CN218328225U - 一种锅炉燃烧及脱硝综合控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种锅炉燃烧及脱硝综合控制系统，包括锅炉、煤粉燃烧控制单元、脱硝单元、检测单元以及控制单元。煤粉燃烧控制单元与所述锅炉相连；脱硝单元包括SCR反应器以及连接于所述锅炉和所述SCR反应器之间的烟气管道；检测单元包括用于检测所述烟气管道内的目标气体浓度的第一气体浓度传感器；控制单元与所述脱硝单元、所述煤粉燃烧控制单元和所述第一气体浓度传感器通信连接。控制单元能够根据第一气体浓度传感器的检测结果控制煤粉燃烧控制单元，有效的防止了NO_X或者其他目标气体浓度的大幅波动，能够降低脱硝单元的控制难度，保证脱硝效率。

Description

一种锅炉燃烧及脱硝综合控制系统

技术领域

本实用新型涉及燃煤锅炉发电技术领域，尤其涉及一种锅炉燃烧及脱硝综合控制系统。

背景技术

我国是燃煤锅炉制造大国，也是使用大国，燃煤锅炉广泛应用于经济建设、人民生活的各个领域，为经济社会发展发挥着重要的基础性作用，每年用煤约22.4亿吨标煤，约占全国煤炭产量的70％。

火电厂的燃煤锅炉与烟气脱硝装置(SCR)相连，煤粉燃烧后的烟气经过脱硝装置脱硝后排出，以满足环保要求。燃煤锅炉在燃烧过程中因为不同工况和不同煤质的影响造成炉内的燃烧状态差异显著，NO_X(氮氧化物)的波动尤为剧烈，烟气尾部脱硝装置(SCR)控制难度大，并由此造成下游设备(空预器)的严重堵塞。

目前的电厂控制对于锅炉燃烧控制系统以及SCR控制等被控系统的控制算法单一，两者相互独立，缺乏相互的协同，无法实现根据锅炉燃烧状态的实时优化控制。

因此，有必要对现有技术予以改良以克服现有技术中的所述缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种火电厂锅炉燃烧及脱硝综合控制系统，能够降对低脱硝装置的控制难度，保证脱硝效率。

为实现上述实用新型目的，本实用新型提出了一种锅炉燃烧及脱硝综合控制系统，包括：

锅炉；

煤粉燃烧控制单元，与所述锅炉相连；

脱硝单元，包括SCR反应器以及连接于所述锅炉和所述SCR反应器之间的烟气管道；

检测单元，包括用于检测所述烟气管道内的目标气体浓度的第一气体浓度传感器；以及，

控制单元，与所述脱硝单元、所述煤粉燃烧控制单元和所述第一气体浓度传感器通信连接。

进一步地，所述目标气体为氮氧化物气体，所述第一气体浓度传感器为NO_X浓度传感器，所述控制单元根据所述第一气体浓度传感器检测的NO_X浓度控制所述煤粉燃烧控制单元。

进一步地，所述脱硝单元包括与所述SCR反应器相连的排气管道，所述检测单元包括用于检测所述排气管道内NO_X气体浓度的第二气体浓度传感器和用于检测所述排气管道内NH₃气体浓度的第三气体浓度传感器，所述第二气体浓度传感器和所述第三气体浓度传感器均与所述控制单元通信连接。

进一步地，所述脱硝单元还包括均与所述控制单元通信连接的空气输入模块和氨气输入模块；

所述空气输入模块与所述烟气管道相通，用于向所述SCR反应器输入空气；

所述氨气输入模块与所述烟气管道相通，用于向所述SCR反应器输入氨气。

进一步地，所述空气输入模块包括空气输送管路以及设置于所述空气输送管路上的送风机和第一阀门，所述空气输送管路与所述烟气管道连通且具有进气口，所述送风机和所述第一阀门均与所述控制单元通信连接。

进一步地，所述氨气输入模块包括氨气输送管路以及设置于所述氨气输送管路上的氨气储罐、蒸发器和第二阀门，所述氨气输送管路与所述烟气管道连通，所述蒸发器和所述第二阀门均与所述控制单元通信连接。

进一步地，所述的锅炉燃烧及脱硝综合控制系统还包括相对所述锅炉可摆动设置的一次风喷嘴，所述煤粉燃烧控制单元包括用于调节所述一次风喷嘴的角度的角度调节机构以及用于向所述锅炉供气的供气机构，所述角度调节机构和所述供气机构均与所述控制单元通信连接。

进一步地，所述角度调节机构包括与所述控制单元通信连接的驱动装置以及连接于所述一次风喷嘴和所述驱动装置之间的传动机构，所述驱动装置通过所述传动机构带动所述一次风喷嘴改变角度。

进一步地，所述传动机构包括可摆动设置的多个摆动件、与所述摆动件相连的连杆、连接于所述连杆和所述驱动装置之间的外联动件以及连接至少两个所述摆动件的内联动件，所述摆动件包括主连接臂以及与所述主连接臂相连的副连接臂，所述主连接臂与所述内联动件相连，所述传动机构还包括连接在所述副连接臂和所述一次风喷嘴之间的拉杆。

进一步地，所述锅炉设有多个喷嘴，所述供气机构包括为多个所述喷嘴提供空气的风箱，所述风箱包括与所述喷嘴相连的供气通道以及设于所述供气通道上的风门，所述风门与所述控制单元通信连接。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：本实用新型中，脱硝单元、煤粉燃烧控制单元和检测单元均与控制单元通信连接，能够受到控制单元的控制，这样，控制单元能够根据第一气体浓度传感器的检测结果控制煤粉燃烧控制单元，使得煤粉燃烧产生的目标气体浓度能够在预设的标定范围内，有效的防止了NO_X或者其他目标气体浓度的大幅波动，能够降低脱硝单元的控制难度，保证脱硝效率。由此实现了对锅炉燃烧和脱硝的协调控制，有利于实现根据锅炉燃烧状态的实施优化控制，保证系统的可靠运行。

附图说明

图1是本实用新型中一种实施例的锅炉燃烧及脱硝综合控制系统的结构示意图。

图2是本实用新型中一种实施例的锅炉燃烧及脱硝综合控制系统的模块框图。

图3是本实用新型中一种实施例的角度调节机构的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图，对本申请的具体实施方式做详细的说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

如图1和图2所示，本实用新型提出了一种锅炉燃烧及脱硝综合控制系统，其包括锅炉1、煤粉燃烧控制单元2、脱硝单元3、检测单元4和控制单元5。

锅炉1和煤粉燃烧控制单元2属于锅炉系统，脱硝单元3和检测单元4属于脱硝系统，控制单元5用于综合控制锅炉系统和脱硝系统。

锅炉1是一种能量转换设备，煤粉和空气在锅炉1内燃烧。煤粉燃烧控制单元2用于控制煤粉在锅炉1内的燃烧情况，例如，可以通过控制煤粉(一次风)的喷出角度、煤粉的喷出量、通入锅炉1内的空气的流量(例如控制一次风、二次风等的流量)等方式来控制煤粉在锅炉1内的燃烧情况。

脱硝单元3用于对锅炉1内煤粉燃烧产生的烟气进行脱硝处理，通过选择性催化还原法将烟气内的氮氧化物还原成无害的N₂，从而使排出的烟气达到环保要求。

脱硝单元3包括SCR反应器30以及连接在锅炉1和SCR反应器30之间的烟气管道31，锅炉1燃烧产生的烟气从烟气管道31进入SCR反应器30内，在SCR反应器30内与NH₃发生氧化还原反应。脱硝单元3还包括与SCR反应器30相连的排气管道32，经SCR反应器30反应后的气体从排气管道32排出，如图1所示，可以在排气管道32上设置除尘器320，以除去烟气中的灰尘等颗粒物，进一步提高净化效果。

检测单元4包括用于检测烟气管道31内的目标气体浓度的第一气体浓度传感器40，根据目标气体浓度可以推断出锅炉1内煤粉的燃烧情况，例如，推断煤粉燃烧得是否充分。在一些实施例中，目标气体为NO_X气体，相应的，第一气体浓度传感器40为检测氮氧化物浓度的NO_X浓度传感器。

控制单元5与脱硝单元3、煤粉燃烧控制单元2和第一气体浓度传感器40通信连接，例如通过信号线、数据线相连，其能够与脱硝单元3、煤粉燃烧控制单元2和第一气体浓度传感器40进行信号交互，并发送控制指令以控制脱硝单元3和煤粉燃烧控制单元2。作为一种优选的实施方式，控制单元5包括PLC控制器。

由于控制单元5与煤粉燃烧控制单元2、脱硝单元3和第一气体浓度传感器40通信连接，因此，其能够协调控制锅炉的燃烧和SCR的反应，从而改变炉内燃烧情况，保证SCR反应器30的脱硝效率。例如，控制单元5可以根据接收到的第一气体浓度传感器40检测到的目标气体(例如NO_X)的浓度判断煤粉的燃烧状况，进而通过煤粉燃烧控制单元2控制煤粉在锅炉1内的燃烧状况，使得第一气体浓度传感器40检测到的目标气体浓度与预设的标定值在允许的误差范围内，从而减少了烟气中氮氧化物浓度的波动，有利于控制脱硝单元3高效的进行脱硝反应，降低了对脱硝单元3的控制难度，能够有效防止下游设备(例如空预器)的堵塞。

进一步地，检测单元4包括用于检测排气管道32内NO_X气体浓度的第二气体浓度传感器41和用于检测排气管道32内NH₃气体浓度的第三气体浓度传感器42。通过检测排气管道32内的NO_X和NH₃的气体浓度，可以判断SCR反应器30内的反应是否充分，例如，当检测到NO_X的浓度过大时，可以适当增加通入SCR反应器30内的NH₃的量，或者通过控制锅炉1的燃烧状况降低产生的烟气中的NO_X的浓度，当检测到NH₃的浓度过大时，可以适当减少通入SCR反应器30内的NH₃的量。

第二气体浓度传感器41和第三气体浓度传感器42均与控制单元5通信连接，以使得控制单元5能够根据第二气体浓度传感器41和第三气体浓度传感器42的检测结果来控制煤粉燃烧控制单元2和脱硝单元3，锅炉系统和脱硝系统能够协调运作，提高脱硝的效率和效果。

脱硝单元3还包括均与控制单元5通信连接的空气输入模块6和氨气输入模块7，空气输入模块6和氨气输入模块7均与烟气管道31相通，其中，空气输入模块6用于向SCR反应器30内通入空气，而氨气输入模块7用于向SCR反应器30内通入氨气。这样，控制单元5通过控制空气输入模块6和氨气输入模块7即可控制通入SCR反应器30内的空气和氨气，进而提高对烟气的脱硝效率和脱硝质量。

在一些实施例中，空气输入模块6包括空气输送管路60以及设置于空气输送管路60上的送风机61和第一阀门62，空气输送管路60与烟气管道31连通且具有进气口63，送风机61相对于第一阀门62更为靠近进气口63，送风机61和第一阀门62均与控制单元5通信连接，控制单元5能够控制送风机61的运行和第一阀门62的通断，优选的，送风机61的风速和第一阀门62的开度可调，以便于通过控制送风机61的风速和第一阀门62的开度控制通入SCR反应器30内的空气的量。

在一些实施例中，氨气输入模块7包括氨气输送管路70以及设置于氨气输送管路70上的氨气储罐71、蒸发器72和第二阀门73，氨气输送管路70与烟气管道31连通，氨气储罐71设于氨气输送管路70的末端，蒸发器72相较于第二阀门73更为靠近氨气储罐71，以使得氨气储罐71内的液态氨通过蒸发器72蒸发成气体后进入第二阀门73。蒸发器72和第二阀门73均与控制单元5通信连接，通过控制单元5可以控制蒸发器72的蒸发温度和第二阀门73的开闭，以向SCR反应器30内通入氨气。优选的，第二阀门73的开度可调，以便于通过第二阀门73的开度控制通入SCR反应器30内的氨气的量。

可以理解的是，空气输送管路60和氨气输送管路70可以直接与烟气管道31相连，也可以通过其他管路与烟气管道31相连。作为一种优选的实施方式，空气输送管路60输送的空气和氨气输送管路70输送的氨气先行混合后再进入烟气管道31内，以使得气体混合的更为均匀。如图1所示，火电机组脱硝系统还包括与烟气管道31相连的混气管路8，空气输送管路60、氨气输送管路70和混气管路8通过混气阀80相连，空气和氨气通过混气阀80进入混气管路8内，之后通过烟气管道31进入SCR反应器30内，优选的，混气阀80为三通电磁阀。

锅炉1设置有多个燃烧器，燃烧器设有一次风喷嘴10，一次风喷嘴10用于向锅炉1内喷射煤粉和空气的混合物。一次风喷嘴10相对锅炉1可摆动设置，如图3所示，一次风喷嘴10与燃烧器壳体通过第一转轴11相连(图中未示出燃烧器)，其能够绕着第一转轴11摆动，从而改变一次风喷嘴10的喷射角度。煤粉燃烧控制单元2包括用于调节一次风喷嘴10的角度的角度调节机构以及用于向燃烧器供气的供气机构，角度调节机构通过控制一次风喷嘴10的喷射角度控制煤粉在锅炉1内燃烧的区域，进而改变煤粉燃烧的状况。例如，当一次风喷嘴10向上摆动时，锅炉1的炉膛火焰会相对集中且中心整体上扬，煤粉通常能够燃烧的更为充分，炉膛出口温度上升，这样会有利于过热汽温和再热汽温的提高，锅炉1内煤粉燃烧产生的NO_X会有所增加；反之，当一次风喷嘴10向下摆动时，锅炉1内煤粉燃烧产生的NO_X会有所减少。供气机构用于向锅炉1内通入空气，以使得煤粉燃烧时具有足够的氧气。角度调节机构和供气机构均与控制单元5通信连接，通过调节一次风喷嘴10的喷射角度和/或对锅炉1的供气量，能够控制煤粉在锅炉1内的燃烧状况。

在一些实施例中，角度调节机构包括与控制单元5通信连接的驱动装置22以及连接于一次风喷嘴10和驱动装置22之间的传动机构23，驱动装置22通过传动机构23带动一次风喷嘴10改变角度。驱动装置22例如可以是电机等旋转驱动装置或者是电缸、气缸、液压缸等直线驱动装置，传动机构23例如可以是连杆机构、链传动机构等。

锅炉1设置有多个沿着高度方向间隔设置的燃烧器，因此一次风喷嘴10也沿着高度方向间隔设置，优选的，传动机构23能够带动多个一次风喷嘴10同时摆动。作为一种优选的实施方式，如图3所示，传动机构23包括可摆动设置的多个摆动件230、与摆动件230相连的连杆231、连接于连杆231和驱动装置22之间的外联动件232以及连接至少两个摆动件230的内联动件233。

摆动件230与一次风喷嘴10对应设置，用于带动对应的一次风喷嘴10摆动。摆动件230与燃烧器的壳体通过第二转轴235相连，其与连杆231通过同一第二转轴235相连，两者固定连接，使得摆动件230能够通过连杆231带动摆动。摆动件230整体呈L形，其包括主连接臂2300和连接在主连接臂2300一侧的副连接臂2301，主连接臂2300与内联动件233相连，内联动件233可以连接两个或多个摆动件230，以使其能够同时带动多个摆动件230摆动。副连接臂2301与一次风喷嘴10之间通过拉杆234相连，这样，在外联动件232带动连杆231和与连杆231相连的摆动件230摆动时，内联动件233能够带动其他与之相连的摆动件230同时摆动，从而控制多个一次风喷嘴10摆动。

如图3所示，多个一次风喷嘴10可以分成多组，图中为两组，每组一次风喷嘴10对应的摆动件230通过一根内联动件233带动摆动，且其中至少一个摆动件230通过连杆231与外联动件232相连。这样，通过一个外联动件232即可驱动所有的一次风喷嘴10摆动，从而实现同步调节所有一次风喷嘴10的喷射角度。驱动装置22为直线驱动装置，例如液压缸或者电缸等，驱动装置22铰接在锅炉1或者其他固定物上，驱动装置的驱动杆与外联动件232相连，通过驱动杆的伸缩驱动外联动件232运动。

锅炉1设有多个喷嘴，例如一次风喷嘴、二次风喷嘴、贴壁风喷嘴、分离燃尽风喷嘴等，能够为锅炉1内部提供空气，促进煤粉充分可靠的燃烧。在一些实施例中，供气机构包括为多个喷嘴提供空气的风箱24，风箱24与气泵等装置相连，以提供一定的气压使气体从喷嘴喷出。风箱24包括与各喷嘴相连的供气通道240以及设于供气通道240上的风门241，风门241可以是气动、电动或者是液动的，其与控制单元5通信连接，控制单元5能够控制风门241的开度，从而控制通入锅炉1的风量。通过控制风量，可以控制煤粉的燃烧状况，保证煤粉的充分燃烧。

作为一种优选的实施方式，锅炉燃烧及脱硝综合控制系统在使用前，首先通过对机组的实际运行情况进行摸底实验，充分了解机组实际运行过程中制粉系统、燃烧器及SCR喷氨的状况，特别是当燃用煤质较设计煤质发生大幅度波动时的机组各项考核指标的历史曲线，对在锅炉燃烧器100％，75％，50％，35％BMCR各工况下的运行特性所匹配的一次风喷嘴10的角度、各风门241的开启大小进行记录，之后在正常使用时根据不同负荷将一次风喷嘴10的角度和风门241的开度调节至预定大小，在工作时利用第一气体浓度传感器40检测排放烟气的NO_X浓度，控制单元5根据检测值控制角度调节机构改变一次风喷嘴10的摆动角度，控制风门241改变分级配风比例，优化炉内燃烧，降低NO_X生成，使得第一气体浓度传感器40检测到的烟气的NO_X浓度与标定值相当，进而平滑SCR反应器30入口处的NO_X值，结合锅炉燃烧和SCR控制，有效地提高控制品质。

上述仅为本实用新型的具体实施方式，其它基于本实用新型构思的前提下做出的任何改进都视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种锅炉燃烧及脱硝综合控制系统，其特征在于，包括：

锅炉(1)；

煤粉燃烧控制单元(2)，与所述锅炉(1)相连；

脱硝单元(3)，包括SCR反应器(30)以及连接于所述锅炉(1)和所述SCR反应器(30)之间的烟气管道(31)；

检测单元(4)，包括用于检测所述烟气管道(31)内的目标气体浓度的第一气体浓度传感器(40)；以及，

控制单元(5)，与所述脱硝单元(3)、所述煤粉燃烧控制单元(2)和所述第一气体浓度传感器(40)通信连接。

2.如权利要求1所述的锅炉燃烧及脱硝综合控制系统，其特征在于，所述目标气体为氮氧化物气体，所述第一气体浓度传感器(40)为NO_X浓度传感器，所述控制单元(5)根据所述第一气体浓度传感器(40)检测的NO_X浓度控制所述煤粉燃烧控制单元(2)。

3.如权利要求1所述的锅炉燃烧及脱硝综合控制系统，其特征在于，所述脱硝单元(3)包括与所述SCR反应器(30)相连的排气管道(32)，所述检测单元(4)包括用于检测所述排气管道(32)内NO_X气体浓度的第二气体浓度传感器(41)和用于检测所述排气管道(32)内NH₃气体浓度的第三气体浓度传感器(42)，所述第二气体浓度传感器(41)和所述第三气体浓度传感器(42)均与所述控制单元(5)通信连接。

4.如权利要求1所述的锅炉燃烧及脱硝综合控制系统，其特征在于，所述脱硝单元(3)还包括均与所述控制单元(5)通信连接的空气输入模块(6)和氨气输入模块(7)；

所述空气输入模块(6)与所述烟气管道(31)相通，用于向所述SCR反应器(30)输入空气；

所述氨气输入模块(7)与所述烟气管道(31)相通，用于向所述SCR反应器(30)输入氨气。

5.如权利要求4所述的锅炉燃烧及脱硝综合控制系统，其特征在于，所述空气输入模块(6)包括空气输送管路(60)以及设置于所述空气输送管路(60)上的送风机(61)和第一阀门(62)，所述空气输送管路(60)与所述烟气管道(31)连通且具有进气口(63)，所述送风机(61)和所述第一阀门(62)均与所述控制单元(5)通信连接。

6.如权利要求4所述的锅炉燃烧及脱硝综合控制系统，其特征在于，所述氨气输入模块(7)包括氨气输送管路(70)以及设置于所述氨气输送管路(70)上的氨气储罐(71)、蒸发器(72)和第二阀门(73)，所述氨气输送管路(70)与所述烟气管道(31)连通，所述蒸发器(72)和所述第二阀门(73)均与所述控制单元(5)通信连接。

7.如权利要求1至6任一项所述的锅炉燃烧及脱硝综合控制系统，其特征在于，其还包括相对所述锅炉(1)可摆动设置的一次风喷嘴(10)，所述煤粉燃烧控制单元(2)包括用于调节所述一次风喷嘴(10)的角度的角度调节机构以及用于向所述锅炉(1)供气的供气机构，所述角度调节机构和所述供气机构均与所述控制单元(5)通信连接。

8.如权利要求7所述的锅炉燃烧及脱硝综合控制系统，其特征在于，所述角度调节机构包括与所述控制单元(5)通信连接的驱动装置(22)以及连接于所述一次风喷嘴(10)和所述驱动装置(22)之间的传动机构(23)，所述驱动装置(22)通过所述传动机构(23)带动所述一次风喷嘴(10)改变角度。

9.如权利要求8所述的锅炉燃烧及脱硝综合控制系统，其特征在于，所述传动机构(23)包括可摆动设置的多个摆动件(230)、与所述摆动件(230)相连的连杆(231)、连接于所述连杆(231)和所述驱动装置(22)之间的外联动件(232)以及连接至少两个所述摆动件(230)的内联动件(233)，所述摆动件(230)包括主连接臂(2300)以及与所述主连接臂(2300)相连的副连接臂(2301)，所述主连接臂(2300)与所述内联动件(233)相连，所述传动机构(23)还包括连接在所述副连接臂(2301)和所述一次风喷嘴(10)之间的拉杆(234)。

10.如权利要求7所述的锅炉燃烧及脱硝综合控制系统，其特征在于，所述锅炉(1)设有多个喷嘴，所述供气机构包括为多个所述喷嘴提供空气的风箱(24)，所述风箱(24)包括与所述喷嘴相连的供气通道(240)以及设于所述供气通道上的风门(241)，所述风门(241)与所述控制单元(5)通信连接。

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