CN110848735B - 减少氮氧化物的锅炉控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及减少氮氧化物的锅炉控制方法。所述方法包括：第一设置操作(S100)：在第二控制阀(91)关闭而第一控制阀(90)打开的状态下，控制燃料阻尼器(12)和鼓风机马达(22)的转数，并且根据从载荷检测器(92)接收的载荷值驱动锅炉；以及第二设置操作(S200)：在第一设置操作之后根据载荷值驱动锅炉，其中控制所述第一控制阀(90)和所述第二控制阀(91)的开度，并且在通过第一检测传感器单元(70)和第二检测传感器单元(71)测量的NOx和氧气的浓度小于或等于NOx和氧气的目标浓度时，存储根据对应载荷值的第一控制阀(90)和第二控制阀(91)的开度的设置值。

Description

减少氮氧化物的锅炉控制方法
技术领域
本发明涉及一种通过废气成分的实时检测来调节燃料空气而减少氮氧化物(以下称为NOx)的锅炉控制方法，更具体地说，本发明涉及这样一种通过废气成分的实时检测来调节燃烧空气而减少氮氧化物的锅炉控制方法，其中第一检测传感器单元用于检测通过排放烟道排放的废气中的氧气和NOx的浓度，并且第二检测传感器单元用于检测包含通过烟气再循环(以下称为FGR)回收管收集的废气和所引入的外部空气(即，大气中的空气)的混合气体中的氧气和NOx的浓度，从而通过实时精确控制实现NOx的减少和完全燃烧，当第一控制阀和第二控制阀的预设开度由于锅炉长期使用和载荷值突然变化而变得不正确时，则实时地将所述预设开度感测为不正确，以便再次控制第一控制阀和第二控制阀的开度设置。
背景技术
化石燃料的使用随着工业化的快速发展而越来越多，并且已经导致空气污染和全球变暖恶化。
空气污染的一个主要原因已经归因于来自车辆发动机的废气和热电发电站和工厂中的热水和蒸汽产生设备的废气中含有的硫氧化物(SOx)和氮氧化物(NOx)。近来，随着环境保护意识的增强，每个国家都已经引入了硫氧化物(SOx)和氮氧化物(NOx)的排放法规。
在从工业场所如工厂、办公楼和家庭排出的废气当中，NOx加快了全球变暖并且导致环境破坏，并且已经以产生微尘(以下称为PM 2.5)的主要原因的形式出现，近来已经认为这种微尘是日渐增长的社会问题，因而当然需要对策。在韩国，由清洁空气保护方案和环境政策框架法案规定排放。
当前清洁空气保护方案在实施细则的附录1中规定了所有污染物，并且通过实施细则的附录8中的污染物排放标准在法律上许可了空气污染物。
期望通过本发明减少的氮氧化物是一种空气污染物，根据法律，允许该空气污染物以小于60ppm的水平排放(对于2015年1月1日或之后建立的锅炉，气体燃料每小时蒸发量小于10吨)。
氮氧化物可以被称为NOx，并且已知八种类型的NOx，如N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5、NO3和N2O6，但是就污染来说，经常使用NOx共同指代NO和NO2。
当燃料燃烧时，从燃烧产生的第一物质典型地为NO，并且NO在空气中氧化而变成NO2。空气中的NOx本身就有害，并且通过被太阳光解离而导致光化学烟雾。
为了满足各种空气污染物当中的主要在锅炉燃烧时产生的氮氧化物的排放控制标准，使用各种设施用于工业锅炉等来处理废气。
然而，在大多数情况下，为了减少氮氧化物，设置单独减少装置或者用于该减少的废气传感器单元，以周期性地计算对应数据并且基于该数据控制氧气浓度，因此对于立即响应实时变化的NOx浓度方面存在限制。
作为消除上述限制的现有技术，当燃烧装置如图7所示进行低空气燃烧时，一氧化碳和碳氢化合物的浓度由传感器3作为电压进行检测并且传输至微计算机6。另外，氧气的浓度和烟气的温度通过氧气、氮氧化物和温度传感器同时作为电压测量并且传输至微计算机6进行比较和计算。通过与最佳燃烧的参考输出电压进行比较来确定由于低空气燃烧而引起富含一氧化氮和碳氢化合物，并且在所得值达到参数电压之前，调节鼓风机8或阻尼器7的打开角度和锅炉喷射器的打开时间，直到空燃比最佳。也就是说，在现有技术中，氧气的浓度和烟气的温度由氧气、氮氧化物和温度传感器作为电压进行测量并且与微计算机中设置的参数值进行比较来计算，然后调节鼓风机或阻尼器的打开角度和锅炉喷射器的打开时间，从而使空燃比最佳。
根据该现有技术，控制再循环阀9的开度，直到氧气和氮氧化物传感器的输出电压变成等于参考电压，以抑制氮氧化合物的排放。在这种情况下，将关于已经操作的再循环阀的开度的历史信息为锅炉的每个载荷值存储为数据，并且当锅炉的当前载荷能力具有与预存储载荷值中的任一个载荷值匹配的载荷值时，将关于与该载荷值对应的再循环阀的开度的信息应用于该再循环阀的开度控制，因而实现更快速和有效的控制。当使用根据预存储载荷值的再循环阀的开度信息但是没有实现NOx或氧气的目标浓度时，重置再循环阀的开度。在这种情况下，当基于根据载荷值的再循环阀的预存储开度重置再循环阀的开度时，确保了更快速的控制。实现这种快速控制的原因是因为减少了控制再循环开度的试错数量。
然而，在现有技术中，控制再循环阀9的开度，直到氧气和氮氧化物传感器的输出电压等于参考电压，从而抑制氮氧化合物的排放。在这种情况下，再循环阀的开度控制需要通过预定次数的试错来进行，直到氧气和氮氧化物传感器的输出电压等于参考电压，并且不利用现有控制信息，因而导致效率低下。
另外，由于现有技术中使用的再循环阀9是仅调节通过鼓风机供应的外部空气量而不允许再循环空气通过其引入的阀，因此可能无法通过废气分析来控制废气量，因此不能执行精确控制。
最后，在现有技术中描述的半导体类型的气体传感器3由于制造方法的限制而存在明显误差，并且性能随着老化而发生明显改变。换言之，诸如固定电阻器之类的具有绝对精确标准值的部件可以以数字值形式代表其精度，而用于具有各种变化值范围的废气的半导体传感器3无法确保这种精确性。
现有技术文献
专利文献
(专利文献1)韩国注册专利No.10-0173398(1999年3月20日注册)
发明内容
本发明旨在提供一种技术，其中分别设置第一检测传感器单元和第二检测传感器单元以使用锆电解质测量法实时地检测引入到燃烧器的混合气体中的氧气和NOx的浓度和燃烧之后排放的废气中的氧气和NOx的浓度，并且控制单元通过所述第一和第二检测传感器单元实时地控制烟气再循环(FGR)回收管的开度和外部空气流入管的开度，由此能够通过立即反馈进行精确控制以减少NOx并进行完全燃烧。
本发明旨在提供一种技术，其中当第一控制阀和第二控制阀的预设开度由于锅炉长时间使用和载荷值突然改变而变成不正确时，实时地将预设开度感测为不正确，以便再次控制第一和第二控制阀的开度的设置。
根据本发明的一个方面，提供了一种通过废气成分的实时检测来调节燃烧空气而减少氮氧化物的控制锅炉的方法，该锅炉包括：燃烧器单元(10)，该燃烧器单元(10)被构造成通过从燃料供应管(11)接收燃料而产生火-空气；燃烧空气供应管(20)，该燃烧空气供应管(20)被构造成通过鼓风机(21)将燃料燃烧所需的外部空气供应至所述燃烧器单元(10)；锅炉单元(30)，在该锅炉单元(30)中通过从所述燃烧器单元(10)燃烧的火-空气进行热交换；排放烟道(40)，该排放烟道(40)被构造成运送并引导来自于所述锅炉单元(30)的火-空气以进行排放；烟气再循环(FGR)回收管(60)，该烟气再循环回收管(60)的一端被连接成与所述排放烟道(40)的流动路径连通，而另一端被连接成与所述鼓风机(21)的后端连通，从而使得通过所述排放烟道(40)排放的废气被收集并与待供应至所述燃烧空气供应管(20)的外部空气混合；使用锆电解质测量法的第一检测传感器单元(70)，该第一检测传感器单元(70)设置在所述排放烟道(40)的流动路径上，以实时地检测废气中的NOx的浓度和氧气的浓度从而产生废气感测数据；使用锆电解质测量法的第二检测传感器单元(71)，该第二检测传感器单元(71)设置在所述燃烧空气供应管(20)的流动路径上，以实时地感测所引入的外部空气中的NOx的浓度和氧气的浓度从而产生流入气体感测数据；控制单元(80)，该控制单元(80)被构造成分别从所述第一检测传感器单元(70)和所述第二检测传感器单元(71)接收实时的废气感测数据和实时的流入气体感测数据，并且对第一控制阀(90)的打开和第二控制阀(91)的打开执行实时控制，所述第一控制阀(90)控制通过所述鼓风机(21)引入的外部空气量，所述第二控制阀(91)控制从所述烟气再循环回收管(60)收集的废气量；以及载荷检测器(92)，该载荷检测器(92)被构造成通过检查所述锅炉单元(30)中的流体的温度和压力中的至少一者来检测所述锅炉的载荷能力，其中，所述方法包括：第一设置操作(S100)：在所述第二控制阀(91)关闭而所述第一控制阀(90)打开的状态下，控制燃料阻尼器(12)和鼓风机马达(22)的转数，并且根据从所述载荷检测器(92)接收的载荷值驱动所述锅炉，其中通过所述第一检测传感器单元(70)测量NOx和氧气的浓度，通过所述控制单元(80)确定从所述第一检测传感器单元(70)接收的关于NOx和氧气的浓度的感测数据与NOx和氧气的目标浓度之间的关系，并且当所测量的NOx和氧气的浓度中的至少一者超过NOx和氧气的目标浓度中的对应一者时，控制所述燃料阻尼器(12)的开度或所述鼓风机马达(22)的转数或者这二者，并且当所测量的NOx和氧气的浓度小于或等于NOx和氧气的目标浓度时，存储载荷值以及根据该载荷值的所述燃料阻尼器(12)的开度和所述鼓风机马达(22)的转数；以及第二设置操作(S200)：在所述第一设置操作之后根据载荷值驱动所述锅炉，其中控制所述第一控制阀(90)和所述第二控制阀(91)的开度，并且当通过所述第一检测传感器单元(70)和所述第二检测传感器单元(71)测量的NOx和氧气的浓度小于或等于NOx和氧气的目标浓度时，存储根据对应载荷值的所述第一控制阀(90)和所述第二控制阀(91)的开度的设置值；其中，所述控制单元(80)被构造成：当在所述第一设置操作(S100)或所述第二设置操作(S200)或者这两个操作中从所述载荷检测器传输后续阶段载荷值时，执行控制以重新开始所述第一设置操作(S100)；并且当所述后续阶段载荷值不存在时，执行控制以反复地执行所述第二设置操作(S200)，以处理在相同载荷下的燃烧变化。
所述控制单元(80)可以将针对每个载荷值的所述燃料阻尼器(12)的开度、所述鼓风机马达(22)的转数以及所述第一控制阀(90)和所述第二控制阀(91)的开度存储在存储器单元(81)，并且根据存储在所述存储器单元(81)中的值以对应的载荷值驱动所述锅炉；并且其中，在所述锅炉的驱动过程中，当从所述第一检测传感器单元(70)和所述第二检测传感器单元(71)检测的NOx或氧气的浓度超过NOx或氧气的目标浓度时，重置所述第一控制阀(90)和所述第二控制阀(91)的开度，并且将所述第一控制阀(90)和所述第二控制阀(91)的重置开度与对应载荷值一起存储在所述存储器单元(81)中。
所述控制单元(80)可以被构造成当从所述载荷检测器(92)传输后续阶段载荷值时：将根据预存储在所述存储器单元(81)中的对应载荷值的所述燃料阻尼器(12)的开度和所述鼓风机马达(22)的转数的控制值设置为所述第一设置操作中的初始值；并且将根据预存储在所述存储器单元(81)中的对应载荷值的所述第一控制阀(90)和所述第二控制阀(91)的开度的控制值设置为所述第二设置操作(S200)中的初始值。
附图说明
通过参照附图详细地描述本发明的示例性实施方式，本发明的上述和其他目的、特征和优点对于本领域技术人员来说将变得更为清楚，其中：
图1是示出了根据本发明的一个实施方式的用于减少氮氧化物的锅炉的立体图；
图2是示意性地示出了根据本发明的该实施方式的用于减少氮氧化物的锅炉的构造的概念图；
图3是示出了根据本发明的该实施方式的用于减少氮氧化物的锅炉的控制过程的流程图；
图4是具体示出了图3中所示的第一设置操作(空燃比控制)的流程图；
图5是具体示出了图3中所示的第二设置操作(烟气再循环(FGR)系统控制)的流程图；
图6是示出了根据本发明的用于每个载荷的NOx和氧气的浓度随着实时FGR的变化的曲线图；以及
图7是示出了现有技术的概念图。
附图标记说明
10：燃烧器单元
20：燃烧空气供应管
30：锅炉单元
40：排放烟道
50：空气预加热单元
60：烟气再循环(FGR)回收管
70：第一检测传感器单元
71：第二检测传感器单元
80：控制单元
90：第一控制阀
91：第二控制阀
100：锅炉
具体实施方式
下文中，通过本发明实现的优点和目的将在结合附图考虑时参考如下详细实施方式而变得清楚。
这里使用的术语用来帮助说明和理解本实施方式，并不是为了限制本发明的范围和精神。应该理解，单数形式包括复数形式，除非上下文另有明确说明。术语“包括”、“包含”当在这里使用时指定存在所阐述的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组，但是不排除存在或添加有一个或多个其他的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组。
在该描述中，将省略多于描述和相关已知功能或构造的细节，以便避免导致本发明的主题内容模糊不清。
图1是示出了根据本发明的一个实施方式的用于减少氮氧化物的锅炉的立体图，而图2是示意性地示出了根据本发明的该实施方式的用于减少氮氧化物的锅炉的构造的概念图。
参照图1和图2，锅炉100包括：燃烧器单元10，燃烧器单元10被构造成通过从燃料供应管11接收燃料而产生火-空气；燃烧空气供应管20，燃烧空气供应管20被构造成通过鼓风机21将燃料燃烧所需的外部空气供应至燃烧器单元10；锅炉单元30，在锅炉单元30中通过从燃烧器单元10燃烧的火-空气进行热交换；排放烟道40，排放烟道40被构造成运送并引导来自于锅炉单元30的火-空气以进行排放；烟气再循环(FGR)回收管60，烟气再循环回收管60的一端被连接成与排放烟道40的流动路径连通，而另一端被连接成与鼓风机21的后端连通，从而使得通过排放烟道40排放的废气能够被收集并与待供应至燃烧空气供应管20的外部空气混合；第一检测传感器单元70，第一检测传感器单元70设置在排放烟道40的流动路径上，以实时地检测废气中的NOx的浓度或氧气的浓度或者这二者从而产生废气感测数据；第二检测传感器单元71，第二检测传感器单元71设置在燃烧空气供应管20的流动路径上，以实时地感测所引入的外部空气中的NOx的浓度或氧气的浓度或者这二者从而产生流入气体感测数据；以及控制单元80，控制单元80被构造成分别从第一检测传感器单元70和第二检测传感器单元71接收实时的废气感测数据和实时的流入气体感测数据，并且对第一控制阀90的打开和第二控制阀91的打开执行实时控制，第一控制阀90控制通过鼓风机21引入的外部空气量，第二控制阀91控制从FGR回收管60收集的废气量；以及空气预加热单元50，空气预加热单元50被安装成连接至排放烟道40和燃烧空气供应管20的流动路径，以接收通过排放烟道40排放的废气热，并且将所接收到热传输至从燃烧空气供应管20引入的空气，从而将该空气预热。
燃烧器单元10被设置成使用单独火花产生装置通过从燃料供应管11引入的燃料和从燃烧空气供应管20引入的空气产生火焰来产生火-空气。
由燃烧器单元10产生的火-空气在沿着形成在锅炉单元30中的火-空气输送路径移动的同时将热传递至容纳在锅炉单元30中的诸如水之类的热交换介质。
因而，已经执行热交换的火-空气被引导以通过排放烟道40排放到外部。空气预加热单元50设置在排放烟道40上以将引入到锅炉单元10内的空气预加热。
空气预加热单元50连接至排放烟道40和燃烧空气供应管20的流动路径以接收通过排放烟道40排放的废气的热并将所接收的热传递至从燃烧空气供应管20引入的空气，从而预加热该空气。
也就是说，当排放管道40的传递的火-空气在经由空气预加热单元50排放的同时将火-空气的热能传递至空气预加热单元50的多个加热管从而加热多个加热管时，并且由于这些加热管联接至燃烧空气供应管20的通向燃烧器单元10的路径，从而使得通过该路径的空气通过热交换而被预加热。
这样，由于可能被作为废热丢弃的废气被热交换，所以收集了废热，并且由于以高温排出的气体得到冷却，所以消除了由高温废气引起的各种缺点。
另外，在排放烟道40的输送路径上，FGR回收管60形成为使得排放的废气的废热能够被收集在空气预加热单元50的后端部分处并且使由燃烧产生的含有NOx的废气重燃，以减少废气中的NOx的浓度。
FGR回收管60形成为使得FGR回收管60的一端与位于排放烟道40的流动路径上的空气中加热单元50的后端连通，并且FGR回收管60的另一端与鼓风机21的后端侧连通，从而通过排放烟道40排放的废气在通过空气预加热单元50进行热交换之后被收集，并且所收集的废气与通过鼓风机21引入的外部空气混合并通过空气预加热单元50预热。
这样，从燃烧空气供应管20传递至燃烧器单元10的空气作为混合气体提供，在该混合气体中，从FGR回收管60引入的废气与从鼓风机21引入的外部空气混合，并且该混合气体通过经过空气预加热单元50而被预加热，然后如上所述那样传递至燃烧器单元10。
通过鼓风机21产生通过FGR回收管60输送的废气的传递力。鼓风机21的循环力还用来在传递FGR回收管60的废气的同时引入外部空气。
同时，第一检测传感器单元70设置在排放烟道40的流动路径上以实时地感测废气中的NOx的浓度或氧气的浓度或者这二者以产生废气感测数据，并且在一个实现中，第一检测传感器单元70可以形成在排放烟道40的流动路径上的空气预加热单元50的后端侧。
第二检测传感器单元71可以设置在燃烧空气供应管20的流动路径上以实时地感测所引入的外部空气中的NOx的浓度或氧气的浓度或者这二者以产生流入气体感测数据，并且在一个实现中，第二检测传感器单元71可以安装在流动路径上，在该流动路径中，从FGR回收管60引入到鼓风机21的后端侧的空气与引入鼓风机21的前端侧的外部空气混合，然后该混合空气在燃烧空气供应管20的流动路径上朝向空气预加热单元50移动。
第一检测传感器单元70和第二检测传感器单元71的传感器被实现为使用锆电解质测量法的传感器，锆电解质测量法广泛用于实时精确测量NOx，并且具有确定的精度和耐用性，从而实现实时精度测量。
另外，控制单元80被构造成分别从第一检测传感器单元70和第二检测传感器单元71接收实时的废气感测数据和实时的流入气体感测数据，并且分析所接收的实时的废气感测数据和实时的流入气体数据，以对第一控制阀90的打开和第二控制阀91的打开进行实时控制，第一控制阀90控制通过鼓风机21引入的外部空气量，第二控制阀91控制从FGR回收管60收集的废气量。
控制单元80不仅可以通过第一控制阀90的控制而还可以通过鼓风机21中的鼓风机22的转数控制来控制外部空气流入量。
也就是说，当鼓风机马达22的转数发生改变时，即使第一控制阀90的开度相同，外部空气流入量也发生改变。这是一种通过控制所引入的外部空气流入速度来控制流入量的方法。
另外，控制单元80被构造成控制燃料阻尼器12以确定给燃烧器单元10供应燃料的燃料供应管11的燃料供应量，并且从载荷检测器91接收实时载荷值以通过检查锅炉单元30中的流体的温度和压力中的至少一个来感测锅炉的载荷能力。
所述载荷值是指锅炉的当前载荷能力。在接收到载荷值时，控制单元80针对预存储在存储器单元81中的每个载荷提取燃料阻尼器12的开度和鼓风机马达22的转数，以检查氧气和NOx的目标浓度(S100)。
然后，控制单元80在相同载荷能力下在关于第一控制阀90的开度的信息和关于第二控制阀91的开度的信息之间提取关于与锅炉的当前载荷值对应的开度的信息，以通过第二检测传感器单元71检查氧气和NOx的目标浓度的目标值(S200)。
另外，通过所提取的关于开度的预存储信息进行控制单元80的打开控制，并且根据本发明的多阶段控制系统100的特征在于一构造，在该构造中，控制单元80基于预存储开度来控制打开，然后再次从第一检测传感器单元70和第二检测传感器单元71接收感测数据以实时确定是否需要重新调节开度。
换言之，针对每个载荷设置的预存储开度是关于适合于之前环境的开度的信息，由于各种环境因素(例如，锅炉长期使用或者突然改变载荷能力)，适合于之前环境的开度信息可能不再适合于废气中的NOx或氧气的目标浓度。由于环境使用特征(其中并不是所有环境因素都总是设置成相等)，首先应用预存储开度信息，在首先应用之后立即识别废气中的NOx或氧气的浓度，并且当所识别的浓度大于NOx或氧气的目标浓度时，重新调节第一控制阀90和第二控制阀91的开度信息。
另外，在重新调节过程中计算为合适的开度信息重新存储在存储器单元81中，并且在之后测量到相同载荷值时，则根据对应开度信息控制第一控制阀90和第二控制阀91的打开。
相比之下，以上描述的现有技术控制再循环阀9的开度，直到氧气和氮氧化物传感器的输出电压变成等于参考电压以抑制氮氧化合物的排放，如图7所示。在这种情况下，关于已经操作的再循环阀的开度的历史信息针对锅炉的每个载荷值存储为数据，并且当锅炉的当前载荷能力具有与预存储载荷值中的任一个匹配的载荷值时，将关于与该载荷值对应的再循环阀的开度的信息应用于再循环阀的开度的控制，因而能够实现更快速和有效的控制。当使用关于根据预存储载荷的再循环阀的开度的信息但是没有实现NOx或氧气的目标浓度时，重置再循环阀的开度。在这种情况下，当基于根据载荷值的再循环阀的预存储开度重置再循环阀的开度时，可以实现更快速的控制。能够实现这种快速控制是因为减少了控制再循环阀的开度时的试错量。
与现有技术不同，本发明在控制单元中作为数据存储根据已经被控制的锅炉的载荷满足NOx和氧气的目标浓度的控制阀的开度，并且基于与锅炉的下一个载荷能力匹配的预存储载荷值和与该载荷值对应的控制阀开度进行控制，因而能够实现更有效的控制。
另外，当施加与锅炉的载荷值对应的控制阀预存储开度但是没有满足NOx和氧气的目标浓度时，重置控制阀的开度，而当通过重置开度满足NOx和氧气的目标浓度时，将与该载荷值对应的开度存储为数据，因而根据各种环境产生足够的数据，从而能够增强控制效率。
另外，尽管现有技术仅仅包括仅仅通过仅控制通过鼓风机供应的外部空气量的再循环阀控制空气流入，但是除了控制鼓风机的外部空气流入之外，本发明还包括通过废气分析来控制废气量，因而能够实现精确控制。
另外，本发明并不采用如现有技术中使用的具有大误差的半导体气体传感器，而是采用使用确保实时精确测量和耐用性和精度的锆电解质测量法的传感器，因而能够实现精确测量。
另外，参照图3至图5，在满足NOx和氧气的初始目标浓度的控制过程中，控制单元80分开地执行第一设置操作和第二设置操作，其中通过控制鼓风机21的鼓风机马达22的转数并控制燃料阻尼器12来确定从燃料供应管11供应至燃烧器单元10的燃料量来实现第一设置操作。
在这种情况下，第一设置操作S100通过如下步骤实现：在第二控制阀91关闭而第一控制阀90打开的状态下接收载荷值；产生燃料阻尼器12的开度和鼓风机马达22的转数的控制值，其中由第一检测传感器单元70检测的NOx的浓度和氧气的浓度小于或等于针对每个载荷值产生的NOx和氧气的目标浓度；并且首先将所产生的控制值存储在存储器单元81。
在完成第一设置操作S100之后执行第二设置操作S200。第二设置操作S200通过以下步骤实现：将燃料阻尼器12的开度和鼓风机马达22的转数设置成与针对每个载荷值存储的控制值相同；调节第一控制阀90和第二控制阀91的开度，以产生第一控制阀90和第二控制阀91的开度，其中从第一检测传感器单元70和第二检测传感器单元71检测的NOx和氧气的浓度小于或等于NOx和氧气的目标浓度；另外将所产生的第一控制阀90和第二控制阀91的开度存储在存储器单元81中。
因而，根据在锅炉的驱动过程中从载荷检测器92接收的载荷值控制第一控制阀90和第二控制阀91的开度。
图3是示出了根据本发明的该实施方式的用于减少氮氧化物的锅炉的控制过程的流程图，图4是具体示出了图3中所示的第一设置操作(空燃比控制)的流程图，而图5是具体示出了图3中所示的第二设置操作(FGR系统控制)的流程图。
参照这些图，根据本发明的该实施方式的控制用于减少氮氧化物的锅炉100的过程包括如上所述的第一设置操作S100和第二设置操作S200。
第一设置操作S100是控制空燃比的操作，并且在第二控制阀91关闭而第一控制阀90打开的情况下开始设置(S110)，从载荷检测器92接收载荷值并且根据载荷值对燃料阻尼器12和鼓风机马达22的转数进行分级(例如，五到十个载荷值)控制。
首先，根据第一载荷值驱动锅炉(S120)，并且通过第一检测传感器单元70测量氧气和NOx的浓度(S130)。
因而，控制单元80确定从第一检测传感器单元70接收的感测数据是否小于或等于NOx和氧气的目标浓度(S140)。例如，当NOx的目标浓度为40ppm或更小，并且氧气的目标浓度为3.5％或更小时，用于感测由此检测到的感测数据值的情况数目总共为四。
在第一情况下，NOx的浓度超过40ppm，并且氧气的浓度为3.5％或更小；在第二情况下，NOx浓度超过40ppm，并且氧气的浓度超过3.5％；在第三情况下，NOx的浓度为40ppm或更小，并且氧气的浓度为3.5％或更小；而在第四情况下，NOx的浓度为40ppm或更小，并且氧气的浓度超过3.5％。
由于第一情况是其中氧气的浓度满足目标浓度而NOx的浓度大于目标浓度(当燃料供应量较高时发生)的情况下，控制单元80从之前开度减小燃料阻尼器12的开度。
控制单元80从第一检测传感器单元70接收在燃料阻尼器12的开度减小的情况下所排放出的废气的感测数据，并且再次确定NOx的浓度是否为40ppm或更小(S141’)，并且在NOx的浓度仍然超过40ppm时，控制单元80将从之前开度减小的当前开度进一步减小，并且通过第一检测传感器单元70的感测数据连续地对NOx的浓度进行确定。
当在一定时间点发生NOx的浓度变成40mm或更小并且氧气浓度变成3.5％或更小的开度时，执行后续操作。
另外，第二情况是其中氧气的浓度和NOx的浓度都超过目标浓度的情况，并且在这种情况下，鼓风机马达22的转数和燃料阻尼器12的开度减小预定量(S142)，并且与在第一情况中一样通过第一检测传感器单元70的感测数据进行检查(S142’)。
应该容易地理解，当氧气浓度和NOx浓度连续地超过目标浓度时，鼓风机马达22的转数和燃料阻尼器12的开度逐渐地减小预定量，并且当氧气浓度和NOx浓度中的一个被检测到具有小于或等于目标浓度的浓度时，重新调节鼓风机马达22的转数和燃料阻尼器12的开度中的、氧气浓度和NOx浓度中的仍然超过目标浓度的剩余一个对应的一个。
这样，当如在上述第一情况中一样在某一时间点NOx的浓度和氧气的浓度分别达到40ppm或更小和3.5％或更小时，执行后续的操作。
第三情况是NOx浓度和氧气浓度二者都小于或等于目标浓度的情况，因而立即执行后续操作。第四情况是氧气浓度超过目标浓度并且NOx浓度小于或等于目标浓度的情况，外部空气的流入量通过鼓风机马达22的转数而减小预定量(S143)，并且通过第一检测传感器单元70的感测数据进行检查(S143’)。
当检查到第一检测传感器单元70的感测数据对于四种情况中的每种情况都具有小于或等于目标氧气浓度和目标NOx浓度的氧气浓度和NOx浓度时，将燃料阻尼器12的对应开度和鼓风机马达22的对应转数存储在存储器单元81的第一存储单元(未示出)中。
在这种情况下，应该理解，将存储在第一存储单元(未示出)中的开度与由锅炉单元30的载荷检测器键槽的当前载荷值一起存储。
然后，控制单元80确定后续阶段的载荷值是否存在(S160)，并且当后续阶段的载荷值存在时，以后续阶段的载荷值驱动锅炉(S170)，并且如上所述执行操作S130和后续操作。而当后续节段的载荷值不存在时，终止第一设置操作S100和第二设置操作S200。
同时，第二设置操作S200是FGR系统控制，其中，在第一设置操作中根据第一载荷值设置燃料阻尼器12的开度和鼓风机马达22的转数的情况下驱动锅炉(S210)，第二控制阀91以一定值打开(S220)。
因而，关于通过第一检测传感器单元70和第二检测传感器单元71测量的NOx和氧气的浓度的感测数据传输至控制单元80(S230)，并且控制单元80通过根据所接收的感测数据控制第一控制阀90和第二控制阀91的开度进行调节以匹配NOx和氧气的目标浓度(S240)。
因而，控制单元80确定调节之后感测的感测数据是否小于或等于氧气的目标浓度，并且当满足目标浓度时，将根据该载荷值的第一控制阀90和第二控制阀91的开度的设置值存储在存储器单元81中(S250)。
然后，控制单元80确定后续阶段的载荷值是否存在，并且当后续阶段的载荷值存在时，不执行第二设置操作(S200)，但是重新开始第一设置操作S130，并且根据后续阶段的载荷值设置燃料阻尼器12的开度和鼓风机马达22的转数的控制值。在这种情况下，根据后续阶段的载荷值的燃料阻尼器12和鼓风机马达22的控制值使预存储在存储器单元81中的载荷值的燃料阻尼器12的开度和鼓风机马达22的转数成为初始值。
相反，当后续阶段的载荷值不存在时，根据对应载荷值驱动锅炉，并且执行上述操作S230至S250。在这种情况下，重复地执行操作S230至S2500，直到在操作S260中确定产生了后续阶段的载荷值。这是因为，即使在相同载荷下，当锅炉连续地操作或长时间操作时，燃烧也可能发生变化，这导致废气成分发生变化，也就是说，导致NOx浓度和/或氧气浓度发生变化。因而，控制单元80执行控制，从而重复地执行第二设置操作，即操作S230至S250，以实时地感测相同载荷下NOx的浓度和/或氧气的浓度中的变化，从而满足NOx和氧气的目标浓度。
针对每个载荷值，将燃料阻尼器12的开度、鼓风机马达22的转数和第一控制阀90和第二控制阀91的开度存储在存储器单元81中。
作为数据产生存储值，并且在需要以后续阶段的载荷值驱动锅炉时，在第一设置操作中将该存储值作为燃料阻尼器的开度和鼓风机马达的转数的初始设置值输入，并且在第二设置操作中作为第一控制阀和第二控制阀的开度的初始设置值输入，因而能够增强锅炉的控制效率。
图6是示出了根据本发明的针对每个载荷的NOx和氧气的浓度随着实时FGR的变化的曲线图。
也就是说，图6的操作区段S100代表第一设置操作，即锅炉的空燃比驱动，操作区段S200代表第二设置操作，即FGR驱动区段，后续区段代表第一和第二操作之后的稳定驱动操作。
图6中的上部的曲线图示出了针对每个载荷的NOx的浓度变化，而下部的曲线图示出了针对每个载荷的氧气浓度的变化。
首先，能够看到，针对每个载荷的NOx的浓度在操作S100中逐渐减小，在操作S200中快速减小，而在FGR之后稳定地会聚到目标浓度。
接下来，能够看到，针对每个载荷的氧气浓度具有在较大载荷下稳定但是在较小载荷下不稳定的分布，但是在FGR之后，对于所有载荷都会聚至目标浓度。
也就是说，在操作S100中，在控制燃料阻尼器的开度和鼓风机马达的转数的空燃比驱动期间，NOx的浓度减小率较低。然而，在如在操作S200中一样，当在相同载荷下根据燃烧变化精确地控制第一控制阀和第二控制阀的开度时，NOx的浓度快速会聚至目标浓度。因此，根据本发明的通过实时FGR进行的锅炉控制方法可以增强减少NOx的浓度的效率。
如从以上清楚，通过第一检测传感器单元和第二检测传感器单元的感测数据分析收集立即反馈数据，因而能够容易地NOx和氧气的目标浓度进行精确控制。
另外，用于分析感测数据的控制单元通过控制阀实时地控制FGR返回管的打开和外部空气流入管的打开，由此能够进行更精确的控制来降低NOx并且使锅炉完全燃烧。
另外，当第一控制阀和第二控制阀的预设开度由于锅炉的长期使用或者载荷值突然变化而变得不正确时，实时地将预设开度感测为不正确，以便再次控制第一控制阀和第二控制阀的开度设置，因而总是响应于设置值变得不正确的频繁发生的环境而维持NOx和氧气的目标浓度。
尽管已经为了例示性目的参照附图描述本发明的实施方式，但是本领域技术人员应该认识到，在不脱离本发明的范围和精神的情况下可进行各种修改、等同和其他实施方式。
因此，本发明的范围由本发明的所附权利要求来限定。
相关申请的交叉参考
本申请要求2018年8月21日提交的韩国专利申请No.2018-0097627的优先权和权益，通过参照将该申请的公开全部结合在本文中。

Claims (3)

1.一种通过废气成分的实时检测来调节燃烧空气而减少氮氧化物的控制锅炉的方法，该锅炉包括：
燃烧器单元(10)，该燃烧器单元(10)被构造成通过从燃料供应管(11)接收燃料而产生火焰；
燃烧空气供应管(20)，该燃烧空气供应管(20)被构造成通过鼓风机(21)将燃料燃烧所需的外部空气供应至所述燃烧器单元(10)；
锅炉单元(30)，在该锅炉单元(30)中通过从所述燃烧器单元(10)燃烧的火焰进行热交换；
排放烟道(40)，该排放烟道(40)被构造成运送并引导来自于所述锅炉单元(30)的火焰以进行排放；
烟气再循环(FGR)回收管(60)，该烟气再循环回收管(60)的一端被连接成与所述排放烟道(40)的流动路径连通，而另一端被连接成与所述鼓风机(21)的后端连通，从而使得通过所述排放烟道(40)排放的废气被收集并与待供应至所述燃烧空气供应管(20)的外部空气混合；
第一检测传感器单元(70)，该第一检测传感器单元(70)设置在所述排放烟道(40)的流动路径上，以实时地检测废气中的NOx的浓度和氧气的浓度从而产生废气感测数据；
第二检测传感器单元(71)，该第二检测传感器单元(71)设置在所述燃烧空气供应管(20)的流动路径上，以实时地感测所引入的外部空气中的NOx的浓度和氧气的浓度从而产生流入气体感测数据；
控制单元(80)，该控制单元(80)被构造成分别从所述第一检测传感器单元(70)和所述第二检测传感器单元(71)接收实时的废气感测数据和实时的流入气体感测数据，并且对第一控制阀(90)的打开和第二控制阀(91)的打开执行实时控制，所述第一控制阀(90)控制通过所述鼓风机(21)引入的外部空气量，所述第二控制阀(91)控制从所述烟气再循环回收管(60)收集的废气量；以及
载荷检测器(92)，该载荷检测器(92)被构造成通过检查所述锅炉单元(30)中的流体的温度和压力中的至少一者来检测所述锅炉的载荷能力，
其特征在于，所述方法包括：
第一设置操作(S100)：在所述第二控制阀(91)关闭而所述第一控制阀(90)打开的状态下，控制燃料阻尼器(12)和鼓风机马达(22)的转数，并且根据从所述载荷检测器(92)接收的载荷值驱动所述锅炉，其中通过所述第一检测传感器单元(70)测量NOx和氧气的浓度，通过所述控制单元(80)确定从所述第一检测传感器单元(70)接收的关于NOx和氧气的浓度的感测数据与NOx和氧气的目标浓度之间的关系，并且当所测量的NOx和氧气的浓度中的至少一者超过NOx和氧气的目标浓度中的对应一者时，控制所述燃料阻尼器(12)的开度或所述鼓风机马达(22)的转数或者这二者，并且当所测量的NOx和氧气的浓度小于或等于NOx和氧气的目标浓度时，存储载荷值以及根据该载荷值的所述燃料阻尼器(12)的开度和所述鼓风机马达(22)的转数；以及
第二设置操作(S200)：在所述第一设置操作之后根据载荷值驱动所述锅炉，其中控制所述第一控制阀(90)和所述第二控制阀(91)的开度，并且当通过所述第一检测传感器单元(70)和所述第二检测传感器单元(71)测量的NOx和氧气的浓度小于或等于NOx和氧气的目标浓度时，存储根据对应载荷值的所述第一控制阀(90)和所述第二控制阀(91)的开度的设置值；
其中，所述控制单元(80)被构造成：
当在所述第一设置操作(S100)或所述第二设置操作(S200)或者这两个操作中从所述载荷检测器传输后续阶段载荷值时，执行控制以重新开始所述第一设置操作(S100)；并且
当所述后续阶段载荷值不存在时，执行控制以反复地执行所述第二设置操作(S200)，以处理在相同载荷下的燃烧变化。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述控制单元(80)将针对每个载荷值的所述燃料阻尼器(12)的开度、所述鼓风机马达(22)的转数以及所述第一控制阀(90)和所述第二控制阀(91)的开度存储在存储器单元(81)中，并且根据存储在所述存储器单元(81)中的值以对应的载荷值驱动所述锅炉；并且
在所述锅炉的驱动过程中，当从所述第一检测传感器单元(70)和所述第二检测传感器单元(71)检测的NOx或氧气的浓度超过NOx或氧气的目标浓度时，重置所述第一控制阀(90)和所述第二控制阀(91)的开度，并且将所述第一控制阀(90)和所述第二控制阀(91)的重置开度与对应载荷值一起存储在所述存储器单元(81)中。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，对于针对每个载荷值存储在所述存储器单元(81)中的值，所述控制单元(80)被构造成在从所述载荷检测器(92)传输后续阶段载荷值时：
将根据预存储在所述存储器单元(81)中的对应载荷值的所述燃料阻尼器(12)的开度和所述鼓风机马达(22)的转数的控制值设置为所述第一设置操作(S100)中的初始值；并且
将根据预存储在所述存储器单元(81)中的对应载荷值的所述第一控制阀(90)和所述第二控制阀(91)的开度的控制值设置为所述第二设置操作(S200)中的初始值。
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