WO2010055003A2 - Method and device for monitoring the combustion of a power plant by means of a real concentration distribution - Google Patents

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WO2010055003A2
WO2010055003A2 PCT/EP2009/064806 EP2009064806W WO2010055003A2 WO 2010055003 A2 WO2010055003 A2 WO 2010055003A2 EP 2009064806 W EP2009064806 W EP 2009064806W WO 2010055003 A2 WO2010055003 A2 WO 2010055003A2
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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for monitoring the combustion in a combustion chamber of a power plant, in particular a coal-fired power station, in which or, inter alia, a real concentration distribution of a first substance in the combustion chamber is determined.
  • the basic objective is to monitor the combustion taking place in a combustion chamber of the power plant, for example a boiler with a square footprint of 10 meters by 10 meters, over the largest possible area in order to derive the necessary quantities for optimizing the combustion process can.
  • absorption spectroscopy is known.
  • sonic pyrometry is known. With absorption spectroscopy or sonic pyrometry, only mean values of a line in the boiler room or combustion chamber can be measured.
  • the CAT measuring technique For calculating the temperature and concentration distribution in a plane of a combustion chamber from measured average values at different locations of the combustion chamber of a power plant, the CAT measuring technique, computer aided tomography, is known.
  • the inventive method for monitoring the combustion in a combustion chamber of a power plant comprises the steps: determining a real concentration distribution of a first substance in the combustion chamber and determining the concentration distribution of a second substance based on the real concentration distribution of the first substance and at least one physical
  • the inventive device for monitoring the combustion in a combustion chamber of a power plant comprises means for determining a real concentration distribution of a first substance in the combustion chamber and means for determining the concentration distribution of a second substance based on the real concentration distribution of the first substance and at least one physical model equation.
  • the basic idea of the invention lies in the fact that during combustion in a power plant, a concentration distribution of a given substance (the so-called second substance) from a combination of the known concentration distribution of another substance (the so-called first substance) and physical Regularities can be determined.
  • this generation is based largely on the real situation of the current operation of a combustion picture in a boiler of a power plant. It is based on real input variables and not built solely on a simulation.
  • physical laws which could or could be used in the context of a simulation, are used to determine the concentration distributions of substances for further op- eration. to make it possible to make use of combustion that could not previously be measured.
  • “substance” generally means any type of combustion educt and / or product, in particular in the form of gas as a component of the exhaust gas.
  • the at least one physical model equation maps the kinetics in the combustion chamber.
  • the at least one model equation depicts the diffusion in the combustion chamber.
  • Diffusion is a physical process that leads to a uniform distribution of particles and thus complete mixing of two substances. Diffusion is based (as opposed to flow) on the thermal motion of particles.
  • the particles can be atoms, molecules or charge carriers. In the case of uneven distribution, statistically more particles move from regions of high concentration into regions of low concentration or particle density than vice versa. This causes net macroscopic mass transport.
  • the real concentration distribution of the first substance is determined in at least one plane.
  • at least one two-dimensional or two-dimensional distribution of the concentration of the first substance is built up in order to map the concentration distribution of further substances taking into account physical laws in the boiler.
  • Such 2D distributions can be imaged with the above-described, already known measuring methods with high measuring accuracy.
  • a temperature distribution in the combustion determined.
  • the temperature distribution is used to determine the concentration distribution of the first substance, as well as in the definition of the physical laws considered according to the invention and their parameterization.
  • the temperature distribution is determined by means of a combination of absorption spectroscopy and CAT measuring technology.
  • CAT is the abbreviation of Computer Aided
  • Tomography is a standard method in medical technology, with which it is possible to determine a two-dimensional temperature distribution.
  • the concentration distribution of the second substance is determined in at least one plane.
  • the 2D determination can be realized with reasonable computer engineering effort. It also makes it possible to produce a good approximate mapping of the associated concentrations in the three-dimensional combustion chamber by means of a layering of the 2D planes.
  • the concentration of the second substance at one point in the combustion chamber is determined as a function of the temperature or the temperature distribution at other locations and of the concentration or concentration distribution of the first substance at other locations.
  • the function may be as follows, for example:
  • C (NO x ) represents the concentration of NO x (nitric oxide)
  • f represents the function itself
  • C (O 2 ) represents the concentration of O 2 (oxygen).
  • Fig. 1 shows an embodiment of the invention
  • Fig. 2 shows an embodiment of the invention
  • FIG. 1 shows a combustion chamber 10 of a coal power plant, which is not further illustrated, in which a coal fire burns during operation of the coal power station.
  • the combustion chamber 10 are the fuel coal with associated fuel gases, flames 11 and exhaust gases.
  • each measuring instrument 16 In the combustion chamber 10, two measuring planes 12 and 14 are provided, at the edge of each measuring instruments 16 are located. In each case two of the measuring instruments 16 enable a linear measurement in the associated measuring plane 12 or 14, wherein with the aid of the measuring instruments 16 and an associated evaluation device 18, the concentrations of the substances O 2 (oxygen) and CO (carbon monoxide) can be measured. Furthermore, with the measuring instruments 16 and the evaluation device 18, the temperature distribution in the associated measurement plane 12 or 14 can be determined. The measurement is based on a combination of absorption spectroscopy and the CAT technique.
  • the evaluation device 18 is operationally coupled via a data bus 20 with an optimization device 22, an operating device 24 and a guide or control system 26. Via the operating device 24, the real concentration distributions determined by the evaluation device 18 as well as temperature distributions are used in such a way that with the optimizing device 22 suggestions for an optimization of the combustion are created and these can be used in the guide device 26. As a result, the flames 11 burning in the combustion chamber 10 are optimized, in particular with regard to a low emission of NO x (nitrogen oxide).
  • NO x nitrogen oxide
  • the optimization device 22 uses physical model equations of the diffusion and of the kinetic in the combustion chamber, which were previously created on the basis of a model of the combustion chamber 10 and stored in the optimization device 22.
  • the associated method is illustrated in FIG. It comprises the step 28 of apportioning physical model equations of the combustion in the combustion chamber 10 as well as further steps 30, 32 and 34.
  • step 30 the concentration distribution of at least the substances O 2 and CO in the aforementioned measurement planes 12 and 14 is determined.
  • step 32 the temperature distribution in these planes is determined.
  • step 34 determines the concentration distribution of another substance present In particular, NO x , not only in the measurement planes 12 and 14 but also in the remaining areas of the combustion chamber 10 to determine. If appropriate, conclusions can be used in this step 34 as well as in steps 30 and 32 in order to further improve the formation of the physical model equations in step 28.
  • an optimization of the combustion then takes place in a step 36, for example by a change in the air stratification and / or a section-wise change of the excess air.

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Abstract

The invention relates to a method for monitoring the combustion in a combustion chamber of a power plant and to an associated device, wherein a real concentration distribution of a first substance in the combustion chamber is determined and the concentration distribution of a second substance is determined based on the real concentration distribution of the first substance and at least one physical model equation.

Description

Beschreibungdescription
Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen der Verbrennung eines Kraftwerks mittels einer realen KonzentrationsverteilungMethod and device for monitoring the combustion of a power plant by means of a real concentration distribution
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen der Verbrennung in einem Verbrennungsraum eines Kraftwerks, insbesondere eines Kohlekraftwerks, bei dem bzw. der unter anderem eine reale Konzentrationsverteilung eines ersten Stoffes im Verbrennungsraum ermittelt wird.The invention relates to a method and a device for monitoring the combustion in a combustion chamber of a power plant, in particular a coal-fired power station, in which or, inter alia, a real concentration distribution of a first substance in the combustion chamber is determined.
Bei Kraftwerken ist es das grundlegende Ziel, die in einem Verbrennungsraum des Kraftwerks, beispielsweise einem Kessel mit einer quadratischen Grundfläche von 10 Meter mal 10 Me- ter, stattfindende Verbrennung möglichst großflächig zu überwachen, um daraus die notwendigen Größen für die Optimierung des Verbrennungsprozesses ableiten zu können.For power plants, the basic objective is to monitor the combustion taking place in a combustion chamber of the power plant, for example a boiler with a square footprint of 10 meters by 10 meters, over the largest possible area in order to derive the necessary quantities for optimizing the combustion process can.
So ist als Verfahren die Absorptionsspektroskopie bekannt. Als alternative Messtechnik ist die Schall-Pyrometrie bekannt. Mit Absorptionsspektroskopie oder Schall-Pyrometrie können nur Mittelwerte einer Linie im Kesselraum bzw. Verbrennungsraum gemessen werden.Thus, the method of absorption spectroscopy is known. As an alternative measurement technique, sonic pyrometry is known. With absorption spectroscopy or sonic pyrometry, only mean values of a line in the boiler room or combustion chamber can be measured.
Zum Berechnen der Temperatur- und Konzentrationsverteilung in einer Ebene eines Verbrennungsraums aus gemessenen Mittelwerten an verschiedenen Stellen des Verbrennungsraumes eines Kraftwerks ist die CAT-Messtechnik, die Computer Aided Tomographie, bekannt.For calculating the temperature and concentration distribution in a plane of a combustion chamber from measured average values at different locations of the combustion chamber of a power plant, the CAT measuring technique, computer aided tomography, is known.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine weitergehende Überwachung der Verbrennung in einem Kraftwerk zu ermöglichen, um damit die Grundlage für die Optimierung des Verbrennungsprozesses zu liefern.It is an object of the invention to allow further monitoring of combustion in a power plant to provide the basis for optimizing the combustion process.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 und einer Vorrichtung gemäß Anspruch 9 gelöst. Vor- teilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben .The object is achieved by a method according to claim 1 and a device according to claim 9. In front- Partial developments are described in the dependent claims.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Überwachen der Verbrennung in einem Verbrennungsraum eines Kraftwerks, insbesondere eines Kohlekraftwerks, umfasst die Schritte: Ermitteln einer realen Konzentrationsverteilung eines ersten Stoffes im Verbrennungsraum und Ermitteln der Konzentrationsverteilung eines zweiten Stoffes anhand der realen Konzentrationsvertei- lung des ersten Stoffes und mindestens einer physikalischenThe inventive method for monitoring the combustion in a combustion chamber of a power plant, in particular a coal power plant, comprises the steps: determining a real concentration distribution of a first substance in the combustion chamber and determining the concentration distribution of a second substance based on the real concentration distribution of the first substance and at least one physical
Modellgleichung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Überwachen der Verbrennung in einem Verbrennungsraum eines Kraftwerks, insbesondere eines Kohlekraftwerks, umfasst eine Einrichtung zum Ermitteln einer realen Konzentrationsverteilung eines ersten Stoffes im Verbrennungsraum und eine Einrichtung zum Ermitteln der Konzentrationsverteilung eines zweiten Stoffes anhand der realen Konzentrationsverteilung des ersten Stoffes und mindestens einer physikalischen Modellgleichung.Model equation. The inventive device for monitoring the combustion in a combustion chamber of a power plant, in particular a coal power plant, comprises means for determining a real concentration distribution of a first substance in the combustion chamber and means for determining the concentration distribution of a second substance based on the real concentration distribution of the first substance and at least one physical model equation.
Der Grundgedanke der Erfindung liegt mit anderen Worten darin, dass während der Verbrennung in einem Kraftwerk eine Konzentrationsverteilung eines vorgegebenen Stoffes (dem so genannten zweiten Stoff) aus einer Kombination der bekannten Konzentrationsverteilung eines anderen Stoffes (dem so ge- nannten ersten Stoff) und aus physikalischen Gesetzmäßigkeiten ermittelt werden kann. So ist es möglich, eine bisher nicht mess- bzw. detektierbare Konzentrationsverteilung eines Stoffes, insbesondere eines Gases, anhand dieser Vorgehensweise weitestgehend realitätsnah abzubilden. Mit der erfin- dungsgemäßen Lösung kann nicht nur ein nahezu vollständigesIn other words, the basic idea of the invention lies in the fact that during combustion in a power plant, a concentration distribution of a given substance (the so-called second substance) from a combination of the known concentration distribution of another substance (the so-called first substance) and physical Regularities can be determined. Thus, it is possible to map a previously not measurable or detectable concentration distribution of a substance, in particular a gas, based on this approach as far as possible realistic. With the solution according to the invention not only an almost complete
Bild der Verbrennung in einem Kessel eines Kraftwerks erzeugt werden, sondern diese Erzeugung orientiert sich darüber hinaus weitestgehend an der realen Situation des laufenden Betriebs. Es wird von realen Eingangsgrößen ausgegangen und nicht allein auf eine Simulation aufgebaut. Zusätzlich werden physikalische Gesetzmäßigkeiten, wie sie auch im Rahmen einer Simulation genutzt werden bzw. werden könnten, herangezogen, um Konzentrationsverteilungen von Stoffen für die weitere Op- timierung der Verbrennung nutzbar zu machen, die bisher nicht gemessen werden konnten.In addition, this generation is based largely on the real situation of the current operation of a combustion picture in a boiler of a power plant. It is based on real input variables and not built solely on a simulation. In addition, physical laws, which could or could be used in the context of a simulation, are used to determine the concentration distributions of substances for further op- eration. to make it possible to make use of combustion that could not previously be measured.
Bei der obigen Definition der Erfindung wird unter "Stoff" allgemein jede Art von Verbrennungsedukt und/oder -produkt verstanden, insbesondere in Form von Gas als Bestandteil des Abgases .In the above definition of the invention, "substance" generally means any type of combustion educt and / or product, in particular in the form of gas as a component of the exhaust gas.
Bei einer ersten vorteilhaften Weiterbildung des erfindungs- gemäßen Verfahrens bildet die mindestens eine physikalische Modellgleichung die Kinetik im Verbrennungsraum ab.In a first advantageous development of the method according to the invention, the at least one physical model equation maps the kinetics in the combustion chamber.
Bei einer zweiten vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens bildet die mindestens eine Modellgleichung die Diffusion im Verbrennungsraum ab. Die Diffusion ist ein physikalischer Prozess, der zu einer gleichmäßigen Verteilung von Teilchen und somit vollständigen Durchmischung zweier Stoffe führt. Diffusion beruht (im Gegensatz zur Strömung) auf der thermischen Eigenbewegung von Teilchen. Bei den Teil- chen kann es sich um Atome, Moleküle oder Ladungsträger handeln. Bei ungleichmäßiger Verteilung bewegen sich statistisch mehr Teilchen aus Bereichen hoher in Bereiche geringer Konzentration bzw. Teilchendichte als umgekehrt. Dadurch wird netto ein makroskopischer Stofftransport bewirkt.In a second advantageous development of the method according to the invention, the at least one model equation depicts the diffusion in the combustion chamber. Diffusion is a physical process that leads to a uniform distribution of particles and thus complete mixing of two substances. Diffusion is based (as opposed to flow) on the thermal motion of particles. The particles can be atoms, molecules or charge carriers. In the case of uneven distribution, statistically more particles move from regions of high concentration into regions of low concentration or particle density than vice versa. This causes net macroscopic mass transport.
Bei einer dritten vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die reale Konzentrationsverteilung des ersten Stoffes in mindestens einer Ebene ermittelt. Es wird also auf mindestens eine zweidimensionale bzw. 2D-Ver- teilung der Konzentration des ersten Stoffes aufgebaut, um die Konzentrationsverteilung weiterer Stoffe unter Berücksichtigung physikalischer Gesetzmäßigkeiten im Kessel abzubilden. Derartige 2D-Verteilungen können mit den oben erläuterten, bereits bekannten Messverfahren mit hoher Messgenau- igkeit abgebildet werden.In a third advantageous development of the method according to the invention, the real concentration distribution of the first substance is determined in at least one plane. Thus, at least one two-dimensional or two-dimensional distribution of the concentration of the first substance is built up in order to map the concentration distribution of further substances taking into account physical laws in the boiler. Such 2D distributions can be imaged with the above-described, already known measuring methods with high measuring accuracy.
Bei einer vierten vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Temperaturverteilung im Verbren- nungsraum ermittelt. Die Temperaturverteilung wird für die Ermittlung der Konzentrationsverteilung des ersten Stoffes mitverwendet, als auch bei der Festlegung der erfindungsgemäß berücksichtigten physikalischen Gesetzmäßigkeiten sowie deren Parametrisierung.In a fourth advantageous development of the method according to the invention, a temperature distribution in the combustion determined. The temperature distribution is used to determine the concentration distribution of the first substance, as well as in the definition of the physical laws considered according to the invention and their parameterization.
Bei einer fünften vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Temperaturverteilung mittels einer Kombination von Absorptionsspektroskopie und CAT-Mess- technik ermittelt. CAT ist die Abkürzung von Computer AidedIn a fifth advantageous development of the method according to the invention, the temperature distribution is determined by means of a combination of absorption spectroscopy and CAT measuring technology. CAT is the abbreviation of Computer Aided
Tomographie und stellt in der Medizintechnik eine Standardmethode dar, mit der es möglich ist, eine zweidimensionale Temperaturverteilung zu ermitteln.Tomography and is a standard method in medical technology, with which it is possible to determine a two-dimensional temperature distribution.
Bei einer sechsten vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Konzentrationsverteilung des zweiten Stoffes in mindestens einer Ebene ermittelt. Die 2D- Ermittelung kann mit vertretbarem computertechnischem Aufwand realisiert werden. Ferner ermöglichst sie es mittels einer Schichtung der 2D-Ebenen eine gute näherungsweise Abbildung der zugehörigen Konzentrationen im dreidimensionalen Verbrennungsraum zu erzeugen.In a sixth advantageous development of the method according to the invention, the concentration distribution of the second substance is determined in at least one plane. The 2D determination can be realized with reasonable computer engineering effort. It also makes it possible to produce a good approximate mapping of the associated concentrations in the three-dimensional combustion chamber by means of a layering of the 2D planes.
Bei einer siebten vorteilhaften Weiterbildung des erfindungs- gemäßen Verfahrens wird die Konzentration des zweiten Stoffes an einer Stelle im Verbrennungsraum als eine Funktion von der Temperatur bzw. der Temperaturverteilung an anderen Stellen und von der Konzentration bzw. Konzentrationsverteilung des ersten Stoffes an anderen Stellen ermittelt. Die derartige Funktion kann beispielsweise wie folgt lauten:In a seventh advantageous development of the method according to the invention, the concentration of the second substance at one point in the combustion chamber is determined as a function of the temperature or the temperature distribution at other locations and of the concentration or concentration distribution of the first substance at other locations. The function may be as follows, for example:
C(NOx) an der Stelle x, y, zC (NO x ) at the point x, y, z
= f (Temperaturverteilung an allen anderen Stellen, c (O2) -Verteilung an allen anderen Stellen),= f (temperature distribution in all other places, c (O 2 ) distribution in all other places),
wobei C(NOx) die Konzentration von NOx (Stickoxid) darstellt, f für die Funktion selbst steht und C(O2) die Konzentration von O2 (Sauerstoff) darstellt. Mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ist es möglich ein nahezu vollständiges Bild einer Verbrennung zu erhalten und diese Verbrennung damit besser regeln zu können. Physikalische Zusammenhänge werden erfindungsgemäß genutzt, um zusätz- lieh zu realen Messergebnissen weitere Informationen zu erzeugen. So kann beispielsweise ermittelt werden, wie sich Stickoxid-Gase im Verbrennungsraum verteilen, um genauere Aussagen über den Verbrennungsprozess zu generieren und diesen situationsbezogener regeln zu können. Als Eingangswerte für das erfindungsgemäße Verfahren werden insbesondere bevorzugt die Konzentrationen von O2 (Sauerstoff) , CO (Kohlenmono- xid) und CO2 (Kohlendioxid) real gemessen.where C (NO x ) represents the concentration of NO x (nitric oxide), f represents the function itself, and C (O 2 ) represents the concentration of O 2 (oxygen). With the procedure according to the invention, it is possible to obtain an almost complete picture of a combustion and thus be able to better regulate this combustion. Physical relationships are used according to the invention in order to generate additional information on real measurement results. For example, it can be determined how nitrogen oxide gases are distributed in the combustion chamber in order to generate more accurate information about the combustion process and to be able to regulate this situation-related. As input values for the process according to the invention, the concentrations of O 2 (oxygen), CO (carbon monoxide) and CO 2 (carbon dioxide) are in particular preferably measured in real terms.
Die genannten vorteilhaften Weiterbildungen des erfindungsge- mäßen Verfahrens sind bevorzugt in Gestalt entsprechend ange- passter Einrichtungen auch in der erfindungsgemäßen Vorrichtung realisiert.The aforementioned advantageous developments of the method according to the invention are preferably also realized in the form of correspondingly adapted devices in the device according to the invention.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemä- ßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:An exemplary embodiment of the solution according to the invention will be explained in more detail below with reference to the attached schematic drawings. It shows:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßenFig. 1 shows an embodiment of the invention
Vorrichtung undDevice and
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßenFig. 2 shows an embodiment of the invention
Verfahrens .Procedure.
In Fig. 1 ist ein Verbrennungsraum 10 eines weiter nicht ver- anschaulichten Kohlekraftwerks dargestellt, in dem beim Betrieb des Kohlekraftwerks ein Kohlefeuer brennt. In dem Verbrennungsraum 10 befinden sich dabei das Brennmaterial Kohle mit zugehörigen Brenngasen, Flammen 11 sowie Abgase.FIG. 1 shows a combustion chamber 10 of a coal power plant, which is not further illustrated, in which a coal fire burns during operation of the coal power station. In the combustion chamber 10 are the fuel coal with associated fuel gases, flames 11 and exhaust gases.
Im Verbrennungsraum 10 sind zwei Messebenen 12 und 14 vorgesehen, an deren Rand sich jeweils Messinstrumente 16 befinden. Jeweils zwei der Messinstrumente 16 ermöglichen eine Ii- nienförmige Messung in der zugehörigen Messebene 12 bzw. 14, wobei mit Hilfe der Messinstrumente 16 und einer zugehörigen Auswerteeinrichtung 18 die Konzentrationen der Stoffe O2 (Sauerstoff) und CO (Kohlenmonoxid) gemessen werden können. Ferner kann mit den Messinstrumenten 16 und der Auswerteein- richtung 18 die Temperaturverteilung in der zugehörigen Messebene 12 bzw. 14 ermittelt werden. Die Messung beruht dabei auf einer Kombination der Absorptionsspektroskopie und der CAT-Technik.In the combustion chamber 10, two measuring planes 12 and 14 are provided, at the edge of each measuring instruments 16 are located. In each case two of the measuring instruments 16 enable a linear measurement in the associated measuring plane 12 or 14, wherein with the aid of the measuring instruments 16 and an associated evaluation device 18, the concentrations of the substances O 2 (oxygen) and CO (carbon monoxide) can be measured. Furthermore, with the measuring instruments 16 and the evaluation device 18, the temperature distribution in the associated measurement plane 12 or 14 can be determined. The measurement is based on a combination of absorption spectroscopy and the CAT technique.
Die Auswerteeinrichtung 18 ist über einen Datenbus 20 mit einer Optimierungseinrichtung 22, einer Bedieneinrichtung 24 und einer Leiteinrichtung bzw. Leittechnik 26 betrieblich gekoppelt. Über die Bedieneinrichtung 24 werden die von der Auswerteeinrichtung 18 ermittelten realen Konzentrationsver- teilungen sowie Temperaturverteilungen derart genutzt, dass mit der Optimierungseinrichtung 22 Vorschläge für eine Optimierung der Verbrennung erstellt und diese in der Leiteinrichtung 26 verwandt werden können. Dadurch werden die in dem Verbrennungsraum 10 brennenden Flammen 11 insbesondere im Hinblick auf einen geringen Ausstoß von NOx (Stickoxid) optimiert .The evaluation device 18 is operationally coupled via a data bus 20 with an optimization device 22, an operating device 24 and a guide or control system 26. Via the operating device 24, the real concentration distributions determined by the evaluation device 18 as well as temperature distributions are used in such a way that with the optimizing device 22 suggestions for an optimization of the combustion are created and these can be used in the guide device 26. As a result, the flames 11 burning in the combustion chamber 10 are optimized, in particular with regard to a low emission of NO x (nitrogen oxide).
Zur Optimierung verwendet die Optimierungseinrichtung 22 dabei physikalische Modellgleichungen der Diffusion und der Ki- netik im Verbrennungsraum, die zuvor anhand eines Modells des Verbrennungsraums 10 erstellt und in der Optimierungseinrichtung 22 gespeichert worden sind.For optimization purposes, the optimization device 22 uses physical model equations of the diffusion and of the kinetic in the combustion chamber, which were previously created on the basis of a model of the combustion chamber 10 and stored in the optimization device 22.
Das zugehörige Verfahren ist in Fig. 2 veranschaulicht. Es umfasst den Schritt 28 des Aufsteilens von physikalischen Modellgleichungen der Verbrennung im Verbrennungsraum 10 sowie weitere Schritte 30, 32 und 34. Im Schritt 30 wird die Konzentrationsverteilung zumindest der Stoffe O2 und CO in den oben genannten Messebenen 12 und 14 ermittelt. Im Schritt 32 wird die Temperaturverteilung in diesen Ebenen ermittelt.The associated method is illustrated in FIG. It comprises the step 28 of apportioning physical model equations of the combustion in the combustion chamber 10 as well as further steps 30, 32 and 34. In step 30, the concentration distribution of at least the substances O 2 and CO in the aforementioned measurement planes 12 and 14 is determined. In step 32, the temperature distribution in these planes is determined.
Diese Eingangsdaten werden im Schritt 34 verwendet, um die Konzentrationsverteilung eines weiteren Stoffes, vorliegend insbesondere NOx, nicht nur in den Messebenen 12 und 14 sondern auch in den restlichen Bereichen des Verbrennungsraums 10 zu ermitteln. Gegebenenfalls können Rückschlüsse in diesem Schritt 34 sowie aus den Schritten 30 und 32 verwendet wer- den, um die Bildung der physikalischen Modellgleichungen im Schritt 28 weiter zu verbessern.These input data are used in step 34 to determine the concentration distribution of another substance present In particular, NO x , not only in the measurement planes 12 and 14 but also in the remaining areas of the combustion chamber 10 to determine. If appropriate, conclusions can be used in this step 34 as well as in steps 30 and 32 in order to further improve the formation of the physical model equations in step 28.
Auf der Grundlage dieser Ermittlung erfolgt dann in einem Schritt 36 eine Optimierung der Verbrennung, beispielsweise durch eine Änderung der Luftschichtung und/oder ein abschnittsweises Ändern des Luftüberschusses. On the basis of this determination, an optimization of the combustion then takes place in a step 36, for example by a change in the air stratification and / or a section-wise change of the excess air.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Überwachen der Verbrennung in einem Verbrennungsraum (10) eines Kraftwerks, insbesondere eines Kohle- kraftwerks, mit den Schritten:1. A method for monitoring combustion in a combustion chamber (10) of a power plant, in particular a coal power plant, comprising the steps of:
- Ermitteln (30) einer realen Konzentrationsverteilung eines ersten Stoffes im Verbrennungsraum und- Determining (30) a real concentration distribution of a first substance in the combustion chamber and
- Ermitteln (34) der Konzentrationsverteilung eines zweiten Stoffes anhand der realen Konzentrationsverteilung des ersten Stoffes und mindestens einer physikalischen Modellgleichung.- Determining (34) the concentration distribution of a second substance on the basis of the real concentration distribution of the first substance and at least one physical model equation.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die mindestens eine physikalische Modellgleichung die Kinematik im Verbrennungsraum (10) abbildet.2. The method of claim 1, wherein the at least one physical model equation maps the kinematics in the combustion chamber (10).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die mindestens eine Modellgleichung die Diffusion im Verbrennungsraum (10) abbildet.3. The method of claim 1 or 2, wherein the at least one model equation, the diffusion in the combustion chamber (10) images.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die reale Konzentrationsverteilung des ersten Stoffes in mindestens einer Ebene (12, 14) ermittelt wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the real concentration distribution of the first substance in at least one plane (12, 14) is determined.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem eine Temperaturverteilung im Verbrennungsraum ermittelt wird (32) .5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein a temperature distribution in the combustion chamber is determined (32).
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Temperaturverteilung mittels einer Kombination von Absorptionsspektroskopie und CAT-Messtechnik ermittelt wird.6. The method of claim 5, wherein the temperature distribution is determined by means of a combination of absorption spectroscopy and CAT metrology.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Konzentrationsverteilung des zweiten Stoffes in mindestens einer Ebene (12, 14) ermittelt wird. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the concentration distribution of the second substance in at least one plane (12, 14) is determined.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Konzentration des zweiten Stoffes an einer Stelle im Verbrennungsraum als eine Funktion von der Temperatur an anderen Stellen und von der Konzentration des ersten Stoffes an anderen Stellen ermittelt wird.A method according to any one of claims 1 to 7, wherein the concentration of the second substance at a location in the combustion space is determined as a function of the temperature at other locations and the concentration of the first substance at other locations.
9. Vorrichtung zum Überwachen der Verbrennung in einem Verbrennungsraum (10) eines Kraftwerks, insbesondere eines Kohlekraftwerks, mit: - einer Einrichtung (16) zum Ermitteln einer realen Konzentrationsverteilung eines ersten Stoffes im Verbrennungsraum (10) und9. A device for monitoring the combustion in a combustion chamber (10) of a power plant, in particular a coal power plant, comprising: - means (16) for determining a real concentration distribution of a first substance in the combustion chamber (10) and
- einer Einrichtung (18) zum Ermitteln der Konzentrationsverteilung eines zweiten Stoffes anhand der realen Konzentrati- onsverteilung des ersten Stoffes und mindestens einer physikalischen Modellgleichung. - Means (18) for determining the concentration distribution of a second substance on the basis of the real concentration ons distribution of the first substance and at least one physical model equation.
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