TW201827754A - 用於燃燒系統控制之系統及方法 - Google Patents

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Abstract

一種燃燒系統(10)包括燃燒室(12)，該燃燒室(12)中的複數個燃料引入位置(14)，其中燃料和空氣被提供給該燃燒室(12)用於燃燒，與每一個燃料引入位置(14)相關聯的流體流動控制裝置(30)，每一個流體流動控制裝置(30)是可控制的以改變被供應到每一個燃料引入位置(14)的空氣量，複數個感測裝置，被配置以監視該燃燒系統(10)的複數個操作參數，以及控制單元(100)，被配置以控制每一個流體流動控制裝置(30)以控制在每一個燃料引入位置(14)處供應的該空氣量與在其他燃料引入位置處供應的該空氣量無關，並且控制提供到所有其他空氣引入位置處的該空氣量與該複數個操作參數中的至少一個有關以使被提供到該燃燒室(12)的過量空氣最小化。

Description

用於燃燒系統控制之系統及方法
[0001] 本發明的實施例總體上關於燃燒系統，並且更具體地關於用於優化針對鍋爐，爐和火焰加熱器的燃燒系統的控制和性能的系統和方法。
[0002] 鍋爐典型地包括燃燒燃料以產生熱量以產生蒸汽的爐。燃料的燃燒產生熱能或熱量，其用於加熱和汽化產生蒸汽的液體，例如水。產生的蒸汽可用於驅動渦輪機發電或針對其他目的提供熱量。化石燃料，例如粉煤，是用於許多鍋爐燃燒系統的典型燃料。例如，在空氣燃燒粉煤鍋爐中，大氣被送入爐內並與粉煤混合燃燒。在氧氣燃燒的粉煤鍋爐中，將濃縮的氧氣供入爐中並與粉煤混合用於燃燒。 　　[0003] 如本領域中已知的那樣，當燃料和空氣被引入到用於燃燒的噴嘴或燃燒器中時，適當混合燃料對於燃燒系統的高效和清潔操作是必不可少的。在理想的燃燒條件和理想的混合條件下，理論上可以將全部燃料與零百分比的過量空氣反應。空氣/氧氣與燃燒所有燃料而沒有過量空氣的燃料的理想比率稱為化學計量比。然而，實際上，完美的混合和溫度條件永遠不會實現，因此需要使用一定量的過量空氣來確保燃料的完全燃燒。特別是，如果過量空氣不加入燃燒過程中，未燃燒碳，煙塵，煙霧和一氧化碳排氣會造成額外的排放和傳熱表面積垢。從安全角度出發，適當控制過量空氣可減少火焰不穩定性和其他危害。現有的燃燒系統可能會使用20-30％以上的過量空氣，以確保各種各樣的燃燒燃料以及所有潛在負載和燃燒條件可靠的操作。 　　[0004] 儘管從實際的觀點來看需要過量的空氣，然而，過多的過量空氣會降低鍋爐的效率。因此，在提供最佳量的過量空氣以實現理想燃燒和防止與過少過量空氣相關的燃燒問題之間必須找到平衡，同時不提供降低效率並增加NOx 排放之太多的過量空氣。 　　[0005] 鑑於以上所述，需要一種用於控制鍋爐的燃燒系統的系統和方法，該系統和方法不斷尋求最低可能的過量空氣條件以使效率最大化，同時保持最佳的主燃燒器區域化學計量以最小化排放並且同時遵守保持操作和安全所需的大量實時操作過程限制。
[0006] 在一個實施例中，提供了一種燃燒系統。燃燒系統包括燃燒室，在燃燒室中的多個燃料引入位置，其中燃料和空氣被提供給燃燒室用於燃燒，與每一個燃料引入位置相關聯的流體流動控制裝置，每一個流體流動控制裝置是可控制的以改變供應到每一個燃料引入位置的空氣量；多個感測裝置，配置以監視燃燒系統的多個操作參數；以及控制單元，配置以控制每一個流體流動控制裝置以控制在每一個燃料引入位置處供應空氣量與在其他燃料引入位置供應的空氣量無關，並且控制提供給所有其他空氣引入位置的空氣量與多個操作參數中的至少一個有關以最小化過量提供給燃燒室的空氣。 　　[0007] 在另一個實施例中，提供了一種控制燃燒系統的方法。該方法包括以下步驟：在多個燃料引入位置處將燃料和空氣引入到燃燒室；監視燃燒系統的多個操作參數；以及藉由個別控制在每一個燃料引入位置處供應到燃燒室的空氣量與多個操作參數中的至少一個有關以最小化過量提供給燃燒室的空氣。 　　[0008] 在又一個實施例中，提供了一種鍋爐。該鍋爐包括燃燒室，燃燒室中的多個燃料引入位置用於將燃料引入燃燒室用於燃燒，多個流體流動控制裝置，每一個流體流動控制裝置是可控制的以改變供應到鍋爐的空氣量，多個感測裝置，配置以監視燃燒系統的多個操作參數，以及控制單元，配置以控制供應到鍋爐的空氣量與多個操作參數中的至少一個有關以不斷優化提供給燃燒室的過量空氣量。
[0014] 以下將詳細參考本發明的示例性實施例，其示例在附圖中示出。只要有可能，在整個附圖中使用的相同的附圖標記表示相同或相似的部分。儘管本發明的實施例適合與燃燒系統一起使用，但通常，為了清楚地說明，已經選擇了諸如用於粉煤發電工廠的粉煤鍋爐。其他燃燒系統可以包括利用各種燃料的其他類型的鍋爐、爐和燃燒加熱器，燃料包括但不限於煤、石油和天然氣。例如，預期的鍋爐包括但不限於可以使用T型燃燒式和壁式燃燒式粉煤鍋爐、循環流化床(circulating fluidized bed；CFB)和鼓泡流化床(bubbling fluidized bed；BFB)鍋爐、加熱鍋爐、用於生物量鍋爐的懸掛燃燒器、荷蘭烤箱鍋爐、混合懸掛爐篦鍋爐和火管鍋爐。另外，其他燃燒系統可以包括但不限於窯爐，焚燒爐、火焰加熱器和玻璃熔爐燃燒系統。 　　[0015] 如本文所使用的，「電通訊」或「電耦接」意指某些部件被配置以透過直接或間接的電訊號以直接或間接的電連接而彼此通訊。如本文所使用的，「機械耦接」是指能夠支持在部件之間傳遞扭矩所需的力的任何耦接方法。如本文所使用的，「可操作地耦接」是指可以是直接或間接的連接。連接不一定是機械附接件。 　　[0016] 本發明的實施例關於一種燃燒系統及其方法和控制方案，其持續尋求最低可能的過量空氣條件以使系統效率最大化，同時保持最佳主燃燒器區域化學計量以最小化排放並遵守要求保持操作和安全之眾多的實時操作過程限制。燃燒系統包括燃燒室，燃燒室中的多個燃料引入位置，其中於多個燃料引入位置中的燃料和空氣被提供給燃燒室用於燃燒，與每一個燃料引入位置相關聯的流體流動控制裝置，每一個流體流動控制裝置是可控制的以改變供應到每一個燃料引入位置的空氣量；多個感測裝置，配置以監視燃燒系統的多個操作參數；以及控制單元，配置以個別控制供應到每一個燃料導入位置的空氣量與多個操作參數中的至少一個有關以最小化提供給燃燒室的過量空氣。特別地，控制單元被配置以個別地控制提供給每一個空氣引入位置的空氣量以在連續操作的基礎上實時連續地優化用於燃燒過程的準位過量空氣。 　　[0017] 圖1示出了具有鍋爐12的燃燒系統10。鍋爐12可以是切向燃燒鍋爐(也稱為T燃燒鍋爐)或壁式燃燒鍋爐。T型燃燒與壁面燃燒不同之處在於它利用具有位於鍋爐爐膛拐角處的燃料進入室的燃燒器組合件，其產生充滿大部分爐膛橫截面之旋轉的火球。另一方面，壁燃燒利用與鍋爐側面垂直的燃燒器組合件。 　　[0018] 圖2描繪了切向燃燒的鍋爐12。切向燃燒的鍋爐具有矩形橫截面並且具有限定位於拐角處的燃料引入位置的燃燒器組合件14。燃料和空氣經由燃燒器組合件14和/或與之相關的噴嘴引入到鍋爐12中，並且切向地指向位於爐中心並且直徑大於零的假想圓。這會產生填滿爐的大部分橫截面之旋轉的火球。燃料和空氣的混合被限制直到流體在爐體中結合在一起並產生旋轉。 　　[0019] 進一步參考圖1，燃燒系統10包括燃料源，例如粉磨機16，粉磨機16配置以將諸如煤的燃料研磨至期望的細度。粉煤從粉磨機16傳送到鍋爐12。空氣源18向鍋爐12提供主或燃燒空氣供應，在這裡與燃料混合並燃燒，如下文詳細討論的。在鍋爐12是氧燃燒鍋爐的情況下，空氣源18可以是空氣分離單元，其從進入的空氣流提取氧氣或直接從大氣中提取氧氣。 　　[0020] 如圖1所示，鍋爐12包括位於主燃燒器區域22下方的進料斗區域20，灰塵可從其中去除的主燃燒器區域22(也稱為風箱)，其中空氣和空氣燃料混合物被引入鍋爐12中，其中在主燃燒器區域22中未燃燒的任何空氣或燃料被燃燒的燃盡區域24，其中蒸汽可被過熱以驅動渦輪機發電的過熱器區域26，以及其中水可以在進入蒸汽鼓或混合球(未示出)之前被預熱的節省器區域28。燃料與鍋爐12內的主要空氣的燃燒產生煙道氣流，煙道氣最終透過節省器區域28下游的煙囪被處理並被排出。如本文所用，諸如“下游”之類的方向意指沿著煙道氣流動的一般方向。類似地，術語“上游”與“下游”的方向相反而往反向於煙道氣流動的方向。 　　[0021] 如圖1和圖2所示，燃燒系統10包括感測器、致動器和監視裝置的陣列，以監視和控制燃燒過程以及相對於低過量空氣操作的由此導致的後果，如下文詳細討論的。例如，燃燒系統10可以包括與導管相關聯的多個流體流動控制裝置30，其將用於燃燒的主空氣供應至與燃燒器組合件14相關聯的每一個燃料引入噴嘴。在一個實施例中，流體流動控制裝置30可以是電致動風門，其可被調節以改變提供給與每一個燃燒器組合件14相關聯的每一個燃料引入噴嘴的空氣量。如圖2所示，鍋爐12的每一個角落包括與每一個燃燒器組合件14的每一個燃料引入噴嘴相關聯的分別的流體流動控制裝置30。鍋爐12還可以包括爐周圍不同的空間位置之其他個別可控制的空氣風門或流體流動控制裝置(未示出)。每一個流動控制裝置30可由燃燒控制單元100個別控制以確保針對每一個噴嘴位置實現期望的空氣/燃料比和火焰溫度。 　　[0022] 燃燒系統10還可以包括與每一個個別的燃料引入噴嘴或燃燒器組合件14相關聯的火焰掃描裝置32。火焰掃描裝置32被配置以評估在主燃燒器區域22內之每一個分別的噴嘴處的局部化學計量(空氣/燃料比)。除了檢測每一個噴嘴位置處的空氣和燃料的分別空氣量之外，火焰掃描裝置32還被配置以感測鄰近每一個燃燒器組合件14的火焰溫度。火焰掃描裝置32是電連接或以其他方式通訊地耦接到燃燒控制單元，用於將測量的化學計量參數和檢測到的溫度傳送到控制單元100以用於控制燃燒過程，如在下文中詳細討論的。在一個實施例中，火焰掃描裝置32可以替代地是單火焰掃描器，其被配置以個別監視和檢測每一個噴嘴位置處的局部化學計量和溫度。 　　[0023] 進一步參考圖1，燃燒系統10還可以包括例如位於燃盡區24之上的火焰穩定性監視器34。火焰穩定性監視器34同樣可以電耦接或通訊地耦接到控制單元100並且被配置以測量或以其他方式評估鍋爐12內的火球穩定性。火焰穩定性監視器34提供反饋以啟動燃燒穩定性之確定，其用於低過量空氣控制並實現低負載調節操作，如下文所述。另外，2D光學火焰掃描器46也可以放置在上部爐中，用於監視和評估火焰特性(例如溫度)。 　　[0024] 在一個實施例中，系統10可以進一步包括溫度映射裝置36，例如用於映射鍋爐12的後通道38的橫截面處的煙道氣溫度的2D聲學溫度映射裝置。 　　[0025] 圖1還示出溫度映射裝置36下游和節省器部分28上游的鍋爐12的後通道38安裝有監視裝置40。在一個實施例中，監視裝置40是基於雷射的監視裝置，例如可調二極體雷射煙道氣監視裝置。監視裝置40可以包括一個或多個光源，其例如可以穿過由後通道38限定的煙道氣管道的一部分。光源提供穿過後通道38內的煙道氣的光束，並且由對應的多個檢測器(未示出)檢測。當光束穿過煙道氣時，存在著煙道氣內成分的各種波長特徵之吸收。光源與處理器耦接以提供接收到的光訊號的特徵並識別煙道氣中的成分、它們的濃度以及物質的其他物理性質或參數。在其他實施例中，這種分析可以由燃燒控制單元100在內部執行。 　　[0026] 在一個實施例中，監視裝置40被配置用於測量和評估後通道38內諸如一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2 )、汞(Hg)、二氧化硫(SO2 )、三氧化硫(SO3 )、二氧化氮(NO2 )、一氧化氮(NO)和氧氣(O2 )的氣體種類。SO2 和SO3 統稱為SOx 。類似地，NO2 和NO統稱為NOx 。 　　[0027] 在節省器部分28的下游，燃燒系統10可進一步包括用於測量後通道38內的飛灰中的未燃燒碳的量的裝置或感測器42。儘管其他類型的能夠檢測飛灰中的碳量的裝置也可以使用而不脫離本發明的更廣泛的方面，與監視裝置40一樣，裝置42可以是基於雷射的檢測設備。裝置42同樣可以電連接或通訊地連接到控制單元100，用於向其傳輸指示未燃燒碳的量的測量值的資料。 　　[0028]同樣，如圖1所示，佈置在煙囪出口內的感測器44可被用於監視煙道氣內的氧濃度。在一個實施例中，感測器44可以是順磁感測器。感測器44可以通訊地耦接到控制單元100，用於將檢測到的氧濃度傳遞給控制單元100。雖然本文討論的感測器和監視裝置的陣列可以用於檢測例如一氧化碳和其他排放物、氧氣分佈、飛灰中的碳、火球穩定性等，但還可以利用各種其他感測器和監視裝置來測量鍋爐12內各個位置之間的壓降、鍋爐內各個位置處的溫度、熱通量和爐壁條件。例如，在一個實施例中，煙囪可以配置有不透明度監視器以評估背景(即，藍天)的可見度被微粒降低的程度，以用於確定煙道氣內的微粒的量或濃度從煙囪排出。另外，如圖1所示，鍋爐12可以包括一個或多個爐壁條件感測器46，用於評估熱通量、爐壁的腐蝕和/或沉積物堆積。 　　[0029]在操作中，將預定比例的燃料和空氣提供給每一個燃燒器組合件14用於燃燒。隨著燃料/空氣混合物在爐內燃燒並產生煙道氣，監視燃燒過程和煙道氣。具體而言，如上面所討論的並且如在圖3中所示，感測和監視火球和火焰的各種參數、爐壁上的條件以及煙道氣的各種參數。這些參數被傳送或以其他方式傳送給燃燒控制單元100，在那裡它們根據儲存在記憶體中並由處理器執行的控制算法進行分析和處理。 　　[0030]控制單元100配置以分別控制如102和104所示之被提供給鍋爐12的燃料和/或被提供給鍋爐12的空氣與一個或多個監視的燃燒和煙道氣參數和爐壁條件有關。如本文所使用的，監視的參數和條件被統稱為鍋爐的“操作參數”。例如，在一個實施例中，控制單元100被配置以控制與每一個燃燒器組合件14和/或包圍鍋爐12的主燃燒器區域22、進料斗區域20和燃盡區域24的其他風門裝置相關聯的流體流動控制裝置30以連續嘗試減少提供給鍋爐12的過量空氣以使效率最大化，同時將排放物維持在規定的閾值準位以下(並且避免可能由任何低的過量空氣燃燒條件導致的其他不期望的後果)並且同時保持操作性能高於閾值準位。特別地，控制單元100被配置以控制風門裝置12以最小化提供給鍋爐12的過量空氣量並控制與每一個燃燒器組合件14相關聯的每一個個別燃料噴嘴相關聯的主燃燒器區域局部化學計量(即，確保對於每一個和所有噴嘴位置實現期望的空氣/燃料比)。以這種方式，總體過量空氣準位可降低到最佳工廠熱耗率準位，而不會對設備、過程或環境造成其他問題，如高CO排放，飛灰中高含量的未燃燒碳，高不透明度，高壓降等等。結合以上內容，控制單元100還被配置以提供對每一個燃料位置處的空氣的同時控制以基於獨特的參數測量來平衡空氣/燃料比。 　　[0031]本文描述的操作和控制方法基於多個感測器驅動的反饋和基於模型的燃燒控制單元100。如上所述，燃燒控制單元100驅動過程致動器以找到最低的過量空氣操作條件，可能考慮到所使用的特定燃料和其他測量的過程條件，例如飛灰中的未燃燒碳、爐出口溫度、排放曲線、腐蝕速率等。 　　[0032]在一個實施例中，操作參數可包括但不限於煙道氣中的一氧化碳含量、飛灰中的碳、在線煤性質、煤流平衡、後通道中的氧含量、在煙道氣中的氣體種類、爐溫、空氣加熱器筐條件、懸掛部分的污著、煤接觸濕度以及來自各種感測器和監視裝置反饋，例如主燃燒器區域火焰掃描器、火焰穩定性感測器、磨機感測器、主燃燒器區域水冷壁腐蝕指引器、煙灰吹風機指引器、粉煤灰電阻率感測器、主空氣和強制通風風扇健康監視器、二氧化硫露點感測器、磨機上健康監視器、管外徑腐蝕探測器、水冷壁管道洩漏感測器、磨機和空氣加熱器火災探測器的其他反饋。 　　[0033]在一個實施例中，在第一控制準位下，控制單元100被配置以精確地控制每一個燃料噴嘴處的空氣/燃料比與來自與每一個噴嘴/燃燒器組合件14相關聯的光學火焰掃描器32的測量訊號有關。特別地，火焰掃描器32被配置以測量每一個燃料噴嘴14處的燃料/空氣比並且將該資訊提供給控制單元100。控制單元100然後被配置以調節與每種燃料噴嘴相關聯的個別風門30以使每一個燃料噴嘴處的空氣/燃料比彼此一致(即，使得它們全部相同)。 　　[0034]在第二控制準位下，控制單元100然後可以調節與每一個局部燃料噴嘴/燃燒器組合件14相關聯的各個風門30(例如，在每一個T燃燒的鍋爐高度處)以及其他鍋爐12的風門組合件以優化(最小化)主燃燒器區域22內的過量空氣並使鍋爐效率最大化。在該第二控制準位中，在調節每一個燃燒器組合件14處和鍋爐12的其他空間位置處的空氣量時，控制單元100同時利用感測器輸入和感測器限制來確保排放物和其他操作限制或閾值沒有被超過。 　　[0035]例如，如果在減少提供給主燃燒器區域22的過量空氣量時，由感測器42在飛灰中檢測到的未燃燒碳的量超過儲存在記憶體中的閾值，則這可以向控制單元指示100過量空氣過度減少(指示提供給主燃燒器區域22的所有燃料未被燃燒)。控制單元100然後可以增加通過流動控制裝置30的過量空氣，並隨後透過各個空氣風門30之控制以重新調節每一個噴嘴14處的空氣/燃料比，直到檢測到的未燃燒碳的量達到可接受的準位。 　　[0036]同樣，在減少提供給主燃燒器區域22的過量空氣量以致力於增加鍋爐效率時，如果一氧化碳排放超過閾值準位，則這可能表示沒有足夠的空氣來燃燒所有的汽油。控制單元100然後可以透過各個空氣風門30之控制來如上所述地增加過量空氣，直到一氧化碳測量值被帶入可接受的準位內。該控制例程可以基於其他感測器反饋或多個感測器反饋來實現。以這種方式，提供給控制單元100的多個感測器和測量訊號使得能夠實時控制燃燒過程(包括根據多個監視參數實時控制過量空氣)。 　　[0037]參照圖4，在一個實施例中，圖示了根據本發明實施例的感測器優先級圖表400。在一個實施例中，控制單元100可被程式化為根據圖表400優先化感測器反饋以將監視的操作參數保持在規定的閾值內。例如，如其中所示，保持由感測器44測量的氧氣準位將不會優先於如由監視裝置40所測量的那樣保持一氧化碳準位。如其中所示，該階層式控制可以被分組為三個或更多個優先準位，例如，最高優先準位410、中等優先準位412和最低優先準位414 。 　　[0038]如上所述，燃燒系統及其控制單元因此持續尋求最低可能的過量空氣條件以最大化系統效率(即實現總空氣減少)，同時保持最佳的主燃燒器區域化學計量以最小化排放並且遵守大量的實時操作過程限制條件，以保持操作和安全(即個別的空氣平衡)。特別地，控制單元被配置以個別地控制提供給每一個空氣引入位置的空氣量，以在連續操作的基礎上實時連續地優化用於燃燒過程的準位過量空氣。藉由監視如此多的操作參數並藉由控制在個別的燃燒器準位的燃燒，對於所使用的任何特定類型的燃料(或燃料內的變化)以及所有負載和變化，可實現低過量空氣操作和目標功率輸出。 　　[0039]由本發明提供的燃燒系統及其控制提供財務、排放和操作上的益處。特別是，藉由優化局部燃燒器準位的化學計量比並使過量空氣最小化，可以實現燃油節省和減小排放。燃燒系統藉由精確控制各個燃燒器準位的燃燒提供主燃燒器區域排放控制。例如，即使在過量空氣準位僅從工廠常見的標稱15％-20％減少5％的情況下，每台鍋爐仍可實現顯著節約。由於較低的過量空氣操作直接導致的產品氣體量較低，可以實現這些成本節約。較低的氣體流動減少了操作下游設備所需的輔助動力的量，包括用於所需空氣品質控制設備的風扇和泵。輔助動力的減少意味著需要更少的燃料和蒸汽來達到已知的生產準位，從而進一步降低燃料需求並提高效率。 　　[0040] 習知空氣污染物的減排源於較低的燃料需求。另外，較低的過量空氣導致較低的NOx 形成和較低的SO3 形成。較低的NOx 排放量進一步降低了添加劑(如氨)的需求量以降低下游設備中NOx 。同樣地，較低的SO3 準位可降低下游設備遭受的腐蝕量。 　　[0041] 除了操作的節省之外，本發明的燃燒系統還針對新的工廠或鍋爐設計和結構用於資金成本的節省。具體而言，利用這裡揭示的控制系統，可以從一開始就設計用於較低過量空氣準位的計劃設備。 　　[0042] 雖然本發明的燃燒系統允許實時監視由控制器利用的多個操作參數，以更精確地控制燃燒過程並將過量空氣持續驅動到最小以最大化系統效率，但是本發明在這方面並不受此限制。特別是，各種感測器反饋除了用於實時燃燒過程控制外，還可以被儲存和編輯，用於對過程和設備的資產性能和維護評估進行診斷和預測分析。也就是說，從各種感測器和測量裝置獲得的資料可以被儲存或傳輸到中央控制器等，從而可以評估和分析設備和過程性能。例如，可以使用感測器反饋來評估設備健康狀況，用於排程維護、修理和/或更換。 　　[0043] 在一個實施例中，提供了一種燃燒系統。燃燒系統包括燃燒室，在燃燒室中的多個燃料引入位置，其中燃料和空氣被提供給燃燒室用於燃燒，與每一個燃料引入位置相關聯的流體流動控制裝置，每一個流體流動控制裝置是可控制的以改變供應到每一個燃料引入位置的空氣量；多個感測裝置，配置以監視燃燒系統的多個操作參數；以及控制單元，配置以控制每一個流體流動控制裝置以控制在每一個燃料引入位置處供應的空氣量與在其他燃料引入位置供應的空氣量無關，並且控制提供給所有其他空氣引入位置的空氣量與多個操作參數中的至少一個有關以最小化過量提供給燃燒室的空氣。 　　[0044] 在一個實施例中，多個感測裝置包括與控制單元通訊的至少一個火焰掃描裝置，至少一個火焰掃描裝置被配置以確定在每一個燃料引入位置處之燃料和空氣的化學計量比。該至少一個操作參數是在每一個燃料引入位置處的化學計量比。在一個實施例中，多個操作參數包括每一個燃料引入位置處的空氣/燃料比、火焰溫度、火球穩定性、煙道氣溫度、煙道氣種類、飛灰中未燃燒碳的量、煙道氣中的氧濃度、壓降、不透明度和燃燒室壁的條件中的至少一個。在一個實施例中，至少一個操作參數是與每一個燃料引入位置相關聯的空氣/燃料比。在一個實施例中，至少一個操作參數包括飛灰中的未燃燒碳的量。在一個實施例中，如果飛灰中的未燃燒碳的量超過閾值準位，則控制單元被配置以控制流體流動控制裝置中的至少一個以增加提供給至少一個燃料引入位置的空氣量。在一個實施例中，多個感測裝置至少包括：被配置以確定每一個燃料引入位置處的空氣/燃料比之火焰掃描裝置，用於評估火球穩定性的火焰穩定性監視器，用於映射燃燒系統的煙道氣通道的橫截面處的煙道氣溫度之溫度映射裝置，用於測量和評估煙道氣中的多種氣體種類的光學監視裝置，用於測量飛灰中的未燃燒碳的量的感測裝置，以及用於測量排出燃燒系統煙囪的煙道氣中的微粒量之不透明度監視裝置。在一個實施例中，多個燃料引入位置的每一個燃料引入位置包括燃燒器組合件。在一個實施例中，燃燒系統還可以包括與每一個燃料引入位置流體連通的粉磨機，用於向每一個燃料引入位置供應粉煤。 　　[0045] 在另一個實施例中，提供了一種控制燃燒系統的方法。該方法包括以下步驟：在多個燃料引入位置處將燃料和空氣引入到燃燒室；監視燃燒系統的多個操作參數；以及藉由個別控制在每一個燃料引入位置處供應到燃燒室的空氣量與多個操作參數中的至少一個有關來最小化提供給燃燒室的過量空氣量。在一個實施例中，監視多個操作參數的步驟包括確定每一個燃料引入位置處的空氣和燃料的化學計量比，其中至少一個操作參數是每一個燃料引入位置處的空氣和燃料的化學計量比。在一個實施例中，多個操作參數至少包括每一個燃料引入位置處的空氣/燃料比以及火焰溫度、火球穩定性、煙道氣溫度、煙道氣種類、飛灰中未燃燒碳的量、煙道氣中的氧濃度、壓降、不透明度和燃燒室壁條件。在一個實施例中，多個操作參數至少包括飛灰中未燃燒碳的量。在一個實施例中，如果飛灰中的未燃燒碳的量超過閾值準位，則該方法還可以包括增加提供給至少一個燃料引入位置的空氣量的步驟。在燃燒系統中至少包括配置以確定每一個燃料引入位置處的空氣/燃料比的火焰掃描裝置，用於評估火球穩定性的火焰穩定性監視器，用於映射燃燒系統的煙道氣通道的橫截面處的煙道氣溫度之溫度映射裝置，用於測量和評估煙道氣中的多種氣體種類的光學監視裝置，用於測量飛灰中未燃燒碳的量的感測裝置以及用於測量排出燃燒系統的煙囪的煙道氣中的微粒量之不透明度監視裝置。在一個實施例中，該方法可以包括在粉磨機中粉煤，將粉煤供應到每一個燃料引入位置。 　　[0046]在又一個實施例中，提供了一種鍋爐。該鍋爐包括燃燒室，用於將燃料引入燃燒室用於燃燒之燃燒室中的多個燃料引入位置，多個流體流動控制裝置，每一個流體流動控制裝置是可控制的以改變供應到鍋爐的空氣量，配置以監視燃燒系統的多個操作參數的多個感測裝置，以及控制單元，配置以控制供應到鍋爐的空氣量與多個操作參數中的至少一個有關來不斷優化提供給燃燒室的過量空氣量。在一個實施例中，多個感測裝置包括與控制單元通訊的至少一個火焰掃描裝置，至少一個火焰掃描裝置被配置以確定每一個燃料引入位置處的燃料和空氣的化學計量比。該至少一個操作參數可以是每一個燃料引入位置處的化學計量比。在一個實施例中，多個操作參數包括每一個燃料引入位置處的空氣/燃料比、火焰溫度、火球穩定性、煙道氣溫度、煙道氣種類、飛灰中未燃燒碳的量、煙道氣中的氧濃度、壓降、不透明度和燃燒室壁的條件中的至少一個。在一個實施例中，多個感測裝置至少包括配置以確定每一個燃料引入位置處的空氣/燃料比的火焰掃描裝置，用於評估火球穩定性的火焰穩定性監視器，用於映射燃燒系統的煙道氣通道的橫截面處的煙道氣溫度之溫度映射裝置，用於測量和評估煙道氣中的多種氣體種類的光學監視裝置，用於測量飛灰中未燃燒碳的量的感測裝置以及用於測量排出燃燒系統的煙囪的煙道氣中的微粒量之不透明度監視裝置。 　　[0047] 如本文所使用的，以單數敘述並且前面帶有單詞“一”或“一個”的元件或步驟應當被理解為不排除複數個所述元件或步驟，除非明確地聲明了這種排除。此外，對本發明的“一個實施例”的引用不意圖被解釋為排除也包含所述特徵的額外實施例的存在。此外，除非明確指出相反，否則“包含”，“包括”或“具有”具有特定屬性的一個或多個元件的實施例可包括不具有該屬性的額外的此類元件。 　　[0048] 本書面描述實施方式使用示例來揭示包括最佳模式的本發明的若干實施例，並且還使本領域的普通技術人員能夠實踐本發明的實施例，包括製作和使用任何設備或系統以及執行任何納入的方法。本發明的可專利範圍由申請專利範圍限定，並且可以包括本領域普通技術人員想到的其他示例。如果這些其他示例具有不與申請專利範圍的字面語言不同的結構元件，或者如果它們包括與申請專利範圍的字面語言無實質區別的等同結構元件，則這些其他示例意圖在申請專利範圍的範圍內。
[0049]
10‧‧‧系統
12‧‧‧鍋爐
14‧‧‧燃燒器組合件
16‧‧‧粉磨機
18‧‧‧空氣源
22‧‧‧主燃燒器區域
24‧‧‧燃盡區
26‧‧‧過熱器區域
28‧‧‧節省器部分、節省器區域
30‧‧‧流體流動控制裝置
32‧‧‧火焰掃描裝置
34‧‧‧火焰穩定性監視器
36‧‧‧溫度映射裝置
38‧‧‧後通道
40‧‧‧監視裝置
42‧‧‧裝置或感測器
44‧‧‧感測器
46‧‧‧2D光學火焰掃描器、爐壁條件感測器
100‧‧‧控制單元
102‧‧‧燃料控制
104‧‧‧空氣控制
400‧‧‧圖表
410‧‧‧最高優先準位
412‧‧‧中等優先準位
414‧‧‧最低優先準位
[0009] 透過參考附圖閱讀以下對非限制性實施例的描述，將更好地理解本發明，其中： 　　[0010] 圖1是根據本發明實施例的燃燒系統的簡化示意圖。 　　[0011] 圖2根據本發明的一個實施例是圖1的燃燒系統的切向燃燒鍋爐的示意圖。 　　[0012] 圖3是用於圖1的燃燒系統的控制器的控制例程的示意圖。 　　[0013] 圖4是根據本發明實施例示出的由控制器執行的階層式控制的圖表。

Claims (15)

  1. 一種燃燒系統(10)，包含： 　　燃燒室(12)； 　　該燃燒室(12)中的複數個燃料引入位置(14)，其中燃料和空氣被提供到該燃燒室(12)用於燃燒； 　　與每一個燃料引入位置(14)相關聯的流體流動控制裝置(30)，每一個流體流動控制裝置(30)是可控制的以改變被供應到每一個燃料引入位置(14)的空氣量； 　　複數個感測裝置，被配置以監視該燃燒系統(10)的複數個操作參數；以及 　　控制單元(100)，被配置以控制每一個流體流動控制裝置(30)以控制在每一個燃料引入位置(14)處供應的該空氣量與在其他燃料引入位置處供應的該空氣量無關，並且控制提供到所有其他空氣引入位置處的該空氣量與該複數個操作參數中的至少一個有關以使被提供到該燃燒室(12)的過量空氣最小化。
  2. 根據申請專利範圍第1項之燃燒系統(10)，其中： 　　該複數個感測裝置包括與該控制單元(100)通訊的至少一個火焰掃描裝置(32)，該至少一個火焰掃描裝置(32)被配置以確定在每一個燃料引入位置(14)處的該燃料和該空氣的化學計量比；以及 　　其中該至少一個操作參數是每一個燃料引入位置(14)處的該化學計量比。
  3. 如申請專利範圍第1項之燃燒系統(10)，其中： 　　該複數個操作參數包括在每一個燃料引入位置(14)處的空氣燃料比、火焰溫度、火球穩定性、煙道氣溫度、煙道氣種類，飛灰中的未燃燒碳的量、煙道氣中的氧濃度、飛灰中的碳、壓降，不透明度以及燃燒室壁的條件中的至少一個。
  4. 根據申請專利範圍第3項之燃燒系統(10)，其中： 　　該至少一個操作參數是與每一個燃料引入位置(14)相關聯的空氣燃料比。
  5. 如申請專利範圍第3項之燃燒系統(10)，其中： 　　該至少一個操作參數包括該飛灰中的該未燃燒碳的量。
  6. 如申請專利範圍第5項之燃燒系統(10)，其中： 　　如果該飛灰中的該未燃燒碳的量超過閾值準位； 　　如果煙道氣中二氧化碳的量超過閾值準位；或 　　如果該火球穩定性在閾值範圍之外， 　　則該控制單元(100)被配置以控制該等流體流動控制裝置(30)中的至少一個以增加被提供給該等燃料引入位置(14)中的至少一個的該空氣量。
  7. 根據申請專利範圍第3項之燃燒系統(10)，其中： 　　該複數個感測裝置至少包括： 　　火焰掃描裝置(32)，配置以確定每一個燃料引入位置(14)處的該空氣燃料比； 　　火焰穩定性監視器(34)，用於評估火球穩定性； 　　溫度映射裝置(36)，用於該映射燃燒系統(10)的煙道氣通道(38)的橫截面處的煙道氣溫度； 　　光學監視裝置(40)，用於測量和評估該煙道氣中的複數個氣體種類； 　　感測裝置(42)，用於測量該飛灰中的該未燃燒碳的量； 　　不透明度監視裝置，用於測量排出該燃燒系統(10)的煙囪的該煙道氣中的微粒量； 　　順磁性感測器(44)，用於監視該煙道氣中的氧量； 以及 　　煤分析儀。
  8. 根據申請專利範圍第1項之燃燒系統(10)，其中： 　　該複數個燃料引入位置(14)中的每一個燃料引入位置(14)包括燃燒器組合件。
  9. 根據申請專利範圍第1項之燃燒系統(10)，更包含： 　　與該等燃料引入位置(14)中的每一個流體連通的粉磨機，用於供應粉煤到該等燃料引入位置(14)中的每一個。
  10. 根據申請專利範圍第1項之燃燒系統(10)，其中： 　　該燃燒室(12)是T型燃燒式鍋爐、壁燃燒式鍋爐、循環流化床(circulating fluidized bed；CFB)鍋爐、鼓泡流化床(bubbling fluidized bed；BFB)鍋爐、加熱鍋爐、用於生物量鍋爐的懸掛燃燒器、荷蘭烤箱、混合懸掛爐篦鍋爐、火管鍋爐、窯爐、焚燒爐、火焰加熱器和玻璃熔爐中的一個的一部分。
  11. 一種控制燃燒系統(10)的方法，包含以下步驟： 　　在複數個燃料引入位置(14)處將燃料和空氣引入燃燒室(12)； 　　監視該燃燒系統(10)的複數個操作參數；以及 　　藉由個別地控制在該等燃料引入位置(14)中的每一個處供應到該燃燒室(12)的空氣量與該複數個操作參數中的至少一個有關來最小化被提供到該燃燒室(12)的過量空氣量。
  12. 根據申請專利範圍第11項之方法，其中： 　　監視複數個操作參數的步驟包括確定在該等燃料引入位置(14)中的每一個處的空氣和燃料的化學計量比；以及 　　其中該至少一個操作參數是在該等燃料引入位置(14)中的每一個處的該空氣和燃料的化學計量比。
  13. 根據申請專利範圍第11項之方法，其中： 　　複數個操作參數至少包括在每一個燃料引入位置(14)處的空氣燃料比以及火焰溫度、火球穩定性、煙道氣溫度、煙道氣種類、飛灰中的未燃燒碳的量、煙道氣中的氧濃度、壓降、不透明度和燃燒室壁的條件中的至少一個。
  14. 根據申請專利範圍第13項之方法，其中： 　　該複數個操作參數至少包括該飛灰中該未燃燒碳的量。
  15. 根據申請專利範圍第14項之方法，更包含以下步驟： 如果該飛灰中的該未燃燒碳的量超過閾值準位，則增加提供到該等燃料引入位置(14)中的至少一個的空氣量。
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