专利名称：用来控制燃煤发电站燃烧系统中磨碎煤燃烧期间燃料-空气比率的设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种用来控制燃煤发电站燃烧系统中磨碎煤燃烧期间燃料-空气比 率的设备，包括将磨碎煤气动传输到燃煤发电站的燃烧炉的装置，以及向燃煤发电站燃烧 系统的燃烧炉或燃烧室提供助燃空气的装置，其中，沿空气流动的方向至少布置有如下设 备用来从大气中吸收新鲜空气的新鲜空气鼓风机；用来将一部分吸入的新鲜空气作为承 载磨碎煤的载运空气来传输的风扇磨煤机；用来通过使用来自燃煤发电站燃烧系统的废气 热量以预热吸入的新鲜空气和一部分载运空气的蓄热式空气预热器，其中，蓄热式空气预 热器的储藏块交替地由热废气加热并随后被新鲜空气或者一部分载运空气冷却；用来控制 用于气动传输磨碎煤的助燃空气量的空气量控制装置；用来测量引入到燃烧室中的助燃空 气量和测量用于气动传输磨碎煤的载运空气量的测量设备；以及用来计量地提供预定量的 磨碎煤到燃烧炉的设备。本发明还包括一种用来控制燃煤发电站燃烧系统中磨碎煤燃烧期 间燃料-空气比率的方法，这个方法至少包括以上特征。
背景技术：
控制燃煤发电站燃烧系统中磨碎煤燃烧期间燃料-空气比率，对于实现供给燃料 的基本完全燃烧和/或维持预定的燃烧过程的化学计量法进而取得高能效并保持低排放 值尤其重要。因此，燃煤发电站燃烧系统除了某些适当的设备外，还具有对于根据需求装载 量预先选定的燃料量进行计量地传输的控制设备，其中，这些控制设备控制供给燃烧炉和/ 或燃烧室的助燃空气量随着供给的燃料量而变化。这就要求测量设备能够尽可能准确的测 量进入到燃烧室的助燃空气量。两者对于根据装载量最佳地控制燃烧过程来说是必不可少 的，其中，燃料量是根据需求装载量预先确定的，控制助燃空气量以实现预定的燃烧的化学 计量法。事实上，一方面燃煤发电站存在如下情形将预定量的磨碎煤供给每一个单独的燃 烧炉或者是一组燃烧炉，并且供给该每一个单独的燃烧炉或者该一组燃烧炉的助燃空气量 被控制在与预定的磨碎煤量相称的程度，以获得预定的燃烧化学计量法；另一方面，燃烧系 统存在如下情形，只有提供给锅炉房里所有燃烧炉的磨碎煤的总量是预先确定的，以及供 给该锅炉的所有燃烧炉或全部锅炉的助燃空气量被相应地控制。无论如何，为了控制助燃空气量进而还控制燃烧过程，助燃空气量的测量都是必 不可少的，不管是涉及单独的燃烧炉，或者是一组燃烧炉，或者是锅炉房的所有燃烧炉，再 或者是全部锅炉。另外，在燃煤发电站的气动传输磨碎煤到燃烧炉的燃烧系统中，用来气动传输煤 的载运空气量是受控制的。这种控制也使得测量载运空气量成为必需的。燃煤发电站燃烧系统中的空气量通过几乎专门的使用压力传感器的差压测量方 法得到。为此，压力传感器既安装在承载着助燃空气的相应管道或通道系统中，又安装在承 载着载运空气的管道或通道系统中。根据测量的压力，可以确定通道中的流速，考虑通道的 几何形状就可以确定空气量。优选地，压力传感器不是直接安装到通道的横截面里，而是通过所谓的脉动管道与承载有空气的通道连接。为了提高燃煤发电站燃烧系统的能效，新鲜空气通常交替的按如下方式被预热 首先使用热废气加热蓄热式空气预热器中储藏块，储藏块通常是光滑或波状的金属板，随 后再用新鲜空气使其冷却，以此将废气的热量传递给新鲜空气。这个过程伴随着将粉煤灰 颗粒引入到新鲜空气中。在燃煤发电站燃烧系统的运行中，这经常会对压力传感器和/或 脉动管道造成污染，因此需要不断的清洁和维护。问题就在于压力传感器的污染程度不能 仅仅根据测量到的压力差来确定，因此，在持续运行的情形下测量结果就会有出现巨大错 误的可能性。这将引起空气量测量中的偏差，而且很难被检测到。最终，这将导致不能准确 地控制燃料-空气的比率，并且伴随着效率的降低以及污染物释放量的增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用来控制燃煤发电站燃烧系统中磨碎煤燃烧期间燃 料-空气比率的设备和方法，可靠性高且维护费用低。本发明的另一目的在于开发一种无 偏差的用于测量燃煤发电站燃烧系统中空气量的方法。根据本发明，这个目的将通过根据权利要求1的设备以及根据权利要求8的方法 来实现。权利要求2到7从属于权利要求1，描述了本发明设备的有利实施例。权利要求9 到13从属于权利要求8，描述了本发明方法的有利实施例。根据本发明的用于控制燃煤发电站燃烧系统中磨碎煤燃烧期间燃料-空气比率 的设备，包括将磨碎煤气动传输到燃煤发电站的燃烧炉的装置，以及向燃煤发电站燃烧 系统中的燃烧炉和燃烧室提供助燃空气的装置，其中沿空气流动的方向至少布置有如下设 备用来从大气中吸收新鲜空气的新鲜空气鼓风机；用来将一部分吸入的新鲜空气作为承 载磨碎煤的载运空气来传输的风扇磨煤机(mill blower)；用来通过使用来自燃煤发电站 燃烧系统的废气热量以预加热吸入的新鲜空气和一部分载运空气的蓄热式空气预热器，其 中，蓄热式空气预热器的储藏块交替地由热废气加热并随后被新鲜空气或者一部分载运空 气冷却；用来控制用于气动传输磨碎煤的助燃空气量的空气量控制装置；用来测量引入到 燃烧室中的助燃空气量和测量用于气动传输磨碎煤的载运空气量的测量设备；以及用来计 量地提供预定量的磨碎煤到燃烧炉的设备，其特征在于，助燃空气量是通过关联测量设备 测量而得到的，这种关联测量设备对摩擦带电效应进行评估。为了实现这个目的，沿着助燃 空气的流动方向，在蓄热式空气预热器(5)后的承载着助燃空气的通道系统中设置有两个 传感器，这两个传感器与关联测量设备操作性连接，并且至少有一个用来将细小微粒计量 地引入空气流中的设备，沿着助燃空气的流动方向设置在关联测量设备的传感器之前。优选地，用于将细小微粒计量地引入空气流的装置可设置在新鲜空气鼓风机之 前。然而，将用于计量地引入细小微粒到空气流的装置设置在新鲜空气鼓风机与蓄热式空 气预热器之间也是可行的，而且设置在蓄热式空气预热器之后也是可行的，但是总是要设 置在关联测量设备的前面。用于将细小微粒计量地引入到空气流的装置的尺寸设置为，使 得每立方米含有0. Img到2mg之间，最好是0. 5mg到^iig之间的细小微粒的空气被引入空 气流中。可提供控制装置，对将细小微粒计量地引入到空气流中的装置进行控制，该控制装 置可以对将细小微粒计量地引入到空气流的装置进行持续地和/或非持续地周期性操作。 优选地，载运空气量也可通过评估摩擦带电效应的关联测量设备来测量。为了实现这个目的，至少两个顺序安置的用来感应摩擦带电效应的传感器，在蓄热式空气预热器之后，沿着 载运空气的流动方向布置在承载着载运空气的通道系统中，并且该至少两个传感器与关联 测量设备操作性连接。优选地，用于将细小微粒计量地引入到空气流的装置，构造成粉尘喷射器，其中优 选地，将过滤灰或粉煤灰作为细小微粒引入空气流中。本发明方法的特征在于，优选地，助燃空气量和载运空气量通过关联测量方法测 量，这种测量方法基于对沿空气流动方向顺序地布置在空气流中的传感器处的摩擦带电效 应的评估，以及将每立方米含有0. Img到IOmg (优选地，0. 5mg到2mg之间)的细小微粒的 空气，引入到传感器之前的空气流中，这些微粒的直径处于20 μ m到200 μ m之间，优选地， 这些微粒的直径处于60 μ m到90 μ m之间。据观察，将每立方米包含0. Img到IOmg (优选地，0. 5mg到^iig之间)的具有前述 微粒直径的细小微粒的空气引入，就能满足测量的需求。优选地，引入过滤灰或者粉煤灰。优选地，仅在燃煤发电站燃烧系统的开始阶段，S卩，在预充气阶段以及燃油或燃气 的燃烧阶段，将细小微粒引入到空气流中。在粉煤灰燃烧点火后，将能在传感器处产生足够 摩擦带电效应的一定量粉尘微粒引入到新鲜空气流和/或载运空气流中，从而能够根据关 联测量方法对空气量进行测量，而无须引入额外的微粒。据观察，甚至在开始阶段以IOOms 到60s的周期被周期性地引入每立方米含有0. Img到IOmg的细小微粒的空气，就足以实现 可靠的测量。本发明的设备和方法，使得对于燃煤发电站燃烧系统中磨碎煤燃烧期间燃料-空 气比率的控制，通常情况下是无故障并且无需维护，避免了现有技术中已知的由于空气量 测量偏差引起的问题。通过本发明，燃料-空气比率的控制得到了重大的改进，因为空气量 测量的准确性具有很高的长期稳定性。
以下将通过示例性实施例更详细地描述本发明。附图中图1是燃煤发电站的燃烧系统的简化示意图，图2是燃煤发电站的燃烧系统中空气量测量对时间依赖关系。
具体实施例方式燃煤发电站的燃烧系统的简化示意图显示从吸入新鲜空气开始，新鲜空气瓣1、 用来计量地将细小微粒引入新鲜空气流的设备2、新鲜空气鼓风机3。在新鲜空气鼓风机3 之后，载运空气从吸入的新鲜空气中被分离出来。接着，载运空气被风扇磨煤机4向前运 输，一部分进入到蓄热式空气预热器5。在燃煤发电站的燃烧系统的平稳运行期间，载运空 气的一部分在蓄热式空气预热器5里被加热。载运空气的另一部分以低温继续向前传输。 载运空气的这两部分通过热气瓣6和冷气瓣7以计量方式结合，其中空气量被分配，以使得 载运空气-煤混合物的温度在承载了细小的磨碎煤之后保持在预定范围内。载运空气的温 度通过设置在磨煤机8后面的温度测量设备9来测量。载运空气量测量设备10的传感器 布置在磨煤机的前面位置。这些传感器是以测量杆的形式来构造的，测量杆成对顺次地沿着载运空气流方向布置，并且探入到载运空气流中。载运空气测量装置10被构造成关联测 量装置，它可以评估载运空气中承载的微粒在测量杆处产生的摩擦带电效应，从而测量出 载运空气的流速。载运空气量根据以下因素确定承载着载运空气的管道在设置有测量杆 的位置处的横截面面积、载运空气温度以及安装有测量杆的位置处的载运空气的静压力。煤经由计量装置11按发电站燃烧系统的需求装载量被传送到磨煤机8中。承载 着磨碎煤的载运空气被传输到布置在燃烧室12里的燃烧炉13中。是单独的传输到每一个 燃烧炉或者每一组燃烧炉，再或者是共同地传输到燃烧室12里全部的燃烧炉13，这需要根 据燃煤发电站燃烧系统的构造来决定。用于测量载运空气静压力的压力测量设备14沿着 载运空气的流动方向布置在蓄热式空气预热器5之后的位置。另外，安全瓣15布置在载运 空气流中，它在燃煤发电站燃烧系统的开始阶段，也就是没有任何磨碎煤被传送到燃烧炉 13的时候，是关闭着的。在新鲜空气鼓风机3之后，被吸入的新鲜空气的大部分作为助燃空气被传送到蓄 热式空气预热器5。加热后的助燃空气的静压力通过静压力测量设备16测量得到。新鲜空 气鼓风机3由压力测量设备14和16控制。加热后的助燃空气的一部分被直接传送到燃烧 炉13，而另一部分被传送到燃烧室12。助燃空气的这两部分空气量通过助燃空气量测量设 备17和18测量得到。助燃空气量测量设备17和18，如同载运空气量测量设备10 —样，被构造为关联测 量设备。这些设备具有构造为测量杆的传感器，这些测量杆沿着助燃空气的流动方向顺序 地布置在承载助燃空气的管道或通道系统中。助燃空气中承载的细小微粒在测量杆处产生 摩擦带电效应，这些摩擦带电效应通过关联分析来评估。助燃空气的流速由该评估的结果 确定，而考虑到承载助燃空气的管道或通道系统的横截面面积以及助燃空气的温度，再加 上助燃空气在安装了测量杆位置处的静压力，就可以确定助燃空气量。供给燃烧炉13和燃烧室12的助燃空气量由助燃空气控制瓣19和20控制，以此 得到预定的燃烧化学计量法所需求的燃料-空气比率，即与根据发电站燃烧系统的需求装 载量供给燃烧炉13的磨碎煤量相称。根据燃煤发电站燃烧系统的规格和发电量，上述所有的装配和设备可以被多次实 施和并行运作。为了简化示意图的清晰明了，仅一次示出这些装配和设备。这并不影响本 发明涉及的燃煤发电站燃烧系统的基本功能。图2显示的是在燃煤发电站燃烧系统开始阶段被传送到燃烧炉13或一组燃烧炉 的助燃空气量的时间依赖关系。首先，燃烧室12被预充气。助燃空气控制瓣19和20全开，而载运空气管道中的安 全瓣15关闭。只有助燃空气被运送到燃烧室12。新鲜空气鼓风机3根据静压力测量设备 16测量出的助燃空气压力被控制。最初，充足的助燃空气被吹入燃烧室12，以与燃烧室12 中的空气量多重交换(至少3重)，进而去除燃烧室12中的残余燃料并防止爆炸。在与燃 烧室12中空气量的多重交换之后，安装在燃烧室12中的燃油炉或燃气炉(未在图1中显 示)进入点火就绪状态。当点火就绪之时，助燃空气量根据提供给点燃过程的燃料量(燃油 或燃气)被控制。通过用来将细小微粒引入新鲜空气流中的设备2，每立方米具有aiig粉煤 灰的吸入新鲜空气被引入新鲜空气流中。通过助燃空气量测量设备17和18测量助燃空气 量，通过助燃空气控制瓣19和20控制供给燃烧炉13或燃烧室12的助燃空气量。燃煤发电站燃烧系统被燃油和/或燃气点燃，直到燃烧室12和蓄热式空气预热器5被充分预热。 在燃油和/或燃气燃烧期间，每立方米含有大约2mg粉煤灰的新鲜空气被引入到吸入的新 鲜空气中，以此达到足够的微粒装载量，用以在安装于助燃空气流中的传感器位置处产生 摩擦带电效应，进而才能够依照关联测量方法测量出空气量。当燃烧室12被充分预热后，便开始将磨碎煤引入到燃烧室12中。为了实现这个 目的，载运空气流通过风扇磨煤机4和打开安全瓣15而开始，并向磨煤机8提供计量的煤 量。载运空气承载有磨碎煤。磨碎煤在仍运行着的燃油炉和/或燃气炉里被点燃。当煤开始被引入到燃烧室12 并且被点火的时候，停止将细小微粒引入到吸入的新鲜空气中。足量的粉尘微粒通过蓄热 式空气预热器5被引入到助燃空气和载运空气中，以在空气量测量设备10、17和18的感应 杆位置处产生摩擦带电效应。参考符号列表
1新鲜空气瓣
2用以计量地引入细小微粒的设备
3新鲜空气鼓风机
4风扇磨煤机
5蓄热式空气预热器
6热气瓣
7冷气瓣
8磨煤机
9温度测量设备
10载运空气量测量设备
11煤计量装置
12燃烧室
13燃烧炉
14测量载运空气静压力的压力测量
15安全瓣
16测量助燃空气静压力的压力测量
17助燃空气量测量设备
18助燃空气量测量设备
19助燃空气控制瓣
20助燃空气控制瓣
权利要求
1.一种用来控制燃煤发电站燃烧系统中磨碎煤燃烧期间燃料-空气比率的设备，包括 用于将所述磨碎煤气动传输到所述燃煤发电站的燃烧炉的装置以及向所述燃煤发电站燃 烧系统的燃烧炉(13)或燃烧室(12)提供助燃空气的装置，其中，沿着空气流动方向至少布 置有如下设备用来从大气中吸入新鲜空气的新鲜空气鼓风机(3)；用来将一部分吸入的新鲜空气作 为承载磨碎煤的载运空气来传输的风扇磨煤机(4)；用来通过使用来自所述燃煤发电站燃 烧系统的废气热量以预加热所述吸入的新鲜空气和一部分所述载运空气的蓄热式空气预 热器(5)，其中，所述蓄热式空气预热器(5)的储藏块交替地由热废气加热并随后被所述新 鲜空气或者一部分所述载运空气冷却；用来控制用于气动传输所述磨碎煤的助燃空气量的 空气量控制装置；用来测量被引入所述燃烧室(12)中的助燃空气量和测量用于气动传输 所述磨碎煤的载运空气量的测量设备(10、17、18)；以及用来向燃烧炉(13)计量地传输预 定量磨碎煤的设备(8、11)，其特征在于，提供用以测量助燃空气量的关联测量设备(17、18)，在设于所述助燃空气流中且沿所 述助燃空气的流动方向顺序布置的两个传感器处，评估摩擦带电效应，其中，沿着所述助燃 空气的流动方向在所述蓄热式空气预热器(5)之后，所述传感器布置于承载着所述助燃空 气的通道系统中，以及至少一个用来将细小微粒计量地引入所述空气流中的设备O)，沿着 所述助燃空气的流动方向设置在所述关联测量设备的传感器之前。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，提供用以所述测量载运空气的关联测量设备(10)，在沿所述载运空气的流动方向顺序 地布置于所述载运空气流中的两个传感器处，评估摩擦带电效应，其中，沿着所述载运空气 的流动方向在所述蓄热式空气预热器( 之后，所述传感器布置于承载着所述载运空气的 通道系统中。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，用来将细小微粒计量地引入所述空气流中的设备O)，布置在所述新鲜空气鼓风机 ⑶之前。
4.根据权利要求1、2或3的设备，其特征在于，用来将细小微粒计量地引入所述空气流中的设备( 是粉尘喷射器。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述粉尘喷射器构造为将过滤灰或粉煤灰引入所述空气流中。
6.根据前述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，用来感应摩擦带电效应的传感器，布置在空气通道的通道收缩或通道弯曲处。
7.根据前述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，用来感应摩擦带电效应的传感器，在所述助燃空气流中，被安装在用来控制助燃空气 量的致动器(19、29)之前，而在所述载运空气流中，则被安装在引入所述磨碎煤到所述载 运空气流之前。
8.一种用来控制燃煤发电站燃烧系统中磨碎煤燃烧期间燃料-空气比率的方法，包 括根据权利要求1-7所述的，用来将所述磨碎煤传送到所述燃煤发电站燃烧系统的燃烧炉 (13)的装置以及用来将助燃空气传送到所述燃煤发电站燃烧系统的燃烧炉(13)或者燃烧室(12)的装置，其特征在于，通过关联测量方法测量助燃空气量以及载运空气量，这种关联测量方法基于对沿空 气流动方向顺序布置于空气流中的传感器处的摩擦带电效应的评估，以及将每立方米包含 0. Img到IOmg之间，最好是每立方米包含0. 5mg到2mg之间的细小微粒的空气引入所述传 感器之前的空气流中，这些微粒的直径处于20 μ m到200 μ m之间，最好是在60 μ m到90 μ m 之间。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过基于对沿空气流方向顺序布置在所述空气流中的传感器处的摩擦带电效应的评 估的关联测量方法，来测量所述载运空气量。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，将每立方米包含0. Img到IOmg之间，最好是0. 5mg到2mg之间的过滤灰或粉煤灰的空 气，引入到所述空气流中。
11.根据权利要求8-10中任一项所述的方法，其特征在于，只在所述燃煤发电站燃烧系统的开始阶段，将所述细小微粒引入所述空气流中。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，当没有任何磨碎煤被引入到所述载运空气中时，将所述细小微粒引入所述空气流中。
13.根据权利要求8-12中任一项所述的方法，其特征在于，所述细小微粒以IOOms到60s的周期，被周期性地引入到所述空气流中。
全文摘要
本发明涉及一种用来控制燃煤发电站燃烧系统中磨碎煤燃烧期间燃料-空气比率的设备和方法，包括将磨碎煤气动传输到燃煤发电站的燃烧炉的装置，以及向燃煤发电站燃烧系统的燃烧炉或燃烧室提供助燃空气的装置，其中，助燃空气量和载运空气量是受控制的。本发明的目的在于，实现控制的高可靠性以及用以测量助燃空气和载运空气量的空气测量设备的低维护性。根据本发明，用以测量助燃空气的测量装置来实现该目的，该测量装置根据关联测量方法，对于沿助燃空气的流动方向顺序布置的传感器上的摩擦带电效应进行评估从而测量助燃空气的流速。为此目的，每立方米含有0.1mg到10mg的直径为20μm到200μm的细小微粒的空气，被引入吸入的新鲜空气中。将微粒引入吸入的新鲜空气中，基本是在燃煤发电站燃烧系统的开始阶段实施的。优选地，通过关联测量设备测量载运空气量，该关联测量设备对于沿载运空气的流动方向在载运空气流中顺序布置的传感器上的摩擦带电效应进行评估。
文档编号F23N5/18GK102077027SQ200980124619
公开日2011年5月25日 申请日期2009年6月24日 优先权日2008年6月27日
发明者亚历山大·汉姆, 汉斯·格奥尔·康拉德斯 申请人:普罗梅康过程和测量技术康拉德斯有限责任公司