[发明专利]炉膛火焰过量空气系数确定方法、系统与装置

说明书

本发明提供了一种炉膛火焰过量空气系数确定方法、系统与装置。该方法包括：获取深度空气分级燃烧中主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO₂的含量；获取燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素的含量，或者，获取深度空气分级燃烧得到的烟气中一氧化碳的体积和二氧化碳的体积；获取理论干空气量；基于主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO₂的含量、燃煤收到基实际燃烧掉的碳元素的含量以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数，或者，基于主燃区产生的欠氧烟气中CO和CO₂的含量、深度空气分级燃烧得到的烟气中一氧化碳的体积和二氧化碳的体积以及理论干空气量确定炉膛火焰过量空气系数。

技术领域

本发明属于锅炉燃烧技术领域，特别涉及一种炉膛火焰过量空气系数确定方法、系统与装置。

背景技术

深度空气分级燃烧技术是本世纪才发展起来的技术，该技术能有效实现NO_x减排，在我国得到了普遍应用。我国目前90％以上的锅炉都完成了深度空气分级技术的改造，其安全可靠的应用非常重要。

深度空气分级燃烧技术是使燃烧先在深度欠氧的条件下进行，抑制NO_x的生成并让已经生成的NO_x还原成N₂，从而最大程度上减少NO_x的浓度；然后再进行氧气补充，使后续燃烧在富氧环境下完成；由于此区域的温度已经降低，新生成的NO_x量十分有限，因此总体上NO_x的排放量明显减少。

深度空气分级燃烧技术的构造方法包括：

1)通过低NO_x燃烧器实现空气分级送入，如浓淡分离、风包粉技术等，在燃烧器出口构建局部欠氧燃烧环境；

2)利用不同燃烧器间的配合，在炉膛垂直高度上分级配风，即在主燃烧器(送入煤粉的燃烧器)区域附近只给燃烧所需风量的75％-100％的份额(过量系数控制在0.75-1.0)左右，让煤粉在这一区域显著地、大范围的进行欠氧燃烧，然后在主燃烧器的上方通入剩余空气，让剩余煤粉在该区域内进行富氧条件下的完全燃烧。其中，紧贴着主燃烧器区域给入的空气称为火上风OFA(over fire air)，如果火上风OFA离主燃烧器区域有显著的距离则称为分离火上风SOFA(Separated over fire air)。

深度空气分级技术普遍采用分离火上风SOFA，通过将空气分级燃烧将范围扩大到接近整个炉膛，更接近极限地控制燃料在欠氧区的停留时间，并使富氧区的温度降得更低。此时典型的燃烧器布置如图1所示。

在深度空气分级燃烧技术中，合理的分配两级燃烧的过量空气系数是影响NO_x排放控制效果的关键因素：

1)主燃烧器区的过量空气系数如果太低，煤粉不易点燃而且燃烧不稳定、燃尽率差、飞灰含碳量高，主燃烧器附近还原性气氛过于强烈，在这样的环境下灰熔点比氧化气氛中降低100-120℃，引起锅炉结渣与高温腐蚀，最终的NO_x浓度还有可能恶化；

2)主燃烧器的过量空气系数如果太高，虽然煤粉的燃烧稳定性可靠，但NO_x的浓度大且因为主燃区燃烧过于强烈导致炉膛严重结渣，给锅炉的安全稳定运行带来严重威胁。

由此可见，燃烧器区域的氧量对于锅炉的安全运行与运行效果至关重要，过大、过小都不行，应当予以重点监测。然而由于炉膛主燃烧器的火焰温度高达1300℃以上，且充满了粘性的灰粒，因而目前尚未有有效的监测手段。目前现有技术，锅炉对于主燃烧器区的过量空气系数只是用燃烧器的开度、间接地依靠最终NO_x的浓度来反馈调节而无没有任何的直接控制，对于低NO_x燃烧技术的控制非常不利。

从设计角度来看，深度空气分级低NO_x燃烧技术与传统燃烧技术相比，煤粉在炉膛中的放热行为有明显差异：