专利名称：控制燃烧炉燃烧能力的方法
技术领域：
本发明涉及一种控制燃烧炉燃烧能力的方法，该燃烧炉优选为流化床炉。
背景技术：
燃烧能力的控制方法用来控制燃烧炉的热输出量，例如使燃烧炉的热输出量随时间保持恒定。
上述类型的燃烧炉例如可用于焚烧废物或污泥。在燃烧过程中，燃烧炉内产生废气，废气离开燃烧炉后，被引导通过废热锅炉或蒸汽锅炉和空气预热器，以便利用废气中含有的热能。在废热利用中，即在蒸汽锅炉中，废气被冷却，在废热锅炉中产生反向运动的过热蒸汽。一部分蒸汽通常用于设备的消耗装置中，但绝大部分蒸汽被供给到蒸汽网中。
已知的这种燃烧炉的燃烧能力控制方法是根据废热利用中“实际”产生的蒸汽体积流量值来控制燃烧能力的。这个数值是在一个适当点通过相应的感测器而测定的。在本申请中，术语“实际”是指通过测量确定的参数值，即本发明的蒸汽体积流量。将用于以下说明中的术语“理论”则是指通过计算确定的参数值。所测定的蒸汽体积流量的实际值与一个预设值相比较，并根据两者差异结果来控制燃烧能力。假设燃烧炉的热输出量保持恒定，如果实际蒸汽体积流量值小于预设值，则燃烧能力应该增加。但如果实际蒸汽体积流量值大于预设值，则锅炉的燃烧能力应该降低。如果实际蒸汽体积流量的数值与预设值相当，燃烧炉的燃烧能力将保持恒定。燃烧能力控制的调节是通过启动向锅炉输送燃烧物料的输送装置的发动机来实现的。发动机的转速越高，输送锅炉内的燃烧物料越多，燃烧能力越高。
上述已知的燃烧炉燃烧能力控制方法在过去已经证明是成功的。但缺点是燃烧能力的控制十分迟缓，也就是控制被延迟了相当长的时间。这个缺点对流化床炉的燃烧尤其重要，其原因是蒸汽锅炉和燃烧炉被置于不同地点。测量的蒸汽锅炉中的蒸汽体积流量结果在时间上延迟于燃烧炉中的相应燃烧情况。
发明内容
本发明一个目的在于提供一种能减少延迟时间的锅炉燃烧能力的控制方法。
而且，还提供了用以代替或补充已知控制方法的可供选择的控制方法。后者的意义在于，可以确保当一种控制方法失效时能够使用另一种方法来接替。
因此，本发明的另一目的在于提供一种可选择的控制方法来控制锅炉燃烧能力。
根据本发明，这些目的中的至少一个是通过采用第一种方式控制锅炉燃烧能力的方法来实现的，在该方法中至少一个参数是通过感测器测定的，该至少一个测定的参数被代入预定的热平衡来计算理论值，根据计算出的理论值控制燃烧能力。使用能力控制方法的热平衡可以理论计算出能力控制方法所需的参数值，而不用实际测量该参数值。参数值的理论值确定比实际测定耗时少，因而本发明的能力控制方法的延迟时间缩短了。
优选利用热平衡来计算理论值，该理论值表征了蒸汽锅炉中理论蒸汽体积流量值。可通过热平衡精确计算理论值，使蒸汽体积流量的理论计算值与实际测定值之间没有显著差异。本发明中所述的燃烧能力控制方法与以实际蒸汽体积流量的测定值为基础的能力控制方法十分相似。但本发明中所述的燃烧能力控制方法的延迟时间与现有技术相比大大减少了。
为了计算蒸汽锅炉中蒸汽体积流量的理论值，将相应感测器测量出的一个或多个参数值代入热平衡中进行计算。这些参数为单位时间内锅炉内产生的废气体积和/或废气温度和/或废气中的成分等，因为这些参数与燃烧能力息息相关。例如废气温度越高，燃烧能力也就越高。
优选地，计算出的理论值与预设值相比较，并根据两者之间的差异来控制燃烧炉的燃烧能力。
在这点上应该注意的是，除了代表蒸汽锅炉中实际蒸汽体积流量值的理论值外，其它理论参数值也可以通过相应的热平衡计算出来。基于这些数值而得到关于燃烧炉燃烧能力的相应结论，从而进行控制。可以通过相应热平衡分别计算出的其它参数例如为燃烧炉中产生的废气量、废气温度、废气中的成分(即废气中的水蒸气、二氧化碳、氧气或氮气含量)等。这些参数的理论值也优选与预设值相比较，并根据比较得出的差异控制燃烧炉燃烧能力。换句话说，每个为控制燃烧能力而测定出的“实际”参数也可以通过相应的热平衡计算出，因此可以用一个“理论”参数代替它。如果在控制过程中，控制所需的参数既可以是直接测定值，也可以是间接计算值，那么当测定“实际”参数的感测器失效时，可以变为使用该参数的计算值直至感测器修好或被更换。
在选择通过热平衡确定的、并作为实现锅炉燃烧能力控制依据的理论值时，应主要考虑那些用于解答热平衡公式而测定的、并代入相应公式的参数，这些参数是在锅炉附近，优选直接在锅炉内被测量，以使时间延迟降至最小，时间延迟对随后的控制产生相应影响。
用于热平衡的单参数优选使用相应的感测器来测量。根据能力控制方法所要求的精确度，单参数也可至少部分地被相应所选择的常量替代。
燃烧炉的燃烧能力优选通过可燃物供给装置的转速来控制。可燃物供给装置的转速越高，导入燃烧炉中的燃烧物就越多，这样燃烧炉的燃烧能力也相应地增加。
此外，本发明所述的燃烧能力控制方法优选包括另一种方式，即现有技术所描述的基于实际测量参数来控制燃烧能力的方式，本发明中这两种方式可以随意转换。例如，如果要避免上述的延迟时间，则选择使用如本发明所述的燃烧能力控制方法。但如果时间延迟可以被忽略，则可转换到另一种根据被测实际参数来控制燃烧能力的方式。
在第二种方式中，用于控制燃烧能力的被测参数优选为实际蒸汽体积流量。
图1表示了本发明所述的锅炉燃烧能力控制方法的一个优选实施例。
图2表示燃烧设备的原理图。
图3表示燃烧功率的控制图。
具体实施例方式
以下将参照附图详细地描述本发明。
图1表示了本发明所述的锅炉燃烧能力控制方法的一个优选实施例。为确定作为本发明所述的燃烧能力控制方法所依据的理论参数值，设定一个相应的热平衡。该热平衡为至少一个数学公式，将所测参数值代入该数学公式中可计算出至少一个理论参数。使用热平衡计算出的理论参数可以例如是蒸汽锅炉中的理论蒸汽体积流量。使用的热平衡越精确，所计算的理论蒸汽体积流量就越接近于实际蒸汽体积流量，锅炉的燃烧能力控制实现效果就越好。通过适宜感测器测定的、用于解答热平衡的参数值例如是燃烧炉中产生的废气量、废气温度、废气中的成分(即废气中的水蒸气、二氧化碳、氧气或氮气含量)等。
计算出的理论值与预设值相比较，计算出差值。根据这个差值控制向锅炉内输送燃烧物料的可燃物供给装置的转速。可燃物供给装置可以例如是蜗杆驱动器(worm drive)。
例如当燃烧炉内的燃烧能力保持恒定时，如果计算值大于预设值，可燃物供给装置的转速将减慢。另一方面，如果计算值小于预设值，则可燃物供给装置的转速将增快。如果预设值与计算值之间的差值为零，则可燃物供给装置的转速保持不变。
可以理解，用感测器测量用于热平衡的参数的测量频率可随意选择，根据这些参数测定值计算出理论值并与预设值相比较，基于比较差值对可燃物供给装置进行控制。因此，可实现近乎连续的控制。
此外请注意，如果控制所需的精确度允许，所测定的用于解答热平衡的参数能够至少部分被常量所代替。但这些参数最好是测量值。
另外，为了防止时间延迟，应该对所测定的用于解答热平衡的参数进行选择，如果可能，所选参数是可以在锅炉的燃烧室内或锅炉内进行测量的。这意味着相应参数的测量点不会从锅炉中被局部地分隔出来，以便尽可能实时地反映出锅炉内的条件。
最后可以推定，除了前面提到的蜗杆驱动器，可以设置一个可燃物供给装置、几个可燃物供给装置或其它输送手段，都可利用本发明所述的燃烧能力控制方法来控制。
控制了燃烧功率就控制了燃烧设备的能量预算。图2表示燃烧设备的原理图。进入燃烧室的燃料质量流量独立于预设值，自动地调整。
一般是指产生的蒸汽质量流量。蒸汽质量流量与根据常规控制的预设值相比较，然后燃料供给的速度进行增加或减少。示于图2中，说明当y3的手动开关位于控制器R1时的情况。
该系统包括燃烧炉和热交换槽。系统的反应根据负载的变化而延迟。反应时间就是燃烧炉内燃料加入量的变化和测定到消减控制质量的蒸汽量变化之间的时间，尤其是对于快速燃烧，例如流化床燃烧的情况。
本发明的测量应该反应迅速，而且在蒸汽量的反应之前就知道当时的燃烧状态。示于图3中，说明当y3的手动开关位于控制器R2时的情况。
为了达到本发明的目的，在热交换槽范围内得到各种测量值，从而形成热平衡，该热平衡用于计算理论蒸汽量。计算的蒸汽量与蒸汽设定值比较，它们的不同将导致燃料质量流量的改变。
图3描述了一个新的控制电路图。
控制部件运算器1通过废气中的氧含量、水含量和二氧化碳含量根据下面公式计算比热容量运算器1废气的平均比热容量y1＝(XH2O×cpH2O+XCO2×cpCO2+XN2×cpN2+XO2×cpO2)/100[kJ/Nm3]XH2O废气中的蒸汽含量[Vol.-％]cpH2O蒸汽的平均比热容量[kJ/kgK]XCO2废气中的二氧化碳含量[Vol.-％]cpCO2二氧化碳的平均比热容量[kJ/kgK]XO2废气中的氧含量[Vol.-％]cpO2氧气的平均比热容量[kJ/Nm3，湿]XN2废气中的氮气含量[Vol.-％]XN2＝100％×XH2O-XCO2-XO2cpN2氮气的平均比热容量[kJ/Nm3，湿]预期的供给温度和排出温度可以很好地作为计算比热容量的温度依据。
燃烧设备中的水含量、氧含量和二氧化碳含量一般通过测量得到。废气中的其他气体物质由于含量少而不考虑，例如二氧化硫或氯化氢，氮气含量根据上述公式确定。
在一个备选实施方式中，操作人员可以预设废气的代表性热容量常数。在测量失误的时候推荐这样做。
运算器2理论蒸汽质量流量一般地，燃烧设备中的废气体积流量在烟道中测定，燃烧温度在燃烧室排出口测定，废气温度在热交换槽排出口测定。如果有再循环气体体积流量，也需要测定。
在烟道中的废气体积流量和再循环废气的体积流量的总和就是燃烧室的废气体积流量。为了能将产生的蒸汽量的更多影响因素考虑进去，方程包含用于修正蒸汽量计算值的常数。
y2＝(再循环废气量[Nm3/h]+烟道的废气量[Nm3/h]/a)*y1*(在燃烧室排出口的废气温度[℃]一在热交换槽排出口的废气温度[℃])/在燃烧室排出口的废气温度[℃]*b*c/da漏气、废气净化中的水分蒸发、体积流量测量的测量误差等的修正常数。
b热交换槽热损失的修正常数。
c粉化的燃料灰对产生的蒸汽量的影响常数。
d遵从过热蒸汽和给水的焓值之差的常数[kJ/kg]。
y2＝理论蒸汽量[kg/h]在优选的实施方式中，操作人员可以通过开关选择常规蒸汽量控制操作(控制器R1)或本发明的基于能量平衡的蒸汽量控制操作(控制器R2)。
权利要求
1.一种利用第一种方式来控制燃烧炉燃烧能力的方法，其中通过感测器测定至少一个参数值，将该至少一个测定的参数值代入预先设定的热平衡中来计算理论值，基于该计算出的理论值控制燃烧能力。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于该计算出的理论值代表了蒸汽锅炉中的实际蒸汽体积流量值。
3.如上述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于该计算出的理论值与预定参照值相比较。
4.如上述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于所述至少一个通过感测器测定的参数为单位时间内锅炉产生的废气体积和/或废气温度和/或废气中的成分。
5.如上述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于通过至少一个可燃物供给装置的转速来控制燃烧能力。
6.如上述权利要求中任意一项所述的方法，其包含另一种根据感测器测定的实际参数值控制燃烧能力的方式，两种方式可随意进行转换。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于感测器测定的实际参数值为蒸汽锅炉中的实际蒸汽体积流量。
全文摘要
本发明涉及一种控制锅炉燃烧能力的方法，该方法是根据设定的热平衡计算出理论参数值来控制燃烧能力。
文档编号F22B35/00GK1963307SQ20061014361
公开日2007年5月16日 申请日期2006年11月2日 优先权日2005年11月9日
发明者黑尔格·默曼 申请人:鲁奇能捷斯集团