TWI467119B - 光學煙道氣流監測及控制 - Google Patents

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Description

光學煙道氣流監測及控制
本發明係關於燃煤燃燒系統，且更特定言之，本發明係關於一種用於精確控制燃煤燃燒系統之排放的煙道氣流監測系統。
本申請案係關於與本申請案同日申請之由相同發明者Michael Tanca發表之題為「燃燒器監測及控制」之同時待審美國專利申請案。本申請案將所闡述之以上相關申請案之全文併入本文中。
在各種燃煤燃燒系統中，由位於熔爐後之一量測器件監測燃燒。通常，此係一氧氣感測器。此量測器件提供用以控制燃燒系統內之燃燒的回饋信號。此等感測器趨向於不精確，因為其等僅量測一特定感測器位置處之O2 。量測數個位置處之O2 將更為精確。
某些系統(尤其是機械系統)要花費一定時間以作出反應。在一標準系統中，一量測器件識別煙道氣流之性質，且接著基於所識別性質而作出反應。若所量測性質之一者係一排放氣流之一高濃度，則適當污染控制系統作出反應以在排放氣流離開燃燒系統之前減小氣流之濃度。偵測到氣流之時間與實際減小氣流濃度之時間之間存在某一延遲時間。對於系統(諸如排放控制系統)而言，將為有益的是接收煙道氣流之所量測性質之一預先通知使得系統可「加強」並減小系統延遲時間。
因此，所需要的是方法及裝置以用於精確量測遍及與一鍋爐燃燒系統相關聯之一取樣區的燃燒條件。較佳地，量測提供改良控制，因此導致改良之效率。
本發明可體現為一種有效率燃燒系統1000，其用於監測來自一熔爐1(其燃燒固體燃料、初級空氣及次級空氣)之煙道氣流中之至少一組分之一性質，該裝置具有一光學監測器件220。
光學監測器件220包含複數個光源221，其等用於提供穿過一取樣區18中之煙道氣流的光束223。
數個偵測器222各偵測一光束223並提供一感測信號。
一電子單元225係耦合至偵測器222並經組態以組合來自偵測器222之感測信號進而估算取樣區18中之至少一組分之一性質並使用該估算來調整熔爐1之操作。
一控制單元230係耦合至光學監測器件220並接收組合信號。該控制單元基於組合信號中所指示之需要而控制至熔爐1之燃料供給5、初級空氣供給6及次級空氣供給7之流量。
本發明亦可體現為一種具有用於產生煙道氣流之一熔爐1的有效率燃燒系統1000，其具有用於取樣該等煙道氣流及用於其位置處之一第一組分之一濃度並產生一上游濃度信號的一上游光學監測器件220。
該系統包含一下游光學監測器件320，其用於取樣煙道氣流及用於第一組分並產生指示其位置處之煙道氣流中之第一組分之濃度的一下游濃度信號。
能夠減小煙道氣流中之第一組分之濃度的一排放控制系統300係位於上游光學監測器件220與下游光學監測器件320之間並耦合至監測器件220、320。該排放控制系統300接收煙道氣流，且排放控制器件接收上游濃度信號並使用該信號來基於接收之未來煙道氣流濃度而調整該器件之未來操作，且使用下游濃度信號來調整器件之當前操作。
本發明可進一步體現為一種有效率燃燒系統1000，其具有用於產生煙道氣流之一熔爐1及數個串聯連接之排放控制系統。該等排放控制系統與該熔爐係藉由管道而連接。
一控制單元230係耦合至熔爐並操作以控制至熔爐1之燃料流量、初級空氣及次級空氣。
系統包含至少一監測器件220，其具有數個光源221且各光源221使穿過煙道氣流之一光束傳遞至一對應偵測器222。各偵測器222產生數個感測信號，該等感測信號係經組合以提供指示煙道氣流中之一組分之濃度的一信號。監測系統將組合信號發送至控制單元230以控制熔爐1進而使煙道氣流中所排出之組分之濃度降至最低。
若干監測器件係視情況用以取樣遍及系統之一或多個組分。此等組分可作為一前饋信號而用以將排放濃度之預先通知給予下游排放控制器件，或將回饋提供給上游排放控制器件。
另外，回饋信號可被發送至控制熔爐1之操作的一控制器230，並調整氧氣濃度及/或燃燒溫度以調節NOX 及汞排放。
說明書結尾之申請專利範圍中特別指出並明確主張本發明之標的。自結合附圖之以下詳細描述而明白本發明之前述及其他特徵及優點。
本發明揭示一種方法及裝置，其用於提供來自一燃燒系統之燃燒條件、煙道氣流組分之精確監測並基於該監測而控制該燃燒系統及/或排放控制器件。在本文所提供之各種非限制實施例中，該燃燒系統係一燃固體燃料、氣體或液體燃料之燃燒系統。該燃燒系統可為熔爐與鍋爐或蒸氣產生器之一組合。然而，此項技術熟習者將認識到所提供之該等實施例僅為說明性而非限制本發明。
方法及裝置利用光學偵測系統。如本文中所提供，光學傳訊及偵測系統僅被稱為一「監測系統」。一般而言，該監測系統包含用於執行各種相關聯功能之各種組件。該等組件可包含複數個光源(諸如雷射)、複數個感測器、一控制單元、若干電腦組件、軟體(即：儲存在機器可讀媒體上之機器可執行指令)、若干傳訊器件、若干馬達操作控制件、至少一電力供應及其他此等組件。該監測系統提供相對於一取樣區之至少一氣流組分之複數個量測。該複數個量測尤其提供(諸如)與一燃燒器(即：一噴嘴)相關之該取樣區中之若干氣流組分之量測。可藉由使用光學感測技術而在多個位置處執行該等量測，因此提供燃料燃燒之一局部的更敏感量測。當然，亦可將該監測系統視為一控制系統。更具體言之，來自該監測系統之量測資料可用以控制燃燒系統及排放控制器件之態樣。因此，至少因為此原因，可將該監測系統視為一控制系統或至少為一控制系統之一部分。
現轉至圖1，圖中顯示一先前技術熔爐1之一部分之一側面正視圖。此圖中未顯示排放控制器件。在噴射初級空氣時夾帶一固體燃料(諸如粉煤)且通過一控制單元14而將該固體燃料提供給一燃燒室2。
一強制通風(FD)風扇16提供初級空氣且次級空氣亦被提供給控制單元14以進入至一次級空氣入口7中。在一燃燒室2中燃燒空氣及燃料。熱煙道氣流被產生並通過一後通道3。
所有方向(諸如「下游」)意指沿煙道氣流之一般方向。類似地，術語「上游」係與「下游」方向相對，沿煙道氣流之相對方向運行。
一氧氣(O2 )感測器111感測氧氣濃度並將信號傳遞至一偵測器112以識別O2 是否處於適合位準。否則，偵測器112導致控制單元14調整燃料流量、初級氣流及次級氣流。
圖2顯示裝配有一監測器件220之一熔爐1之一部分。具有如下所述之額外功能的一控制單元230取代控制單元14並用以控制至熔爐1之所有燃燒器24的燃料供給5、初級空氣供給6及次級空氣供給7。
除連同圖1所述之部分以外，系統包含複數個光源221，其等可為穿過一煙道管之一部分(稱為一取樣區18)之若干光源。
光源221提供穿過煙道氣流及取樣區18之光束223並由對應複數個偵測器222偵測。當光束穿過煙道氣流時，存在對煙道氣流內之組分之各種波長特性的吸收。
光源221係耦合至一電子單元225以提供所接收光學信號之特性並識別煙道氣流中物質之組分、組分濃度及其他物理態樣。該電子單元225提供光源221與對應偵測器222之間之取樣區18之物理態樣之估算。
本發明使用：若干光源221；及若干偵測器222，其等用於量測及評估存在於取樣區18中之氣體種類，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 )、三氧化氮(NO3 )及氧氣(O2 )。SO2 與SO3 統稱為SOX 。類似地，NO2 與NO3 統稱為NOX 。
在本發明之一實施例中，光源221與偵測器222及電子單元225取代O2 感測器111及控制單元14之功能。
在本發明之一替代實施例中，光源221與偵測器222及電子單元225增補O2 感測器111及控制單元14之功能。
在各種實施例中，監測器件220提供用於量測局部氣體組分並將可回饋至熔爐1之一所監測信號之至少一者提供給控制燃燒室。
亦可將信號前饋至排放控制器件以提供煙道氣流中之組分(污染物)之預先通知，使得該等器件可快速「加強」以去除組分。
作為一非限制實例，可根據情形而調變來自一燃料供給5、初級空氣供給6及次級空氣供給7之燃料及/或氣流以給予最佳熔爐燃燒及/或環境性能。亦可藉由調整FD風扇16而控制提供給系統之總燃燒空氣。因此，回饋信號及/或前饋信號之使用允許系統調整排放控制器件之燃燒及操作。
為便於解釋，監測器件220可用以產生「量測資料」、「監測資料」、「特性資料」及類似物。可由監測器件220產生之回饋信號與前饋信號之各者包含此資料之若干形式。
圖3描繪繪示根據本發明之燃燒監測器件220之一實施例的一管道之一橫截面圖。
當使煙道氣流通過後通道3(管道)時，光源221使穿過取樣區18之光束223傳遞至偵測器222。煙道氣流中之組分吸收不同波長。因此，光源221必須經選擇以在待量測組分之吸收帶內傳播。因此，若O2 係待量測之組分，則必須存在在頻帶(其覆蓋由O2 特性吸收之頻帶)內傳播之一雷射221。
先前技術感測器之問題在於其等將僅提供若干特定位置處之點量測。將需要許多感測器提供一精確總讀數。此將是昂貴的且不可行。本發明沿穿過取樣區之若干光束223而取樣。由偵測器222感測之讀數係經平均化以提供遍佈取樣區18的一組分之一平均濃度之一更精確表示。
某些讀數可視情況比其他讀數更重要。例如，來自穿過取樣區18之中心之一光束223的讀數可比周邊上之讀數更重要。
類似地，監測器件220可經修改以偵測如此項技術中所共知之SO2 、SO3 、汞蒸氣、NO2 、NO3 、CO2 及其他排放。此等將參考圖4而加以論述。
電子單元225自偵測器222接收信號並計算各種實體之存在率及數量。例如，電子單元225可計算特性頻率之衰減以導致一吸收光譜。此光譜可匹配(例如)煙道氣流中之O2 。接著，與總接收信號相關之光學吸收度將指示O2 之濃度，如此項技術中所熟知。
基於一給定實體之計算量或若干實體之比率，可判定一動作。例如，若在煙道氣流中偵測到太多O2 ，則可使圖2之FD風扇16減速或使空氣轉向以減小提供給系統之空氣及O2 之數量。
在所示實施例中，所有光源221係彼此平行且光源221與光源之對應偵測器222之間具有相同距離。
光源221可視情況以其他定向放置且光源221之間具有不同距離。在此一情況中，電子單元225應已預先儲存有關各雷射221與雷射之對應偵測器222之間之距離的資訊。光源與偵測器之間之間隔指示吸收光之介入組分之數量。因此，若不同雷射221、偵測器222具有介於其等之間之不同距離，則應相應調整讀數。
可使用如此項技術中已知之技術來執行濃度及其他物理性質之估算。例示性技術包含評估信號衰減、信號吸收、波長轉換之螢光性及其他形式、散射及其他此等技術。
圖4描繪併入具有若干污染控制器件之一燃燒系統中之本發明之一實施例之一示意方塊圖。
燃燒器件1燃燒燃料並產生傳遞至下游排放控制器件之煙道氣流。此等排放控制器件可為：一選擇性催化還原(SCR)系統及/或一選擇性非催化還原(SNCR)系統300，其提供氨及/或胺之一流量以去除煙道氣流中之NO2 、NO3 ；一洗滌系統400，其自煙道氣流去除SO2 、SO3 ；一汞(Hg)控制系統500，其使用活性碳或添加劑來自煙道氣流去除汞氣類；及一顆粒去除系統600，其自煙道氣流去除顆粒物質。在此實施例中，使用一靜電沉澱器(ESP)，然而，可使用任何類型之顆粒去除設備。一堆疊810調節排出系統之煙道氣流之流量。
以上所論述之第一監測器件220恰好被放置在熔爐1之下游。監測器件220、320、420、520、620、720可經構建以監測氣體組分，諸如O2 、CO2 、SOX 、NOX 、Hg、未燃燃料及顆粒物質。控制系統330、430、530與其他設備一起作用以控制所監測組分之釋放。
若存在罕有大量之所產生之此等組分之任一者，則適當下游控制單元330、430、530、630應預先通知以處置組分之大濃度。此允許排放控制系統有時間來準備並作出反應。
因此，監測器件220、320、420、520、620將前饋信號提供給下游元件。類似地，監測器件220、320、420、520、620及720亦將一回饋信號提供給上游控制器件230、330、430、530、630及730，使得排放控制器件可審查其等已如何好地控制一組分之排放並作出相應調整。以下將單獨描述各器件。
監測器件320、420、520、620及720(類似於圖3中所示之監測器件220)可經構建以監測煙道氣流中之不同橫截面取樣區18。因為監測器件720量測煙道氣流中之顆粒物質，所以其量測與觀看吸收光譜相對之穿過煙道氣流之雷射傳輸。
監測器件220將一回饋信號提供給控制單元230以進一步調整FD風扇16輸入及熔爐1之操作參數，諸如燃料流量、初級空流及次級氣流。例如，監測器220監測O2 、CO、CO2 、NOX 、Hg及未燃燃料之至少一者並提供指示如何調整自FD風扇16至系統之空氣輸入的一信號。監測器220亦可將指示如何調整初級氣流及次級氣流之一信號提供給熔爐1。通常，此藉由調整節氣門及燃料流量閥而完成。
監測器件220亦監測NOX 位準並將在一前饋信號中之此等位準提供給控制器330。此等NOX 位準將一預先指示提供給控制器330及具有待注射至SCR/SNCR 310中之胺之近似數量的注射器340。監測器件220亦可發送O2 位準，其等亦可提供接著該進行什麼之一指示。
監測器件320監測具有一SCR/SNCR腔室310之一SCR/SNCR系統300之下游NOX 組分。監測器件320將一回饋信號提供給該SCR/SNCR系統300之一控制單元330以指示SCR腔室310之下游NOX 位準。接著，控制器330基於來自監測器件320之輸入及(視情況)來自監測器件220之輸入而重新調整由一貯槽340提供之材料數量。
監測器件320亦可量測SOX 排放並將指示SOX (洗滌系統400不久將經受SOX )數量之一前饋信號提供給一洗滌系統400之一控制單元430。
類似地，監測器件420將監測離開一洗滌槽410之煙道氣流中之SOX 位準。將具有SOX 位準之信號提供給控制單元430以致動一噴霧器440進而重新調整噴射至洗滌槽410中之石灰石漿液或一鹼性乾燥劑之一數量以減少SOX 排放。
控制單元430亦可考慮由監測器件320提供之前饋信號。
類似地，Hg去除系統500之控制單元530可自監測器件420接收指示上游Hg位準之一前饋信號並自監測器件520接收指示下游Hg位準之一回饋信號。控制單元530計算對一注射器540之一調整以基於所接收之輸入而調整引入至Hg去除腔室510中之吸附劑之數量。
監測器件520、620亦可分別偵測上游及下游CO2 位準並將指示所偵測位準之信號提供給一CO2 去除系統600之一控制單元630。接著，控制單元630計算待注射之適合數量材料(冷凍氨或其他CO2 去除材料)以自煙道氣流去除CO2 。控制單元630致動CO2 去除系統600之一注射器640以注射適合數量之材料。
監測器件620、720監測顆粒去除系統700之上游及下游所釋放之顆粒材料之數量並提供指示此等位準之信號。將此等信號提供給顆粒去除系統700之另一控制單元730，其可將調整提供給一顆粒去除器件，諸如此實施例中所示之一靜電沉澱器(ESP)710。基於來自監測器件620、720之輸入，顆粒去除系統700可視情況限制或重新選路通過另一顆粒去除器件(圖中未顯示)之煙道氣流直至已去除足夠之顆粒材料。
前饋信號被描述為來自自接收信號之器件上游直接監測之一組分。應瞭解可將來自煙道氣流中所監測之一組分的一前饋信號發送至位於下游任何位置處之一或多個器件。類似地，可將來自煙道氣流中所監測之一組分的一回饋信號發送至位於上游任何位置處之一或多個器件。
由污染控制器件使用所監測信號以使燃料、氨、胺、吸附劑及/或其他添加劑之使用最佳化進而減少污染物之釋放。此可提供實質改良熔爐1之性能及/或操作成本。
許多先前技術系統已嘗試獨立地使污染控制器件之各者最佳化。然而，一或多個參數可影響若干種排放。因此，相比於獨立地使所有排放控制器件最佳化，同時使若干排放控制器件最佳化對整個系統之影響更大。
已知NOX 之排放量係取決於燃燒期間存在之氧氣數量。燃燒時存在之氧氣數量亦對所排出之Hg數量有影響。
類似地，所排出之NOX 及汞之數量係高度取決於燃燒溫度。因此，可藉由調整熔爐1中之氧氣數量或藉由調整熔爐1之溫度而調整NOX 及汞之數量。
監測器件220、320量測與SCR/SNCR去除系統300相關之上游及下游NOX 濃度。藉由監測器件220而將指示上游NOX 濃度之一信號提供給控制單元230。類似地，由監測器件320提供指示下游NOX 濃度之一信號。
類似地，監測器件420、520量測與汞去除系統500相關之上游及下游汞濃度。藉由監測器件420而將指示上游汞濃度之一信號提供給控制單元530。類似地，由監測器件520提供指示下游汞濃度之一信號。
控制器件230係經調適以計算用於各種燃燒器之燃料流量、初級氣流及次級氣流與燃燒器能級之化學計量以提供所用氧氣之一最佳數量及一最佳燃燒溫度進而使所排出之NOX 與汞兩者降至最低。
因此，在已描述本發明之若干態樣後，此項技術熟習者將認識到本發明之優良特徵包含(但不限於)：直接在燃燒器能級之上使用由光源組成之一網格以量測來自熔爐之氣體組分；用於熔爐(可使用處於各燃燒器能級或各燃燒器能級之上之熔爐)之一光學監測設計，其量測氣體種類以控制局部燃燒器化學計量；能夠使用雷射網格量測來控制熔爐內之燃燒；使用控制至燃燒器之空氣供給的熔爐出口處之光源來初級控制鍋爐燃燒；一改良非網格設計，其量測煙道氣流出口處之氣體組分；使用雷射網格量測來控制下游排放控制系統；將熔爐中之NOX 量測用作為一前饋信號以支配至一SCR或一SNCR之氨或胺之流量供給速率；以及將熔爐中之SOX 及CO2 量測用作為一所監測前饋信號以支配至一洗滌器之吸附劑之供給速率；用於去除汞之雷射量測及CO2 組分之獲取之雷射控制。
應認識到監測器件220可被部署為多個監測系統。此外，可在燃料、空氣、燃燒及/或排氣之流程中之任何位置使用監測器件220以達成所要控制位準。此外，可產生在二維或三維空間中被描述之光束123。
光源可為任何雷射，其等傳輸用以偵測煙道氣流中之所要組分的一頻帶內之光。此可包含所有類型的氣體及物質之雷射。偵測技術可基於信號頻率或信號波長以及信號衰減之調變。一般而言，監測器件220之實施例包含藉由照射穿過一氣體取樣之雷射光束並量測所吸收之雷射光之數量而量測氣體濃度之裝置。然而，光源及偵測器波長可經調諧以偵測各種波長下之吸收率。此等性質將性質之一良好組合(包含選擇性及靈敏度)給予雷射偵測器。
雷射監測之優點包含使氣體組分特徵化之一能力。即：一可調諧雷射大體上發出電磁波譜之近紅外(NIR)區內之光。燃燒氣體之許多吸收NIR內之光，且可以數個個別「吸收線」為特徵。一可調諧雷射可經調諧以選擇一目標氣體之一單一吸收線，其不與任何其他氣體之吸收線重疊。因此，雷射氣體感測可認為是有關氣體取樣之選擇。此項技術熟習者已知各種其他技術優點。此外，可調諧雷射較為便宜。因此，監測器件220具有成本效應且易於維護。
例示性可調諧雷射由Massachusetts州Woburn市之Aegis半導體公司生產。在2005年2月10日公開之美國專利申請案第US/2005/0030628 A1號(題為「非常低成本之窄頻帶紅外線感測器」)中揭示一熱可調諧濾光器之一非限制實例，該案之揭示內容以引用方式全文併入本文中。此申請案提供一光學感測器(其包含用於產生光之一發射器)以用於導引一取樣區中之一化學成分及用於導引穿過該取樣區之光。該感測器亦包含一偵測器以用於在光穿過該取樣區之後接收光及用於產生對應於該偵測器接收之光的一信號。該感測器進一步包含安置於該發射器與該偵測器之間之一熱光濾波器。該濾光器具有一可調諧通頻帶以用於選擇性過濾來自該發射體之光。該濾光器之該通頻帶係可藉由變動該濾光器之一溫度而調諧。該感測器亦包含一控制器以用於控制該濾光器之該通頻帶及用於自該偵測器接收該偵測信號。該控制器調變該濾光器之該通頻帶並分析該偵測信號以判定該化學成分之一吸收峰值是否存在。
此項技術熟習者將認識到先前描述僅為雷射121之一實施例，且可實踐各種其他實施例。因此，應認識到術語「光學」涉及用於實踐本文中之教示的電磁輻射之任何波長。一般而言，電磁輻射可包含一波長或傳統上被認識是微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線及伽瑪射線之至少一者的波長頻帶。然而，實際上，經選擇用於一光學信號之該波長或波長頻帶總體上被歸類為紅外線、可見光、紫外線或其等之副類別之至少一者。
此外，吾人應認識到雷射21總體上提供受激輻射光放大。即：一典型雷射發出具有一明確界定波長之一窄的低散度單色光束之光。然而，在實踐本文中之教示時無需此限制。簡言之，可使用展示用於估算量測資料之適當性質的任何光束。適當之判定可基於各種因素，包含設計者、使用者、擁有者或其他人之觀點。因此，雷射21無需精確展示雷射行為，如傳統上所界定。
本發明可作為一改進部分而提供給既有燃燒系統。例如，監測及控制系統100可安裝至既有組件上並與既有控制器整合在一起。因此，利用本文中教示之一系統亦可包含電腦軟體(即：儲存在機器可讀媒體上之機器可讀指令)。軟體可用作為對既有控制器軟體(及/或韌體)之一增補或用作為一獨立封裝。
此外，一套組可被提供並包含成功安裝及操作所需之所有其他必要組件。其他組件之實例包含(但不限於)電線、電力供應、馬達及/或手動操作閥、電腦界面、使用者顯示器、組合電路、組合外殼、繼電器、變壓器及其他此等組件。
因此，提供一種燃燒系統，其包含在鍋爐出口處之至少一光學偵測器以量測氣體種類，諸如氧氣。兩個位置中之兩個系統之用途將尤其控制至在鍋爐出口處具有雷射之鍋爐的總氣流並提供與安裝在各燃燒器最接近處之光源一起使用之鍋爐燃燒器之一局部控制。
軟體可用以運行及操作本發明之各種部件。例如，電子單元(圖1、圖2之102)及圖1、圖3之控制單元可採用此軟體。此軟體可與一電腦可讀媒體一起被提供，可包含當被執行時導致一電腦執行方法並操作本發明之裝置的任何類型媒體，諸如(例如)磁性儲存器、光儲存器、磁光儲存器、ROM、RAM、CD ROM、快閃記憶體或目前已知或未知之任何其他電腦可讀媒體。此等指令可提供用於設備操作、控制、資料收集與分析及使用者關切之其他功能。
雖然已參考若干例示性實施例而描述本發明，但此項技術熟習者應瞭解可在不背離本發明之範圍之情況下作出各種改變且等效物可取代本發明之元件。另外，可在不背離本發明之實質範圍之情況下作出許多修改以使一特定情形或材料適應本發明之教示。因此，意欲本發明不限於如預期用於實施本發明之最佳模式所揭示之特定實施例，且本發明將包含落在隨附申請專利範圍之範圍內之所有實施例。
1．．．熔爐
2．．．燃燒室
3．．．後通道
5．．．燃料供給
6．．．初級空氣供給
7．．．次級空氣供給
14．．．控制單元
16．．．強制通風(FD)風扇
18．．．取樣區
24．．．燃燒器
100．．．監測及控制系統
111．．．O2 感測器
112．．．偵測器
220．．．光學監測系統
221．．．光源
222．．．偵測器
223．．．光束
225．．．電子單元
230．．．控制單元
300．．．SCR/SNCR系統
310．．．SCR/SNCR腔室
320．．．光學監測系統
330．．．控制系統
340．．．注射器
400．．．洗滌系統
410．．．洗滌槽
420．．．監測器件
430．．．控制系統
440．．．注射器
500．．．汞去除系統
510．．．汞去除腔室
520．．．監測器件
530．．．控制系統
540．．．注射器
600．．．顆粒去除系統
620．．．監測器件
630．．．控制單元
640．．．注射器
700．．．顆粒去除系統
710．．．靜電沉澱器(ESP)
720．．．監測器件
730．．．控制器件
810．．．堆疊
1000．．．燃燒系統
圖1描繪一先前技術燃燒系統之一部分之一示意圖；
圖2描繪根據本發明之一燃燒系統之一實施例之一部分之一示意圖；
圖3描繪繪示根據本發明之一燃燒監測系統之一實施例的一管道之一橫截面圖；及
圖4描繪併入至具有若干排放控制器件之一燃燒系統中之本發明之一實施例之一示意方塊圖。
2．．．燃燒室
3．．．後通道
5．．．燃料供給
6．．．初級空氣供給
7．．．次級空氣供給
16．．．強制通風(FD)風扇
18．．．取樣區
24．．．燃燒器
100．．．監測及控制系統
111．．．O2 感測器
112．．．偵測器
220．．．光學監測系統
221．．．光源
222．．．偵測器
223．．．光束
225．．．電子單元
230．．．控制單元

Claims (11)

  1. 一種有效率燃燒及氣體控制系統(1000)，其用於監測來自燃燒固體燃料、初級空氣及次級空氣之一熔爐(1)的煙道氣流中之至少一組分之一濃度，該燃燒及氣體控制系統包括：置於該熔爐之下游的至少一下游光學監測器件(220、320、420、520、620、720)，其包含：複數個光源(221)，其等用於提供穿過一取樣區(18)中之該等煙道氣流之光束(223)，及複數個偵測器(222)，各偵測器用於偵測一光束(223)及用於提供一感測信號，耦合至該等偵測器之一電子單元(225)，其經組態以組合來自該等偵測器(222)之該等感測信號以提供指示該取樣區(18)中之該至少一組分之一濃度之一組合信號；及複數個排放控制系統(300、400、500、600、700)，其位於該至少一下游光學監測器件(220、320、420、520、620、720)之下游，且耦合至該至少一下游光學監測器件，其經調適以自該下游光學監測器件(220、320、420、520、620、720)接收指示該至少一組份之濃度的至少一組合信號，且使用該信號以準備對於一第一組份之未來操作。
  2. 如請求項1之有效率燃燒及氣體控制系統(1000)，其中該至少一光源(221)包括一雷射。
  3. 如請求項1之有效率燃燒及氣體控制系統(1000)，其中該至少一組分係選自由以下物質組成之群：二氧化硫(SO2 )、三氧化硫(SO3 )、二氧化氮(NO2 )、三氧化氮(NO3 )、汞(Hg)與二氧化碳(CO2 )、汞(Hg)與懸浮顆粒。
  4. 如請求項1之有效率燃燒及氣體控制系統(1000)，其中至少一排放控制系統(300、400、500、600、700)選自由以下系統組成之群：一選擇性催化還原(SCR)系統(300)、一選擇性非催化還原(SNCR)系統(300)、一洗滌系統(400)、一汞控制系統(500)、一CO2 去除系統(600)及一顆粒去除系統(700)；及至少一額外光學監測器件(220、320、420、520、620、720)，其用於產生指示煙道氣流中之另一組分之一濃度的一第二組合信號，並使用該第二組合信號來調整該熔爐(1)之操作。
  5. 如請求項1之有效率燃燒及氣體控制系統(1000)，其中當該等光束(223)之至少一者穿過該取樣區(18)時並非水平。
  6. 如請求項1之有效率燃燒及氣體控制系統(1000)，其包括：一上游光學監測器件(220、320、420、520、620)，其置於該至少一下游光學監測器件(320、420、520、620、720)之上游，該上游光學監測器件(220、320、420、 520、620)係可操作用於取樣該等煙道氣流，在一第一位置量測該等經取樣之煙道氣流中的至少該第一組分之一數量，及自該第一位置處之量測得的數量產生一上游濃度信號；一下游光學監測器件(320、420、520、620、720)，其適於取樣該等煙道氣流，在相關於該第一位置之下游的一第二位置量測至少該第一組份之一數量，及自該第二位置處之量測得的數量產生一下游濃度信號；該至少一排放控制系統(300、400、500、600、700)，其位於該上游光學監測器件與該下游光學監測器件之間並耦合至該等監測器件，該排放控制系統(300、400、500、600、700)能夠接收煙道氣流並減小該等煙道氣流中之該第一組分之數量，該排放控制系統(300)接收該上游濃度信號並使用該信號以對於將被接收之未來煙道氣流濃度準備該系統之未來操作，且使用該下游濃度信號來調整該系統之當前操作。
  7. 如請求項6之有效率燃燒及氣體控制系統(1000)，其中：該至少一上游光學監測器件(220、320、420、520、620)係可操作以產生指示在其位置處之該煙道氣流中之一第二組分之濃度的一第二上游濃度信號；該至少一下游光學監測器件(320、420、520、620、720)係可操作以產生指示在其位置處之該煙道氣流中之該第二組分之濃度的一第二下游濃度信號；該至少一排放控制系統(300、400、500、600、700)， 係可操作以減小該等煙道氣流中之該第二組分之該濃度，且接收該第二上游濃度信號並使用該信號來對於將被接收之該第二組分之未來煙道氣流濃度而調整該系統之未來操作，且使用該下游濃度信號來調整該系統之當前操作。
  8. 如請求項6之有效率燃燒及氣體控制系統(1000)，其中該第一組分係選自由以下物質組成之群：二氧化硫(SO2 )、三氧化硫(SO3 )、二氧化氮(NO2 )、三氧化氮(NO3 )、汞(Hg)與二氧化碳(CO2 )、汞(Hg)與懸浮顆粒。
  9. 如請求項7之有效率燃燒及氣體控制系統(1000)，其中該第二組分係選自由以下物質組成之群：二氧化硫(SO2 )、三氧化硫(SO3 )、二氧化氮(NO2 )、三氧化氮(NO3 )、汞(Hg)與二氧化碳(CO2 )、汞(Hg)與懸浮顆粒。
  10. 如請求項6之有效率燃燒及氣體控制系統(1000)，其中該排放控制系統係選自由以下系統組成之群：NOX 去除系統(300)、SOX 去除系統(400)、汞去除系統(500)、CO2 去除系統(600)及顆粒去除系統(700)。
  11. 如請求項7之有效率燃燒及氣體控制系統(1000)，其中該排放控制系統係選自由以下系統組成之群：NOX 去除系統(300)、SOX 去除系統(400)、汞去除系統(500)、CO2 去除系統(600)及顆粒去除系統(700)。
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