用于燃烧锅炉的运行的控制方法技术

本发明专利技术属于锅炉控制领域并且涉及一种用于燃烧锅炉的运行的控制方法，包括在锅炉的至少一个位置处提供烟道气速度的预定上限(VF，最大)；监测在所述锅炉的至少一个位置处的燃料的燃烧过程中的烟道气速度(VF)；将烟道气速度(VF)与预定上限(VF，最大)进行比较；如果烟道气速度超过预定上限(VF，最大)，则降低锅炉的热负荷。本发明专利技术还涉及一种控制系统，该控制系统被配置以执行控制方法。

A control method for the operation of a combustion boiler

The invention belongs to the field of boiler control and relates to a method for controlling combustion boiler, including a predetermined upper limit velocity of flue gas in at least one position of the boiler (VF, max); velocity of flue gas fuel combustion process monitoring in at least one position of the boiler in the (VF); flue gas velocity (VF) with a predetermined upper limit (VF, max) were compared; if the flue gas velocity exceeds a predetermined limit (VF, max), then reduce the heat load of the boiler. The invention also relates to a control system configured to perform a control method.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于燃烧锅炉的运行的控制方法
本专利技术属于燃烧锅炉领域，特别是流化床锅炉，例如循环流化床(CFB)锅炉，并涉及用于燃料的燃烧的锅炉的运行的控制方法，和涉及用于燃烧燃料的锅炉的控制系统。
技术介绍
燃烧锅炉在现有技术中是已知的。这些锅炉燃烧燃料，如例如生物质燃料、废弃物类燃料或煤，不排除其它燃料。燃烧锅炉的典型实例是炉排锅炉和流化床锅炉。在流化床燃烧(FBC)中，将燃料悬浮在固体颗粒材料的热床中，所述固体颗粒材料典型地是硅砂，其通过使流化气体通过床料(bedmaterial)而被流化。在鼓泡流化床BFB锅炉中，使流化气体通过床料，在床中形成气泡，这促进了气体穿过床料的输送，并且当与炉排燃烧相比时允许更好地控制燃烧条件(在床中更好的混合和因此更均匀的温度分布)。在循环流化床(CFB)锅炉中，使流化气体穿过床料，从而大部分床颗粒被夹带在流化气体中，使得它们被流化气体流带走。然后将颗粒从气体流中分离并循环回到炉膛(furnace)中。不管锅炉类型如何，燃烧条件，特别是氧和燃料的混合，不是理想的，并且对于所有的锅炉，为了实现基本上完全的燃烧，必须以超过由化学计量要求的量供应氧。燃料的化学组成决定了每质量单位燃料所需的进入到炉膛中的氧流量，并且对于燃烧给定燃料所需的氧与燃料比例很大程度上取决于燃料的类型和组成，特别地取决于燃料的异质性。例如，典型的燃料是生物质、废弃物和煤，其中前两种已知是相当不均匀的，因此需要更高量的氧。另外，所需的过量空气比例取决于使用的锅炉的类型，例如粉末燃烧锅炉、炉排和流化床锅炉。用于燃烧锅炉的运行的现有控制方法通常将空气与燃料的比例用作主控制参数。术语空气与燃料比例(λ)是在本领域中通常理解的，并且指在燃烧单元中关于燃料所进料的空气的量。其被定义为由下述确定的比例：被提供到炉膛中用于燃烧的氧除以对于化学计量燃烧所需的氧，并且其被给定为：其中，m氧,提供的是作为燃烧空气被进料到炉膛中的氧的总质量；以及m氧,化学计量是达到进料到炉膛中的燃料的化学计量燃烧所需的氧的质量。燃料的组成决定每质量单位燃料进入到炉膛中的空气流量(airflow)，和在烟道气(fluegas)中的氧浓度用于平衡在锅炉运行过程中在燃料组成方面的变化。如果在锅炉运行过程中燃料的组成发生变化，则在燃烧区之后，在烟道气中的氧浓度相应地发生变化。氧浓度可然后在控制方法中用于调整空气与燃料比例，其目的是在烟道气中保持恒定的预设定氧浓度，并且从而实现有机化合物的低排放和高的锅炉效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供操作燃烧锅炉的方法，该方法便于灵活且安全的锅炉操作。该目的由独立权利要求的特征解决。有利的实施方式由从属权利要求的特征定义。将过量的氧进料到锅炉中增加了由增加的废气流量导致的锅炉的热损失，因此降低了锅炉效率。因此，进行了很多努力以减少对于过量氧的需要。例如，从现有技术已知将钛铁矿用作在CFB方法中的流化床料(H.Thunman等人，Fuel113(2013)300-309)。天然存在的矿物钛铁矿是铁钛氧化物(FeTiO3)，其可被重复地氧化和还原，因此起到氧化还原材料的作用。由于钛铁矿的这种还原-氧化特征，材料可在流化床燃烧中被用作氧载体。钛铁矿颗粒方便了氧和燃料的混合，并且允许用在较低的空气与燃料比例下的较少过量的氧实施燃烧。较低的空气与燃料比例可通过降低对于给定的燃料流量的氧流量或通过增加对于给定的氧流量的燃料负荷来实现。后者的途径允许增加锅炉的热负荷(每单位时间的热输出)，因此允许在较高的热负荷和低的过量空气下操作锅炉。本专利技术已经认识到采用这种途径的潜在问题是在燃料流量方面的增加导致烟道气速度(fluegasvelocity)方面的增加。为了避免诸如污染、腐蚀、磨蚀等的问题，每种锅炉设计都具有不应被超过的最大烟道气速度。本专利技术已经进一步认识到简单地依靠空气与燃料比例的现有控制方法不允许在低的过量氧条件下安全地增加热负荷，因为存在不经意超过最大烟道气速度的设计值的风险。本专利技术提供用于燃烧锅炉的运行的控制方法，包括：a)在锅炉的至少一个位置处提供烟道气速度的预定上限(VF，最大)；b)在所述锅炉的至少一个位置处监测在燃料的燃烧过程中的烟道气速度(VF)；c)将烟道气速度(VF)与预定上限(VF，最大)进行比较；d)如果烟道气速度超过预定上限(VF，最大)，降低锅炉的热负荷。本专利技术已经认识到这个方法基于烟道气速度提供了对热负荷设定的额外的处理，由此促进了安全且灵活的锅炉操作。通过监测烟道气速度和响应于烟道气速度超过预定值将热负荷降低，锅炉可受到安全保护，防止高于烟道气速度的最大允许值的操作。本专利技术的方法允许在设计规范下或甚至在设计规范之外安全地操作锅炉，特别是在低的过量氧的条件下提高的热负荷的情况下。首先，在本专利技术的情况下解释若干术语。本专利技术的方法包括在锅炉的至少一个位置处提供烟道气速度的预定上限(VF，最大)。术语烟道气速度(VF)指在燃烧区后的烟道气的速度。烟道气包含多种组分，例如由在供应到炉膛中的燃料和氧之间的反应产生的气体、任何再循环的烟道气、供应的次级空气和添加到在锅炉下游的烟道气处理装置中的水和空气。每种锅炉设计对于在锅炉中的一个或多个位置都具有烟道气速度的设计值(VF，设计)。设计值指不应被超过的最大速度。设计值可例如从在锅炉文件中的锅炉的设计规范中知晓。在优选的实施方式中，烟道气速度的预定上限(VF，最大)小于或等于在锅炉的各个位置处的烟道气速度的设计值(VF，设计)。在特别优选的实施方式中，烟道气速度的预定上限(VF，最大)等于锅炉的烟道气速度的设计值(VF，设计)。这允许在明确指出的设计限度下安全地操作锅炉。在本专利技术的方法的情况下，在锅炉的各个位置，烟道气速度的预定上限(VF，最大)还可以大于烟道气速度的设计值(VF，设计)。由于设计规范经常关心安全范围，在这个优选的实施方式中，在设计规范之外操作锅炉变得可能。本专利技术的方法进一步包括在燃料的燃烧过程中监测烟道气速度(VF)。可根据下式确定烟道气速度：其中：＝烟道气的体积流量(例如以m3/s表示)；A＝烟道气管道的截面面积(cross-sectionalarea，横截面面积)(例如以m2表示)。在本专利技术的情况下，烟道气速度可在燃烧区后的烟道气管道的任何位置由本领域技术人员根据上式确定。优选的位置是对流式热交换器管束上游的管道。温度和压力测量应当是可获得的。截面积在锅炉的不同部分中是不同的，并且烟道气速度在锅炉的不同部分是不同的。对于烟道气管道的不同位置，烟道气速度的设计值(VF，设计)通常由锅炉供应商在锅炉文件中给出。优选地，对于一个或多个这些位置可确定烟道气速度(VF)。在一个位置确定烟道气速度(VF)和将其与相应的预定上限(VF，最大)进行比较通常是足够的，因为所有的烟道气速度是相互关联的。烟道气的体积流量VC可依照欧洲标准EN12952-15计算。可替换地，烟道气的体积流量VC可由测量确定。例如，在一个特别优选的实施方式中，锅炉是循环流化床(CFB)锅炉，并且针对邻近旋风分离器且在旋风分离器下游的区域确定烟道气速度，其中根据下式测定烟道气的体积流量：其中：＝在烟道中的总气体流量＝再循环的烟道气的流量＝添加到烟道气处理装置中的空气流量＝来自添本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于燃烧锅炉的运行的控制方法，包括：a)在所述锅炉的至少一个位置处提供烟道气速度的预定上限(VF，最大)；b)在所述锅炉的至少一个位置处监测燃料的燃烧过程中的所述烟道气速度(VF)；c)将所述烟道气速度(VF)与所述预定上限(VF，最大)进行比较；d)如果所述烟道气速度超过所述预定上限(VF，最大)，则降低所述锅炉的热负荷。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.15 EP 15172218.8;2015.06.25 EP 15173894.51.一种用于燃烧锅炉的运行的控制方法，包括：a)在所述锅炉的至少一个位置处提供烟道气速度的预定上限(VF，最大)；b)在所述锅炉的至少一个位置处监测燃料的燃烧过程中的所述烟道气速度(VF)；c)将所述烟道气速度(VF)与所述预定上限(VF，最大)进行比较；d)如果所述烟道气速度超过所述预定上限(VF，最大)，则降低所述锅炉的热负荷。2.根据权利要求1所述的控制方法，其中降低所述热负荷以将所述烟道气速度(VF)减小到低于所述预定上限(VF，最大)。3.根据权利要求1或权利要求2所述的控制方法，其特征在于降低所述热负荷直到所述烟道气速度(VF)低于所述预定上限(VF，最大)，其中所述降低优选地是连续降低，更优选地是增量式降低。4.根据权利要求1至3中任一项所述的控制方法，其中通过降低进入所述锅炉的炉膛中的所述燃料的质量流量来降低所述热负荷。5.根据权利要求1至4中任一项所述的控制方法，其中所述烟道气速度的预定上限(VF，最大)小于或等于所述锅炉的烟道气速度的设计值(VF，设计)。6.根据权利要求5所述的控制方法，其中所述烟道气速度的预定上限(VF，最大)等于所述锅炉的烟道气速度的设计值(VF，设计)。7.根据权利要求1至6中任一项所述的控制方法，进一步包括：e)提供-进入所述锅炉的炉膛中的空气流量与燃料流率之间的预定关系；和/或-进入所述锅炉的炉膛中的空气流量与所述热负荷之间的预定关系；f)测量进入所述锅炉的炉膛中的所述燃料流率和/或所述热负荷；g)基于在步骤e)中提供的预定关系和测量的进入所述锅炉中的所...

【专利技术属性】
技术研发人员：本特奥克·安德松，弗雷德里克·林德，亨里克·通曼，
申请(专利权)人：因姆普朗伯德公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE