蒸汽锅炉燃烧控制的方法和设备技术

一种蒸汽锅炉燃烧控制的方法,用于测定空间温度分布和至少一种在燃烧过程中生成的反应产物的浓度剖面。按照本发明专利技术,为了在高效率和低环境污染物排放的同时保证均匀的蒸汽产量,根据燃烧室内的温度分布和浓度剖面,借助多个通过模糊或神经模糊逻辑检测的额定值(SWn),控制要供入燃烧过程的反应混合物的成分。用于实施此方法的设备包括至少两个用于从燃烧室(1)采集放射数据(D)的光学传感器(2、3)和一个与之连接的数据处理系统(4),后者与一个具有模糊或神经模糊组件(5)的调节装置(6)连接。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
蒸汽锅炉燃烧控制的方法和设备本专利技术涉及一种蒸汽锅炉燃烧控制的方法，该方法确定温度和至少一种在燃烧过程中生成的反应产物的浓度。本专利技术还涉及一种实施此方法的设备。在蒸汽锅炉内燃烧矿物燃料时，为不断改进燃烧过程，尤其为了获得均匀的蒸汽产量进行了大量工作。为了在尽可能少排放环境污染物(尤其是氮氧化物)和充分燃烧以及在低烟气排放量和高效率的前提下达到优良的燃烧过程，必须按恰当的方式预调许多可能的调节参数。视为调节参数的主要有燃料的供给和分配或多种燃料时的混合比、空气供给及其空间分布、燃烧用空气的温度和它的氧气浓度、辅助燃料或其它用于降低氮氧化物浓度的添加剂的供给和/或用于调节燃烧温度的蒸汽供给。通常通过恰当的燃烧方法亦即通过恰当的燃烧控制来实现要求。鉴于调节参数众多以及同样大量的控制参数，所以在燃烧控制方面所涉及的是一种极为复杂的控制问题。因此，为解决此控制问题，一种建立在控制路程的数学模型基础上和依赖实时测定测量值的控制方法，往往不能满足要求。其原因主要是，在燃烧矿物燃料如煤或焚化垃圾时，燃料或混合燃料的化学成分变化很大，因此其热值的变化范围也很大。例如使用不同品种的煤作矿物燃料产生蒸汽时，或焚化垃圾时由于其成分不均匀，均导致热值不稳定，这种不稳定对于环境污染物的排放和蒸汽产量均造成有害影响。在燃烧工业废料时，在通常同时燃烧固体和液体以及气态燃料时也都存在这些缺点。考虑到由于对燃料的成分通常不清楚和对燃料的质量不能充分测量所带来的不确定性，在现有技术中采用模糊技术进行燃烧控制。在“模糊逻辑”第二卷，R.Oldenburg出版社，1994年第189-201页刊登的由C.vonAltrock、B.KrauSe、K.Limper和W.Schafer等人所著的论文“利用模糊逻辑控制垃圾焚化设备”中，介绍了这种控制燃烧的方法。在此已知的方法中，为了测量温度采用了一种红外照相机，以确定二维温度场。然而不足之处在-->于，采用这种方法只能确定温度，而不能测定燃烧时形成的烟气的成分。除此之外，因为只是测量局部温度，所以由于烟道成绺或歪斜而使测量结果不真实。这样的温度测量对于在各个燃烧器内或燃烧室某些部位的情况没有给出任何信息，所以在这种已知的调节方法中没有涉及在燃烧过程中表明空间分布特征的数据。因此，为了进一步改进燃烧过程的燃烧控制或燃烧方法，了解温度分布和在燃烧过程中生成的反应产物的浓度剖面，具有决定性的重要意义。这些信息可借助于放射光谱学由火焰的本征辐射中获得。这种用于“实时多维光谱测量温度和燃烧产物”的方法，在由F.Wintrich所著发表在“最新环保技术”，UTA 5/93第403至406页中的论文“低污染物的燃烧方法”中作了介绍。这种方法通过比例高温测量法确定温度，而反应产物或燃烧产物的浓度则借助放射光谱学确定。在此已知的控制燃烧的方法中，控制参数是环境污染物的排放，其中只是通过恰当地添加辅助材料，例如通过添加NH3，和/或通过向各个燃烧器恰当地供应空气，在控制技术上加以干预。本专利技术的目的在于提供一种控制蒸汽锅炉燃烧的方法，采用这种方法可使在燃烧时生成的环境污染物的排放尽可能低，与此同时可以获得特别均匀的蒸汽量和尽可能高的设备效率。这些要求应在一种适合于实施此方法的设备中通过简单的措施来实现。本专利技术有关方法的目的是这样实现的：即根据空间温度分布和浓度剖面，借助于模糊或神经模糊逻辑，确定若干要供入燃烧过程的反应混合物的成分的额定值。对此，本专利技术以下列考虑为出发点：依据快速的局部分布的三维温度测量和燃烧产物浓度测量，借助于模糊逻辑，首先只是确定一些额定值，这些额定值随后作为下一步传统控制方法的控制参数，以便形成控制燃烧所需的调节信号。为了在这种情况下能修正不同的和非常不稳定的燃烧值，最好确定要供入燃烧过程的燃料或混合燃料成分的额定值。在一种垃圾焚化炉中，这一额定值规定了要手动或自动供入燃烧过程的垃圾混合物。为了除此以外能获得特别高的燃烧效率，最好确定另一个关于向燃烧过程供入空气的额定值。此外，最好确定一个关于向燃料加入添加剂的剂量的额定值。例如，在燃烧室内部的恰当位置通过添加准确计量的尿素，可以减少氮氧化合物的生-->成。试验证明，为了增加O2浓度而添加氧气，对于排放物和充分燃烧都带来有利的影响。总之，通过恰当确定这种加入燃料的添加剂的剂量，可以达到非常低的环境污染物的排放。按照一项合乎目的的进一步改进，由从燃烧过程采集的放射光谱以地貌图形重现空间温度分布和空间浓度剖面。通过计算机x射线断层照相再现放射光谱可以构成有关空间温度分布和反应产物浓度剖面的整体测量场图像。由这些测量场或数据场可方便地推断出各种具体特征，例如最大值的位置或某分布的形状以及它们在空间的变化，并可用于确定额定值。蒸汽锅炉燃烧控制的设备包括一个燃烧室和一个与至少两个用于从燃烧室采集放射数据的光学传感器连接的数据处理系统。为达到所提出的设备方面的目的，本专利技术提供了一个与数据处理系统连接的调节装置，它包括一个模糊调节组件或神经模糊调节组件，用于由放射数据确定若干要供入燃烧室的反应混合物成分的额定值。在将模糊调节组件与神经元网结合时，可通过神经元网确定例如一些或所有模糊调节器的参数。通过相应的神经元网还可以确定模糊化的或解模糊化的相关函数，以获得整体上特别有利的调节特性。按照一种有利的设计，调节器包括另一个与模糊或神经模糊调节组件连接的调节组件。此另一个调节组件最好是一个传统的调节器，用于形成控制向燃烧室供给不同反应物质的输入装置的调节信号。为了能显示出要供入燃烧过程的反应混合物的额定成分，数据处理系统与一个显示器连接。显示器显示关于反应混合物成分的一个或每一个额定值，尤其是由多种成分组成的燃料成分的额定值。为了能将各种在燃料室中参加反应的反应物质的量彼此分开地和独立地调整，调节器分别通过一条控制线与用于输入燃料的第一输入装置、与用于输入空气的第二输入装置以及与用于输入一种添加剂的第三输入装置连接。下面借助附图详细说明本专利技术的实施例，附图中：图1为一种燃烧控制的功能图；图2为用于确定燃烧控制用额定值的模糊调节器的功能图。在两个图中互相对应的部分采用相同的符号。在一种图中未示出的蒸汽锅炉的燃烧室1中，例如在电厂设备的矿物燃-->料的蒸汽发生器中或垃圾焚化炉中，进行这种燃烧过程。光学传感器2和3的专用照相机从燃烧室1检测形式为放射光谱的放射数据D，并将它们输入数据处理系统4。在数据处理系统4中，根据放射光谱并借助于计算机x射线断层照相术的重现，计算出空间的温度分布和燃烧时生成的反应产物例如NOx，COx，CH和O2的三维局部分解的浓度剖面。此外，通过比例高温测量法确定温度，借助放射光谱学确定燃烧产物的浓度，在这种情况下，计算机x射线断层照相术重现的放射光谱提供整体测量场F。温度分布和浓度剖面的这些测量场F被输入调节装置6的模糊调节组件5中。此外，将表示温度分布和燃烧过程反应产物浓度剖面特征的特征数据M输入一个用于提取具体特征值的组件7。为此，从测量场F导出具体特征，例如最大值位置或分布形状或它们的空间变化。这些特征数据M同样在模糊调节组件5中进行处理。此外，由额定值发生器8将额定值S以及由测量值检测器9将与设备相关的测量值MW输入给模糊本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种蒸汽锅炉燃烧控制的方法，所述方法测定温度和至少一种在燃烧过程中生成的反应产物的浓度，其特征在于，根据空间温度分布和浓度剖面，借助于模糊逻辑或神经模糊逻辑，确定若干供入燃烧过程的反应混合物(B、L、H)的成分的额定值(SWn)。

【技术特征摘要】
1995.03.15 DE 19509412.31.一种蒸汽锅炉燃烧控制的方法，所述方法测定温度和至少一种在燃烧过程中生成的反应产物的浓度，其特征在于，根据空间温度分布和浓度剖面，借助于模糊逻辑或神经模糊逻辑，确定若干供入燃烧过程的反应混合物(B、L、H)的成分的额定值(SWn)。2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，确定关于要供入燃烧过程的燃料(B)的成分的第一额定值(SW1)。3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，确定关于向燃烧过程供入空气(L)的第二额定值(SW2)。4.按照权利要求1至3中之一所述的方法，其特征在于，确定关于加入燃料(B)中的添加剂(H)的剂量的第三额定值(SW3)。5.按照权利要求1至4中之一所述的方法，其特征在于，由温度分布和/或浓度剖面导出表明此温度分布或浓度剖面特征的数据(M)，并用于确定这个或每个额定值(SWn)。6.按照权利要求1至5中之一所述的方法，其特征在于，借助于x射线断层照相技术由从燃烧过程采集的放射光谱(D)重现...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍斯特·霍夫曼，格哈特·劳斯特尔，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE