[0001] 本实用新型属于燃煤发电技术领域，涉及一种用于液态排渣锅炉燃用高碱煤的监控系统。

[0002] 高碱煤中碱金属含量高达4％以上，直接燃用可能造成炉内大量结焦、受热面和尾部烟道等设备沾污等危害锅炉运行安全的严重问题。常规煤粉固态排渣锅炉，难以实现纯燃高碱煤的目标，液态排渣锅炉具有液态排渣的优势，能够实现在炉内的液态流渣中对碱金属的大量捕集，使得烟气中碱金属的浓度控制在锅炉相关设备安全运行的范围以内。

[0003] 当前液态排渣锅炉的燃烧及监测系统主要是针对燃用其设计的低碱煤种进行选型设计，在燃用高碱煤条件下，缺乏有效的监测手段，无法有效的监控液态排渣锅炉内碱金属的浓度及其变化情况，导致难以制定有效的优化控制策略，进而难以避免液态排渣锅炉在燃用高碱煤条件下，出现因为高碱煤碱金属逃逸率过高引发的结渣和受热面严重沾污等影响锅炉安全连续稳定运行的问题。实用新型内容

[0004] 本实用新型的目的在于克服上述现有技术中，无法有效的监控液态排渣锅炉内高碱煤碱金属的浓度情况的缺点，提供一种用于液态排渣锅炉燃用高碱煤的监控系统。

[0005] 为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

[0006] 一种用于液态排渣锅炉燃用高碱煤的监控系统，包括接收显示单元、第一碱金属浓度探测器及若干第二碱金属浓度探测器；第一碱金属浓度探测器设置在液态排渣锅炉的辐射室上，若干第二碱金属浓度探测器沿火焰行程布置在燃烧室上；第一碱金属浓度探测器及若干第二碱金属浓度探测器均与接收显示单元连接；接收显示单元用于接收第一碱金属浓度探测器及若干第二碱金属浓度探测器探测的碱金属浓度信号并显示。

[0007] 本实用新型进一步的改进在于：

[0008] 所述接收显示单元为DCS控制系统。

[0009] 所述液态排渣锅炉包括烟风燃烧系统，烟风燃烧系统包括热风管路、热风箱、煤粉管道、高碱煤燃烧器、燃烧器热风调节门、分级风调节门和深度分级风调节门；热风管路一端连接热风箱，另一端上设置第一支路、第二支路和第三支路，高碱煤燃烧器与燃烧室连接且设置第一支路上，第二支路上设置与燃烧室连接的分级风喷口，第三支路上设置与燃烧室连接的深度分级风喷口，煤粉管道与高碱煤燃烧器连接；高碱煤燃烧器、分级风喷口及深度分级风喷口在燃烧室上自上而下设置；燃烧器热风调节门、分级风调节门和深度分级风调节门分别设置在第一支路、第二支路和第三支路上；所述第二碱金属浓度探测器设置有三个，分别位于高碱煤燃烧器与分级风喷口之间、分级风喷口与深度分级风喷口之间以及燃烧室底部。

[0010] 还包括NOx浓度探测器，NOx浓度探测器设置在燃烧室上，且与接收显示单元连接；接收显示单元用于接收NOx浓度探测器探测的NOx浓度信号并显示。

[0011] 还包括空冷风机，所述第一碱金属浓度探测器及若干第二碱金属浓度探测器上均设置空冷管路；所有空冷管路均与空冷风机连接。

[0012] 所述空冷管路螺旋缠绕在第一碱金属浓度探测器或第二碱金属浓度探测器上。

[0013] 还包括水冷泵，所述第一碱金属浓度探测器及若干第二碱金属浓度探测器上均设置水冷管路；所有水冷管路均与水冷泵连接。

[0014] 所述水冷管路螺旋缠绕在第一碱金属浓度探测器或第二碱金属浓度探测器上。

[0015] 所述第一碱金属浓度探测器及若干第二碱金属浓度探测器均与接收显示单元通过硬接线连接。

[0016] 与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

[0017] 本实用新型用于液态排渣锅炉燃用高碱煤的监控系统，通过在液态排渣锅炉火焰行程的区域加装碱金属浓度探测器，并通过接收显示单元接收第一碱金属浓度探测器及若干第二碱金属浓度探测器探测的碱金属浓度信号并显示，便于实时且方便的得知液态排渣锅炉内碱金属的浓度及其变化情况，解决了无法有效的监控液态排渣锅炉内碱金属的浓度的问题，实现对液态排渣锅炉燃用高碱煤过程中碱金属释放过程的监测，通过对燃烧过程中烟气碱金属浓度变化过程的动态监测，进而通过计算就能分析得出锅炉液态排渣中对碱金属的捕集率，为优化锅炉燃烧过程中碱金属捕集控制效果的控制策略提供基础，进而解决了传统燃用高碱煤被动依靠现场高碱煤结渣和堵灰情况进行掺烧高碱煤的燃烧优化调整工作，存在大延时、调控工作严重滞后等不利于高碱煤安全连续燃用的问题，在保证液态排渣锅炉掺烧高碱煤的条件下，提升液态渣锅炉对碱金属的捕集，防止锅炉堵渣、受热面严重结焦和沾污，对提升锅炉在燃用高碱煤条件下安全、高效、清洁利用的性能指标具有重要的意义。

[0018] 进一步的，设置NOx浓度探测器，可以较准确的得到燃烧室内的NOx浓度。

[0019] 进一步的，还包括空冷风机或水冷泵，对碱金属浓度探测器进行空冷或水冷降温，以使得碱金属浓度探测器能够更好的在燃烧室内工作。

[0023] 为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

[0024] 需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

[0025] 下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

[0026] 参见图1，本实用新型一实施例中，提供一种用于液态排渣锅炉燃用高碱煤的监控系统，通过在火焰行程方向上的关键区域安装碱金属浓度探测器，并将相应的信号引入接收显示单元进行显示，解决了无法有效的监控液态排渣锅炉内碱金属的浓度情况，实现对液态排渣锅炉燃用高碱煤过程中碱金属释放过程的监测。

[0027] 本实施例中以双U型液态排渣锅炉为例说明，但不以此为限，大多数的液态排渣锅炉均可采用，碱金属浓度探测器的具体安装位置和数量可以根据锅炉设备的结构特点进行增加或减少。

[0028] 具体的，双U型液态排渣锅炉包括辐射室3以及辐射室3两侧对称设置的锅炉燃烧室组件，锅炉燃烧室组件包括燃烧室1和捕渣屏2，燃烧室1与辐射室3的入口连接，捕渣屏2设置在燃烧室1与辐射室3之间。

[0029] 该用于液态排渣锅炉燃用高碱煤的监控系统，包括DCS控制系统16及与液态排渣锅炉的燃烧室1连接的监控系统和烟风燃烧系统。

[0030] 本实施例中，基于两个燃烧室1，所以监控系统设置两组。

[0031] 其中，监控系统包括第一碱金属浓度探测器及若干第二碱金属浓度探测器，第一碱金属浓度探测器设置在液态排渣锅炉的辐射室3上，若干第二碱金属浓度探测器沿火焰行程布置在燃烧室1上；第一碱金属浓度探测器及若干第二碱金属浓度探测器均与接收显示单元连接。

[0032] 其中，基于双U型液态排渣锅炉，其自身的烟风燃烧系统的设计主要分成两部分，即一次风粉部分和热风部分，其中一次风煤粉气流通过煤粉管道5的出口进入高碱煤燃烧器6的入口，然后通过高碱煤燃烧器6出口送入燃烧室1进行燃烧；热风部分分成三支路，第一支路连接燃烧器热风调节门13的入口，燃烧器热风调节门13出口连接高碱煤燃烧器6的入口，通过高碱煤燃烧器6出口送入燃烧室1；第二支路连接分级风调节门14的入口，分级风调节门14的出口连接控分级风喷口8的入口，通过分级风喷口8出口送入燃烧室1；第三支路连接深度分级风调节门15的入口，深度分级风调节门15的出口连接控深度分级风喷口9的入口，通过深度分级风喷口9的出口送入燃烧室1。

[0033] 设置的可调节高碱煤燃烧器6，以及用于低NOx燃烧控制的分级风喷口8和深度分级风喷口10，可以在液态排渣锅炉燃用高碱煤条件下抑制炉内结渣和沾污，提升燃烧系统液态渣对碱金属的捕集率。

[0034] 基于双U型液态排渣锅炉，在双U型液态排渣锅炉的四个区域布置了碱金属浓度探测器，得到行程沿火焰行程的碱金属浓度监测体系，基于双U型火焰液态排渣锅炉火焰行程的特点，第一碱金属浓度探测器设置为辐射室碱金属浓度探测器12，第二碱金属浓度探测器设置有三个，分别为着火区域碱金属浓度探测器7、主燃区碱金属浓度探测器9和炉底碱金属浓度探测器11，分别位于高碱煤燃烧器6与分级风喷口8之间、分级风喷口8与深度分级风喷口10之间以及燃烧室1底部。其中，着火区域碱金属浓度探测器7主要监测高碱煤燃烧器6出口的碱金属浓度；主燃区碱金属浓度探测器9主要用于检测分级风喷口8出口区域的碱金属浓度；炉底碱金属浓度探测器11主要用于监测深度分级风喷口10下游即捕渣屏2上游碱金属浓度；辐射室碱金属浓度探测器12主要用于捕渣屏2出口辐射室3区域的碱金属浓度；着火区域碱金属浓度探测器7、主燃区碱金属浓度探测器9、炉底碱金属浓度探测器11和辐射室碱金属浓度探测器12的烟气金属浓度信号通过数据线传送至接收显示单元。

[0035] 其中，着火区域碱金属浓度探测器7、主燃区碱金属浓度探测器9、炉底碱金属浓度探测器11和辐射室碱金属浓度探测器12的测量原理可以采用光学等原理和型式的在线烟气碱金属浓度监测装置，比如：专利CN111929199A中公开的玻璃碱金属气室内部碱金属蒸气原子密度测量装置。

[0036] 接收显示单元用于接收第一碱金属浓度探测器及若干第二碱金属浓度探测器探测的碱金属浓度信号并显示。

[0037] 优选的，其中，接收显示单元可以采用电厂内目前已经设置的DCS控制系统16，具有数据接收和显示的功能。

[0038] 具体的，着火区域碱金属浓度探测器7、主燃区碱金属浓度探测器9、炉底碱金属浓度探测器11和辐射室碱金属浓度探测器12监测得到的实时数据，通过DCS控制系统16综合处理后，在DCS控制系统16里，在得到火焰行程方向上关键区域的碱金属浓度及其变化特征，实现对碱金属浓度的监测。同时，基于该监测信号，还可以得到用于对可调节高碱煤燃烧器6、燃烧器热风调节门13、分级风调节门14和深度分级风调节门15的优化调整策略信息，给出相应的控制信号进行调节，提升燃烧系统对碱金属的捕集率，防止炉膛堵渣和受热面严重沾污，从而实现对液态排渣锅炉燃用高碱煤的优化控制。其中，在进行优化调整策略信息的制定时，还可以结合炉内燃烧监测系统得到的燃烧强度信号、温度信号、NOx浓度信号等现有常规燃烧相关参数，以及炉膛沾污吹灰频次及状态反馈和液态渣连续排渣状态等相关反馈参数，以使得结果更加精确。

[0039] 综上所述，本实用新型用于液态排渣锅炉燃用高碱煤的监控系统，通过在液态排渣锅炉火焰行程的区域加装碱金属浓度探测器，并通过接收显示单元接收第一碱金属浓度探测器及若干第二碱金属浓度探测器探测的碱金属浓度信号并显示，便于实时且方便的得知液态排渣锅炉内碱金属的浓度及其变化情况，解决了无法有效的监控液态排渣锅炉内碱金属的浓度情况的问题，实现对液态排渣锅炉燃用高碱煤过程中碱金属释放过程的监测，通过对燃烧过程中烟气碱金属浓度变化过程的动态监测，进而通过计算就能分析得出锅炉液态排渣中对碱金属的捕集率，为优化锅炉燃烧过程中碱金属捕集控制效果的控制策略提供基础，进而解决了传统燃用高碱煤被动依靠现场高碱煤结渣和堵灰情况进行掺烧高碱煤的燃烧优化调整工作，存在延时大、调控工作滞后严重等不利于高碱煤安全连续燃用的问题，在保证液态排渣锅炉掺烧高碱煤的条件下，提升液态渣锅炉对碱金属的捕集，防止锅炉堵渣和受热面严重结焦和沾污，对提升锅炉在燃用高碱煤条件下安全、高效、清洁利用性能指标具有重要的意义。

[0040] 优选的，该用于液态排渣锅炉燃用高碱煤的监控系统，还包括NOx浓度探测器，NOx浓度探测器设置在燃烧室1上，且与接收显示单元连接；接收显示单元用于接收NOx浓度探测器探测的NOx浓度信号并显示，实现燃用高碱煤过程中的NOx生成量的监测。

[0041] 优选的，该用于液态排渣锅炉燃用高碱煤的监控系统，还包括空冷风机，所述第一碱金属浓度探测器及若干第二碱金属浓度探测器上均设置空冷管路；所有空冷管路均与空冷风机连接，对碱金属浓度探测器进行风冷降温，以使得碱金属浓度探测器能够更好的在燃烧室1内工作。其中，所述空冷管路可以采用螺旋缠绕的方式设置在第一碱金属浓度探测器或第二碱金属浓度探测器上。

[0042] 优选的，该用于液态排渣锅炉燃用高碱煤的监控系统，还包括水冷泵，所述第一碱金属浓度探测器及若干第二碱金属浓度探测器上均设置水冷管路；所有水冷管路均与水冷泵连接，对碱金属浓度探测器进行水冷降温，以使得碱金属浓度探测器能够更好的在燃烧室1内工作。其中，所述水冷管路可以采用螺旋缠绕的方式设置在第一碱金属浓度探测器或第二碱金属浓度探测器上。

[0043] 优选的，第一碱金属浓度探测器及若干第二碱金属浓度探测器均与接收显示单元通过硬接线连接，连接稳定，保证数据传输的准确性。

[0044] 参见图2，基于本实用新型监控系统，还可以实现用于液态排渣锅炉燃用高碱煤的优化控制，该优化控制的方法包括以下步骤，其中接收显示单元采用DCS控制系统16实现。

[0045] S1：通过监控系统获取燃烧室1内沿火焰行程上以及辐射室3内的碱金属浓度信号并发送至DCS控制系统16。S2：获取燃烧室1内的燃烧强度信号、温度信号、NOx浓度信号、液态渣排渣信号和沾污吹灰信号并发送至DCS控制系统16。S3：DCS控制系统16根据碱金属浓度信号，结合燃烧室1内的燃烧强度信号、温度信号、NOx浓度信号、液态渣排渣信号以及沾污吹灰信号，生成燃烧器热风调节门13、分级风调节门14、深度分级风调节门15及高碱煤燃烧器6的控制信号。S4：根据控制信号控制燃烧器热风调节门13、分级风调节门14、深度分级风调节门15及高碱煤燃烧器6。

[0046] 该用于液态排渣锅炉燃用高碱煤的优化控制方法，通过监控系统实时获取燃烧室1内沿火焰行程上以及辐射室3内的碱金属浓度信号并发送至DCS控制系统16，同时，获取燃烧室1内现有监测系统监测得到的燃烧强度信号、温度信号、NOx浓度信号、液态渣排渣信号和沾污吹灰信号并发送至DCS控制系统16，利用现有DCS控制系统16的信号处理功能或技术人员的历史经验；DCS控制系统16根据这些监测信号，第一时间提供对碱金属燃烧控制的关键设备高碱煤燃烧器和分级风等系统进行优化调整的主动控制策略，生成燃烧器热风调节门13、分级风调节门14、深度分级风调节门15及高碱煤燃烧器6的控制信号，提升碱金属的捕集率，防止炉膛堵渣和受热面严重沾污，降低液态排渣锅炉燃用高碱煤的NOx生成量，实现对液态排渣锅炉燃用高碱煤的优化控制，有效解决了传统燃用高碱煤被动依靠现场高碱煤结渣和堵灰情况进行掺烧高碱煤的燃烧优化调整工作，存在延时大、调控工作滞后严重等不利于高碱煤安全连续燃用的问题。

[0047] 以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。