[0001] 本发明涉及燃烧设备技术领域，尤其是一种用于深度调峰运行的循环流化床锅炉设备以及一种循环流化床锅炉设备的控制方法。

[0002] 由于NOx排放对环境和人类健康造成危害，降低锅炉排放的NOx已成为全球能源行业的重要课题之一。传统的降氮技术包括燃烧控制技术、烟气后处理技术和锅炉优化调整技术等。其中，燃烧控制技术主要通过改变燃烧过程中的燃料和空气配比，降低燃烧温度和氧气浓度，从而减少NOx的生成。烟气后处理技术则包括选择性催化还原(SCR)和选择性非催化还原(SNCR)等方法，通过在废气中加入氨水等还原剂来将NOx转化为无害的氮气。此外，锅炉优化调整技术通过对锅炉的结构和运行参数进行优化调整，提高燃烧效率和热能利用率的同时减少NOx的排放。

[0003] 目前烟气再循环控制氮氧化物排放的方法主要从机理层面上认为将循环烟气混入炉膛是降低了穿过煤层气流的氧浓度，从而抑制了燃料氮与氧的反应，来达到降低氮氧化物产物的生成的目的；传统的SNCR脱硝装置在锅炉变负荷的情况下炉膛内温度会下降，使其无法达到最佳脱出效率，造成氨逃逸。

[0004] 此外，火电机组深度调峰已经广泛推广，需要保障循环流化床锅炉在调峰的状态下依旧能稳定运行、满足排放要求，且能弥补现有技术的不足，解决不同负荷下循环流化床锅炉氮氧化物、硫氧化物排放超标的问题。

[0027] 下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。

[0028] 烟气再循环是将循环烟气混入炉膛以降低穿过煤层气流的氧浓度，从而抑制了燃料氮与氧的反应，来达到降低氮氧化物产物的生成的目的。

[0029] 传统的SNCR脱硝装置在锅炉变负荷的情况下炉膛内温度会下降，使其无法达到最佳脱出效率，造成氨逃逸。但是，若使用蒸汽作为添加剂，不仅可以提高反应温度还可以增强还原反应效率，减少还原剂消耗，降低NOx排放，因此湿法SNCR相较于传统SNCR系统更具有优势。

[0030] 在本发明中，采用富氧燃烧、湿法烟气再循环、湿蒸汽SNCR和二次风耦合再循环烟气分级协同方法实现降氮。

[0031] 结合富氧燃烧、湿法烟气再循环、湿蒸汽SNCR的优点，富氧燃烧提高燃烧效率，湿法烟气再循环降低燃烧温度，湿蒸汽SNCR进一步脱硝，使得NOx排放量大幅减少。本发明利用了湿法烟气再循环、湿法SNCR以及富氧燃烧协同，解决不同负荷下循环流化床锅炉氮氧化物、硫氧化物排放超标的问题。

[0032] 此外，在本发明中，通过富氧燃烧和湿法烟气再循环的协同作用，提高燃烧效率，减少燃料消耗。

[0033] 基于以上，本发明涉及一种用于深度调峰运行的循环流化床锅炉脱氮工艺系统，特别适用于在不同负荷条件下运行的锅炉设备。通过结合湿法烟气再循环、二次风耦合再循环烟气分级、富氧降氮和湿法SNCR技术，提供了一种高效稳定的脱氮解决方案。

[0034] 下面参照图1示例性说明烟气流程。如图1所示，锅炉正常运行时氧气制备装置1，根据炉膛不同的燃烧工况向炉膛内送入氧气使稀相区达到富氧条件从而降低氮氧化物产生，烟气从炉膛2出口进入旋风分离器3，未完全燃烧或粒径较大的煤粒经旋风分离器再次进入炉膛燃烧，旋风分离器3出口布置有SNCR脱硝装置4，烟气通过SNCR喷淋后到再热器5和省煤器6进行换热，然后进入湿法烟气再循环系统。经过省煤器后烟道被分为两部分，一部分烟气经过小型的小型除尘器7之后进入循环烟道，经引风机12进入喷淋式冷却器13，其余烟气从布袋除尘器8出来后经过电动阀门9、引风机10后部分流向烟囱11排烟。喷淋式冷却器结构如图2，烟气从喷淋式冷却器的干烟气入口22进入，蒸汽从蒸汽入口21进入，再经蒸汽喷嘴20与干烟气混合，混合后的湿烟气从湿烟气出口23流出后被分为三部分，一部分进入一次风再循环烟道16在一次风入口17与一次风混合后送入炉膛，第二部分流入下二次风再循环烟道15直接从二次风入口18喷入炉膛，第三部分进入燃尽风再循环烟道14从燃尽风入口19喷入炉膛。冷却后的烟气再注入锅炉炉膛，可以增加炉膛内的烟气量和湿度，降低燃烧温度，减少NOx的生成。

[0035] 二次风耦合再循环烟气分为上下两股气流并按不同层次和分级送入炉膛。系统通过多个控制阀门，设置在炉膛内不同高度，实时监测并动态调整各注入点的风量和风速，实现精确的空气分布和燃烧控制，进一步降低NOx的生成。

[0036] 在本发明中，烟气再循环倍率可以为0～20％。一二次风配比可以为6:4。对二次风进行分级，上下二次风配比可以为7:3、6:4和5:5。

[0037] 下面示例性说明湿法烟气再循环系统的工作过程。该过程包括：

[0038] 烟气抽取：从锅炉的尾部省煤器6出口区域中抽取部分例如400‑500℃烟气。

[0039] 烟气冷却：抽取的中温烟气通过喷淋式冷却器13，冷却器内部通过喷淋蒸汽将烟气温度降低至适宜水平，同时增加烟气中的水分含量。

[0040] 烟气再注入：经过冷却和加湿处理后的烟气通过再循环风机，加压后送入再注入管道，确保其能够顺利返回到炉膛中。将处理后的湿烟气通过二次风耦合再循环烟气分级系统重新引入一次风再循环烟道16和再循环二次风管道15，通过控制系统，采集不同负荷下的燃烧数据，采用模糊控制处理，精准控制分配再循环烟气分别进入一次风再循环烟道16和二次风再循环烟道15及燃尽风再循环烟道14的风量，并协同调节一、二次风量，达到控制过量空气系数的目的，构建燃烧区的下部低温还原燃烧区和上部的氧化区。

[0041] 通过上述步骤，湿法烟气再循环系统能够将处理后的烟气重新引入锅炉炉膛中，控制燃烧区的过量空气系数，并且增加燃烧区中的O和OH含量，从而有效减少了NOx的生成，达到环保和提高燃烧效率的目的。

[0042] 下面示例性说明变负荷条件下的二次风耦合再循环烟气分级系统工作过程。在变负荷条件下，二次风耦合再循环烟分级系统通过以下方式配合湿法烟气再循环系统工作：

[0043] (1)负荷变化响应：当锅炉负荷变化时，系统根据实时监测的数据，通过控制系统，调整再循环烟气的一次风和二次风管道的分配。负荷增加时，增加一次风量，以保证燃烧完全；负荷降低时，增加再循环烟气量，控制燃烧区的过量空气量，满足低温还原燃烧的氧气所需，同时在燃尽风位置输入富氧空气，使得富氧燃烧介入，满足低负荷燃烧效率需求。

[0044] (2)分级供风：在不同高度设置下二次风口，上二次风口，将二次风耦合再循环烟气分级引入炉膛。根据负荷变化，通过调整各层风口的风量和风速，优化燃烧区的氧气分布，确保燃烧稳定性。

[0045] 下面示例性说明富氧燃烧过程与二次风耦合再循环烟气分级配合。富氧燃烧过程通过以下方式与二次风分级系统协同，调整燃烧的氧气含量：

[0046] (1)氧气供应调节：根据锅炉的负荷和燃烧状况，动态调整氧气的注入量。负荷高时，减少氧气供应；负荷低时，增加氧气供应。

[0047] (2)燃烧区氧气控制：通过在燃尽风入口位置注入适量的富氧空气，特别在低负荷燃烧工况下，确保燃料的完全燃烧，减少不完全燃烧产物的生成。

[0048] (3)过量空气控制：在燃烧密相区通过控制系统，调节再循环烟气量，保持适度的过量空气，过量空气系数接近0.8(例如在0.8的5％的范围内波动)，避免因氧气过多而增加NOx生成。在稀相区(燃烧后期区域)通过控制系统，调整过量空气量，确保燃烧的充分进行。

[0049] (4)协同优化：通过控制系统对富氧燃烧与二次风耦合再循环烟气分级系统的协同优化，形成分层燃烧，优化燃烧过程中的氧气分布，降低燃料型NOx生成，同时保证燃烧效率。

[0050] 下面示例性说明湿法SNCR过程及动态调整，湿法SNCR系统通过以下方式进行动态调整，完成降氮过程：

[0051] (1)还原剂喷射控制：在适宜的温度窗口(例如在850℃到1100℃)内，向烟气中喷射适量的还原剂(如尿素或氨气)。

[0052] (2)水蒸气喷射调节：根据实时监测的温度数据，动态调整水蒸气的喷射量，确保反应区的温度适宜，提升SNCR的脱硝效率。

[0053] (3)实时监测与反馈控制：系统包括温度传感器、NOx传感器和数据处理系统，通过实时监测锅炉内的温度和NOx浓度，动态调整还原剂和水蒸气的喷射量。

[0054] 下面参照附图3示例性说明用于深度调峰运行的循环流化床锅炉设备的控制系统，如图3所示：

[0055] (1)输入数据采集模块：通过温度传感器、NO传感器、负荷传感器及其他相关传感器采集燃烧状态的实时数据。

[0056] (2)数据预处理模块：对采集的数据进行例如滤波、归一化、平滑和采样等预处理，以去除噪声并标准化数据。

[0057] (3)模糊化处理模块：进行模糊化处理，将精确的输入值转换为模糊值，如“高”、“中”、“低”等模糊语言变量。

[0058] (4)对于脱硝过程，温度的控制至关重要。一般来说，脱硝反应的最佳温度区间通常在800℃到1000℃之间，但具体的“高”、“中”、“低”温度范围可以根据以下建议值进行设定：

[0059] 1)低温：750℃‑800℃

[0060] 在此温度下，脱硝反应较慢，NOx还原效率较低。此时的控制目标应是减少二次风量或适当降低再循环烟气量，以避免温度进一步下降。

[0061] 2)中温：800℃‑900℃

[0062] 这是多数脱硝反应的有效区间，此时反应效率较高，系统处于稳定状态。在这个区间，可以适当增加或保持再循环烟气量和二次风量，以保持温度稳定。

[0063] 3)高温：900℃‑1000℃

[0064] 在这个温度区间，NOx的还原反应最为迅速且高效，但超过1000℃可能会引发其他副反应，如NOx的再生成，因此需要慎重控制。在此区间建议增加再循环烟气量和二次风量，以防止温度过高。

[0065] (5)Sugeno模糊规则库：

[0066] 1)If温度Is高And NOx Is高Then再循环烟气量Is增加；

[0067] 2)If温度Is高And NOx Is中Then再循环烟气量Is增加；

[0068] 3)If温度Is高And NOx Is低Then再循环烟气量Is增加；

[0069] 4)If温度Is中And NOx Is中Then再循环烟气量Is增加；

[0070] 5)If温度Is中And NOx Is低Then再循环烟气量Is减少；

[0071] 6)If温度Is低And NOx Is低Then再循环烟气量Is减少；

[0072] 7)If负荷Is高And温度Is高Then二次风量Is增加；

[0073] 8)If负荷Is高And温度Is中Then二次风量Is增加；

[0074] 9)If负荷Is中And温度Is中Then二次风量Is增加；

[0075] 10)If负荷Is中And温度Is低Then二次风量Is减少；

[0076] 11)If负荷Is低And温度Is低Then二次风量Is减少。

[0077] (6)模糊推理引擎模块：基于预先定义的模糊规则库和模糊推理方法进行推理，得出模糊输出值。步骤如下：

[0078] 1)输入变量识别：识别输入变量，如温度、负荷、NOx浓度等；

[0079] 2)模糊化处理：将输入的精确数据转换为模糊集合；

[0080] 3)规则匹配：根据当前输入条件，与模糊规则库进行匹配，匹配相应的模糊规则，激活符合条件的规则；

[0081] 4)模糊运算，采用例如Sugeno推理。

[0082] (7)去模糊化处理模块：对模糊输出值进行去模糊化处理，将模糊输出值转换为精确的控制量，便于实际控制系统使用。

[0083] 采用的去模糊化方法是加权平均法，加权平均法的基本原理是通过加权平均计算输出值，其中权重为模糊集合的隶属度。

[0084] 计算公式：y＝sum(mui*xi)/sum(mui)

[0085] 式中y：计算得到的加权平均值；

[0086] mui：隶属度函数，表示输入(xi)对应的隶属度；

[0087] xi：函数的输入值。

[0088] 该方法计算简单，适用于多输入单输出场景，广泛应用于工业控制系统。

[0089] (8)控制执行模块：根据去模糊化后的精确控制量，调节水蒸气量、再循环烟气量、二次风量和富氧气体量中的至少一个，以实现对燃烧状态的控制。

[0090] (9)反馈调整模块(可选)：实时监测燃烧状态，并进行反馈调节，确保控制效果。

[0091] (10)输出燃烧状态(可选)：实时显示当前燃烧状态和控制变量，以便操作人员监控和调整。

[0092] 基于以上，本发明提出了一种用于深度调峰运行的循环流化床锅炉脱氮工艺系统，该系统结合了以下五个部分：(1)湿法烟气再循环系统、(2)二次风耦合再循环烟气系统、(3)富氧燃烧系统、(4)湿法选择性非催化还原(SNCR)脱硝系统、(5)实时监测和控制系统。具体如下：

[0093] (1)湿法烟气再循环系统，包括：锅炉、除尘器、喷淋式冷却器、锅炉引风机、再循环引风机管路、再循环分支管路、再循环引风机、再循环引风机输出管路、再循环二次风分支管路、分支管路电动调节阀。该系统通过将部分烟气抽取、冷却后再注入锅炉炉膛，以增加炉膛内的烟气量和湿度，降低燃烧温度，减少氮氧化物的生成。

[0094] (2)二次风耦合再循环烟气分级系统，包括：控制阀门、可调节上下二次风和燃尽风(OFA)风口、风量和风速监测装置。二次风再循环烟气通过不同的层次和分级送入炉膛，以促进分级燃烧，降低NOx的生成。系统中设置了多个控制阀门，实时监测并调整各注入点的风量和风速，实现精确的空气分布和燃烧控制。

[0095] (3)富氧燃烧系统，包括：氧气供应装置和氧气注入装置，氧气供应装置包括制氧机和氧气储罐；注入装置包括控制阀门和流量监测装置。通过向锅炉炉膛内注入纯氧或富氧空气，提高燃烧效率并降低NOx的生成。

[0096] (4)湿法SNCR脱硝系统，包括：还原剂储存罐、还原剂喷射装置、蒸汽注入装置、流量和流速监测装置。在850℃到1100℃的温度窗口内，向炉膛内喷射尿素或氨气作为还原剂，并使用蒸汽作为添加剂，增强还原反应效率，减少还原剂消耗，降低NOx排放。还原剂喷射装置包括多个喷嘴，喷嘴在炉膛前后墙对称布置，前后墙各6个。根据监测系统收集的运行参数，调整还原剂的喷射方向和喷射量，使还原剂在最佳温度窗口内与NOx反应，以确保达到较好的还原效果。

[0097] (5)控制系统，包括：温度传感器、NOx和O2传感器和数据处理系统，用于实时监测锅炉内的温度和NOx和O2浓度，根据监测数据动态调整各系统的运行参数，以确保脱氮效果。控制系统通过集成的数据处理平台对锅炉运行参数进行实时监控和调整，以确保系统在深度调峰运行时的高效稳定脱氮。

[0098] 在本发明中，各个数值范围，在没有明示的情况下包括端点值，此外，数值范围中，也包括了中点值、三分之一值和三分之二值，都在本发明的保护范围之内。

[0099] 基于以上，本发明提出了如下技术方案：

[0100] 1、一种循环流化床锅炉设备，包括：

[0101] 循环流化床锅炉，包括炉膛、分离器和炉膛烟道，炉膛设置有一次风入口、二次风入口和燃尽风入口；

[0102] 湿法烟气再循环系统，包括烟气抽取部、循环烟道、设置在循环烟道的烟气冷却部；

[0103] 二次风耦合再循环烟气系统，冷却后的循环烟气适于至少与二次风入口相通而进入炉膛；

[0104] 富氧燃烧系统，用于从自燃尽风口向炉膛内注入富氧气体；

[0105] 湿法SNCR系统，适于向炉膛烟道或炉膛内喷射还原剂和作为添加剂的蒸汽，以执行脱硝；

[0106] 控制系统，控制系统适于基于锅炉负荷调整进入锅炉的再循环烟气量、二次风量、蒸汽量和富氧气体量中的至少一个。

[0107] 2、根据1所述的设备，其中：

[0108] 冷却后的烟气至少与一次风入口和二次风入口相通；

[0109] 控制系统适于基于锅炉负荷变化调整再循环烟气在一次风和二次风中的分配比例。

[0110] 3、根据1所述的设备，其中：

[0111] 炉膛包括密相区与稀相区；

[0112] 控制系统适于调节再循环烟气量以保持密相区的过量空气系数接近0.8。

[0113] 4、根据3所述的设备，其中：

[0114] 控制系统适于在锅炉负荷高于50％时，增加富氧气体向炉膛的供应，在锅炉负荷低于50％时，减少富氧气体向炉膛的供应；

[0115] 控制系统适于在锅炉负荷降低时，增加再循环烟气量同时从燃尽风口向炉膛内注入富氧气体。

[0116] 5、根据1所述的设备，其中：

[0117] 二次风入口包括下二次风口和上二次风口，冷却后的再循环烟气适于经由下二次风口和上二次风口进入炉膛。

[0118] 6、根据1所述的设备，其中：

[0119] 冷却后的再循环烟气，其一部分适于从一次风入口随一次风一起进入炉膛，其一部分适于从二次风入口随二次风一起进入炉膛，其一部分适于从燃尽风入口随燃尽风一起进入炉膛。

[0120] 7、根据1所述的设备，其中：

[0121] 所述控制系统适于监测并调整从一次风入口、二次风入口和燃尽风入口进入到炉膛中的循环烟气的风量和风速。

[0122] 8、根据1所述的设备，其中：

[0123] 炉膛烟道在省煤器下游分为两支，一支为循环烟道，另一支为通向烟囱的主烟道；

[0124] 循环烟道抽取的烟气的温度在400‑500℃。

[0125] 9、根据1所述的设备，其中：

[0126] 烟气冷却部为喷淋式冷却器，所述喷淋式冷却器包括干烟气入口、蒸汽入口、湿烟气出口，蒸汽入口包括沿烟气流动方向排布的蒸汽喷嘴。

[0127] 10、根据1所述的设备，其中：

[0128] 湿法SNCR系统适于在850℃到1100℃的温度窗口内，向炉膛烟道内喷射还原剂和添加剂。

[0129] 11、根据1所述的设备，其中：

[0130] 针对湿法SNCR系统，所述控制系统适于实时监控炉膛和炉膛烟道中的温度以及NOx浓度，以动态调整还原剂与添加剂的喷射量。

[0131] 12、根据1‑11中任一项所述的设备，其中，所述控制系统包括：

[0132] 输入数据采集模块：通过温度传感器、NOx传感器、负荷传感器采集燃烧状态的实时数据；

[0133] 数据预处理模块：对采集的数据去除噪声并标准化数据；

[0134] 模糊化处理模块：将数据预处理模块得到的数据进行模糊化处理，将所述数据转换为“高”、“中”、“低”中的至少两个的模糊值；

[0135] 模糊推理引擎模块：基于预先定义的模糊规则库和模糊推理方法对输入的模糊值进行执行操作推理，以得到用于操作的模糊输出值；

[0136] 去模糊化处理模块：对模糊输出值进行去模糊化处理，将模糊输出值转换为精确控制量，用于控制执行；

[0137] 控制执行模块：根据去模糊化后的精确控制量，调节水蒸气量、再循环烟气量、二次风量和富氧气体量中的至少一个。

[0138] 13、根据12所述的设备，其中，所述控制系统还包括：

[0139] 反馈调整模块：实时监测燃烧状态，并进行反馈调节；

[0140] 输出燃烧状态模块：实时显示当前燃烧状态和控制变量，以便操作人员监控和调整。

[0141] 14、一种循环流化床锅炉设备的控制方法，其中：

[0142] 所述循环流化床锅炉设备包括：

[0143] (1)循环流化床锅炉，包括炉膛、分离器和炉膛烟道，炉膛设置有一次风入口、二次风入口和燃尽风入口；

[0144] (2)湿法烟气再循环系统，包括烟气抽取部、循环烟道、设置在循环烟道的烟气冷却部；

[0145] (3)二次风耦合再循环烟气系统，冷却后的烟气适于至少与二次风入口相通而进入炉膛；

[0146] (4)富氧燃烧系统，用于从自燃尽风口向炉膛内注入富氧气体；

[0147] (5)湿法SNCR系统，适于向炉膛烟道或炉膛内喷射还原剂和作为添加剂的蒸汽，以执行脱硝，

[0148] 所述方法包括步骤：基于锅炉负荷，调整进入锅炉的再循环烟气量、二次风量、蒸汽量和富氧气体量中的至少一个。

[0149] 15、根据14所述的方法，其中：

[0150] 当锅炉负荷增加时，增加一次风量和二次风量；

[0151] 当锅炉负荷降低时，增加再循环烟气量，以控制燃烧区的过量空气量，同时从燃尽风口向炉膛内注入富氧气体。

[0152] 16、根据15所述的方法，其中：

[0153] 二次风入口包括下二次风口和上二次风口；

[0154] 所述方法包括步骤：将二次风耦合再循环烟气分级引入炉膛；以及根据锅炉负荷变化，通过调整下二次风口和上二次风口的风量和风速，以优化燃烧区的氧气分布。

[0155] 17、根据14所述的方法，其中：

[0156] 湿法SNCR系统适于在850℃到1100℃的温度窗口内，向炉膛烟道内喷射还原剂和添加剂；

[0157] 所述方法包括步骤：针对湿法SNCR系统，实时监控炉膛和炉膛烟道中的温度以及NOx浓度，以动态调整还原剂与添加剂的喷射量。

[0158] 18、根据14所述的方法，其中：

[0159] 所述方法包括步骤：将冷却后的再循环烟气，一部分从一次风入口随一次风一起进入炉膛，一部分从二次风入口随二次风一起进入炉膛，一部分从燃尽风入口随燃尽风一起进入炉膛。

[0160] 19、根据14‑18中任一项所述的方法，包括步骤：

[0161] 通过温度传感器、NOx传感器、负荷传感器采集燃烧状态的实时数据；

[0162] 对采集的数据去除噪声并标准化数据；

[0163] 将数据预处理模块得到的数据进行模糊化处理，将所述数据转换为“高”、“中”、“低”中的至少两个的模糊值；

[0164] 基于预先定义的模糊规则库和模糊推理方法，对输入的模糊值进行执行操作推理，以得到用于操作的模糊输出值；

[0165] 对模糊输出值进行去模糊化处理，将模糊输出值转换为精确控制量，用于控制执行；

[0166] 根据去模糊化后的精确控制量，调节蒸汽量、再循环烟气量、二次风量和富氧空气量中的至少一个，以实现对燃烧状态的控制。

[0167] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。