本發(fā)明屬于循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種循環(huán)流化床鍋爐降氧抑氮系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)有的鍋爐、熔爐、焚燒爐等大型的燃燒設(shè)備中，為了使其燃燒充分，防止不完全燃燒產(chǎn)生的有害氣體污染環(huán)境，將燃料和二次風(fēng)一起噴入燃燒室中燃燒，形成完全燃燒區(qū)，實(shí)現(xiàn)燃燒最大化，減少有害氣體排放，對環(huán)保起到了很大的作用。但燃燒生成的爐膛煙氣中仍會(huì)含有一定量的氮氧化物(nox，主要為no和no2)，而氮氧化物會(huì)導(dǎo)致酸雨、光化學(xué)霧等。為了進(jìn)一步降低排放的煙氣中氮氧化物的含量，經(jīng)常使用sncr、scr或sncr和scr混合的脫硝系統(tǒng)進(jìn)行降低氮氧化物排放。

但在循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組深度調(diào)峰期間為滿足鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行(主要是保證床壓穩(wěn)定)，需保證必須的一次風(fēng)量，造成鍋爐氧量由正常的2.5-3.5升高至6-9，加之低負(fù)荷時(shí)(尤其是機(jī)組負(fù)荷在100mw以下)鍋爐密相區(qū)溫度降低，(sncr)由于煙氣溫度偏低，脫硝系統(tǒng)的脫硝效果差，致使環(huán)保指標(biāo)不易控制且脫硝劑使用量居高不下。而只靠煙氣脫硝系統(tǒng)是無法達(dá)到排放要求的。

因此，在鍋爐穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的前提下降低氮氧化物生成是目前急需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種循環(huán)流化床鍋爐降氧抑氮系統(tǒng)，其設(shè)有煙氣回流進(jìn)氣裝置，能夠使回流煙氣快速均勻的進(jìn)入鍋爐燃燒高溫反應(yīng)區(qū)，從而快速降低著火區(qū)域的氧氣濃度，抑制氮氧化物的生成。

本發(fā)明的一另個(gè)目的是提供一種循環(huán)流化床鍋爐降氧抑氮系統(tǒng)的控制方法，能夠根據(jù)鍋爐床溫、氧量實(shí)時(shí)控制調(diào)節(jié)擋板開度，從而控制回流煙氣流量，以達(dá)到更好的降氧抑氮效果。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

一種循環(huán)流化床鍋爐降氧抑氮系統(tǒng)，包括：

煙氣回流管道，其入口與除塵器排煙管道連通，出口與鍋爐爐膛連通；

煙氣回流進(jìn)氣裝置，其設(shè)置在鍋爐燃燒高溫反應(yīng)區(qū)，所述煙氣回流進(jìn)氣裝置包括：

環(huán)形管道，其圍繞爐膛設(shè)置并與所述煙氣回流管道的出口連通，所述環(huán)形管道外壁包裹保溫層；

進(jìn)氣管，其一端與所述環(huán)形管道的內(nèi)側(cè)連通，另一端靠近爐膛，所述進(jìn)氣管靠近爐膛的一端設(shè)有漸縮式進(jìn)氣口，所述漸縮式進(jìn)氣口沿爐膛切向設(shè)置。

優(yōu)選的是，所述循環(huán)流化床鍋爐降氧抑氮系統(tǒng)還包括引風(fēng)機(jī)，其設(shè)置在所述煙氣回流管道上，用于將回流的煙氣送入爐膛。

優(yōu)選的是，所述煙氣回流進(jìn)氣裝置的進(jìn)氣管為4～6個(gè)且相鄰兩個(gè)進(jìn)氣管之間的距離相等。

優(yōu)選的是，所述循環(huán)流化床鍋爐降氧抑氮系統(tǒng)還包括調(diào)節(jié)擋板，其設(shè)置在所述引風(fēng)機(jī)與爐膛之間的煙氣回流管道上，用于控制回流的煙氣流量。

優(yōu)選的是，所述煙氣回流管道在靠近所述調(diào)節(jié)擋板處設(shè)置煙氣流量計(jì)。

優(yōu)選的是，所述循環(huán)流化床鍋爐降氧抑氮系統(tǒng)還包括調(diào)節(jié)擋板控制系統(tǒng)，其能夠根據(jù)鍋爐床溫、氧量控制調(diào)節(jié)擋板開度。

優(yōu)選的是，所述調(diào)節(jié)擋板控制系統(tǒng)連接所述煙氣流量計(jì)。

一種循環(huán)流化床鍋爐降氧抑氮系統(tǒng)的控制方法，包括：基于模糊控制方法根據(jù)鍋爐床溫、氧量來控制調(diào)節(jié)擋板開度，從而控制回流煙氣流量，以達(dá)到更好的降氧抑氮效果，包括如下步驟：

將所述鍋爐床溫t與氧量c輸入模糊控制器，所述鍋爐床溫t與氧量c分為7個(gè)等級；

模糊控制器輸出調(diào)節(jié)擋板開度u，輸出分為7個(gè)等級；

所述鍋爐床溫t的模糊論域?yàn)閇-3,3]，其量化因子為0.02；所述鍋爐氧量c的模糊論域?yàn)閇-3,3]，量化因子為1；輸出調(diào)節(jié)擋板開度u的模糊論域?yàn)閇0,1]，量化因子為1；

輸入和輸出的模糊集為{nb，nm，ns，zo，ps，pm，pb}。

優(yōu)選的是，所述循環(huán)流化床鍋爐降氧抑氮系統(tǒng)的控制方法采用模糊pid控制器進(jìn)行誤差補(bǔ)償：

輸入理想氧量c與第i個(gè)煙氣回流過程的氧量ci的偏差e、偏差變化率ec，輸出pid的比例系數(shù)kp、比例積分系數(shù)ki和微分系數(shù)kd，比例系數(shù)kp、比例積分系數(shù)ki和微分系數(shù)kd輸入pid控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)擋板開度u誤差補(bǔ)償控制。

優(yōu)選的是，所述理想氧量c與第i個(gè)煙氣回流過程的氧量ci的偏差e的模糊論域?yàn)閇-1,1]，量化因子為1；所述偏差變化率ec的模糊論域?yàn)閇-2,2]，量化因子為1；

所述輸出pid的比例系數(shù)kp的模糊論域?yàn)閇-1,1]，其量化因子為0.1；比例積分系數(shù)ki的模糊論域?yàn)閇-1,1]，其量化因子為0.1；微分系數(shù)kd的模糊論域?yàn)閇-1,1]，其量化因子為0.0001；

所述偏差e和偏差變化率ec分為7個(gè)等級；所述輸出pid的比例系數(shù)kp、比例積分系數(shù)ki和微分系數(shù)分kd為7個(gè)等級；

所述模糊pid控制器的輸入和輸出的模糊集為{nb，nm，ns，zo，ps，pm，pb}。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供的循環(huán)流化床鍋爐降氧抑氮系統(tǒng)，設(shè)有煙氣回流進(jìn)氣裝置，能夠使回流煙氣快速均勻的進(jìn)入鍋爐燃燒高溫反應(yīng)區(qū)，從而快速降低著火區(qū)域的氧氣濃度，抑制氮氧化物的生成。

此外，本發(fā)明提供的循環(huán)流化床鍋爐降氧抑氮系統(tǒng)的控制方法，能夠根據(jù)鍋爐床溫、氧量實(shí)時(shí)控制調(diào)節(jié)擋板開度，從而控制回流煙氣流量，以達(dá)到更好的降氧抑氮效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的循環(huán)流化床鍋爐降氧抑氮的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明所述的煙氣回流進(jìn)氣裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明所述的模糊控制器和模糊pid控制器的示意圖。

圖4為本發(fā)明所述的模糊控制器的輸入鍋爐床溫t的隸屬度函數(shù)圖。

圖5是本發(fā)明所述的模糊控制器的輸入氧量c的隸屬度函數(shù)圖。

圖6是本發(fā)明所述的模糊控制器的輸出調(diào)節(jié)擋板開度u的隸屬度函數(shù)圖。

圖7是本發(fā)明所述的模糊pid控制器的輸入偏差e的隸屬度函數(shù)圖。

圖8是本發(fā)明所述的模糊pid控制器的輸入偏差變化率ec的隸屬度函數(shù)圖。

圖9是本發(fā)明所述的模糊pid控制器的輸出比例系數(shù)kp的隸屬度函數(shù)圖。

圖10是本發(fā)明所述的模糊pid控制器的輸出比例積分系數(shù)ki的隸屬度函數(shù)圖。

圖11是本發(fā)明所述的模糊pid控制器的輸出微分系數(shù)kd的隸屬度函數(shù)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實(shí)施。

如圖1-2所示，本發(fā)明提供了一種循環(huán)流化床鍋爐降氧抑氮系統(tǒng)，其設(shè)有煙氣回流進(jìn)氣裝置，能夠使回流煙氣快速均勻的進(jìn)入鍋爐燃燒高溫反應(yīng)區(qū)，從而快速降低著火區(qū)域的氧氣濃度，抑制氮氧化物的生成。所述循環(huán)流化床鍋爐降氧抑氮的系統(tǒng)包括煙氣回流管道110，其入口與除塵器210排煙管道水平段連通，出口與鍋爐爐膛連通，經(jīng)除塵器210除塵后的較清潔煙氣部分從煙囪排出，其余部分作為回流煙氣通過設(shè)置在煙氣回流管道110上的引風(fēng)機(jī)120送入鍋爐爐膛。

調(diào)節(jié)擋板130采用電動(dòng)調(diào)節(jié)擋板，其設(shè)置在引風(fēng)機(jī)120與鍋爐爐膛之間的煙氣回流管道110上，用于控制回流煙氣的流量。煙氣回流管道110在調(diào)節(jié)擋板130處還設(shè)有流量計(jì)131，其采用靶式流量計(jì)，可以實(shí)時(shí)測量回流煙氣的流量，并將煙氣流量反饋到擋板調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。擋板調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)可以根據(jù)鍋爐在線監(jiān)測裝置測定的床溫、氧量通過調(diào)節(jié)擋板130開度對回流煙氣流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到更好的降氧抑氮效果。

煙氣回流進(jìn)氣裝置140，其設(shè)置在鍋爐布風(fēng)板上方約3米處的燃燒高溫反應(yīng)區(qū)并與煙氣回流管道110的出口連通，鍋爐的燃燒高溫反應(yīng)區(qū)位于一次風(fēng)室上方。煙氣回流進(jìn)氣裝置140包括：環(huán)形管道141，其圍繞爐膛設(shè)置并與煙氣回流管道110的出口連通，環(huán)形管道141外壁包裹保溫層144；進(jìn)氣管142，其一端與環(huán)形管道141的內(nèi)側(cè)連通，另一端靠近爐膛，進(jìn)氣管142靠近爐膛的一端設(shè)有漸縮式進(jìn)氣口143，使煙氣快速進(jìn)入爐膛。其進(jìn)氣管142為4～6個(gè)且相鄰兩個(gè)進(jìn)氣管142之間的距離相等，使進(jìn)入爐膛的回流煙氣均勻分布。在一實(shí)施例中，進(jìn)氣管142為6個(gè)，相鄰兩進(jìn)氣管之間呈60度角。漸縮式進(jìn)氣口143沿爐膛切向設(shè)置，煙氣沿切向方向進(jìn)入爐膛燃燒室，并直接作用于鍋爐燃燒高溫反應(yīng)區(qū)，快速起到降低燃燒區(qū)氧含量的作用，使?fàn)t膛底部處于欠氧燃燒狀態(tài)，降低鍋爐的爐膛燃燒溫度，從而抑制燃燒過程中氮氧化物的生成。回流煙氣直接作用于燃燒高溫反應(yīng)區(qū)，與從一次風(fēng)入口通入回流煙氣相比，直接作用于高溫區(qū)減少了混合的過程，直接起到了降氧抑氮的作用，降氧抑氮效果更好。

所述循環(huán)流化床鍋爐降氧抑氮系統(tǒng)的具體工作流程為：首先，煤粉從燃料入口220進(jìn)入循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行燃燒，產(chǎn)生的煙氣自鍋爐頂部進(jìn)入旋風(fēng)分離器230，將未燃盡的燃料分離出來，并通過絕熱返料管道返回到鍋爐中重新燃燒，從旋風(fēng)分離器230分離出的煙氣導(dǎo)入除塵器210中，去除其中絕大部分的粉塵雜質(zhì)，獲得較為潔凈的煙氣，所得較為潔凈的煙氣中的一部分通往煙囪，排入大氣；剩余的較清潔煙氣作為回流煙氣通過設(shè)置在煙氣回流管道110上的引風(fēng)機(jī)120送入鍋爐爐膛。一次風(fēng)通一次風(fēng)入口241進(jìn)入一次風(fēng)室240，之后進(jìn)入爐膛燃燒室?；亓鳠煔馔ㄟ^設(shè)置在鍋爐燃燒高溫反應(yīng)區(qū)的煙氣回流進(jìn)氣裝置140，沿切向方向進(jìn)入爐膛燃燒室，快速起到降低燃燒區(qū)氧含量的作用。通過引入回流煙氣降低鍋爐燃燒高溫反應(yīng)區(qū)的氧含量，使?fàn)t膛底部處于欠氧燃燒狀態(tài)，降低鍋爐的爐膛燃燒溫度，從而抑制燃燒過程中氮氧化物的生成。同時(shí)，本發(fā)明還配合使用脫氮還原的方法來減少鍋爐氮氧化物的排放。將脫氮還原劑從循環(huán)流化床鍋爐二次風(fēng)入口250加入，利用二次風(fēng)使霧化的脫氮還原劑與爐膛內(nèi)的煙氣充分混合，進(jìn)而使其中的氮氧化物與脫氮還原劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而被脫除。脫氮還原劑可選用尿素水溶液、氨水、胺化合物水溶液中的一種。

本發(fā)明還提供了一種循環(huán)流化床鍋爐降氧抑氮系統(tǒng)的控制方法，能夠根據(jù)鍋爐床溫、氧量實(shí)時(shí)控制調(diào)節(jié)擋板開度，從而控制回流煙氣流量，以達(dá)到更好的降氧抑氮效果。如圖4所示，所述控制方法采用模糊控制器及模糊pid控制器，包括如下步驟：

步驟一、將鍋爐床溫t與氧量c，調(diào)節(jié)擋板開度u進(jìn)行模糊處理，在無控時(shí)，鍋爐床溫t的模糊論域?yàn)閇-3,3]，其量化因子為0.02；所述鍋爐氧量c的模糊論域?yàn)閇-3,3]，量化因子為1；輸出調(diào)節(jié)擋板開度u的模糊論域?yàn)閇0,1]，量化因子為1；為了保證控制的精度，實(shí)現(xiàn)更好的控制，反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，確定了最佳的輸入和輸出等級，其中，輸入鍋爐床溫t與氧量c分為7個(gè)等級；輸出調(diào)節(jié)擋板開度u分為7個(gè)等級；輸入和輸出的模糊集均為{nb，nm，ns，zo，ps，pm，pb}。其中，所述模糊控制器的控制規(guī)則為：

(1)鍋爐床溫t高，氧量c增大，需要增大擋板開度u；

(2)鍋爐床溫t低，氧量c增小，需要減小擋板開度u；

模糊控制的具體控制規(guī)則詳見表一。

表一調(diào)節(jié)擋板開度的模糊控制表

模糊控制器輸入鍋爐床溫t與氧量c用模糊控制規(guī)則表一得出模糊控制器的輸出調(diào)節(jié)擋板開度u，調(diào)節(jié)擋板開度u利用重心法解模糊化。

步驟二、采用模糊pid控制器進(jìn)行輸出誤差補(bǔ)償：

將理想氧量c與第i個(gè)煙氣回流過程的氧量ci的偏差e、偏差變化率ec，pid的比例系數(shù)kp、比例積分系數(shù)ki和微分系數(shù)kd進(jìn)行模糊處理，在無控時(shí)，e的模糊論域?yàn)閇-1,1]，量化因子為1；所述偏差變化率ec的模糊論域?yàn)閇-2,2]，量化因子為1；所述輸出pid的比例系數(shù)kp的模糊論域?yàn)閇-1,1]，其量化因子為0.1；比例積分系數(shù)ki的模糊論域?yàn)閇-1,1]，其量化因子為0.1；微分系數(shù)kd的模糊論域?yàn)閇-1,1]，其量化因子為0.0001；為了保證控制的精度，實(shí)現(xiàn)更好的控制，反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，確定了最佳的輸入和輸出等級，其中，所述模糊控制器中偏差e、偏差變化率ec分為7個(gè)等級；輸出pid的比例系數(shù)、比例積分系數(shù)和微分系數(shù)分為7個(gè)等級；輸入和輸出的模糊集均為{nb，nm，ns，zo，ps，pm，pb}，輸入和輸出的隸屬度函數(shù)均采用三角形隸屬函數(shù)，詳見圖4-11。其模糊控制規(guī)則為：

(1)當(dāng)偏差|e|較大時(shí)，增大kp的取值，從而使偏差快速減小，但同時(shí)產(chǎn)生了較大的偏差變化率，應(yīng)取較小的kd，通常取ki＝0；

(2)當(dāng)|ec|和|e|取值處于中等時(shí)，為避免超調(diào)，適當(dāng)減小kp的取值，使ki較小，選擇適當(dāng)大小的kd；

(3)當(dāng)偏差|e|較小時(shí)，增大kpki的取值，為避免出現(xiàn)在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)值附近震蕩的不穩(wěn)定現(xiàn)象，通常使當(dāng)|ec|較大時(shí)，取較小的kd；當(dāng)|ec|較小時(shí)，取較大的kd；具體的模糊控制規(guī)則詳見表二、三和四。

表二pid的比例系數(shù)kp的模糊控制表

表三pid的比例積分系數(shù)ki的模糊控制表

表四pid的微分系數(shù)kd的模糊控制表

輸入理想氧量c與第i個(gè)煙氣回流過程的氧量ci的偏差e、偏差變化率ec，輸出pid的比例系數(shù)kp、比例積分系數(shù)ki和微分系數(shù)kd，比例系數(shù)kp、比例積分系數(shù)ki和微分系數(shù)kd用高度法進(jìn)行解模糊化，輸入pid控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)擋板開度u誤差補(bǔ)償控制，其控制算式為：

經(jīng)實(shí)驗(yàn)反復(fù)確定，模糊pid控制器對調(diào)節(jié)擋板開度u進(jìn)行精確控制，調(diào)節(jié)擋板開度u為模糊控制器的輸出調(diào)節(jié)擋板開度和pid控制器的調(diào)節(jié)擋板開度誤差補(bǔ)償值的加和。

本發(fā)明提供的循環(huán)流化床鍋爐降氧抑氮系統(tǒng)，設(shè)有煙氣回流進(jìn)氣裝置，能夠使回流煙氣快速均勻的進(jìn)入鍋爐燃燒高溫反應(yīng)區(qū)，從而快速降低著火區(qū)域的氧氣濃度，抑制氮氧化物的生成。此外，本發(fā)明提供的循環(huán)流化床鍋爐降氧抑氮系統(tǒng)的控制方法，能夠根據(jù)鍋爐床溫、氧量實(shí)時(shí)控制調(diào)節(jié)擋板開度，從而控制回流煙氣流量，以達(dá)到更好的降氧抑氮效果。

盡管本發(fā)明的實(shí)施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實(shí)施方式中所列運(yùn)用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實(shí)現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。