[發明專利]一種富氧燃燒系統及其控制方法

有效

• 申請號: 202010650442.6
• 申請日: 2020-07-08
• 公開（公告）號: CN111750341B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 金波;梁志武;劉開樂
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: F22B1/22
• 分類號: F22B1/22;F22B35/18;F23N5/18;F23N5/20
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本發明為一種富氧燃燒系統及其控制方法，所述富氧燃燒系統包括煤粉燃燒系統、運行控制系統及參數監測系統三個部分；所述煤粉燃燒系統由煤粉直流鍋爐、蒸汽產生、尾氣處理、煙氣循環、注氧和配風等單元組成；所述運行控制系統，由運行利潤目標計算與調控集成單元、蒸汽溫度控制單元、煙風控制單元、煙氣氧濃度控制單元和比例控制單元等組成；所述參數監測系統，由煙氣氧濃度、蒸汽溫度、一次風氧濃度、二次風氧濃度、爐膛運行壓力等監測單元組成；本發明通過對富氧燃燒系統進行控制結構優化，能夠應對負荷變化等運行指令和氧濃度變化等運行干擾，運行控制穩定可靠，達到運行利潤最大化目標，實現富氧燃燒系統高效低成本運行。

技術領域

本發明屬于煤化工領域，具體涉及一種富氧燃燒系統及其控制方法。

背景技術

近年來，氣候變化日益復雜，溫室效應與能源危機等問題不斷加劇，減少溫室氣體排放已刻不容緩，因此，開展碳捕獲、利用與封存(CCUS)技術研究具有十分重要的意義。富氧燃燒技術作為一種非常具有應用前景的CCUS技術，已在電力領域得到普遍認可，被世界各國廣泛開展研究。中國作為一個煤炭資源十分豐富的國家，在中國的燃煤電站開展富氧燃燒技術的研究愈顯其重要性。然而，富氧燃燒電站呈現出運行能耗高、運行成本高和運行可靠性低等不足，其商業示范及應用一直受到限制。如何采取有效的方法解決上述問題，成為了該技術所面臨的巨大挑戰。

相比于現有空氣燃燒電站，富氧燃燒電站燃燒氣氛從O₂/N₂轉變為CO₂/O₂，系統流程結構更為復雜，運行控制靈活性增強。針對這些特點，如何保障富氧燃燒系統高效、穩定、安全及可靠運行，國內外研究學者已經開展了大量的研究。這些研究主要包括：(1)系統運行參數優化，即通過單變量或多變量優化方式，設定能耗或成本為目標，得到優化運行參數；(2)系統能耗成本分布，即通過熱力學分析方法(熱力學第一定律和熱力學第二定律)和熱經濟學分析手段，辨識系統熱力學不可逆性源頭和成本形成過程；(3)控制結構設計及分析，即根據運行參數目標，配對合適的操作變量和控制變量，滿足運行控制穩定性要求；(4)控制干預與能耗成本關聯性，即建立動態熱力學分析方法，探究控制干預對系統運行能耗的影響，確認控制系統組成對能耗形成的權重。

然而，需要指出的是，這些研究主要側重于穩態系統優化及運行控制穩定性要求，而鮮有關注通過控制結構優化來降低運行能耗與成本需求。面對節能減排及環境保護等要求，富氧燃燒系統運行控制面臨著嚴峻的挑戰。因此，為實現富氧燃燒系統高效低成本運行控制，本發明提出了一種富氧燃燒系統及其控制方法，該控制方法能確保系統安全可靠運行，滿足富氧燃燒系統日常運行控制要求，且能顯著降低運行能耗與成本需求，維持系統運行利潤最大化，為富氧燃燒電站商業化應用和發展提供理論與技術指導。

發明內容

本發明解決的技術問題是，通過優化控制結構的方法，提出一種富氧燃燒系統及其控制方法，該系統具有控制結構簡單，在指令或干擾下運行控制穩定可靠，系統所獲得的運行利潤相比于參考方案達到最大化目標，實現富氧燃燒系統高效低成本運行。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案為：