粉煤燃烧炉的炉内状态测算控制设备制造技术

在通过将炉内区域分成二维或三维燃烧单元并根据包括燃烧炉尺寸在内的结构信息和包括供煤速率及供气速率在内的操作信息来计算各燃烧单元内的气体流速、气体反应量、煤燃烧率、辐射传热率从而测算炉内气体成分分布和温度分布中的至少一种分布时，可参照一气相成分中的空气比例表，从而简化前述气体反应量计算并极大地减少这种计算所需要的时间。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到一种粉煤燃烧炉的炉内状态测算控制设备，它可测算燃烧炉的炉内状态并控制粉煤的共给速率，空气的供给速率等等，而所说的燃烧炉则配备有喷烧器，这些喷烧器用于喷烧以气动方式传输的粉煤，具体地说，本专利技术涉及到一种计算程序，它用于通过计算来获得所述燃烧炉内的气体成分分布和温度分布。煤的燃烧会排出由氧化氮(NOx)构成的环境污染物。业已提出了多种燃烧方法以减少NOx的排量。但是，为了减少NOx的排量，就必须要了解炉内的状态。在粉煤燃烧锅炉中，将多个喷烧器设置在一燃烧炉的壁面上，并且，在所说的喷烧器组的上部设置有一后来空气入口。根据负荷来改变所用的喷烧器的数量或调节对上述后来空气入口的供气率，但是，这样做会在炉内的温度分布或气体成分分布方面出现不均匀的现象。而且，由于提供粉煤和空气的管道系统的压力损失有所不同，所以，所述喷烧器的火焰状态会有所不同。因此，必须通过观察炉内情况以了解从中排出的Nox，一氧化碳和未燃烧的煤的份额，以便进行适当的控制。如果各种测量仪器能直接地插进炉内，那么，就可很容易地获得炉内的气体成分分布和温度分布。但是，由于炉内处于高温状态，所以在实践上是不可能的。因此，必须通过计算来获得温度的分布与气体成分的分布。日本专利申请公开第5-264005号公开了一种方法，在这种方法中，通过用垂直平面将炉的内部分成若干个部分并计算燃烧炉出口处的温度以及水冷壁的吸热量，从而可用物理模型测算出炉内的温度和主加热器出口处的蒸气温度。在上述通常的技术中，无法获得炉内的气体成分的分布。而且，炉内的发热部分和发热率是凭经验加以确定的并包括在物理模型内。所以，在粉煤喷烧器的结构或负荷有较大变化时，就需要通过改变所说的物理模型来重新加以计算。此外，在已知炉内气体成分分布时，可以很容易地控制燃烧。因为，可以知道在哪一个区域中产生了大量的Nox和一氧化碳。本专利技术的一个目的是提供一种粉煤燃烧炉的炉内状态测算控制设备，它配备有能通过计算来测算出上述燃烧炉内气体成分分布和温度分布的装置。本专利技术的另一个目的是提供一种具体的控制装置，它用于根据对气体成分分布和/或温度分布的计算结果来控制操作状态。在一种粉煤燃烧炉的炉内状态测算控制设备中，本专利技术包括一计算程序，它用于通过计算来获得粉煤燃烧炉内的温度分布和气体成分分布中的至少一种分布；一显示器，它用于显示上述计算程序所获得的温度分布和气体成分分布中的至少一种分布；以及，一控制装置，它用于根据上述温度分布和气体成分分布中的至少一种分布来控制操作状态，本专利技术的特征在于，所述的炉内状态测算控制设备包括一气相成分中的空气比例表，在该表中，可以根据气体反应计算或者根据对上述反应炉的取样结果来获得煤在炉内温度达1000K至2500K的条件下以及在具有气相中空气比例为0.6至0.4的气体组成的条件下进行燃烧所产生的气体成分，并且，将该气体成分设置成与上述气相中的空气比例有一定的关系，而所述的计算程序则包括下述所有的第一至第四个步骤以及下述第五和第六步骤中的至少一个步骤(1)第一个步骤是将上述燃烧炉的内部分成若干个二维或三维燃烧单元；根据燃烧炉结构所特有的数据以及操作数据来计算每个燃烧单元的气流速率，以获得进入各个燃烧单元的热含量，各个燃烧单元产生的热含量以及进入各燃烧单元的气体成分和数量及煤的数量，上述燃烧炉结构所特有的数据包括该燃烧炉的尺寸，而所说的操作数据则包括供煤速率以及供气速率；(2)第二个步骤是根据在第一个步骤中获得的进入各燃烧单元的气体成分和数量以及各燃烧单元的初始温度来计算各燃烧单元的气相中的空气比例以及气相的比热；利用所获得的气相中的空气比例的索引来查找上述气相成分中的空气比例表，以获得与该气相中空气比例相对应的气体成分和数量；(3)第三个步骤是根据在第二个步骤中获得的气体成分和数量，从进入各燃烧单元的煤量与出自各燃烧单元的煤量中获得的各燃烧单元内的煤量以及在第二步骤中用于进行计算的各燃烧单元的初始温度来获得煤燃烧的发热量以及由各燃烧单元的煤转化成的气体的成分与数量；(4)第四个步骤是根据在第二个步骤中用于进行计算的各个燃烧单元的初始温度来获得各燃烧单元的辐射传热量；(5)第五个步骤是根据在第一个步骤中获得的进入各燃烧单元的热含量以及各燃烧单元产生的热含量，在第三个步骤中获得的各燃烧单元内的煤的发热量以及在第四个步骤中获得的各燃烧单元的辐射传热量来计算各燃烧单元内的热含量；以及，根据在第二个步骤中获得的各燃烧单元的热含量及比热来计算各燃烧单元的温度以获得炉内的温度分布；以及(6)第六个步骤是根据在第一个步骤中获得的进入各燃烧单元的气体成分和数量，在第二个步骤中获得的各燃烧单元中的气体成分和数量以及在第三个步骤中获得的转化自煤的气体成分和数量来计算各燃烧单元内的气体成分和数量以获得炉内的气体成分分布。本专利技术所使用的计算程序可包括下列步骤将在第五个步骤中获得的燃烧单元的相应温度中的至少一个燃烧单元的温度与先前计算出的该燃烧单元的温度作比较；当比较的差值超过一预定的容许温度差时，就用计算出来的当前温度重复进行第二个步骤至第五个步骤的计算；以及，用新计算出来的温度重复进行上述计算直至上述在先前计算出来的温度与新计算出来的温度之差收敛至所说的容许温度差的范围内。在这种情况下，将其先前算出来的温度值与所述容许温度差作比较的那个燃烧单元最好是位于燃烧炉出口处的燃烧单元。在本专利技术中，最好根据粉煤中氢与碳的比例或者碳，氢与氧的比例提供多个气相成分中的空气比例表。并且，最好提供一个分析器，它能获得粉煤中的碳、氢与氧的元素比例以及该粉煤的发热量并且在测算所述燃烧炉的炉内状态时能根据上述对粉煤的分析结果来使用所说的气相成分中的空气比例表。在所述燃烧炉的炉壁上配备有多个用于喷射粉煤及粉煤运载气体的喷烧器以及一后来空气供给口的情况下，作为上述控制装置的一个实例，最好提供这样一种控制单元，它能控制供给上述多个喷烧器及后来空气供给口的供气速率，因此，比上述后来空气供给口低的区域内的空气比例不会超过0.85。此外，作为上述控制装置的另一个实例，最好提供这样一种控制单元，它能比较根据前述计算程序获得的炉内温度所测算出的燃烧炉出口处的煤燃烧率与所述出口处的预定的煤燃烧率并且控制供给上述多个喷烧器及后来空气供给口的供气速率，因此，所测算出的煤燃烧率会高于上述预定值。除以上所述内容之外，作为所说的控制装置，可以提供(i)一控制单元，它可比较根据前述计算程序获得的炉内气体成分分布所测算出的燃烧炉出口处的气体成分与所述出口处的预定气体成分并且控制供给上述多个喷烧器和后来空气供给口的供气速率以及供给上述多个喷烧器的供煤速率，以使得所测算出的气体成分在上述预定值的范围内；(ii)一控制单元，它可根据前述计算程序获得的炉内温度的分布来获得上述炉壁和换热器内所吸收的热能，计算上述换热器内所产生的蒸气的温度和数量并且控制供给上述多个喷烧器和后来空气供给口的供气速率，供给上述多个喷烧器的供煤速率以及供给上述换热器的供水速率中的至少一种速率，以使得所计算出来的蒸气的温度和数量在上述预定值的范围内；以及，(iii)一控制单元，它可根据前述计算程序获得的炉内温度分布来获得上述炉壁和换热器内所吸收的热能、计算上述换热器内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种粉煤燃烧炉的炉内状态测算控制设备，该设备包括：一计算程序，它用于通过计算来获得上述粉煤燃烧炉内的温度分布及气体成分分布中的至少一种分布；一显示器，它用于显示上述计算程序所获得的温度分布及气体成分分布中的至少一种分布；以及，一控制装置，它用于根据上述温度分布及气体成分分布中的至少一种分布来控制操作状态，其中，所述炉内状态测算控制设备还包括一气体气相成分的空气比例表，在该表中，可以根据气体反应计算或者根据对所述反应炉的取样结果来获得煤在炉内温度达１０００Ｋ至２５００Ｋ的条件下以及在具有气相中空气比例为０．６至４．０的气体成分条件下进行燃烧所产生的气体成分，并且，将该气体成分设置成与上述气相中的空气比例有一定关系，而所述的计算程序则包括下述所有的第一至第四个步骤以及下述第五和第六步骤中的至少一个步骤：（１）第 一个步骤是：将上述燃烧炉的内部划分成若干个二维或三维燃烧单元；根据燃烧炉结构所特有的数据以及操作数据来计算每个燃烧单元的气体流速，以获得进入各燃烧单元的热含量，各个燃烧单元产生的热含量以及进入各燃烧单元的气体成分和数量及煤的数量，上述燃烧炉结构所特有的数据包括该燃烧炉的尺寸，而所说的操作数据则包括供煤速率以及供气速率；（２）第二个步骤是：根据在第一个步骤中获得的进入各燃烧单元的气体成分和数量以及各燃烧单元的初始温度来计算各燃烧单元的气相中的空气比例以及气相的比热；利用所获 得的气相中的空气比例的索引来查找上述气相成分中的空气比例表，以获得与该气相中空气比例相对应的气体成分和数量；（３）第三个步骤是：根据在第二个步骤中获得的气体成分和数量，从进入各燃烧单元的煤量与出自各燃烧单元的煤量中获得的各燃烧单元内的煤 量以及在第二个步骤中用于进行计算的各燃烧单元的初始温度来获得煤燃烧的发热量以及由各燃烧单元的煤转化成的气体的成分与数量；（４）第四个步骤是：根据在第二个步骤中用于进行计算的各个燃烧单元的初始温度来获得各燃烧单元的辐射传热量；（５）第 五个步骤是：根据在第一个步骤中获得的进入各燃烧单元的热含量以及各燃烧单元产生的热含量、在第三个步骤中获得的各燃烧单元内的煤的发热量以及在第四个步骤中获得的各燃烧单元的辐射传热量来计算各燃烧单元内的热含量；以及，根据在第二个步骤中获得的各燃烧单元的热含量及比热来计算各燃烧单元的温度以获得炉内的温度分布；以及（６）第六个步骤是：根据在第一个步骤中获得的进入各燃烧单元的...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：冈崎洋文，小林启信，谷口正行，天野研，田中利幸，折田久幸，木山研滋，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，巴布考克日立株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]