用於控制燃燒鍋爐中的燃燒的方法和裝置與流程

2023-12-10 15:19:52 2

本發明涉及一種用於控制燃燒鍋爐中的燃料燃燒的方法和裝置。本發明特別應用於火力發電廠的燃燒鍋爐。

背景技術：
從現有技術中已知具有至少一個燃燒室的燃燒鍋爐，其中燃料在添加燃燒空氣的條件下進行燃燒。在燃料燃燒時，產生熱的燃燒氣體，所述燃燒氣體的熱能在燃燒鍋爐的傳導廢氣的區域中，特別是經由換熱器提取，並且緊接著轉換為電能。在燃燒型發電廠中燃燒燃料時，必須遵守日益嚴格的有害物質限值。除了對燃燒廢氣的附加清潔，例如通過過濾器的附加清潔以外，在燃燒燃料期間避免有害物質的產生也是特別重要的。為了在燃燒燃料時產生有害物質儘可能低的燃燒廢氣，期望對在燃燒室中被提供用於燃燒的氧氣進行儘可能精確的控制，所述氧氣的量尤其與在燃燒室中所使用的燃料的質量和品質相關。因此，在已知的燃燒鍋爐中，實現將具有氧氣的燃燒空氣經由相應的燃燒空氣供給部受控制地供給到燃燒室中。除此之外已知的是，在排料口的下方為了移除燃燒室的燃燒殘餘物需設有至少一個傳送機，通過所述傳送機，燃燒鍋爐的熱灰渣和/或其它殘餘物被移除。為了運行這樣的傳送機，也已經提出的是，反向於傳送方向使冷卻空氣流和/或氧化氣流與灰渣接觸，以便再在所述傳送機上燃燒未(完全地)燃燒的成分以及必要時實現灰渣的完全凝結直至從傳送機排出。所述冷卻空氣流或者氧化氣流在此被極大地限制，因為它們由於在燃燒室中的(通常存在的)低壓穿過排料口進入。這樣的傳送機例如在WO-A-2010043504中被描述。現在已經確定的是，特別是在變換的負載條件下，在燃燒鍋爐中和/或在傳送機中出現對灰渣的燃燒和/或傳送、冷卻、後燃燒的所希望的結果的不期望的影響。

技術實現要素：
因此，本發明的目的在於，相關於現有技術，至少部分地解決所描述的問題，並且尤其提出一種用於控制燃料鍋爐中的燃料燃燒的方法，通過所述方法，能夠特別精確地控制在燃燒鍋爐中被提供用於燃燒燃料的燃燒空氣。此外，還應提出一種燃燒鍋爐，通過所述燃燒鍋爐，能夠以特別精確的方式控制在燃燒室中被提供用於燃燒燃料的燃燒空氣。除此之外，還應實現，儘管在燃燒鍋爐中和/或在傳送機中的負載條件改變，但是能夠相關於下述方面中的至少一個實現改進的結果：廢氣組成、燃燒的溫度或者灰渣的溫度、燃燒的化學計量、灰渣的冷卻、灰渣的後燃燒、熱量回收。所述目的通過根據本發明的用於控制燃燒鍋爐中的燃料的燃燒的方法以及根據本發明的裝置來實現。本發明的其它優選設計方案在下文中給出。應當指出的是，在下文中單獨闡述的特徵能夠以任意的、技術上有意義的方式彼此組合併且定義本發明的其它設計方案。除此之外，在說明書中進一步說明和闡述在權利要求中給出的特徵，其中描述本發明的其它的優選設計方案。根據本發明的用於控制燃燒鍋爐中的燃料燃燒的方法至少具有下述步驟：a)確定燃燒鍋爐中用於燃料燃燒的期望的燃燒空氣量，b)確定燃燒鍋爐中被提供用於燃料燃燒的燃燒空氣量，c)通過燃燒鍋爐的至少一個排料口或者設備開口來控制至少一個燃燒空氣進氣，以便使燃燒鍋爐中提供的燃燒空氣量至少部分地與期望的燃燒空氣量相匹配，其中根據步驟c)調節下述燃燒空氣進氣中的至少一個：經由所述燃燒空氣供給部的燃燒空氣進氣；經由所述至少一個排料口的燃燒空氣進氣；經由所述至少一個設備開口的燃燒空氣進氣。在這裡術語「燃燒空氣」理解為至少包括氧氣的氣體或氣體混合物。燃燒空氣的氧氣含量尤其為至少10體積％(體積百分比)，優選至少20體積％或者特別優選至少30體積％。特別地，燃燒空氣也能夠是必要時預熱的環境空氣。期望的燃燒空氣量尤其是如下燃燒空氣量，所述燃燒空氣量對於相應地在燃燒室中待燃燒的燃料的種類和/或量提供用於燃料的特別優選的有害物質尤其低的燃燒所必需的氧氣量。特別地，期望的燃燒空氣量也能夠是如下燃燒空氣量，所述燃燒空氣量依據燃燒空氣的氧氣含量對於燃燒室中的燃料的化學計量的燃燒所必需的燃燒空氣量。尤其將褐煤、石煤、石油、天然氣、家庭垃圾、工業垃圾和/或生物質用作燃料。相應地與燃料的種類、質量和/或品質相關的、期望的燃燒空氣量對於本領域技術人員是基本上是已知的，並且特別能夠從燃燒鍋爐的相應的操作手冊中獲取。為了確定期望的(或者需要的)燃燒空氣量，能夠使用測量值和/或計算模型，以至於能夠在(當前的或者預先確定的未來的)時間點上確定對於預先給定的(化學計量的)燃燒所必需的燃燒空氣量。根據提出的方法，此外對實際在燃燒鍋爐中提供的燃燒空氣量進行確定，例如藉助於測量燃燒鍋爐的燃燒室內部的氧氣濃度的氧氣傳感器進行確定。顯然，對此也能夠考慮其它的傳感器和/或計算模型等。就這方面來說，(當前的或者在預先確定的時間點)實際在燃燒鍋爐中提供的燃燒空氣量的確定能夠通過測量值和/或計算來進行。所述步驟b)尤其能夠在步驟a)之後和/或在步驟a)期間和/或在步驟a)之前執行。隨後進行在燃燒室中提供的燃燒空氣量與在燃燒室中期望的燃燒空氣量的相匹配。換句話說，在燃燒室中提供的燃燒空氣量應儘可能精確地設定為在燃燒室中期望的燃燒空氣量。這通過控制(尤其調節)穿過燃燒鍋爐的至少一個排料口和/或至少一個設備開口的至少一個燃燒空氣進氣來進行。「設備開口」特別理解為(例如穿過側壁和/或頂壁)到燃燒鍋爐的入口，經由所述設備開口(以不確定的方式)供給(至少間歇性地)添加的空氣。在此尤其包括這樣的開口：設備，例如傳感器、清潔系統、採樣設備等穿過所述開口(間歇性地)引入到燃燒鍋爐中(和/或下遊區域中)。必要時，在那裡也能夠設有使用吹掃氣體的密封元件。這特別意味著，所述至少一個燃燒空氣進氣穿過燃燒鍋爐的至少一個排料口和/或至少一個設備開口和/或設有的燃燒空氣供給部(主動地)降低和/或升高和/或(在外部條件變化時)保持恆定，以便使在燃燒室中提供的燃燒空氣量儘可能精確地與在燃燒室中期望的燃燒空氣量相匹配。燃燒空氣進氣至少部分是穿過燃燒室的排料口流入燃燒室中的燃燒空氣量。燃燒空氣量例如以m3/min(立方米每分鐘)來進行測量。在這裡要澄清的是，在燃燒室中提供的燃燒空氣量與在燃燒室中期望的燃燒空氣量的相匹配也能夠附加地藉助於燃燒室的其它燃燒空氣供給部(例如燃燒鍋爐的壁中的獨立的燒嘴、噴嘴等)來實現。因此對穿過至少一個排料口和/或設備開口的至少一個燃燒空氣進氣的控制是必要時附加的調節變量，以便特別精確地使在燃燒室中提供的燃燒空氣量與在燃燒室中期望的燃燒空氣量相匹配。此外，應當指出的是，燃燒室的至少一個排料口是燃燒室中的開口，來自燃燒室的燃料的燃燒殘餘物至少部分地和/或基本上完全地從所述開口移除。排料口優選在燃燒室的底部區域中構成，並且尤其將燃燒室與設置在燃燒鍋爐下方的、用於燃燒殘餘物的傳送機連接。所述匹配優選在燃燒鍋爐運行時定期地進行，特別是當對於灰渣的燃燒和/或灰渣的傳送重要的參數改變時進行。在第一種情況下，也就是說例如當在燃燒鍋爐中的燃料和/或環境條件改變時進行匹配。在第二種情況下，也就是說尤其當灰渣量、冷卻能力和/或後燃燒的程度改變時進行匹配。非常特別優選在實際中實時進行匹配，以至於很快地適應或者重新設定所述運行。現在已經看出，氣體能夠以(在時間上)劇烈變化的量和/或以大的規模經由所述排料口和/或設備開口流入燃燒室中，並且因此不能以用於保持非常小的有害物質限值所期望的精確度添加在燃燒室中提供的用於燃燒燃料的氧氣。雖然嘗試將穿過燃燒室的排料口和/或設備開口的燃燒空氣的入流限制到最小值，但是來自燃燒室的排料口和/或設備開口的燃燒空氣的仍然存在的不可控制的進氣依然與用於精確地控制燃燒室中提供的用於燃料燃燒的氧氣的顯著的不確定性相關。因此，除此之外，必要時必須降低燃燒鍋爐和/或傳送機的功率或效率，以便避免這種幹擾的影響。這個已經長時間存在的問題現在被解決。因此，本發明基於這樣的設想：檢測並且為了所提供的燃燒空氣的設定考慮所有進入鍋爐中的空氣流和/或氣體流(只要它們對於燃燒過程有影響)。那麼，以需求為導向或者以應用為導向，空氣流能夠經由傳統的燃燒空氣供給部、排料口和/或設備開口進行調節。所述經由所有開口對燃燒空氣的在線調節允許燃燒空氣的特別準確的和必要時也可以是定向的供給，所述燃燒空氣能夠有利地影響火焰的位置和/或燃燒過程的效率和/或殘餘物/有害物質等的形成。因此，在所述方法中尤其優選的是，步驟c)包括主動地調節全部的燃燒空氣量。因此特別涉及直接的、所謂的「在線」調節。在此(也可以藉助於傳感器)測定或確定以及(實時)直接地(例如在使用相應的調節軟體的情況下)處理例如燃燒鍋爐的測量值和/或特徵值，以至於進行要提供的、在實際中精確地與期望的燃燒空氣量相一致的燃燒空氣量的儘快的且直接的調整。在此，優選這樣執行所述方法，使得下述燃燒空氣進氣中的至少一個根據步驟c)進行調節：-經由燃燒空氣供給部的燃燒空氣進氣，-經由至少一個排料口的燃燒空氣進氣，-經由至少一個設備開口的燃燒空氣進氣。在此，在燃燒鍋爐運行期間，能夠在不同的時間點分別提高、降低燃燒空氣進氣和/或保持燃燒空氣進氣恆定，必要時也能夠同時調整多個燃燒空氣進氣。尤其能夠選擇燃燒空氣進氣的改變的量和類型，例如能夠交替地開啟或關閉相同類型的設備開口，或者以適合的方式運行所述設備開口的吹掃氣體。但是如果例如來自於燃燒鍋爐的排放顯著地改變，那麼能夠進行對(初級/次級)燃燒空氣供給部和/或排料口的調整。優選在步驟c)中至少通過下述機構中的一個對燃燒空氣進氣進行控制：-用於燃燒鍋爐的至少一個排料口的燃燒空氣的至少一個配量裝置，-用於燃燒殘餘物的至少一個傳送機，-在至少一個傳送機的至少一個殼體中的至少一個能至少部分關閉的開口。用於至少一個排料口的燃燒空氣的至少一個配量裝置特別是燃燒鍋爐的燃燒室的至少一個排料口的區域中的能至少部分和/或完全關閉的蓋，和/或能至少部分和/或完全關閉的閥，通過所述蓋和/或所述閥能夠控制從外部到燃燒鍋爐中的燃燒空氣進氣的入流。在此燃燒空氣進氣的減少通過由配量裝置至少部分地或者完全地關閉排料口來實現，和/或燃燒空氣進氣的提高通過由配量裝置至少部分地或者完全地開啟排料口來實現。附加地或可替代地，燃燒空氣進氣也能夠藉助於用於燃燒殘餘物的至少一個傳送機，例如通過調整傳送機的傳送速度的方式來控制，以至於特別是至少部分地或者完全地用燃燒殘餘物來封閉燃燒室的排料口。除此之外，也能夠通過特別是影響在排料口區域中的、要通過燃燒空氣進氣克服的流動阻力的方式來影響具有燃燒殘餘物的傳送機的裝載高度。因此，例如能夠通過降低至少一個傳送機的傳送速度來減小燃燒空氣進氣，或者通過提高至少一個傳送機的傳送速度來減小燃燒空氣進氣。用於燃燒殘餘物的至少一個傳送機優選設置在至少一個排料口下方，並且基本上由至少一個基本上氣密地連接在燃燒鍋爐上的殼體圍繞。所述殼體具有至少一個能部分和/或完全關閉的開口，其中所述開口特別能夠是殼體在傳送機的傳送路徑的端部上的開口，以便尤其將在傳送機上傳送的燃燒殘餘物從傳送機和/或從傳送機中移除和/或從至少一個傳送機的至少一個殼體中移除。環境空氣能夠從所述至少一個能部分和/或完全關閉的開口流入殼體中並且穿過至少一個排料口作為燃燒空氣進氣流入燃燒鍋爐的燃燒室，其中在所述至少一個殼體內部沿著至少一個傳送機形成流動路徑。這個過程例如能夠通過在至少一個能至少部分關閉的開口的區域中和/或沿著燃燒空氣進氣的流動路徑的一個或多個泵、鼓風機、閥等得到輔助。殼體的至少一個開口能部分和/或完全關閉，以至於能夠控制穿過殼體和排料口流入燃燒室中的燃燒空氣進氣。但是需要澄清的是，殼體的其它開口，例如用於有針對性地為由至少一個傳送機傳送的燃燒殘餘物供給冷卻空氣的開口，也能夠構成為能關閉的，以便相應地控制穿過燃燒鍋爐的至少一個排料口的燃燒空氣進氣。藉助於在這裡提出的方式，一方面應特別提供適於傳送機的運行的空氣量，以至於例如保持被排出的燃燒殘餘物的期望的燃燒程度和/或凝結程度。此外，在對此所需要的空氣量相對大的情況下，應緊接著限制通過排料口進入燃燒鍋爐中和/或與供給到其它地方的燃燒空氣量相適。這也特別是通過相應的監控措施和調節措施在實際中實時地進行。優選地，燃燒空氣進氣的至少一個物理特性藉助於至少一個第二傳感器測量，或者提供的燃燒空氣量的確定藉助於至少一個第一傳感器來進行。顯然，這些措施能夠彼此組合。燃燒空氣進氣的至少一個物理特性例如能夠是流過至少一個排料口的燃燒空氣進氣的質量流速、體積流速、溫度、溼度、化學組成、氧氣濃度和/或對燃燒鍋爐的燃燒室中的燃料燃燒產生影響的其它物理特性。至少一個第二傳感器特別是能夠確定燃燒空氣進氣的前述物理特性中的至少一個的傳感器。因此，至少一個第一傳感器例如是能夠在燃燒鍋爐的至少一個燃燒室的內部測量氧氣濃度的氧氣傳感器。優選連續地藉助於第一傳感器和/或第二傳感器進行燃燒空氣進氣的至少一個物理特性的測量和/或提供的燃燒空氣量的確定，以至於在確定燃燒室中提供的燃燒空氣量與燃燒室中期望的燃燒空氣量的偏差時，能夠儘可能快地控制至少一個燃燒空氣進氣，也就是說，能夠減小或提高至少一個燃燒空氣進氣。根據本發明的另一個方面，也提出一種燃燒鍋爐，所述燃燒鍋爐具有用於燃料的至少一個燃燒室、用於排出燃燒殘餘物的至少一個排料口、用於確定在至少一個燃燒室中提供的用於燃燒燃料的燃燒空氣量的至少一個第一傳感器、用於穿過至少一個排料口的燃燒空氣進氣的至少一個物理特性的至少一個第二傳感器，其中所述至少一個排料口具有用於燃燒空氣進氣的至少一個配量裝置和/或至少一個至少部分地圍繞至少一個用於燃燒殘餘物的傳送機的殼體，所述殼體具有至少一個能至少部分關閉的開口。在這裡所提出的燃燒鍋爐尤其設置為用於執行根據本發明的、用於控制在燃燒鍋爐中的燃料燃燒的方法。因此，在這一點上參閱根據本發明的方法的描述。在本文中，殼體優選具有多個全都能關閉的開口。在配量裝置方面，其也能夠設置為，將經由傳送機提供的燃燒空氣流的一部分再次提取(例如藉助於相應的抽吸裝置)。在這方面來說，配量裝置和傳送機也能夠共同在燃燒鍋爐中實現。在另一個有利的實施方式中，至少一個第一傳感器、至少一個第二傳感器、至少一個配量裝置、至少一個傳送機的至少一個驅動器、燃燒室的燃燒空氣供給部和/或殼體的至少一個能至少部分關閉的開口以數據傳輸的方式與控制單元連接，其中所述控制單元設計為用於調節穿過至少一個排料口的燃燒空氣進氣。因此，至少一個流過至少一個排料口的燃燒空氣進氣的特別簡單的自動化控制，也就是說，尤其特別簡單的自動化操控和/或調節是可行的。至少一個傳送機的至少一個驅動器例如是電動機，通過所述電動機能夠改變傳送機的傳送速度。附圖說明在下文中根據附圖進一步闡述本發明以及技術領域。應當指出的是，附圖示出本發明的尤其優選的實施形式變形方案，但是本發明不受限於此。具體實施方式從圖1中示意性地看出具有燃燒室11的燃燒鍋爐2。在燃燒室11的內部，在經由(初級/次級)燃燒空氣供給部15來供給燃燒空氣的情況下進行燃料1的燃燒。除此之外，燃燒鍋爐2具有多個設備開口19，例如當傳感器和/或清潔器在那穿過和/或運行時，附加的空氣流能夠穿過所述設備開口(間歇性地和/或持續地)進入。燃燒鍋爐2的燃燒室11此外具有排料口3，經由所述排料口能夠將燃燒殘餘物6從燃燒室11中移除到設置在所述排料口3下方的傳送機5上。傳送機5在這裡構成為傳送帶。為了控制燃燒空氣進氣16，在排料口3的區域中設置有在這裡構成為兩個可旋轉地安裝的蓋形式的配量裝置4。燃燒空氣進氣通過關閉配量裝置4來減少，並且通過開啟配量裝置4來提高。燃燒鍋爐2在燃燒室11中此外具有用於確定在燃燒鍋爐2中提供的燃燒空氣量的第一傳感器9和用於確定在排料口3的區域中的燃燒空氣進氣16的物理特性的第二傳感器10。除了配量裝置4以外，燃燒空氣進氣16也能夠通過傳送機5的驅動器12來控制，特別是通過調整傳送機5的傳送速度進而調整傳送機5的裝載高度17來控制。傳送機5此外設置在殼體8中，所述殼體在這個實施例中具有兩個能至少部分和/或完全關閉的開口7。這兩個能至少部分和/或完全關閉的開口7中的較低的一個能夠通過能調節的蓋14至少部分地和/或完全地關閉。通過這兩個能部分和/或完全關閉的開口7，環境空氣流入殼體8中並且沿著傳送機5構成朝燃燒室11方向的流動路徑18。在殼體8中的環境空氣能夠至少部分地冷卻在傳送機5上的燃燒殘餘物6，並且至少部分地促進在傳送機5上的燃燒殘餘物6的後燃燒，其中由於在傳送機5上的燃燒殘餘物6的後燃燒從環境空氣中提取至少部分的氧氣。這意味著，環境空氣的氧氣濃度朝燃燒室11的方向至少部分地降低。第一傳感器9、第二傳感器10、配量裝置4、驅動器12、燃燒空氣供給部15和/或蓋14以數據傳輸的方式(在這裡用虛線表示)與控制單元13連接，所述控制單元設計為，用於控制燃燒空氣進氣16，以便使在燃燒鍋爐2中提供的燃燒空氣量，也就是說特別是提供的氧氣量，至少部分地或者完全地與期望的燃燒空氣量，也就是說特別是期望的氧氣量相匹配。本發明的特徵在於，在燃燒鍋爐中提供的燃燒空氣量的精確的調節，並且實現特別有利地降低在燃料燃燒時產生的有害物質，其中同時能夠確保對排放的燃燒殘餘物的非常好的(完全的)處理。附圖標記列表1燃料2燃燒鍋爐3排料口4配量裝置5傳送機6燃燒殘餘物7能關閉的開口8殼體9第一傳感器10第二傳感器11燃燒室12驅動器13控制單元14蓋15燃燒空氣供給部16燃燒空氣進氣17裝載高度18流動路徑19設備開口