[发明专利]用于燃烧系统控制的系统和方法

说明书

一种燃烧系统包括：燃烧室；燃烧室中的多个燃料引入位置，在多个燃料引入位置处向燃烧室提供燃料和空气以用于燃烧；与各燃料引入位置相关联的流体流控制装置，各流体流控制装置是可控制的，以改变供应给各燃料引入位置的空气的量；多个感测装置，其配置成监测燃烧系统的多个运行参数；以及控制单元，其配置成控制各流体流控制装置，以独立于在其它燃料引入位置处供应的空气的量来控制在各燃料引入位置处供应的空气的量，并且取决于多个运行参数中的至少一个来控制提供给所有其它空气引入位置的空气的量，以使提供给燃烧室的过量空气最少。

技术领域

本发明的实施例大体上涉及燃烧系统，且更特别地涉及用于优化用于锅炉、炉膛(furnace，有时称为熔炉)和燃烧加热器的燃烧系统的控制和性能的系统和方法。

背景技术

锅炉典型地包括炉膛，燃料在炉膛中燃烧来生成热，以产生蒸汽。燃料的燃烧形成热能或热，热能或热用于对液体(诸如水)加热且使其蒸发，这产生蒸汽。生成的蒸汽可用于驱动涡轮以发电，或提供热以用于其它目的。化石燃料(诸如粉煤)是在用于锅炉的许多燃烧系统中使用的典型燃料。例如，在空气燃烧式粉煤锅炉中，大气空气被供给到炉膛中，且与粉煤混合以用于燃烧。在氧气燃烧式粉煤锅炉中，浓缩水平的氧气被供给到炉膛中，且与粉煤混合以用于燃烧。

如本领域中已知的那样，对于燃烧系统的高效且清洁的运行而言，燃料和空气在其被引入到喷嘴或喷燃器以用于燃烧时恰当地混合是必不可少的。在完全燃烧状况和理想混合状况下，理论上有可能在百分之零的过量空气的情况下使所有燃料发生反应。在没有过量空气的情况下燃烧所有燃料的空气/氧气与燃料的理想比被称为化学计量比。然而，在实践中，从未实现完美的混合和温度状况，从而有必要使用一定量的过量空气以确保燃料完全燃烧。特别地，如果过量空气未添加到燃烧过程，则未燃烧碳、烟灰、烟和一氧化碳废气可形成额外的排放物和热传递表面污垢。从安全性观点来看，恰当地控制过量空气会降低火焰不稳定性和其它危险性。现有的燃烧系统可使用20-30%以上的过量空气，以确保在各种各样的燃烧燃料的情况下且在所有可能的负荷和燃烧状况下可靠地运行。

尽管从实践的观点来看需要过量空气，然而太多的过量空气可降低锅炉效率。因此，必须在下者之间找到平衡：提供过量空气的最优的量以实现理想燃烧且防止与太少的过量空气相关联的燃烧问题，同时不提供降低效率且增加NO_x排放量的太多的过量空气。

鉴于上文，需要用于控制用于锅炉的燃烧系统的系统和方法，其不断地探寻最低的可能的过量空气状况以使效率最大，同时维持最佳的主喷燃器区化学计量比以使排放量最少，并且同时赋予保持运行和安全性所需的许多实时运行过程约束。

发明内容

在实施例中，提供了一种燃烧系统。燃烧系统包括：燃烧室；燃烧室中的多个燃料引入位置，在多个燃料引入位置处向燃烧室提供燃料和空气以用于燃烧；与各燃料引入位置相关联的流体流控制装置，各流体流控制装置是可控制的，以改变供应给各燃料引入位置的空气的量；多个感测装置，其配置成监测燃烧系统的多个运行参数；以及控制单元，其配置成控制各流体流控制装置，以独立于在其它燃料引入位置处供应的空气的量来控制在各燃料引入位置处供应的空气的量，并且取决于多个运行参数中的至少一个来控制提供给所有其它空气引入位置的空气的量，以使提供给燃烧室的过量空气最少。

在另一个实施例中，提供了一种控制燃烧系统的方法。该方法包括以下步骤：在多个燃料引入位置处将燃料和空气引入到燃烧室；监测燃烧系统的多个运行参数；以及通过取决于多个运行参数中的至少一个来单独地控制在燃料引入位置中的各个处供应给燃烧室的空气的量，使提供给燃烧室的过量空气的量最少。

在又一个实施例中，提供了一种锅炉。锅炉包括：燃烧室；燃烧室中的多个燃料引入位置，其用于将燃料引入到燃烧室以用于燃烧；多个流体流控制装置，各流体流控制装置是可控制的，以改变供应给锅炉的空气的量；多个感测装置，其配置成监测燃烧系统的多个运行参数；以及控制单元，其配置成取决于多个运行参数中的至少一个来控制供应给锅炉的空气的量，以连续地优化提供给燃烧室的过量空气的量。