[发明专利]用于监测和控制电厂的系统和关联的方法

说明书

技术领域

本发明涉及监测和控制电厂的系统和关联的方法，具体地本发明涉及控制具有用于粉碎材料供输入到电厂的燃烧系统的磨粉机的电厂的系统和关联的方法。

背景技术

在靠粉煤运行的电厂中，磨煤机的操作对电厂内煤的燃烧效率具有显著影响，以及对在电厂内从粉煤的燃烧产生的污染物的量和成分具有显著影响。此外，燃煤电厂响应于负载变化要求的能力主要取决于磨煤机改变粉碎燃料的输出的能力。不像燃烧气或油（其中打开控制阀并且立即获得更多燃料是可能的），燃烧粉煤要求首先进行粉碎步骤。这要求磨粉机输入/输出必须逐步上升以便向电厂提供增加的燃料量。控制系统越好，该上升过程可以越陡。

电厂内磨煤机的功能是按要求产生并且干燥具有期望量并且具有期望颗粒尺寸的粉煤。引入热加压空气以通过将粉煤流态化而干燥并且运输它，使得它可以输送到燃烧器供燃烧。

煤的粉碎典型地导致形成一系列颗粒尺寸。然而，在燃烧器内，如果煤颗粒大于某个尺寸，例如75微米以及以上，那么燃烧环境中的氧（O₂）分子不能在所谓的焦燃烧阶段期间穿入煤颗粒内更深的非挥发性可燃物质。这导致未燃碳，其不仅是燃料的浪费（并且因此是昂贵的），并且还降低可售副产物飞灰（其用作水泥添加剂）的质量，因为该未燃碳在水泥内形成黑点。未燃碳的量随颗粒尺寸增加，并且如果没有足够的空气也增加。然而，由于通常离线监测未燃碳，实时确定观察的未燃碳水平是由于颗粒尺寸还是缺少空气造成的是不可能的。

大尺寸粉煤颗粒还在电站的燃烧器内形成另一个问题，该问题是它们在还原焰区域中妨碍氮（N）化合物从颗粒内早期快速挥发。当该N化合物后来在燃烧器的氧化焰区域中释放时或当它们在焦燃烧期间不均匀地达到与颗粒内部的氧（O₂）接触时，它们易于形成氧化氮（NO），其是形成酸雨中的不期望的前驱物。N的快速挥发是可取的，因为N在最初燃烧期间的释放在缺O₂环境中发生，从而形成稳定的N₂。然而，如果妨碍N的挥发，N可能直到颗粒进入炉子的空气丰富部分才被释放，其中空气经过它们来完成燃烧将导致不期望的NO而不是期望的稳定N₂的形成。

鉴于由较大煤颗粒尺寸在燃烧器内形成的这些问题，可以看出粉煤颗粒尺寸应该保持相对小。煤颗粒的最佳尺寸由燃烧后的残余物的组成确定，即飞灰输出的灰和挥发物含量，以及要燃烧的煤的反应性。

保持颗粒尺寸小的这个要求导致权衡，并且权衡的概念表示在图1中示出的颗粒尺寸分布图上图示。粉碎过程需要能量，从而将煤粉碎成较小碎片需要比形成大颗粒更多的能量。此外，将煤粉碎来形成较小碎片花费的增加时间减少了可以由任何给定机器粉碎的煤量。对此，必须考虑通过未燃烧的燃料“损失”的能量、从系统输出的NO量中的增加和从标准以下残余产物的返回收益的损失。因此，在图1中概念地指示的最佳颗粒尺寸可以视为足够小而不会对最佳燃烧引起任何显著的热和质量传递阻力的值。任何大于最佳颗粒尺寸的值将增加灰中的碳至高于可取水平并且增加NO形成。任何小于最佳颗粒尺寸的值将在粉碎过程中要求磨粉动作，并且将导致磨煤机中增加的功耗或粉碎燃料生产能力中的等同减少。

典型地，在建立电厂的设计和建造阶段，规定磨煤机操作条件和颗粒尺寸归类系统以在具有假设的给煤性质的设计负载条件下获得最佳颗粒尺寸分布。然而，当电厂以具有被磨损的设备并且具有变化的给煤性质（即，湿度和硬度）的部分负载来操作时，规定的磨煤机设置不再产生最佳颗粒尺寸分布。此外，大多数电厂缺少用于在线测量粉碎燃料颗粒尺寸分布的工具。鉴于这些问题，采取矫正动作来控制系统以便维持来自厂的灰输出中的碳和烟道气体输出中的NO的低水平是困难的。