壁管泄漏传感器，以及磨机和空气加热器火灾检测器)的其它反馈。
在实施例中，在第一控制水平处，控制单元100配置成取决于来自与各喷嘴/喷燃器组件14相关联的光学火焰扫描器32的测量信号来精确地控制各燃料喷嘴处的空气/燃料比。特别地，火焰扫描器32配置成测量各燃料喷嘴14处的燃料/空气比，且向控制单元100提供该信息。控制单元100然后配置成调节与各燃料喷嘴相关联的单独的节气阀30，以使各燃料喷嘴处的空气/燃料比彼此一致(即，使得其完全相同)。
在第二控制水平处，控制单元100然后可调节与各局部燃料喷嘴/喷燃器组件14相关联的单独的节气阀30(例如，在各T-燃烧锅炉升高处)，以及锅炉12的其它节气组件，以优化主喷燃器区22内的过量空气(使其最少)，且使锅炉效率最大。在该第二控制水平处，在调节各喷燃器组件14处和锅炉12的其它空间位置处的空气量的同时，控制单元100同时利用传感器输入和传感器约束来确保不超过排放量和其它运行约束或阈值。
例如，在减少提供给主喷燃器区22的过量空气的量时，如果由传感器42在飞灰中检测到的未燃烧碳的量超过存储在存储器中的阈值，则这可向控制单元100指示过量空气已过度地减少(指示提供给主喷燃器区22的所有燃料未在燃烧)。控制单元100然后可通过流控制装置30增加过量空气，且随后通过控制单独的空气节气阀30重新调节各喷嘴14处的空气/燃料比，直到使检测到的未燃烧碳的量处于可接受水平内。
同样地，在减少提供给主喷燃器区22的过量空气的量以致力于提高锅炉效率时，如果一氧化碳排放量超过阈值水平，则这可表示不存在足以燃烧所有燃料的空气。控制单元100然后可如上文描述的那样通过控制单独的空气节气阀30增加过量空气，直到使一氧化碳测量结果处于可接受水平内。该控制程序可基于其它传感器反馈或多个传感器反馈来实施。以这种方式，多个传感器和提供给控制单元100的测量信号使得能够实时地控制燃烧过程(包括取决于多个受监测的参数来实时地控制过量空气)。
参照图4，在实施例中，示出了根据本发明的实施例的传感器优先图表400。在实施例中，控制单元100可编程为根据图表400来以优先顺序安排传感器反馈，以使受监测的运行参数保持在规定的阈值内。例如，如其中示出的那样，保持如由传感器44测量的氧气水平将不会优先于保持如由监测装置40测量的一氧化碳水平。如其中显示的那样，该分级控制可分组成三个或更多个优先级，例如最高优先级410、中等优先级412和最低优先级414。
如上文讨论的那样，燃烧系统和用于燃烧系统的控制单元不断地探寻最低的可能的过量空气状况以使系统效率最大(即，实现总空气减少)，而同时维持最佳的主喷燃器区化学计量比以使排放量最少，并且赋予保持运行和安全性所需的许多实时运行过程约束(即，单独的空气平衡)。特别地，控制单元配置成单独地控制提供给各空气引入位置的空气的量，以基于连续运行来实时地连续优化用于燃烧过程的过量空气的水平。通过监测如此多的运行参数且通过在单独喷燃器水平下控制燃烧，可针对所利用的任何特定类型的燃料(或在燃料内的变型)以及在所有负荷和移位下实现低过量空气运行和目标功率输出。
由本发明提供的燃烧系统和用于燃烧系统的控制提供了金融、排放量和运行益处。特别地，可通过在局部喷燃器水平下优化化学计量比且使过量空气最少来实现节省燃料和减少排放量。燃烧系统通过在单独喷燃器水平下精确地控制燃烧来提供对主喷燃器区排放量的控制。例如，甚至在过量空气水平只是从额定的15%-20%(其在工业中是常见的)降低5%的情况下，对于在运行中的各锅炉而言也可实现显著的节省。这些成本节省可由于直接由较低过量空气运行产生的较少量的产物气体而得以实现。较少的气体流减小了运行下游设备(包括用于所需的空气品质控制设备的风扇和泵)所需的辅助功率的量。辅助功率的减小转换成需要较少的燃料和蒸汽来实现给定的生产水平，这继而进一步降低燃料需求且提高效率。
针对常规空气污染物的排放量减少源于较低的燃料需求。另外，较低的过量空气造成较少的NOx形成和较少的SO3形成。较少的NOx排放量进一步降低对于用以减少下游设备中的NOx的添加剂(诸如氨)的需求。类似地，较低的SO3水平减少了下游设备所经历的腐蚀的量。
除了运行节省之外，本发明的燃烧系统还提供了新型厂或锅炉设计和构造上的资金成本节省。特别地，在本文中公开的控制系统的情况下，有可能从一开始设计用于较低的过量空气水平的规划设备。
虽然本发明的燃烧系统允许实时地监测许多运行参数(控制器利用这些运行参数来更精确地控制燃烧过程，且将过量空气连续地驱动至最小值，以使系统效率最大)，但本发明在这点上并非如此受限。特别地，除了用于实时燃烧过程控制之外，多种传感器反馈还可被存储且编译以用于诊断和预测分析，以用于过程和设备的资产性能和维护评估。即，从多种传感器和测量装置获得的数据可被存储或传输到中央控制器等，使得可评估和分析设备和过程性能。例如，可利用传感器反馈来评估设备健康状况，以用于安排维护、修理和/或更换。
在实施例中，提供了一种燃烧系统。燃烧系统包括：燃烧室；燃烧室中的多个燃料引入位置，在多个燃料引入位置处向燃烧室提供燃料和空气以用于燃烧；与各燃料引入位置相关联的流体流控制装置，各流体流控制装置是可控制的，以改变供应给各燃料引入位置的空气的量；多个感测装置，其配置成监测燃烧系统的多个运行参数；以及控制单元，其配置成控制各流体流控制装置，以独立于在其它燃料引入位置处供应的空气的量来控制在各燃料引入位置处供应的空气的量，并且取决于多个运行参数中的至少一个来控制提供给所有其它空气引入位置的空气的量，以使提供给燃烧室的过量空气最少。
在实施例中，多个感测装置包括与控制单元通信的至少一个火焰扫描装置，至少一个火焰扫描装置配置成确定各燃料引入位置处的燃料和空气的化学计量比。至少一个运行参数是各燃料引入位置处的化学计量比。在实施例中，多个运行参数包括下者中的至少一个：各燃料引入位置处的空气/燃料比、火焰温度、火球稳定性、烟道气体温度、烟道气体种类、飞灰中的未燃烧碳的量、烟道气体中的氧气浓度、压降、不透明度以及燃烧室壁状况。在实施例中，至少一个运行参数是与各燃料引入位置相关联的空气/燃料比。在实施例中，至少一个运行参数包括飞灰中的未燃烧碳的量。在实施例中，控制单元配置成如果飞灰中的未燃烧碳的量超过阈值水平，则控制流体流控制装置中的至少一个以增加提供给燃料引入位置中的至少一个的空气的量。在实施例中，多个感测装置至少包括：火焰扫描装置，其配置成确定各燃料引入位置处的空气/燃料比；火焰稳定性监测器，其用于评估火球稳定性；温度映射装置，其用于映射燃烧系统的烟道气体通路的横截面处的烟道气体温度；光学监测装置，其用于测量和评估烟道气体中的多个气体种类；感测装置，其用于测量飞灰中的未燃烧碳的量；以及不透明度监测装置，其用以测量离开燃烧系统的烟囱的烟道气体中的颗粒的量。在实施例中，多个燃料引入位置中的各燃料引入位置包括喷燃器组件。在实施例中，燃烧系统还可包括与燃料引入位置中的各个成流体连通的粉碎机，以用于向燃料引入位置中的各个供应粉煤。
在另一个实施例中，提供了一种控制燃烧系统的方法。该方法包括以下步骤：在多个燃料引入位置处将燃料和空气引入到燃烧室；监测燃烧系统的多个运行参数；以及通过取决于多个运行参数中的至少一个来单独地控制在燃料引入位置中的各个处供应给燃烧室的空气的量，使提供给燃烧室的过量空气的量最少。在实施例中，监测多个运行参数的步骤包括确定燃料引入位置中的各个处的空气和燃料的化学计量比，其中至少一个运行参数是燃料引入位置中的各个处的空气和燃料的化学计量比。在实施例中，多个运行参数至少包括各燃料引入位置处的空气/燃料比，以及下者中的至少一个：火焰温度、火球稳定性、烟道气体温度、烟道气体种类、飞灰中的未燃烧碳的量、烟道气体中的氧气浓度、压降、不透明度和燃烧室壁状况。在实施例中，多个运行参数至少包括飞灰中的未燃烧碳的量。在实施例中，该方法还可包括以下步骤：如果飞灰中的未燃烧碳的量超过阈值水平，则增加提供给燃料引入位置中的至少一个的空气的量。燃烧系统中至少包括：火焰扫描装置，其配置成确定各燃料引入位置处的空气/燃料比；火焰稳定性监测器，其用于评估火球稳定性；温度映射装置，其用于映射燃烧系统的烟道气体通路的横截面处的烟道气体温度；光学监测装置，其用于测量和评估烟道气体中的多个气体种类；感测装置，其用于测量飞灰中的未燃烧碳的量；以及不透明度监测装置，其用以测量离开燃烧系统的烟囱的烟道气体中的颗粒的量。在实施例中，该方法可包括在粉碎机中将煤粉碎，从而向燃料引入位置中的各个供应粉煤。
在又一个实施例中，提供了一种锅炉。锅炉包括：燃烧室；燃烧室中的多个燃料引入位置，其用于将燃料引入到燃烧室以用于燃烧；多个流体流控制装置，各流体流控制装置是可控制的，以改变供应给锅炉的空气的量；多个感测装置，其配置成监测燃烧系统的多个运行参数；以及控制单元，其配置成取决于多个运行参数中的至少一个来控制供应给锅炉的空气的量，以连续地优化提供给燃烧室的过量空气的量。在实施例中，多个感测装置包括与控制单元通信的至少一个火焰扫描装置，至少一个火焰扫描装置配置成确定各燃料引入位置处的燃料和空气的化学计量比。至少一个运行参数可为各燃料引入位置处的化学计量比。在实施例中，多个运行参数包括下者中的至少一个：各燃料引入位置处的空气/燃料比、火焰温度、火球稳定性、烟道气体温度、烟道气体种类、飞灰中的未燃烧碳的量、烟道气体中的氧气浓度、压降、不透明度以及燃烧室壁状况。在实施例中，多个感测装置至少包括：火焰扫描装置，其配置成确定各燃料引入位置处的空气/燃料比；火焰稳定性监测器，其用于评估火球稳定性；温度映射装置，其用于映射锅炉的烟道气体通路的横截面处的烟道气体温度；光学监测装置，其用于测量和评估烟道气体中的多个气体种类；感测装置，其用于测量飞灰中的未燃烧碳的量；以及不透明度监测装置，其用以测量离开锅炉的烟囱的烟道气体中的颗粒的量。
如本文中使用的那样，以单数叙述且以词语“一”或“一种”开始的元件或步骤应被理解为不排除复数个所述元件或步骤，除非清楚地陈述这样的排除。此外，对本发明的“一个实施例”的引用并不旨在被解释为排除也结合所叙述的特征的额外实施例的存在。此外，除非清楚地相反地陈述，否则“包含”、“包括”或“具有”具有特定性质的一个或多个元件的实施例可包括不具有该性质的额外的这样的元件。
本书面描述使用示例来公开本发明的若干实施例(包括最佳模式)，且还使本领域普通技术人员能够实践本发明的实施例(包括制造和使用任何装置或系统，以及执行任何结合的方法)。本发明的可取得专利的范围由权利要求书限定，且可包括本领域普通技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例具有不异于权利要求书的字面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质性差异的等效结构元件，则这样的其它示例旨在处于权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种燃烧系统，其包括：
燃烧室；
所述燃烧室中的多个燃料引入位置，在所述多个燃料引入位置处向所述燃烧室提供燃料和空气以用于燃烧；
与各燃料引入位置相关联的流体流控制装置，各流体流控制装置是可控制的，以改变供应给各燃料引入位置的所述空气的量；
多个感测装置，其配置成监测所述燃烧系统的多个运行参数；以及
控制单元，其配置成控制各流体流控制装置，以独立于在其它所述燃料引入位置处供应的空气的量来控制在各燃料引入位置处供应的空气的量，并且取决于所述多个运行参数中的至少一个来控制提供给所有其它空气引入位置的空气的量，以使提供给所述燃烧室的过量空气最少。
2.根据权利要求1所述的燃烧系统，其特征在于：
所述多个感测装置包括与所述控制单元通信的至少一个火焰扫描装置，所述至少一个火焰扫描装置配置成确定各燃料引入位置处的所述燃料和所述空气的化学计量比；
其中所述至少一个运行参数是各燃料引入位置处的所述化学计量比。
3.根据权利要求1所述的燃烧系统，其特征在于：
所述多个运行参数包括下者中的至少一个：各燃料引入位置处的空气与燃料的比、火焰温度、火球稳定性、烟道气体温度、烟道气体种类、飞灰中的未燃烧碳的量、烟道气体中的氧气浓度、飞灰中的碳、压降、不透明度以及燃烧室壁状况。
4.根据权利要求3所述的燃烧系统，其特征在于：
所述至少一个运行参数是与各燃料引入位置相关联的空气与燃料的比。
5.根据权利要求3所述的燃烧系统，其特征在于：
所述至少一个运行参数包括所述飞灰中的未燃烧碳的量。
6.根据权利要求5所述的燃烧系统，其特征在于：
所述控制单元配置成控制所述流体流控制装置中的至少一个以增加提供给所述燃料引入位置中的至少一个的所述空气的量：
如果所述飞灰中的未燃烧碳的量超过阈值水平；
如果烟道气体中的二氧化碳的量超过阈值水平；或
如果所述火球稳定性在阈值范围之外。
7.根据权利要求3至6中的任一项所述的燃烧系统，其特征在于：
所述多个感测装置至少包括：
火焰扫描装置，其配置成确定各燃料引入位置处的空气与燃料的比；
火焰稳定性监测器，其用于评估火球稳定性；
温度映射装置，其用于映射所述燃烧系统的烟道气体通路的横截面处的烟道气体温度；
光学监测装置，其用于测量和评估所述烟道气体中的多个气体种类；
感测装置，其用于测量所述飞灰中的未燃烧碳的量；
不透明度监测装置，其用以测量离开所述燃烧系统的烟囱的所述烟道气体中的颗粒的量；
顺磁性传感器，其用于监测所述烟道气体中的氧气的量；以及
煤分析器。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的燃烧系统，其特征在于：
所述多个燃料引入位置中的各燃料引入位置包括喷燃器组件。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的燃烧系统，其特征在于，所述燃烧系统进一步包括：
粉碎机，其与所述燃料引入位置中的各个成流体连通，以用于向所述燃料引入位置中的各个供应粉煤。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的燃烧系统，其特征在于：
所述燃烧室是下者中的一个的部分：T-燃烧锅炉、壁式燃烧锅炉、循环流体化床(CFB)锅炉、鼓泡流体化床(BFB)锅炉、加煤机锅炉、用于生物质锅炉的悬挂式喷燃器、荷兰烘箱、混合悬挂炉篦式锅炉、火管式锅炉、窑、焚烧炉、燃烧加热器和玻璃炉膛。
11.一种控制燃烧系统的方法，所述方法包括以下步骤：
在多个燃料引入位置处将燃料和空气引入到燃烧室；
监测所述燃烧系统的多个运行参数；以及
通过取决于所述多个运行参数中的至少一个来单独地控制在所述燃料引入位置中的各个处供应给所述燃烧室的空气的量，使提供给所述燃烧室的过量空气的量最少。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：
监测所述多个运行参数的步骤包括确定所述燃料引入位置中的各个处的空气和燃料的化学计量比；并且
其中所述至少一个运行参数是所述燃料引入位置中的各个处的空气和燃料的所述化学计量比。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：
所述多个运行参数至少包括各燃料引入位置处的空气与燃料的比，以及下者中的至少一个：火焰温度、火球稳定性、烟道气体温度、烟道气体种类、飞灰中的未燃烧碳的量、烟道气体中的氧气浓度、压降、不透明度和燃烧室壁状况。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：
所述多个运行参数至少包括所述飞灰中的未燃烧碳的量。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括以下步骤：
如果所述飞灰中的未燃烧碳的量超过阈值水平，则增加提供给所述燃料引入位置中的至少一个的空气的量。
16.根据权利要求13至15中的任一项所述的方法，其特征在于：
所述燃烧系统至少包括：
火焰扫描装置，其配置成确定各燃料引入位置处的空气与燃料的比；
火焰稳定性监测器，其用于评估火球稳定性；
温度映射装置，其用于映射所述燃烧系统的烟道气体通路的横截面处的烟道气体温度；
光学监测装置，其用于测量和评估所述烟道气体中的多个气体种类；
感测装置，其用于测量所述飞灰中的未燃烧碳的量；
不透明度监测装置，其用以测量离开所述燃烧系统的烟囱的所述烟道气体中的颗粒的量；
顺磁性传感器，其用于监测所述烟道气体中的氧气的量；以及
煤分析器。
17.根据权利要求11至16中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括以下步骤：
在粉碎机中将煤粉碎；以及
向所述燃料引入位置中的各个供应粉煤。
18.一种锅炉，其包括：
燃烧室；
所述燃烧室中的多个燃料引入位置，其用于将燃料引入到所述燃烧室以用于燃烧；
多个流体流控制装置，各流体流控制装置是可控制的，以改变供应给所述锅炉的空气的量；
多个感测装置，其配置成监测所述燃烧系统的多个运行参数；以及
控制单元，其配置成取决于所述多个运行参数中的至少一个来控制供应给所述锅炉的所述空气的量，以连续地优化提供给所述燃烧室的过量空气的量。
19.根据权利要求18所述的锅炉，其特征在于：
所述多个感测装置包括与所述控制单元通信的至少一个火焰扫描装置，所述至少一个火焰扫描装置配置成确定各燃料引入位置处的所述燃料和所述空气的化学计量比；并且
其中所述至少一个运行参数是各燃料引入位置处的所述化学计量比。
20.根据权利要求18所述的锅炉，其特征在于：
所述多个运行参数包括下者中的至少一个：各燃料引入位置处的空气与燃料的比、火焰温度、火球稳定性、烟道气体温度、烟道气体种类、飞灰中的未燃烧碳的量、烟道气体中的氧气浓度、飞灰中的碳、压降、不透明度以及燃烧室壁状况。
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