TW201934927A - 用於操作燃燒室之系統及方法 - Google Patents

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Abstract

提供一種用於操作燃燒室之方法。該方法包含經由一氧化碳感測器而在該燃燒室的出口處獲得一氧化碳讀數，以及至少部分地根據該一氧化碳讀數及一氧化碳設定點而經由控制器來導出氧氣設定點微調。該方法進一步包含經由燃燒穩定性感測器來決定該燃燒室的穩定性狀態，以及至少部分地根據該穩定性狀態，經由該控制器而利用該氧氣設定點微調來調整該燃燒室的氧氣設定點。該氧氣設定點界定該燃燒室的該出口處之所需的氧氣位準。

Description

用於操作燃燒室之系統及方法
本發明的實施例大致有關能源生產，且更具體而言，有關用於操作燃燒室之系統及方法。
在下文中亦簡稱作〝電網〞的電力網係用以輸送由一或更多個發電廠所產生的電能到例如，商業、家庭、等等之終端消費者的系統。在例如，一天之給定的時間週期之期間由消費者從電網所提取/所需求的最小電力被稱為該電網的〝基線需求〞。由消費者從電網所提取/所需求的最高電力量被稱為該電網的〝峰值需求〞，以及峰值需求發生的時間週期通常係稱作該電網的〝高峰時段〞。同樣地，電網的高峰時段之外的時間週期常常係稱作該電網的〝非高峰時段〞。在以化石燃料為基礎之發電廠內所燃燒的燃料之量及/或速率，其通常與連接到該以化石燃料為基礎之發電廠的電網所請求之電力量相關聯，被稱為該以化石燃料為基礎之發電廠及/或它的燃燒室的〝負載〞。
傳統上，許多電網僅使用以化石燃料為基礎之發電廠來滿足基線需求。然而，隨著可再生能源的需求持續成長，許多電網現在從例如，太陽能、風力、等等之可再生能源接收到大量的電力。惟，由許多可再生能源所提供的電力量經常在一天及/或一年當中波動。例如，以風力為基礎之發電廠通常在夜間對電網貢獻出比白天更多的電力。相反地，以太陽能為基礎之發電廠通常在白天比在夜間對電網貢獻出更多的電力。雖然最近的發展已使得許多可再生能源可以滿足例如，在夜間之非高峰時段的期間之電網的基線電力需求，但是許多電網仍然依賴以化石燃料為基礎之發電廠來滿足高峰需求及/或無法單靠可再生能源來滿足之漸增需求的其他時期。
一般而言，操作以化石燃料為基礎之發電廠的成本肯定與滿足所連接電網之需求所需的負載大小相關聯，例如，來自電網之需求愈高，則用以產生負載以滿足該需求所消耗的化石燃料會愈多。惟，當可再生能源在非高峰時段的期間能夠滿足電網的基線需求時，許多電網並不會消耗由以化石燃料為基礎之電廠所產生的全部負載。鑒於高峰與非高峰時段之間的週期相對地短，關閉以化石燃料為基礎之發電廠，亦即，停止所有的燃燒操作，通常會出現問題。因此，當一或更多個可再生能源能夠滿足電網的基線需求時，許多以化石燃料為基礎之發電廠將在較低/降低的負載下運轉/操作，而當該等可再生能源不能滿足基線需求時，則在較高的負載下運轉/操作。然而，由於在傳統之以化石燃料為基礎之發電廠的燃燒室內之火焰穩定性問題，該等傳統之以化石燃料為基礎之發電廠僅能夠減少它們的負載到其最大操作負載，亦即，以化石燃料為基礎之發電廠及/或所涵蓋的燃燒室被設計以支撐/產生之最高負載的大約百分之五十至四十(50-40%)。許多電網目前在非高峰時段之期間從可再生能源接收到充分的電力，以致使許多傳統之以化石燃料為基礎之發電廠之減少50%的負載不被完全地消耗。此外，因為許多可再生能源係由各政府所補貼，所以對於許多傳統之以化石燃料為基礎之發電廠而言，由涵蓋的電網所供應之電力的價格，亦即，〝電網價格〞，在減少50%的負載下操作之期間，通常會太低而無利可圖。於是，由於在非高峰時段產生過量的負載，許多傳統之以化石燃料為基礎之發電廠遭受到低的環境及/或經濟效率。
更進一步地，由於無法準確地監測火焰穩定性，許多燃燒室在減少負載下的操作能力會受到限制。例如，許多傳統的燃燒室不能夠在低於其正常操作負載的百分之四十(40%)的負載下安全地操作。
此外，隨著其負載被減少，許多傳統的燃燒室將磨粉機從服務中取出。在減少操作之期間保持在線的磨粉機通常以其正常給料機速度的一半操作，以避免由於減少空氣需求所導致之從磨粉機清除燃料而將該燃料輸送到燃燒室。惟，在減少負載下運轉降低數目的磨粉機時常會改變燃燒室內的化學計量條件，而此反過來亦存在與從磨粉機到燃燒室之燃料輸送不良相關聯的額外風險。
仍更進一步地，當燃燒室內的環境變數/化學計量條件隨著時間而變化時，傳統的燃燒室通常依賴手動調整的控制來調節一氧化碳(〝CO〞)及/或氧化氮(〝NOx 〞)。然而，手動調整控制以調節CO及NOx 排放通常係低效率的，因為該等手動控制的有效性經常取決於操作員進行調整的經驗，此通常因個人而變化很大。
因此，所需要的是一種用於操作燃燒室之增進的系統及方法。
如上文所述地，由於無法準確地監測火焰穩定性，許多燃燒室在減少負載下的操作能力會受到限制。因而，本發明之實施例提供增進的控制回授迴圈，其根據所測量出的CO及燃燒室的火焰穩定性狀態來調整離開該燃燒室之O2 的設定點。
例如，在實施例中，提供一種用於操作燃燒室之方法。該方法包含經由一氧化碳感測器而在該燃燒室的出口處獲得一氧化碳讀數，以及至少部分地根據該一氧化碳讀數及一氧化碳設定點而經由控制器來導出氧氣設定點微調。該方法進一步包含經由燃燒穩定性感測器來決定該燃燒室的穩定性狀態，以及至少部分地根據該穩定性狀態，經由該控制器而利用該氧氣設定點微調來調整該燃燒室的氧氣設定點。該氧氣設定點界定該燃燒室的該出口處之所需的氧氣位準。
在又一實施例中，提供一種用於操作燃燒室之系統。該系統包含一氧化碳感測器、燃燒穩定性感測器、以及控制器。該一氧化碳感測器係操作用以在該燃燒室的出口處獲得一氧化碳讀數。該燃燒穩定性感測器係操作用以決定該燃燒室的穩定性狀態。該控制器係操作用以至少部分地根據該一氧化碳讀數及一氧化碳設定點來導出氧氣設定點微調；以及至少部分地根據該穩定性狀態，而利用該氧氣設定點微調來調整該燃燒室的氧氣設定點，該氧氣設定點界定該燃燒室的該出口處之所需的氧氣位準。
亦如上文所述地，由於降低操作之磨粉機的數目所導致之化學計量條件的改變，許多傳統的燃燒室在減少負載下的操作能力會受到限制。因而，本發明之實施例提供一種用於操作燃燒室之方法，其考慮到燃燒室內之各點火噴嘴間之化學計量條件的改變，而反過來，亦允許燃燒室以比許多傳統燃燒室更低的負載操作。
例如，在實施例中，提供一種用於操作燃燒室之方法。該方法包含經由各自對應於複數個點火噴嘴之其中一者的兩個或多個感測器，而偵測出該複數個點火噴嘴中之兩個或多個點火噴嘴間的一或更多個化學計量不平衡。該方法進一步包含至少部分地根據所偵測出之該等化學計量不平衡，而經由控制器來調整該複數個點火噴嘴之至少一者的化學計量。
在又一實施例中，提供一種用於操作燃燒室之系統。該系統包含兩個或更多個感測器以及控制器。該兩個或更多個感測器各自對應於設置在該燃燒室內之複數個點火噴嘴的點火噴嘴。該控制器係操作用以偵測出該兩個或更多個感測器間的一或更多個化學計量不平衡，以及至少部分地根據所偵測出之該等化學計量不平衡來調整該複數個點火噴嘴之至少一者的化學計量。
如上文所進一步敘述地，由於依賴手動控制來調節一氧化碳(〝CO〞)及/或氧化氮(〝NOx 〞)，當燃燒室內的環境變數/化學計量條件隨著時間而變化時，許多傳統的燃燒室通常會遭受到低效率。因而，本發明之實施例提供一種用於操作燃燒室之自動化方法，其考慮到與燃燒室相關聯之各種度量/性質以計算火球穩定性指數，而反過來，亦可將該火球穩定性指數用來調整/控制該燃燒室內的化學計量條件。
例如，在仍一實施例中，提供一種用於操作燃燒室之方法。該方法包含經由壓力感測器來決定該燃燒室的壓力度量，以及經由一或更多個火焰穩定性感測器來決定用於該燃燒室的複數個點火噴嘴之各者的一或更多個火焰穩定性度量。該方法進一步包含經由火球感測器來決定火球度量，以及至少部分地根據該壓力度量、該一或更多個火焰穩定性度量、及該火球度量來計算火球穩定性指數。
在仍一實施例中，提供一種用於操作燃燒室之系統。該系統包含壓力感測器、一或更多個火焰穩定性感測器、火球感測器、以及控制器。該一或更多個火焰穩定性感測器各自對應於設置在該燃燒室內之複數個點火噴嘴的其中一者。該控制器係操作用以經由該壓力感測器來決定該燃燒室的壓力度量，以及決定用於該複數個點火噴嘴之每個噴嘴的一或更多個火焰穩定性度量。該控制器係進一步操作用以經由該火球感測器來決定火球度量，以及至少部分地根據該壓力度量、該一或更多個火焰穩定性度量、及該火球度量來計算火球穩定性指數。
具體的實施方式將在下文詳細參照本發明之例示性實施例而做成，其實例係描繪於附圖中。只要有可能，在整個圖式中所使用之相同的參考字符意指相同或相似的部件，而無需重複的描述。
如本文所使用之〝實質地〞、〝通常〞、及〝大約〞的用語表示相對於適用以達成組件或組合的功能性目的之理想所需條件，在合理可達成之製造及裝配公差內的條件。如本文所使用之〝即時的〞之用語意味著使用者感覺到足夠直接的或使處理器能夠跟上外部過程之處理回應度的位準。如本文所使用之〝電性耦接的〞、〝電性連接的〞、及〝電性通訊〞意指的是，所引用之元件係直接或間接地連接，使得電流或其他通訊介質可以從一個流到另一個。該連接可包含直接導電連接，亦即，無需中介的電容、電感、或主動元件，電感連接，電容連接，及/或任何其他合適的電性連接。中介的組件可存在。亦如本文所使用之〝流體連接的〞之用語意指的是，所引用之元件係連接使得流體(包括液體、氣體、及/或電漿)可以從一個流到另一個。從而，如本文所使用之〝上游〞及〝下游〞的用語描述相對於流體及/或氣體在所引用元件之間及/或附近流動的流動路徑之所引用元件的位置。進一步地，如本文所使用之相對於粒子之〝流〞的用語意指連續的或接近連續的粒子流。亦如本文所使用之〝加熱接觸〞之用語意指的是，所引用之物體彼此接近，使得熱量/熱能可以在它們之間轉移。如本文所進一步使用之〝懸浮狀態燃燒〞、〝在懸浮狀態下燃燒〞及〝在懸浮狀態中燃燒〞的用語指的是燃燒懸浮在空氣中之燃料的過程。如本文所使用之相對於燃燒室之〝火焰穩定性〞的用語意指的是，在燃燒室內之火球將以可預測的方式燃燒之可能。從而，當燃燒室之火焰穩定性很高時，火球將以比當該燃燒室之火焰穩定性很低時更可預測的方式燃燒。以不可預測之方式燃燒的火球可在強度及/或化學計量中變化，亦即，濺射，但以可預測之方式燃燒的火球可具有穩定的強度及/或化學計量。換言之，以可預測之方式燃燒的火球比以不可預測之方式燃燒的火球具有更一致的熱能輸出。
此外，雖然本文所揭示的實施例主要係相對於具有形成鍋爐之一部分的燃燒室之切向燃燒之以煤為基礎的發電廠而描述，但應瞭解的是，本發明之實施例可應用於需要限制及/或降低燃料的燃燒速率而無需停止燃料一起燃燒之例如，爐子的任何設備及/或方法。
現請參閱第1圖，其顯示依據本發明實施例之用於操作燃燒室12之系統10。如將理解地，在實施例中，燃燒室12可形成鍋爐14的一部分，而反過來可形成燃燒例如，諸如煤、石油、及/或天然氣之化石燃料的燃料18(第2圖)，用以產生蒸汽而經由蒸汽渦輪發電機20來發電的發電廠16之一部分。系統10可進一步包含具有至少一處理器24及記憶體裝置26的控制器22、一或更多個研磨機28、選擇性催化還原器(〝SCR〞)30、及/或排氣煙囪32。
如將理解地，該一或更多個研磨機28係操作用以接收及處理燃料18以供燃燒室12內的燃燒之用，也就是說，該等研磨機28粉碎、磨粉、及/或以其他方式調節燃料18，用以在燃燒室12內燃燒。例如，在實施例中，該一或更多個研磨機28可係磨粉研磨機，如在本文所使用地，磨粉研磨機係一種在研磨輥與旋轉碗之間粉碎/磨粉固體燃料的研磨機。然後，將所處理的燃料18經由管道34而從該等研磨機28輸送/饋送到燃燒室12。
燃燒室12係操作用以接收及促進燃料18的燃燒，而導致熱量及煙道氣的產生。該煙道氣可經由管道36而從燃燒室12傳送到SCR 30。在其中燃燒室12係整合於鍋爐14內的實施例中，燃燒燃料18所產生的熱量可被捕獲並用以產生蒸汽，例如，經由水壁與煙道氣加熱接觸，該蒸汽接著經由管道38而被傳送到蒸汽渦輪發電機20。
在經由管道40及排氣煙囪32來排放煙道氣到大氣內之前，SCR 30係操作用以降低煙道氣內的NOx 。
現請翻閱第2圖，其顯示燃燒室12的內部構件。系統10進一步包含複數個噴嘴42、44、及/或46，其係操作用以經由一次空氣蒸汽48將燃料18引入至燃燒室12內，此可依據減小的負載而執行。換言之，該等噴嘴42、44、及/或46以對應於小於燃燒室12之最大操作負載一半的負載之速率將燃料18及一次空氣48引入至燃燒室12內。如將理解地，燃料18及一次空氣蒸汽48在離開噴嘴42、44、及46的出口端之後，被點燃/燃燒以形成火球50。系統10可包含額外的噴嘴52及/或54，透過該噴嘴可將二次空氣56及過燒的空氣58引入至燃燒室12內，用以控制/管理火球50內之燃料18的燃燒。
在實施例中，可將該等噴嘴42、44、46、52、及/或54設置在一或更多個風箱60中及/或配置成為一或更多個點火層62、64、66、68、及70，亦即，沿著燃燒室12的垂直/縱向軸72而將噴嘴42、44、46、52、54的群組設置在同一位置處及/或設置靠近相同的位置。例如，第一點火層62可包含引入燃料18及一次空氣48的噴嘴42，第二點火層64包含引入二次空氣56的噴嘴52，第三點火層66及/或第四點火層68包含引入燃料18及一次空氣48的噴嘴44及46，以及第五點火層70包含引入分離之過燒空氣(〝SOFA〞)58的噴嘴54。雖然在此將點火層62、64、66、68、及70描述為均勻的，亦即，每個點火層62、64、66、68、及70包含僅引入一次空氣48及燃料18的噴嘴42、44、46，僅引入二次空氣56的噴嘴52，或僅引入SOFA 58的噴嘴54，但將理解的是，在實施例中，個別的點火層62、64、66、68、及70可包含噴嘴42、44、46、52、及/或54的任何組合。進一步地，雖然第2圖顯示五(5)個點火層62、64、66、68、及70，但將理解的是，本發明之實施例可包含任何數目的點火層。仍進一步地，可將噴嘴52及/或54設置在噴嘴42、44、及/或46旁邊或者指向噴嘴42、44、及/或46，以致使二次空氣56及/或SOFA 58空氣直接補充各噴嘴42、44、及/或46處的一次空氣48。
現請移到第3圖，其顯示點火層62的橫剖面視圖。如將理解地，在實施例中，燃料18可以切向地燃燒，亦即，燃料18係以一次空氣蒸汽48的軌跡與自垂直軸72延伸至噴嘴42的徑向線74之間所形成的角度Ø，經由噴嘴42而被引入至燃料室內。換言之，噴嘴42經由一次空氣蒸汽48而切向地噴射燃料18到以垂直軸72為中心之代表火球的假想圓50。在某些觀點中，角度Ø可在2至10度的範圍內。雖然第3圖描繪第一點火層62內的噴嘴42為設置在燃燒室12的轉角內，但是在其他實施例中，噴嘴42可被設置在火球50外部之點火層62內的任何位置處。如將理解地，其他點火層64、66、68、及/或70(第2圖)的噴嘴44、46、52、及/或54(第2圖)可以以與第3圖中所示之第一點火層62的噴嘴42相同的方式取向。
回到第2圖，在離開噴嘴42、44、及/或46時，燃料18的燃燒顆粒遵循火球50內之例如，螺旋錐的螺旋形飛行路徑76，因為它們以從燃燒室12的上游側移動到燃燒室12的下游測80之方向流動。換言之，切向地燃燒燃料18導致火球50圍繞著垂直軸72盤旋。
如將理解地，在實施例中，當連接到與發電廠16相同之電網的可再生能源無法滿足基線需求時的週期期間，燃燒室12係以正常負載操作，亦即，其最大負載的60至100%。當連接到該電網之該等可再生能源能夠滿足基線需求時，則控制器22可藉由減少所引入至燃燒室12之燃料18、一次空氣48、二次空氣56、及/或SOFA 58的量，而以減小的負載操作燃燒室12，例如，以小於其最大負載的50%。惟，如將理解地，為了要促進燃料18穿過燃燒室12之移動，必須維持一次空氣48、二次空氣56、及/或SOFA 58所提供之最少量的空氣。因此，在實施例中，上述最少量的空氣可係控制器22在減少燃燒室12之負載的能力上之較低約束。例如，在實施例中，一次空氣48可以以在大約1至1.5磅/磅燃料之間被供應到每個噴嘴42、44、及/或46，且控制器可調整二次空氣56及/或SOFA 58，使得在每個噴嘴42、44、及/或46處之可用於燃料18之燃燒的空氣總量約為10.0磅/磅燃料。
如上所述，以減小的負載操作燃燒室12會有降低燃燒室12之火焰穩定性的風險，也就是說，會有火球50可能以更難以預測的方式開始燃燒之增加的風險。尤其，燃燒室12之火焰穩定性係至少部分地根據一或更多個該等噴嘴42、44、及/或46的化學計量。如在此所使用之噴嘴42、44、及/或46的化學計量意指一次空氣48及燃料18的化學反應比，以及在一些實施例中，意指在噴嘴42、44、及/或46處之由於燃料18的燃燒所消耗之二次空氣56及/或SOFA 58的比率。如將理解地，為了要減少在燃燒室12上的負載，藉控制器22來降低燃料18、一次空氣48、二次空氣56、及/或SOFA 58又會改變一或更多個該等噴嘴42、44、及/或46的化學計量。
從而，且亦如第1及2圖中所示地，系統10進一步包含一或更多個感測器82(第2圖)、84(第1圖)、86(第1圖)、87(第1圖)、88(第1圖)、及90(第2圖)，其係與控制器22電子通訊，且係操作以經由測量/監測引入一次空氣48、燃料18、及/或所產生之煙道氣內之化學物的噴嘴42、44、46之至少一者的化學計量，來獲得化學計量資料，亦即，與在噴嘴42、44、及/或46處之產物及燃燒反應之反應物的化學計量有關之資料，此可即時地執行。例如，在實施例中，感測器82及/或90可係例如，相機之燃燒穩定性感測器，可操作以獲得火球50的視覺影像/視頻饋送。在其他實施例中，感測器82及/或90可獲得對應於化學計量資料之火球50的光譜線。如將理解地，該等光譜線的強度可對應於噴嘴42、44、46之產物及/或燃燒反應之反應物的化學計量總額。換言之，該等光譜線提供了每個噴嘴42、44、46之化學計量的指示。如將進一步理解地，該等光譜線的強度可由於爐子隆隆聲而隨著時間波動，其可在每秒大約二十(20)到大約兩百(200)個週期之間，藉此產生具有振幅及頻率的波形。
如將理解地，在光譜線波動之頻率及/或振幅中的改變可提供的是，燃燒室12之火焰穩定性係不穩定的，及/或係趨於變得不穩定的指示。因此，在實施例中，若光譜線波動之頻率及/或振幅超越臨限值時，可調整一或更多個該等噴嘴42、44、46的化學計量。例如，在從基線頻率及/或振幅開始，亦即，在從正常負載操作下的光譜線波動之頻率及/或振幅開始之大約20%到大約25%間的光譜線波動之頻率及/或振幅中的改變可表示的是，燃燒室12之火焰穩定性係不穩定的，及/或係趨於變得不穩定的。
從而，藉由測量一或更多個該等噴嘴42、44、46處的化學計量，控制器22可偵測出燃燒室12之火焰穩定性不穩定及/或趨於變得不穩定，且然後，藉由調整一或更多個該等噴嘴42、44、及/或46之個別的化學計量來校正/維持燃燒室12之火焰穩定性。如將理解地，控制器22可藉由調整所饋送/輸送到該等噴嘴42、44、及/或46之一次空氣48及/或燃料18的量，來調節該等噴嘴42、44、及/或46的化學計量。因此，在實施例中，該等感測器82允許控制器22藉由即時監測並調整一或更多個該等噴嘴42、44、及/或46之一次空氣48及/或燃料18，用以維持及/或增加燃燒室12的火焰穩定性。控制器22亦可調整二次空氣56及/或SOFA 58，用以調節一或更多個該等噴嘴42、44、及/或46的化學計量。
如將理解地，在實施例中，感測器82可係光譜分析器，其藉由分析該等噴嘴42、44、及/或46所引入至燃燒室12內之一次空氣48及/或燃料18的燃燒所發射出之光子的頻率，來測量特定噴嘴42、44、及/或46處的化學計量。在該等實施例中，感測器82及/或90亦可用作火焰偵測器，亦即，可確保特定噴嘴42、44、及/或46處之燃料18及一次空氣48實際上係在燃燒的裝置。
在其他實施例中，感測器可係位於燃燒室12之下游的CO感測器/偵測器84(第1圖)、氧氣(〝O2 〞感測器)86、二氧化碳(〝CO2 〞)感測器/偵測器87(第1圖)、及/或NOx 偵測器/感測器88(第1圖)，其能夠藉由分析所產生之煙道氣內的CO、CO2 、及/或NOx 之量來決定一或更多個該等噴嘴42、44、及/或46的化學計量。
如將理解地，控制器22可在正常及/或減小負載操作之期間經由感測器82、84、86、87、88、及/或90來監測/測量及/或調整該等噴嘴42、44、及/或46的化學計量，以維持燃燒室12的火焰穩定性，亦即，控制器22調整噴嘴42、44、及/或46的化學計量，以便減輕燃燒室12的火焰穩定性將會下降至非企望之位準的風險。從而，在實施例中，控制器22可藉由感測一或更多個噴嘴42、44、及/或46處之化學計量中的波動，來偵測/決定燃燒室12的火焰穩定性正在減少。例如，在其中感測器82係光譜分析器的實施例中，在噴嘴42、44、及/或46處之化學計量中的波動可對應於由感測器82監測該等噴嘴42、44、及/或46處的化學計量所測量出之光譜線內的變化。
在某些觀點中，控制器22可調整每個噴嘴42、44、及/或46處的化學計量，使得每個噴嘴42、44、及/或46處的化學計量相對於彼此係實質地均勻。換言之，控制器22可確保所輸送至每個噴嘴42、44、及/或46之一次空氣48及燃料18的量實質地相同。例如，若控制器22經由感測器82而偵測出第一噴嘴42處的化學計量高於第二噴嘴44處的化學計量時，控制器22可對第二噴嘴44增加一次空氣48及/或燃料18的量或者對第一噴嘴42減少一次空氣48及/或燃料18的量，使得第一噴嘴42及第二噴嘴44的化學計量係相同/均勻的。在實施例中，控制器22可調整特定點火層，例如，68之所有的噴嘴，例如，46的化學計量，使得在該點火層上的所有該等噴嘴相對於彼此係相同/均勻的。
此外，在實施例中，系統10可進一步包含火焰穩定性/火球感測器90(第2圖)，其可偵測/監測火球50的穩定性。例如，在實施例中，火焰穩定性偵測器90可係安裝在燃燒室12的相機，其俯視火球50處的垂直軸72。在該等實施例中，如火焰穩定性偵測器90所見地，在火球50內的黑色條紋可預示該燃燒室12的火焰穩定性正在下降。火焰穩定性感測器90亦可係安裝在燃燒室12的光譜分析器，其俯視火球50處的垂直軸72，並至少部分地根據分析該火球50所發射出之光子的頻率來決定火焰穩定性。因此，在實施例中，火焰穩定性偵測器90可提供極低負載條件的偵測，亦即，其中火球50對於燃燒室12之延續操作係非常不可靠的條件。換言之，火焰穩定性偵測器90可協助控制器22決定燃燒室12之最低可能的負載。
進一步地，系統10的實施例亦可包含傘狀/伸縮式選擇性非催化還原器(〝SNCR〞)92(第1圖)，其係與控制器22電子通訊並可操作以減少來自燃燒室12之NOx 的排放。如將理解地，該傘狀SNCR 92包含可調整的伸縮式噴嘴94(第1圖)，其允許氨及/或氨形成試劑在具有用於NOx 還原之例如，1600F∘之最佳溫度的變化位置處，被注入至燃燒室12內。雖然減小負載操作通常會導致較低的煙道氣溫度，例如，小於700F∘，而反過來又可能降低SCR 30的效率而減少NOx 排放，但是減小負載操作通常會產生比正常負載操作更少的NOx 。因此，如將理解地，在實施例中，由傘狀SNCR 92所提供之NOx 還原的增加能夠補償由於與減小負載操作相關聯之透過SCR 30之NOx 還原的減少。
現請移到第4圖，其顯示依據本發明實施例之用於操作燃燒室12的方法96。該方法96包含經由CO(一氧化碳)感測器84(第1圖)而獲得98對應於燃燒室12(第1圖)的出口(管道36，第1圖)處/在燃燒室12(第1圖)的出口(管道36，第1圖)處及/或附近之CO(一氧化碳)讀數；以及至少部分地根據該CO(一氧化碳)讀數及CO(一氧化碳)設定點102來導出100 O2 (氧氣)設定點微調。該O2 (氧氣)設定點微調可經由CO(一氧化碳)控制器而導出/計算出，在實施例中，該CO(一氧化碳)控制器可形成控制器22(第1圖)的一部分。如在本文所使用之相對於設定點之〝微調〞的用語意指該設定點隨著時間的變化而被改變的值/量。例如，若例示性設定點的最初值係一百(100)個單位，用於該設定點的微調係五(5)個單位時，且若該微調係每個時間週期tx 被施加至該設定點一次時，其中x＞＝1，則該設定點將在每個時間週期tx 增加五(5)個單位，例如，該設定點將在t0 至t5 具有以下的值：t0 ＝100個單位；t1 ＝105個單位；t2 ＝110個單位；t3 ＝115個單位；t4 ＝120個單位；以及t5 ＝125個單位。如將理解地，微調可具有正值或負值。如將瞭解地，在一些實施例中，微調可具有一或更多個時間週期tx 之零(0)的值。
該方法進一步包含經由燃燒/火焰穩定性感測器82及/或90(第2圖)來決定104燃燒室12的穩定性狀態；以及至少部分地根據該穩定性狀態104，而利用該O2 (氧氣)設定點微調來調整106該燃燒室12的O2 (氧氣)設定點108。因此，如第4圖中所示，在實施例中，CO(一氧化碳)讀數98及CO(一氧化碳)設定點102係饋送至CO(一氧化碳)控制器100，該CO(一氧化碳)控制器100產生O2 (氧氣)設定點微調，該O2 (氧氣)設定點微調係與O2 (氧氣)設定點108相加106，其值根據由穩定性狀態104所決定112的條件而傳遞至O2 (氧氣)控制器110。如將理解地，該穩定性狀態104係一種度量，其傳達相對於火球50及/或個別的噴嘴42、44、46之火焰穩定性的程度。例如，在實施例中，若該穩定性狀態係高於例如，使用者所界定的及/或法定的位準/量之可接受的臨限值時，僅可將所調整的O2 (氧氣)設定點106傳遞至O2 (氧氣)控制器110。在一些實施例中，該穩定性狀態可以簡單地係火焰狀態，例如，諸如火球之火焰仍存在於燃燒室12中/仍在燃燒室12中燃燒的指示。在該等實施例中，火焰狀態可以係〝存在〞、〝不存在〞、〝濺射〞、〝穩定〞、及/或其他合適的值。
因此，藉由比較CO(一氧化碳)限制/設定點與在例如，管道36(如上所示)之出口處所測量的CO(一氧化碳)，控制器22輸出校正信號至現有的O2 (氧氣)設定點，其通常係指向主蒸汽流量，例如，當前的燃燒室負載。新的所校正/所調整之O2 (氧氣)設定點可藉由從現有的O2 (氧氣)設定點來減去O2 (氧氣)微調而計算出。所以，控制器22將保持即時地或近乎即時地查看在例如，管道36之出口處所測量的CO(一氧化碳)讀數，並以閉環模式校正該O2 (氧氣)設定點，以便維持所排放的CO(一氧化碳)在限制範圍內。
進一步地，亦如上所示，在一些實施例中，可將所校正/所調整之O2 (氧氣)設定點發送到轉移區塊112，其使用例如，相機之感測器82及/或90以持續地檢查/決定火焰穩定性。若例如，感測器82及/或90之火焰穩定性監測器指示燃燒條件不良時，則在燃燒條件改善之前將不會降低O2 (氧氣)設定點。在該等實施例中，O2 (氧氣)控制器110可對所校正/所調整之O2 (氧氣)設定點與在例如，管道36之出口處所測量的O2 (氧氣)之間的差異起作用，並輸出校正因子(通常係88至120%)以供總單位空氣需求之用。比較所校正的總單位空氣流量需求與總測量的空氣流量，空氣流量控制器產生用於二次空氣的流量需求，其可被使用以控制用於一或更多個風扇及/或阻尼器的進氣口葉片。例如，若新的O2 (氧氣)設定點從3.2%下降到2.8%，而目前出口O2 (氧氣)仍係3.2%左右時，則控制器100將輸出小於1.0的值。因此，總單位空氣流量需求將被校正大約0.90的因子，且相應地，空氣流量控制器將藉由調整一或更多個風扇及/或阻尼器來回應以減少空氣流量，以便最終地將現有的O2 (氧氣)向下驅動至大約2.8%，例如，平衡。
請翻閱第5圖，在實施例中，該方法96可進一步包含經由NOx (氧化氮)感測器88(第1圖)而獲得114對應於燃燒室的出口(管道36，第1圖)處/在燃燒室的出口(管道36，第1圖)處及/或附近之NOx (氧化氮)讀數；以及至少部分地根據該NOx (氧化氮)讀數及NOx (氧化氮)設定點118來導出116化學計量設定點微調。該化學計量設定點微調係接著用以至少部分地根據CO(一氧化碳)讀數98(第5圖)來調整120化學計量設定點122。例如，在實施例中，所調整的化學計量設定點120可能不會被傳遞到可形成控制器22(第1圖)之一部分的一或更多個化學計量控制器124、126、128、及130，除非該CO(一氧化碳)讀數98係高於例如，使用者所界定的及/或法定的位準/量之可接受的臨限值。如將理解地，化學計量控制器124、126、128、及130可各自對應/控制點火層62、64、66、68、70(第2圖)中之不同的噴嘴42(第3圖)，並至少部分地根據所接收的化學計量設定點120來控制/調整對應噴嘴42的化學計量。
因此，在實施例中，NOx (氧化氮)控制器116比較NOx (氧化氮)設定點與現有的NOx (氧化氮)，用以對現有的主鍋爐區(〝MBZ〞)產生校正信號，其在實施例中可係總空氣流量的函數。如在此所使用之MBZ意指點火層，例如，64、66、及/或68(第2圖)，其中在火球50(第2圖)內的大部分燃燒發生於該處。因為降低MBZ化學計量可能增加燃燒室12內之CO(一氧化碳)的量，所以將校正的MBZ化學計量設定點發送到轉移區塊，該轉移區塊連續地監測現有的CO(一氧化碳)。若現有的CO(一氧化碳)增強時，該轉移區塊將確保在現有的CO(一氧化碳)恢復之前不會降低MBZ化學計量設定點。因此，轉移區塊之外的校正後MBZ化學計量設定點可被使用做為低位準之化學計量控制器的設定點。
現請移到第6圖，如上文所討論地，在實施例中，控制器22可根據來自鍋爐燃燒過程之例如，感測器82、84、86、88、90的回授而持續地修正過量的空氣及MBZ化學計量，例如，MBZ化學計量設定點122(第5圖)。因此，控制器22(第1圖)可進一步計算/更新SOFA 58(第2圖)的量，以滿足用於燃燒室12的空氣流量要求。在該等實施例中，根據用於燃燒室12之新的所校正/所更新之化學計量以及基於所測量之O2 (氧氣)所計算出/所產生之新的單位化學計量，可以計算出燃燒室空氣流量比。如將理解地，藉由相乘該燃燒室空氣流量比與總測量單位的空氣流量，可以決定燃燒室需求。以類似的方式，可根據下方分離的過燒空氣(〝LSOFA〞)化學計量設定點來決定用於燃燒室12及LSOFA二者的總空氣流量需求。藉由減去主燃燒器區域流量需求，可以計算出用於LSOFA區域的流量需求，其將被發送到低位準LSOFA流量控制器，用以決定用於每個轉角及每個高程的LSOFA阻尼器位置需求。同樣地，可計算出更高分離的過燒空氣(〝HSOFA〞)需求，用以決定用於每個轉角及每個高程的HSOFA阻尼器位置需求。
例如，如第6圖中所示，LSOFA空氣阻尼器134及/或HSOFA空氣阻尼器136可至少部分地根據所調整/所校正的化學計量設定點122、單位化學計量138、總單位空氣流量140、及/或LSOFA設定點142，而被控制。在該等實施例中，空氣流量需求(由線144所代表)可根據化學計量設定點122、單位化學計量138、及總單位空氣流量140而產生。然後，LSOFA需求146係根據空氣流量需求144而產生，該LSOFA需求146接著與LSOFA流量率150一起被饋送到LSOFA控制器148，用以控制/設定LSOFA空氣阻尼器134。同樣地，HSOFA需求(由線152所代表)可根據燃燒室空氣流量需求144與LSOFA需求146的總和(由線154所代表)。該HSOFA需求152接著與HSOFA流量率158一起被饋送到HSOFA控制器156，用以調節/控制HSOFA空氣阻尼器136。
現請翻閱第7圖，在實施例中，導出O2 (氧氣)設定點微調(如第4圖中所示)、導出化學計量設定點(如第5圖中所示)、及/或控制LSOFA及/或HSOFA阻尼器(如第6圖中所示)可至少部分地根據模型預測控制器(〝MPC〞)158。在該等實施例中，MPC 158可接收以下做為輸入：CO(一氧化碳)讀數98，NOx (氧化氮)讀數114，由燃燒室12(第1圖)所產生之蒸汽的溫度160(亦顯示於第1圖中)，例如，超熱蒸汽及/或再熱蒸汽，及/或與燃燒室12及/或圍繞爐子14及/或發電廠16之操作有關的其他參數。如將理解地，MPC 158可藉由至少部分地根據接收自諸如CO(一氧化碳)讀數98、NOx (氧化氮)讀數114、及蒸汽溫度160之關鍵控制變數的回授來計算/產生用於調節控制迴圈的最佳設定點，而處置燃燒室12的控制最佳化。如將理解地，與傳統的燃燒室控制器不同，後者在簡單的回授迴圈上操作，MPC 158可預測例如，現有的NOx (氧化氮)、CO(一氧化碳)、O2 (氧氣)、等等之燃燒室12的一或更多個環境操作參數之值。
從而，在第8圖中所描繪的係MPC 158(第7圖)所利用之輸入/輸出(〝I/O〞)模型162的實施例。I/O模型162可包含：調處變數164，例如，O2 (氧氣)設定點偏動166、MBZ化學計量設定點168、過燒空氣阻尼器需求170、WB/吸煙DP設定點172、風箱傾斜174、等等；擾動變數175，例如，煙灰吹除176、單位負載需求178、燃料特性180、周圍條件182、等等；及/或控制變數184，例如，NOx 設定點118、CO設定點102、SHO溫度偏差186、RHO溫度偏差188、RH噴霧流速190、等等。因而，MPC至少部分地根據擾動變數175及/或調處變數164來產生及/或調節該等控制變數184。
如第9圖中所示，在實施例中，方法96可包含經由感測器82(第2圖)來偵測出兩個或多個點火噴嘴42(第1圖)間的一或更多個化學計量不平衡，以及經由可包含MPC 158(第7圖)之控制器22來調整該等點火噴嘴之至少一者的化學計量，以便獲得該等點火噴嘴42間之化學計量的平衡。在該等實施例中，控制器22可獲得/計算出點火層，例如，62(第2及3圖)內的該等噴嘴42之各者間的不平衡，並將該等不平衡分類/分組成為類別，例如，成對分類。例如，感測器82可包含相機，例如，UV(紫外線)、可見光、及/或近紅外光光譜，及/或溫度感測器，而獲得對應於與感測器82相關聯的點火噴嘴42之火焰的可見光及/或溫度資料。一或更多個特徵192可從藉由感測器82所獲得的資料來提取，其係用以導出/偵測出該等點火噴嘴42之間的不平衡，而接著經由分類器194被配置成為群組/類別。然後，該等類別被傳遞至決策邏輯區塊196，其試圖藉由調整一或更多個該等噴嘴42的阻尼器平衡微調198來校正不平衡。雖然此處之實施例係描繪為經由控制空氣的量來校正噴嘴42之群組間的化學計量不平衡，但是應瞭解的是，其他實施例可經由調整所供應至噴嘴42的燃料來校正化學計量不平衡。
該等特徵192可經由功率頻譜密度、小波、統計、及/或其他合適的提取技術來提取。該等類別/群組可包含A＞＞B、A＞B、中立、A＜B、A＜＜B、或未定，以及該等分類器194可使用任何機器學習方法，諸如邏輯迴歸、支持向量機(Support Vector Machine)、及/或素樸貝斯法(naïve bayes methods)。決策邏輯區塊196可使用以下方程式：
阻尼器控制最佳化：

其中：係來自燃燒器i的空氣流量；係來自燃燒器i的燃料流量；b係總空氣流量；以及n係燃燒器的數目。
梯度步驟(控制信號)：
阻尼器位置可藉由下式而更改/控制/改變：
其中係輸出分類器，其表示燃燒器i及j間之空氣燃料比(〝AFR〞)的比較；u係選擇使得
。實例係。
現請翻閱第10圖，在實施例中，方法96可包含決定一或更多個壓力度量200，火焰穩定性度量202，及/或一或更多個火球度量204；以及至少部分地根據該一或更多個壓力度量200，該等火焰穩定性度量202，及/或該等火球度量204來計算/產生火球穩定性指數206。該火球穩定性指數206提供火焰之穩定性的指示/測量/等級。
在該等實施例中，壓力度量200可獲自經由設置在燃燒室12(第1圖)及/或包圍爐子/鍋爐14(第1圖)及/或發電廠16(第1圖)內的不同位置處之一或更多個壓力感測器210(亦顯示於第1圖中)所獲得的一或更多個壓力讀數及/或其他的特徵提取208。從而，壓力度量200可包含該一或更多個壓力讀數的平均壓力212及/或該一或更多個壓力讀數的標準偏差214。
類似地，火焰穩定性度量202可獲自經由火焰穩定性感測器82(亦顯示於第2及3圖中)及/或90(亦顯示於第2圖中)所獲得的一或更多個火焰穩定性讀數及/或其他的特徵提取216。在實施例中，火焰穩定性度量202可包含火焰位準218、峰對峰值220、及/或質量等級222。火焰位準218可係火焰穩定性的尺度/測量，例如，0至100%。峰對峰值220可係定量度量，其測量火焰穩定性指數中之峰值間的距離。火焰質量等級222可係火焰之質量的分級系統，例如，A到F、零到一百(0-100)、等等。
火球度量204可獲自經由一或更多個感測器82及/或90所獲得的一或更多個火球讀數及/或其他的特徵提取224。從而，火球度量204可包含火球50的大小226、火球50的一或更多個邊緣值228、閃爍值230、煙霧值232、及/或灰燼值234。如在此所使用之火球大小226意指火球50的有效直徑。如在此所使用之邊緣值228意指火球50之周邊的一般位置。如在此所使用之閃爍值230意指定量度量，其測量火球50之強度中的改變。如在此所使用之煙霧值232意指定量度量，其測量由火球50所排放之例如，碳粒子之煙霧的量。如在此所使用之灰燼值234意指定量度量，其測量燃燒室12及/或包圍發電廠16內的表面上所積累之灰燼的量/位準。
如第10圖中所示，可將壓力度量200、火焰穩定性度量202、及/或火球度量204饋送到一或更多個邏輯迴歸模型228，其決定火焰穩定性指數206及/或空氣分配微調230。
如將瞭解地，可使用火焰穩定性指數206以決定燃燒室12的負載是否可以以安全的方式減少，例如，僅當火焰穩定性指數206係超過某一臨限值時，控制器22(第1圖)才可以減少操作負載。從而，本發明之一些實施例可以能夠以減少的負載操作，減少的負載係小於或等於燃燒室12之正常操作負載的百分之二十(20%)。如將理解地，控制器22可經由調整饋送例如，煤之燃料到一或更多個點火噴嘴42(第2圖)的一或更多個磨粉機28(第1圖)，及/或藉由減少經由一次、二次、或過燒空氣而引入至燃燒室內之O2 (氧氣)的量，以減少燃燒室12上的負載。
最後，應瞭解的是，系統10可包含必要的電子裝置、軟體、記憶體、儲存器、資料庫、韌體、邏輯/狀態機、微處理器、通訊鏈路、顯示器或其他的視覺或聲頻使用者介面、列印裝置、及任何其他的輸入/輸出介面，用以執行本文所敘述之功能及/或用以實現本文所敘述之結果，其可以即時地履行。例如，如上所述，系統10可包含以控制器22之形式的至少一處理器24及系統記憶體/資料儲存結構26，其可以與系統10之一或更多個組件電性通訊。該記憶體可包含隨機存取記憶體(〝RAM〞)及唯讀記憶體(〝ROM〞)。該至少一處理器可包含一或更多個習知的微處理器及一或更多個輔助共處理器，諸如數學共處理器或其類似物。此處所討論的資料儲存結構可包含磁性、光學、及/或半導體記憶體的適當組合，且可包含例如，RAM、ROM、快閃驅動器、諸如光碟之光學碟片、及/或硬碟或驅動機。
此外，可將對系統10之一或更多個不同組件提供控制的軟體應用程式從電腦可讀取媒體讀取至該至少一處理器的主記憶體內。如在此處所使用之〝電腦可讀取媒體〞的用語意指的是，可對該至少一處理器24(或本文所敘述之裝置的任何其他處理器)提供或參與提供指令以供履行之用的任何媒體。該媒體可以採用許多形式，包含但未受限於非揮發性媒體及揮發性媒體。非揮發性媒體包含例如，諸如記憶體之光學、磁性、光磁碟片。揮發性媒體包含動態隨機存取記憶體(〝DRAM〞)，其通常建構主記憶體。電腦可讀取媒體的常用形式包含例如，磁盤、軟性磁碟、硬碟、磁帶、任何其他磁性媒體、CD-ROM、DVD、任何其他光學媒體、RAM、PROM、EPROM或EEPROM(可電子拭除式可編程唯讀記憶體)、FLASH-EEPROM、任何其他記憶體晶片或匣、或電腦可讀取之任何其他媒體。
雖然在實施例中，在軟體應用程式中之指令順序的履行致使該至少一處理器執行本文所敘述之方法/過程，但可使用硬佈線電路以取代軟體指令，或與軟體指令結合，以供本發明之方法/過程的實施之用。因此，本發明的實施例並未受限於硬體及/或軟體之任何特定的組合。
應進一步瞭解的是，上述說明係打算要成為描繪性的，且並非限制性的。例如，上文所描述之實施例(及/或其觀點)可以彼此互相結合地使用。此外，可進行許多修正以使特殊的情勢或材料適應於本發明之教示，而不會背離它的範疇。
例如，在實施例中，提供用於操作燃燒室之方法。該方法包含經由一氧化碳感測器而在該燃燒室的出口處獲得一氧化碳讀數，以及至少部分地根據該一氧化碳讀數及一氧化碳設定點而經由控制器來導出氧氣設定點微調。該方法進一步包含經由燃燒穩定性感測器來決定該燃燒室的穩定性狀態，以及至少部分地根據該穩定性狀態，經由該控制器而利用該氧氣設定點微調來調整該燃燒室的氧氣設定點。該氧氣設定點界定該燃燒室的該出口處之所需的氧氣位準。在某些實施例中，該燃燒穩定性感測器係火焰穩定性感測器以及該穩定性狀態係火焰狀態。在某些實施例中，該火焰狀態指示該燃燒室內存在火焰。在某些實施例中，該方法進一步包含經由氧化氮感測器而在該燃燒室的該出口處獲得氧化氮讀數，至少部分地根據該氧化氮讀數及氧化氮設定點而經由該控制器來導出化學計量設定點微調，以及至少部分地根據該一氧化碳讀數，經由該控制器而利用該化學計量設定點微調來調整化學計量設定點。在該等實施例中，該化學計量設定點界定該燃燒室之所需的化學計量。在某些實施例中，該方法進一步包含至少部分地根據該化學計量設定點來調整一或更多個化學計量，每個化學計量對應於複數個點火噴嘴的其中一者。在某些實施例中，至少部分地根據該一氧化碳讀數及一氧化碳設定點來導出氧氣設定點微調係至少部分地根據預測模型。在某些實施例中，該預測模型係至少部分地根據該燃燒室的該出口處之該一氧化碳讀數、該氧化氮讀數、及由該燃燒室所產生之蒸氣溫度的其中一者。在某些實施例中，該穩定性狀態係至少部分地根據壓力度量、火焰穩定性度量、及火球度量的火球穩定性指數。
其他實施例提供用於操作燃燒室之方法。該方法包含經由各自對應於複數個點火噴嘴之其中一者的兩個或更多個感測器，而偵測出該複數個點火噴嘴中之兩個或更多個點火噴嘴間的一或更多個化學計量不平衡。該方法進一步包含至少部分地根據所偵測出之該等化學計量不平衡，而經由控制器來調整該複數個點火噴嘴之至少一者的化學計量。在某些實施例中，該方法進一步包含經由該控制器而將該一或更多個化學計量不平衡分類成為一或更多個群組。在該等實施例中，至少部分地根據所偵測出之該等化學計量不平衡，而經由控制器來調整該複數個點火噴嘴之至少一者的化學計量係進一步至少部分地根據該一或更多個群組。在某些實施例中，該複數個點火噴嘴中的所有點火噴嘴都被設置在該燃燒室內的同一點火層中。在某些實施例中，至少部分地根據所偵測出之該等化學計量不平衡，而經由控制器來調整該複數個點火噴嘴之至少一者的化學計量包含經由該控制器來調整到該複數個點火噴嘴之至少一者的空氣流量。在某些實施例中，調整到該複數個點火噴嘴之至少一者的空氣流量包含利用由該控制器所產生的氧氣設定點微調，且至少部分地根據所偵測出之該等化學計量不平衡，來調整該燃燒室的氧氣設定點。
又一其他實施例提供用於操作燃燒室之方法。該方法包含經由壓力感測器來決定該燃燒室的壓力度量，以及經由一或更多個火焰穩定性感測器來決定用於該燃燒室的複數個點火噴嘴之各者的一或更多個火焰穩定性度量。該方法進一步包含經由火球感測器來決定火球度量，以及至少部分地根據該壓力度量、該一或更多個火焰穩定性度量、及該火球度量來計算火球穩定性指數。在某些實施例中，該方法進一步包含至少部分地根據該火球穩定性指數來調整該複數個點火噴嘴之至少一者的化學計量。在某些實施例中，該方法進一步包含至少部分地根據該火球穩定性指數來降低該燃燒室的負載。在某些實施例中，該負載係降低到小於或等於該燃燒室之正常操作負載的百分之二十。在某些實施例中，降低該燃燒室的負載包含調整一或更多個磨粉機，該一或更多個磨粉機將燃料供給到該複數個點火噴嘴的一或更多個點火噴嘴。在某些實施例中，經由壓力感測器來決定該燃燒室的壓力度量包含經由該壓力感測器來獲得該燃燒室的一或更多個壓力讀數。在該等實施例中，該壓力度量包括一或更多個讀數之平均壓力及一或更多個壓力讀數之標準偏差的至少一者。在某些實施例中，該一或更多個火焰穩定性度量包括火焰位準、峰至峰值、及質量等級的至少一者。
又一其他實施例提供用於操作燃燒室之系統。該系統包含一氧化碳感測器、燃燒穩定性感測器、以及控制器。一氧化碳感測器係操作用以在該燃燒室的出口處獲得一氧化碳讀數。燃燒穩定性感測器係操作用以決定該燃燒室的穩定性狀態。控制器係操作用以至少部分地根據該一氧化碳讀數及一氧化碳設定點來導出氧氣設定點微調，以及至少部分地根據該穩定性狀態，而利用該氧氣設定點微調來調整該燃燒室的氧氣設定點，該氧氣設定點界定該燃燒室的該出口處之所需的氧氣位準。
又一其他實施例提供用於操作燃燒室之系統。該系統包含兩個或更多個感測器以及控制器。該兩個或更多個感測器各自對應於設置在該燃燒室內之複數個點火噴嘴的點火噴嘴。控制器係操作用以偵測出該兩個或更多個感測器間的一或更多個化學計量不平衡，以及至少部分地根據所偵測出之該等化學計量不平衡來調整該複數個點火噴嘴之至少一者的化學計量。
又一其他實施例提供用於操作燃燒室之系統。該系統包含壓力感測器、一或更多個火焰穩定性感測器、火球感測器、以及控制器。該一或更多個火焰穩定性感測器各自對應於設置在該燃燒室內之複數個點火噴嘴的其中一者。該控制器係操作用以經由該壓力感測器來決定該燃燒室的壓力度量，及決定用於該複數個點火噴嘴之每個噴嘴的一或更多個火焰穩定性度量。該控制器係進一步操作用以經由該火球感測器來決定火球度量，及至少部分地根據該壓力度量、該一或更多個火焰穩定性度量、及該火球度量來計算火球穩定性指數。
從而，藉由提供控制設計，其結合收集有關化學計量之資料的各種感測器以及與燃燒室相關聯之其他相對的變數，本發明之一些實施例可以提供具有最佳閉環控制的燃燒室/鍋爐。反過來，閉環控制致能該等實施例將過量的空氣驅動到最小值而不會違反一或更多個燃燒約束。因而，本發明之該等實施例提供比傳統燃燒室更增進的效率。
此外，藉由提供比傳統燃燒室更低之降低的操作負載，本發明之一些實施例具有更低的NOx (氧化氮)排放，且/或提供比傳統燃燒室更小尺寸的鍋爐。尤其，藉由偵測及校正點火層中之一或更多個點火噴嘴間的化學計量不平衡，本發明的一些實施例防止了在減少負載操作之期間對保持在線的磨粉機清除燃料。
雖然本文所敘述之材料的尺寸及類型係打算要界定本發明的參數，但它們絕非限制性且它們係例示性實施例。一旦回顧上述說明，許多其他的實施例將對熟習於本項技藝之該等人士呈顯而易見。因此，本發明之範疇應參照附錄申請專利範圍，連同該等申請專利範圍所給予權利之等效範圍的全部範疇而決定。在附錄申請專利範圍中，〝包括〞及〝其中〞之用語係使用做為〝包含〞及〝在其中〞之個別用語的簡明英語等效物。此外，在下文申請專利範圍中，諸如〝第一〞、〝第二〞、〝第三〞、〝上方〞、〝下方〞、〝底部〞、〝頂部〞、等等之用語僅僅係使用做為標籤，且並不打算要對它們的對象施加數字或位置的要求。進一步地，下文申請專利範圍的限制並非以裝置加功能之格式書寫的，且並不打算要如此解讀，除非且直到該等申請專利範圍限制明確地使用〝裝置用於〞之短語，然後係功能的聲明，而沒有進一步的結構。
此書面說明使用實例以揭示本發明之若干實施例，包括最佳模式，且亦使熟習於本項技藝之一般人士能實踐本發明的實施例，包括做成及使用任何裝置或系統並執行任何合併的方法。本發明之可專利範疇係藉由該等申請專利範圍而界定，且可包含熟習於本項技藝之一般人士所想到的其他實例。該等其他實例係打算要成為在申請專利範圍的範疇內，若它們具有並未與該等申請專利範圍之字面語言不同的結構性元件時，或假如它們包含具有與該等申請專利範圍的字面語言非實質不同之結構性元件的話。
如在本文所使用之以單數形式敘述及以〝一〞或〝一個〞之詞敘述的元件或步驟應被理解為並未排除複數個該等元件或步驟，除非明確地聲明此種排除。再者，就本發明之〝一實施例〞的引用，並不打算被解讀為排除亦包括所述特徵之另外實施例的存在。此外，除非明確地聲明相反，否則〝包含〞、〝包括〞、或〝具有〞具備特殊特性之元件或複數個元件的實施例可包含不具有該特性之附加的該等元件。
因為某些改變可在上述發明中做成而不會背離本發明在此所涉及的精神及範疇，所以打算的是，在附圖中所示之上述說明的所有標的物應僅被解讀為描繪本文之發明概念的實例，且不應被闡釋為限制本發明。
10‧‧‧系統
12‧‧‧燃燒室
14‧‧‧鍋爐
16‧‧‧發電廠
18‧‧‧燃料
20‧‧‧蒸汽渦輪發電機
22‧‧‧控制器
24‧‧‧處理器
26‧‧‧記憶體裝置
28‧‧‧研磨機
30‧‧‧選擇性催化還原器("SCR")
32‧‧‧排氣煙囪
34,36,38,40‧‧‧管道
42,44,46,52,54‧‧‧噴嘴
48‧‧‧一次空氣蒸汽
50‧‧‧火球
56‧‧‧二次空氣
58‧‧‧過燒的空氣
60‧‧‧風箱
62,64,66,68,70‧‧‧點火層
72‧‧‧垂直軸
74‧‧‧徑向線
76‧‧‧螺旋形飛行路徑
78‧‧‧上游側
80‧‧‧下游測
82,84,86,87,88,90‧‧‧感測器
92‧‧‧傘狀/伸縮式選擇性非催化還原器("SNCR")
96‧‧‧方法
102‧‧‧CO設定點
108‧‧‧O2設定點
110‧‧‧O2控制器
112‧‧‧轉移區塊
118‧‧‧NOx設定點
120‧‧‧所調整的化學計量設定點
122‧‧‧化學計量設定點
124,126,128,130‧‧‧化學計量控制器
134,136‧‧‧空氣阻尼器
138‧‧‧單位化學計量
140‧‧‧總單位空氣流量
142‧‧‧LSOFA設定點
144‧‧‧空氣流量需求
146‧‧‧LSOFA需求
148‧‧‧LSOFA控制器
150‧‧‧LSOFA流量率
152‧‧‧HSOFA需求
156‧‧‧HSOFA控制器
158‧‧‧HSOFA流量率
160‧‧‧蒸汽的溫度
162‧‧‧輸入/輸出("I/O")模型
164‧‧‧調處變數
166‧‧‧O2設定點偏動
168‧‧‧MBZ化學計量設定點
170‧‧‧過燒空氣阻尼器需求
172‧‧‧WB/吸煙DP設定點
174‧‧‧風箱傾斜
175‧‧‧擾動變數
176‧‧‧煙灰吹除
178‧‧‧單位負載需求
180‧‧‧燃料特性
182‧‧‧周圍條件
184‧‧‧控制變數
186‧‧‧SHO溫度偏差
188‧‧‧RHO溫度偏差
190‧‧‧RH噴霧流速
192‧‧‧特徵
194‧‧‧分類器
196‧‧‧決策邏輯區塊
198‧‧‧阻尼器平衡微調
200‧‧‧壓力度量
202‧‧‧火焰穩定性度量
204‧‧‧火球度量
206‧‧‧火焰穩定性指數
208,216,224‧‧‧特徵提取
210‧‧‧壓力感測器
212‧‧‧平均壓力
214‧‧‧標準偏差
218‧‧‧火焰位準
220‧‧‧峰對峰值
222‧‧‧質量等級
226‧‧‧火球的大小
228‧‧‧火球的邊緣值
230‧‧‧閃爍值
232‧‧‧煙霧值
234‧‧‧灰燼值
本發明將從下文參照附圖之非限制性實施例的說明而被更佳地瞭解，其中在下文：
第1圖係依據本發明實施例之用於操作燃燒室之系統的方塊圖；
第2圖係依據本發明實施例之第1圖的系統之燃燒室的圖式；
第3圖係依據本發明實施例之第2圖的燃燒室之點火層的橫剖面視圖；
第4圖係依據本發明實施例之利用第1圖的系統之用於操作燃燒室之方法的流程圖；
第5圖係依據本發明實施例之描繪第4圖之方法的另一流程圖；
第6圖係依據本發明實施例之描繪第4圖之方法的又一流程圖；
第7圖係依據本發明實施例之描繪第4圖之方法的又一流程圖；
第8圖係依據本發明實施例之由第4圖的方法所利用之輸入輸出(〝I/O〞)的圖式；
第9圖係依據本發明實施例之描繪第4圖之方法的又一流程圖；以及
第10圖係依據本發明實施例之描繪第4圖之方法的又一流程圖。

Claims (23)

  1. 一種用於操作燃燒室之方法，包含： 經由一氧化碳感測器而在該燃燒室的出口處獲得一氧化碳讀數； 至少部分地根據該一氧化碳讀數及一氧化碳設定點而經由控制器來導出氧氣設定點微調； 經由燃燒穩定性感測器來決定該燃燒室的穩定性狀態；以及 至少部分地根據該穩定性狀態，經由該控制器而利用該氧氣設定點微調來調整該燃燒室的氧氣設定點，該氧氣設定點界定該燃燒室的該出口處之所需的氧氣位準。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該燃燒穩定性感測器係火焰穩定性感測器以及該穩定性狀態係火焰狀態。
  3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該火焰狀態指示該燃燒室內存在火焰。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包含： 經由氧化氮感測器而在該燃燒室的該出口處獲得氧化氮讀數； 至少部分地根據該氧化氮讀數及氧化氮設定點而經由該控制器來導出化學計量設定點微調；以及 至少部分地根據該一氧化碳讀數，經由該控制器而利用該化學計量設定點微調來調整化學計量設定點，該化學計量設定點界定該燃燒室之所需的化學計量。
  5. 如申請專利範圍第4項之方法，進一步包含： 至少部分地根據該化學計量設定點來調整一或更多個化學計量，每個化學計量對應於複數個點火噴嘴的其中一者。
  6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中至少部分地根據該一氧化碳讀數及一氧化碳設定點來導出氧氣設定點微調係至少部分地根據預測模型。
  7. 如申請專利範圍第6項之方法，其中該預測模型係至少部分地根據該燃燒室的該出口處之該一氧化碳讀數、該氧化氮讀數、及由該燃燒室所產生之蒸氣溫度的其中一者。
  8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該穩定性狀態係至少部分地根據壓力度量、火焰穩定性度量、及火球度量的火球穩定性指數。
  9. 一種用於操作燃燒室之方法，包含： 經由各自對應於複數個點火噴嘴之其中一者的兩個或更多個感測器，而偵測出該複數個點火噴嘴中之兩個或更多個點火噴嘴間的一或更多個化學計量不平衡； 至少部分地根據所偵測出之該等化學計量不平衡，而經由控制器來調整該複數個點火噴嘴之至少一者的化學計量。
  10. 如申請專利範圍第9項之方法，進一步包含： 經由該控制器而將該一或更多個化學計量不平衡分類成為一或更多個群組；以及 其中至少部分地根據所偵測出之該等化學計量不平衡，而經由控制器來調整該複數個點火噴嘴之至少一者的化學計量係進一步至少部分地根據該一或更多個群組。
  11. 如申請專利範圍第9項之方法，其中該複數個點火噴嘴中的所有點火噴嘴都被設置在該燃燒室內的同一點火層中。
  12. 如申請專利範圍第9項之方法，其中至少部分地根據所偵測出之該等化學計量不平衡，而經由控制器來調整該複數個點火噴嘴之至少一者的化學計量包含： 經由該控制器來調整到該複數個點火噴嘴之至少一者的空氣流量。
  13. 如申請專利範圍第9項之方法，其中調整到該複數個點火噴嘴之至少一者的空氣流量包含： 利用由該控制器所產生的氧氣設定點微調，且至少部分地根據所偵測出之該等化學計量不平衡，來調整該燃燒室的氧氣設定點。
  14. 一種用於操作燃燒室之方法，包含： 經由壓力感測器來決定該燃燒室的壓力度量； 經由一或更多個火焰穩定性感測器來決定用於該燃燒室的複數個點火噴嘴之各者的一或更多個火焰穩定性度量； 經由火球感測器來決定火球度量；以及 至少部分地根據該壓力度量、該一或更多個火焰穩定性度量、及該火球度量來計算火球穩定性指數。
  15. 如申請專利範圍第14項之方法，進一步包含： 至少部分地根據該火球穩定性指數來調整該複數個點火噴嘴之至少一者的化學計量。
  16. 如申請專利範圍第14項之方法，進一步包含： 至少部分地根據該火球穩定性指數來降低該燃燒室的負載。
  17. 如申請專利範圍第16項之方法，其中該負載係降低到小於或等於該燃燒室之正常操作負載的百分之二十。
  18. 如申請專利範圍第16項之方法，其中降低該燃燒室的負載包含： 調整一或更多個磨粉機，該一或更多個磨粉機將燃料供給到該複數個點火噴嘴的一或更多個點火噴嘴。
  19. 如申請專利範圍第14項之方法，其中經由壓力感測器來決定該燃燒室的壓力度量包含： 經由該壓力感測器來獲得該燃燒室的一或更多個壓力讀數，以及 其中該壓力度量包括一或更多個讀數之平均壓力及一或更多個壓力讀數之標準偏差的至少一者。
  20. 如申請專利範圍第14項之方法，其中該一或更多個火焰穩定性度量包括火焰位準、峰至峰值、及質量等級的至少一者。
  21. 一種用於操作燃燒室之系統，包含： 一氧化碳感測器，操作用以在該燃燒室的出口處獲得一氧化碳讀數； 燃燒穩定性感測器，操作用以決定該燃燒室的穩定性狀態；以及 控制器，操作用以： 至少部分地根據該一氧化碳讀數及一氧化碳設定點來導出氧氣設定點微調；以及 至少部分地根據該穩定性狀態，而利用該氧氣設定點微調來調整該燃燒室的氧氣設定點，該氧氣設定點界定該燃燒室的該出口處之所需的氧氣位準。
  22. 一種用於操作燃燒室之系統，包含： 兩個或更多個感測器，各自對應於設置在該燃燒室內之複數個點火噴嘴的點火噴嘴；以及 控制器，操作用以： 偵測出該兩個或更多個感測器間的一或更多個化學計量不平衡；以及 至少部分地根據所偵測出之該等化學計量不平衡來調整該複數個點火噴嘴之至少一者的化學計量。
  23. 一種用於操作燃燒室之系統，包含： 壓力感測器； 一或更多個火焰穩定性感測器，各自對應於設置在該燃燒室內之複數個點火噴嘴的其中一者； 火球感測器；以及 控制器，操作用以： 經由該壓力感測器來決定該燃燒室的壓力度量； 決定用於該複數個點火噴嘴之每個噴嘴的一或更多個火焰穩定性度量； 經由該火球感測器來決定火球度量；以及 至少部分地根據該壓力度量、該一或更多個火焰穩定性度量、及該火球度量來計算火球穩定性指數。
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