CN102084184B - 氧气燃烧锅炉的燃烧控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够防止火炎温度下降而获得充分的火炉吸热、并且能够稳定地进行氧气燃烧运转的氧气燃烧锅炉的燃烧控制方法及装置。测量相对于向燃煤锅炉导入的气体总量的氧气浓度、即引入锅炉的氧气浓度，控制总的再循环废气流量，以将该引入锅炉的氧气浓度限制在规定范围内。

Description

氧气燃烧锅炉的燃烧控制方法及装置

技术领域

本发明涉及氧气燃烧锅炉(酸素燃焼ボイラ)的燃烧控制方法及装置。

背景技术

关于近年来作为全球规模的环境问题而被广泛提及的地球变暖问题，已知一个主要原因是大气中的二氧化碳(CO₂)的浓度增加，而火力发电站则作为这些物质的固定排出源而备受关注，作为火力发电用燃料，使用石油、天然气和煤，尤其是煤，其可开采量大，预计今后的需求会进一步增加。

与天然气及石油相比，煤的含碳量高，此外还含有氢、氮、硫等成分以及作为无机质的灰，因此一旦使煤在空气中燃烧，燃烧废气的成分几乎都是氮(约70％)，此外还含有二氧化碳CO₂、硫氧化物SO_X、氮氧化物NO_X、以及包含灰分和未燃烧的煤粒子的灰尘和氧气(约4％)。因此，要对燃烧废气实施脱硝、脱硫、脱尘等废气处理，使NO_X、SO_X、微粒达到环境排出基准值以下，然后再从烟囱向大气排放。

在上述燃烧废气中生成的NO_X中，有空气中的氮被氧气氧化后生成的热NO_X和燃烧中的氮被氧化后生成的燃料NO_X。过去，为了减少热NO_X，是采用降低火炎温度的燃烧法，而为了减少燃料NO_X，是采用在燃烧炉内形成将NO_X还原的燃烧过剩区域的燃烧法。

此外，在使用煤之类的含硫的燃料时，由于通过燃烧而在燃烧废气中产生SO_X，因此具备湿式或干式的脱硫装置来进行除去。

另一方面，还要求能够高效地分离并除去在燃烧废气中大量产生的二氧化碳，而作为从燃烧废气中回收二氧化碳的方法，过去研究过使吸收至胺等吸收液中的方法、被固体吸附剂吸附的吸附法、或膜分离法等，但这些方法的转换效率都很低，还未能实际用于从燃煤锅炉回收CO₂。

为此，作为既能够从燃烧废气中分离二氧化碳又能够抑制热NO_X的有效方法，提出过不用空气而用氧气使燃料燃烧的方法(譬如见专利文献1)。

一旦用氧气来使煤燃烧，就不会产生热NO_X，燃烧废气几乎为二氧化碳，其它则为含有燃料NO_X、SO_X的气体，因此通过将燃烧废气冷却，就比较容易使上述二氧化碳液化而分离。

专利文献1日本专利特开平5-231609号公报。

然而，采用以前的空气燃烧的燃煤锅炉时，对于氧气的平衡气体是氮气，该氮气是在煤粉燃烧时所用的空气中成为除了氧气以外的主要成分的气体，相对而言，采用氧气燃烧锅炉时，对于氧气的平衡气体是二氧化碳及水蒸气，其原因是该二氧化碳及水蒸气是在再循环废气中成为除了氧气以外的主要成分的气体。

然而，由于氮气与二氧化碳及水蒸气的热特性不同，因此当相对于向氧气燃烧锅炉导入的气体总量的氧气浓度(引入锅炉(boiler-brought-in)的氧气浓度)达到空气中的氧气浓度、即达到21％附近时，火炎温度会比空气燃烧时下降，存在不能获得充分的火炉吸热等问题。

发明内容

本发明鉴于上述实情，目的在于提供一种能够防止火炎温度下降、从而获得充分的火炉吸热、并且能够稳定地进行氧气燃烧运转的氧气燃烧锅炉的燃烧控制方法及装置。

本发明的氧气燃烧锅炉的燃烧控制方法是，一边将从氧气制造装置供给的氧气导入燃煤锅炉，一边将再循环的废气作为一次再循环废气及二次再循环废气向碾磨机及燃煤锅炉导入，并且利用上述一次再循环废气将用该碾磨机粉碎后的煤粉向燃烧炉运送，从而利用上述氧气及二次再循环废气进行氧气燃烧，其中，

测量相对于向燃煤锅炉导入的气体总量的氧气浓度、即引入锅炉的氧气浓度，并控制总的再循环废气流量，以将该引入锅炉的氧气浓度限制在规定范围内。

在上述氧气燃烧锅炉的燃烧控制方法中，优选将上述引入锅炉的氧气浓度的范围设定为25～30％。

另一方面，本发明的氧气燃烧锅炉的燃烧控制装置是，一边将从氧气制造装置供给的氧气导入燃煤锅炉，一边将再循环的废气作为一次再循环废气及二次再循环废气向碾磨机及燃煤锅炉导入，并且利用上述一次再循环废气将用该碾磨机粉碎后的煤粉向燃烧炉运送，从而利用上述氧气及二次再循环废气进行氧气燃烧，其中，具有：

O₂浓度计，该O₂浓度计检出向上述燃煤锅炉导入的氧气的O₂浓度；

流量计，该流量计检出向上述燃煤锅炉导入的氧气的流量；

O₂浓度计，该O₂浓度计检出向上述碾磨机导入的一次再循环废气中的O₂浓度；

流量计，该流量计检出向上述碾磨机导入的一次再循环废气的流量；

O₂浓度计，该O₂浓度计检出向上述燃煤锅炉导入的二次再循环废气中的O₂浓度；

流量计，该流量计检出向上述燃煤锅炉导入的二次再循环废气的流量；

流量调节器，该流量调节器调节向上述碾磨机及燃煤锅炉导入的总的再循环废气的流量；

控制器，该控制器基于用上述各O₂浓度计检出的O₂浓度和用上述各流量计检出的流量，计算出相对于向燃煤锅炉导入的气体总量的氧气浓度、即引入锅炉的氧气浓度，并向所述流量调节器输出流量控制信号，以将该引入锅炉的氧气浓度限定在规定范围内。

另外，本发明的氧气燃烧锅炉的燃烧控制装置是，一边将从氧气制造装置供给的氧气导入燃煤锅炉，一边将再循环的废气作为一次再循环废气及二次再循环废气向碾磨机及燃煤锅炉导入，并且利用上述一次再循环废气将用该碾磨机粉碎后的煤粉向燃烧炉运送，从而利用上述氧气及二次再循环废气进行氧气燃烧，其中，具有：

O₂浓度计，该O₂浓度计检出向上述燃煤锅炉导入的氧气的O₂浓度；

流量计，该流量计检出向上述燃煤锅炉导入的氧气的流量；

O₂浓度计，该O₂浓度计检出向上述碾磨机及燃煤锅炉导入的总的再循环废气中的O₂浓度；

流量计，该流量计检出向上述碾磨机及燃煤锅炉导入的总的再循环废气的流量；

流量调节器，该流量调节器调节向上述碾磨机及燃煤锅炉导入的总的再循环废气的流量；

控制器，该控制器基于用上述各O₂浓度计检出的O₂浓度和用上述各流量计检出的流量，计算出相对于向燃煤锅炉导入的气体总量的氧气浓度、即引入锅炉的氧气浓度，并向所述流量调节器输出流量控制信号，以将该引入锅炉的氧气浓度限定在规定范围内。

在上述氧气燃烧锅炉的燃烧控制装置中，优选将上述引入锅炉的氧气浓度的范围设定为25～30％。

发明的效果

采用本发明的氧气燃烧锅炉的燃烧控制方法及装置，可发挥以下优异的效果：能够防止火炎温度下降，从而获得充分的火炉吸热，并且能够稳定地进行氧气燃烧运转。

附图说明

图1是表示本发明一实施例的整体概要结构图。

图2是表示本发明一实施例的控制流程的流程图。

图3是表示锅炉中的引入锅炉的氧气浓度与火炉吸热之间的关系的曲线图。

图4是表示本发明其它实施例的整体概要结构图。

符号说明

1    煤斗

2    供煤机

3    碾磨机

4    燃煤锅炉

5    风箱

6    燃烧炉

7    废气管线

8    空气预热器

10   氧气制造装置

11   鼓风机(forced draft fan)

12   一次再循环废气管线

13   冷旁通管

16   二次再循环废气管线

17   二次再循环废气用氧气供给管线

18   风箱用氧气供给管线

20   抽风机(induced draft fan)

22   O₂浓度计

22a   O₂浓度

23    流量计

23a   流量

24    O₂浓度计

24a   O₂浓度

25    流量计

25a   流量

26    O₂浓度计

26a   O₂浓度

27    流量计

27a   流量

28    再循环废气管线

29    流量调节阀(流量调节器)

29a   开度控制信号(流量控制信号)

30    控制器

31    O₂浓度计

31a   O₂浓度

32    流量计

32a   流量

33    O₂浓度计

33a   O₂浓度

34    流量计

34a   流量

具体实施方式

以下结合附图说明本发明的实施例。

图1图3是本发明的一个实施例，1是储存煤的煤斗，2是将储存在煤斗1中的煤送出的供煤机，3是将从供煤机2供给的煤加以细粉碎且使之干燥的碾磨机，4是燃煤锅炉，5是安装在燃煤锅炉4上的风箱，6是配设在风箱5内且供从碾磨机3供给的煤粉燃烧用的燃烧炉，7是供从燃煤锅炉4排出的废气流动的废气管线，8是使在废气管线7中流动的废气与一次再循环废气以及二次再循环废气进行热交换的空气预热器，9是对通过了空气预热器8的废气进行处理的脱硫装置和集尘机等废气处理装置，10是制造氧气的氧气制造装置，11是将经过废气处理装置9净化的废气作为一次再循环废气以及二次再循环废气进行强制输送的鼓风机(FDF)，12是将被鼓风机11强制输送的废气的一部分作为一次再循环废气用空气预热器8预热后向碾磨机3引导的一次再循环废气管线，13是通过使被导入碾磨机3的一次再循环废气的一部分在空气预热器8中迂回而对一次再循环废气的温度进行调节用的冷旁通管，14是为了对通过空气预热器8的一次再循环废气的流量进行调节而设于一次再循环废气管线12的中途的流量调节阀，15是为了对在空气预热器8中迂回的一次再循环废气的流量进行调节而设于冷旁通管13的中途的流量调节阀，16是将被鼓风机11强制输送的废气的一部分作为二次再循环废气而用空气预热器8预热后向风箱5引导的二次再循环废气管线，17是将来自氧气制造装置10的氧气向二次再循环废气管线16供给的二次再循环废气用氧气供给管线，18是将来自氧气制造装置10的氧气直接向风箱5供给的风箱用氧气供给管线，19是从废气中回收CO₂等的回收装置，20是设于废气处理装置9的下游侧、对废气进行引诱的抽风机(IDF)，21是将经过废气处理装置9净化且用抽风机20引诱的废气向大气排放的烟囱，

在上述风箱用氧气供给管线18的中途设有：检出向上述燃煤锅炉4的风箱5直接供给的氧气的O₂浓度22a的O₂浓度计22、以及检出向燃煤锅炉4的风箱5直接供给的氧气的流量23a的流量计23，

在处于上述一次再循环废气管线12中途的碾磨机3的入口侧设有：检出向该碾磨机3导入的一次再循环废气中的O₂浓度24a的O₂浓度计24、以及检出向上述碾磨机3导入的一次再循环废气的流量25a的流量计25，

在上述二次再循环废气管线16的中途设有：检出从上述二次再循环废气用氧气供给管线17供给了氧气的二次再循环废气中的O₂浓度26a的O₂浓度计26、以及检出从上述二次再循环废气用氧气供给管线17供给了氧气的二次再循环废气的流量27a的流量计27，

在位于上述鼓风机11的出口侧且处于上述一次再循环废气管线12与二次再循环废气管线16间的分支点的上游的再循环废气管线28的中途，设有对向上述碾磨机3及燃煤锅炉4导入的总的再循环废气的流量进行调节的、作为流量调节器的流量调节阀29，

还设有控制器30，该控制器30基于用上述各O₂浓度计22、24、26检出的O₂浓度22a、24a、26a和用上述各流量计23、25、27检出的流量23a、25a、27a，计算出相对于向燃煤锅炉4导入的气体总量的氧气浓度、即引入锅炉的氧气浓度，并向上述流量调节阀29输出作为流量控制信号的开度控制信号29a，以将该引入锅炉的氧气浓度限定在规定范围内。此外，也可以譬如使用调节风门(damper)及其它流量调节器来取代上述流量调节阀29，并从上述控制器30对该流量调节器输出流量控制信号。

上述引入锅炉的氧气浓度的范围如图3那样优选设定在25～30％，特优选设定在27％左右。这样设定的理由是，当空气的氧气浓度为21％时，燃煤锅炉4的火炉吸热大约为52％左右，以此为基准，根据空气燃烧时的运转实效将火炉吸热允许范围设定为大约49～60％，而在氧气燃烧时，能够维持上述火炉吸热允许范围的引入锅炉的氧气浓度就是25～30％。

以下说明上述图示例的作用。

在如上述的燃煤锅炉4的稳定运转时，储存在煤斗1中的煤被供煤机2向碾磨机3投入，在该碾磨机3中，煤被细粉碎成煤粉，同时，被鼓风机11从再循环废气管线28强制输送的废气的一部分作为一次再循环废气而经空气预热器8预热后从一次再循环废气管线12导入碾磨机3内，一边利用该一次再循环废气使向碾磨机3投入的煤干燥，一边将细粉碎的煤粉向燃烧炉6运送，另一方面，被鼓风机11从再循环废气管线28强制输送的废气的一部分作为二次再循环废气而经空气预热器8预热后从二次再循环废气管线16导入燃煤锅炉4的风箱5内，并且，用氧气制造装置10制造的氧气从风箱用氧气供给管线18直接供给燃煤锅炉4的风箱5，由此在燃煤锅炉4内进行煤粉的氧气燃烧。

此外，在上述燃煤锅炉4起动时，向碾磨机3内导入空气(图中未示)来取代一次再循环废气，一边利用该空气使被投入到碾磨机3中的煤干燥，一边将被细粉碎后的煤粉向燃烧炉6运送，另一方面，向燃煤锅炉4的风箱5供给空气(图中未示)来取代二次再循环废气及氧气，在燃煤锅炉4内进行煤粉的空气燃烧，一旦该燃煤锅炉4的吸热达到规定值，上述空气便分别被切换成一次再循环废气、二次再循环废气以及氧气，并向氧气燃烧转移。

从上述燃煤锅炉4排出的废气流过废气管线7而被导入空气预热器8，在该空气预热器8内，上述一次再循环废气以及二次再循环废气被加热，进行热回收，通过了空气预热器8的废气则在脱硫装置和集尘机等废气处理装置9中进行脱硫和集尘等处理，经过该废气处理装置9净化的废气被抽风机20引诱而从烟囱21向大气排放，另一方面，通过了上述废气处理装置9的废气的一部分由于鼓风机11的作用而再次循环，同时被导入回收装置19，使废气中的CO₂等得以回收。

并且，在本图示例中，在上述燃煤锅炉4的稳定运转时，用O₂浓度计22检出直接向燃煤锅炉4的风箱5供给的氧气的O₂浓度22a，用流量计23检出直接向燃煤锅炉4的风箱5供给的氧气的流量23a，用O₂浓度计24检出向上述碾磨机3导入的一次再循环废气中的O₂浓度24a，用流量计25检出向上述碾磨机3导入的一次再循环废气的流量25a，用O₂浓度计26检出从上述二次再循环废气用氧气供给管线17供给了氧气的二次再循环废气中的O₂浓度26a，用流量计27检出从上述二次再循环废气用氧气供给管线17供给了氧气的二次再循环废气的流量27a，在控制器30中，基于用上述各O₂浓度计22、24、26检出的O₂浓度22a、24a、26a以及用上述各流量计23、25、27检出的流量23a、25a、27a，计算出相对于向燃煤锅炉4导入的气体总量的氧气浓度、即引入锅炉的氧气浓度(参见图2的步骤S1)。

接着，判断上述引入锅炉的氧气浓度是否比25％小(参见图2的步骤S2)，当该引入锅炉的氧气浓度比25％小时，利用从控制器30输出的作为流量控制信号的开度控制信号29a来缩小作为流量调节器的流量调节阀29的开度，以减少在再循环废气管线28中流动的总的再循环废气流量(参见图2的步骤S3)。

当该引入锅炉的氧气浓度在25％以上时，判断该引入锅炉的氧气浓度是否比30％大(参见图2的步骤S4)，当该引入锅炉的氧气浓度比30％大时，利用从控制器30输出的作为流量控制信号的开度控制信号29a来扩大作为流量调节器的流量调节阀29的开度，以增加在上述再循环废气管线28中流动的总的再循环废气流量(参见图2的步骤S5)，由此将上述引入锅炉的氧气浓度限制在规定范围内(25～30％)，不会降低火炎温度，能够得到充分的火炉吸热，且能够在从空气燃烧时的运转实效得到的火炉吸热的±5％左右的范围内进行稳定的氧气燃烧运转。

这样，能够防止火炎温度下降，而得到充分的火炉吸热，并能够稳定地进行氧气燃烧运转。

图4是本发明的又一实施例，图中，凡标有与图1相同符号之处均表示相同部件，本实施例的基本结构与图1所示相同，本图示例的特征则如图4所示，在从上述氧气制造装置10延伸、且处于上述二次再循环废气用氧气供给管线17与风箱用氧气供给管线18间的分支点的上游侧的氧气供给管线的中途设有：检出向上述燃煤锅炉4导入的氧气的O₂浓度31a的O₂浓度计31、以及检出向上述燃煤锅炉4导入的氧气的流量32a的流量计32，在上述再循环废气管线28的中途设有：检出向上述碾磨机3及燃煤锅炉4导入的总的再循环废气中的O₂浓度33a的O₂浓度计33、检出向上述碾磨机3及燃煤锅炉4导入的总的再循环废气的流量34a的流量计34、以及对向上述碾磨机3及燃煤锅炉4导入的总的再循环废气的流量进行调节的、作为流量调节器的流量调节阀29，在控制器30中，基于用上述各O₂浓度计31、33检出的O₂浓度31a、33a和用上述各流量计32、34检出的流量32a、34a，计算出向燃煤锅炉4导入的引入锅炉的氧气浓度，并向上述流量调节阀29输出作为流量控制信号的开度控制信号29a，以将该引入锅炉的氧气浓度限定在规定范围(25～30％)内。

在本图示例中，在上述燃煤锅炉4的稳定运转时，用O₂浓度计31检出向燃煤锅炉4导入的氧气的O₂浓度31a，用流量计32检出向燃煤锅炉4导入的氧气的流量32a，用O₂浓度计33检出向上述碾磨机3及燃煤锅炉4导入的总的再循环废气中的O₂浓度33a，用流量计34检出向上述碾磨机3及燃煤锅炉4导入的总的再循环废气的流量34a，在控制器30中，基于用上述各O₂浓度计31、33检出的O₂浓度31a、33a以及用上述各流量计32、34检出的流量32a、34a，计算出向燃煤锅炉4导入的引入锅炉的氧气浓度(参见图2的步骤S1)，接着，判断上述引入锅炉的氧气浓度是否比25％小(参见图2的步骤S2)，当该引入锅炉的氧气浓度比25％小时，利用从控制器30输出的作为流量控制信号的开度控制信号29a来缩小作为流量调节器的流量调节阀29的开度，以减少在再循环废气管线28中流动的总的再循环废气流量(参见图2的步骤S3)，当该引入锅炉的氧气浓度在25％以上时，判断该引入锅炉的氧气浓度是否比30％大(参见图2的步骤S4)，当该引入锅炉的氧气浓度比30％大时，利用从控制器30输出的作为流量控制信号的开度控制信号29a来扩大作为流量调节器的流量调节阀29的开度，以增加在上述再循环废气管线28中流动的总的再循环废气流量(参见图2的步骤S5)，由此，能够将上述引入锅炉的氧气浓度限制在规定范围(25～30％)内，且不会降低火炎温度，能够得到充分的火炉吸热，且能够在从空气燃烧时的运转实效得到的火炉吸热的±5％左右的范围内进行稳定的氧气燃烧运转。

这样，图4所示的例子的情形也与图1所示的例子的情形一样，能够防止火炎温度降低而得到充分的火炉吸热，且能够稳定地进行氧气燃烧运转。

另外，图4所示的例子的情形与图1所示的例子的情形相比，还能够减少O₂浓度计和流量计的个数。

毫无疑问，本发明的氧气燃烧锅炉的燃烧控制方法及装置不限于上述图示例，可以在不脱离本发明宗旨的范围内作各种变更。

Claims (3)

1.氧气燃烧锅炉的燃烧控制装置，是一边将从氧气制造装置供给的氧气导入燃煤锅炉的风箱，一边将再循环的废气作为一次再循环废气及二次再循环废气分别向碾磨机及燃煤锅炉的风箱导入，并且利用所述一次再循环废气将用该碾磨机粉碎后的煤粉向设置于所述风箱内的燃烧炉运送，从而利用所述氧气及二次再循环废气进行氧气燃烧，其中，具有：

O₂浓度计，该O₂浓度计检出直接向所述燃煤锅炉的风箱供给的氧气的O₂浓度；

流量计，该流量计检出直接向所述燃煤锅炉的风箱供给的氧气的流量；

O₂浓度计，该O₂浓度计检出向所述碾磨机导入的一次再循环废气中的O₂浓度；

流量计，该流量计检出向所述碾磨机导入的一次再循环废气的流量；

O₂浓度计，该O₂浓度计检出向所述燃煤锅炉导入的二次再循环废气中的O₂浓度；

流量计，该流量计检出向所述燃煤锅炉导入的二次再循环废气的流量；

流量调节器，该流量调节器调节向所述碾磨机及燃煤锅炉导入的总的再循环废气的流量；

控制器，该控制器基于用所述各O₂浓度计检出的O₂浓度和用所述各流量计检出的流量，计算出相对于向燃煤锅炉导入的气体总量的氧气浓度，该氧气浓度为引入锅炉的氧气浓度，并向所述流量调节器输出流量控制信号，以将该引入锅炉的氧气浓度限定在规定范围内。

2.氧气燃烧锅炉的燃烧控制装置，是一边将从氧气制造装置供给的氧气导入燃煤锅炉的风箱，一边将再循环的废气作为一次再循环废气及二次再循环废气分别向碾磨机及燃煤锅炉的风箱导入，并且利用所述一次再循环废气将用该碾磨机粉碎后的煤粉向设置于所述风箱内的燃烧炉运送，从而利用所述氧气及二次再循环废气进行氧气燃烧，其中，具有：

O₂浓度计，该O₂浓度计检出向所述燃煤锅炉导入的氧气的O₂浓度；

流量计，该流量计检出向所述燃煤锅炉导入的氧气的流量；

O₂浓度计，该O₂浓度计检出向所述碾磨机及燃煤锅炉导入的总的再循环废气中的O₂浓度；

流量计，该流量计检出向所述碾磨机及燃煤锅炉导入的总的再循环废气的流量；

流量调节器，该流量调节器调节向所述碾磨机及燃煤锅炉导入的总的再循环废气的流量；

控制器，该控制器基于用所述各O₂浓度计检出的O₂浓度和用所述各流量计检出的流量，计算出相对于向燃煤锅炉导入的气体总量的氧气浓度，该氧气浓度为引入锅炉的氧气浓度，并向所述流量调节器输出流量控制信号，以将该引入锅炉的氧气浓度限定在规定范围内。

3.如权利要求1或2所述的氧气燃烧锅炉的燃烧控制装置，其中，将所述引入锅炉的氧气浓度的范围设定为25～30％。

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