阅读说明：本技术 检测燃煤耦合生物质燃烧中生物质热量份额的系统和方法 (System and method for detecting biomass heat share in coal-fired coupled biomass combustion ) 是由 袁建丽 张怀宇 李璟涛 周乃康 符佳 戴碧艳 吴水木 于 2020-05-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种检测燃煤耦合生物质燃烧中生物质热量份额的方法和系统,所述方法包括在锅炉中仅燃烧燃煤、仅燃烧生物质和耦合燃烧燃煤和生物质三种情况下在锅炉尾部分别测量烟气中的氧气含量和二氧化碳含量,并分别得出三种情况下基于标准氧量的二氧化碳含量,根据三种情况下基于标准氧量的二氧化碳含量计算燃煤和生物质耦合燃烧时输入锅炉的生物质的热量份额R。本发明的检测燃煤耦合生物质燃烧中生物质热量份额的方法相对简单,可以相对准确地获得燃煤耦合生物质燃烧中生物质热量的份额。(The invention discloses a method and a system for detecting biomass heat share in coal-fired coupled biomass combustion, wherein the method comprises the steps of respectively measuring the oxygen content and the carbon dioxide content in flue gas at the tail part of a boiler under three conditions of only burning coal, only burning biomass, coupled burning coal and biomass in the boiler, respectively obtaining the carbon dioxide content based on standard oxygen amount under the three conditions, and calculating the heat share R of biomass input into the boiler during the coal-fired and biomass coupled combustion according to the carbon dioxide content based on the standard oxygen amount under the three conditions. The method for detecting the biomass heat share in the combustion of the coal-fired coupled biomass is relatively simple, and the biomass heat share in the combustion of the coal-fired coupled biomass can be relatively accurately obtained.)

检测燃煤耦合生物质燃烧中生物质热量份额的系统和方法

技术领域

本发明涉及能源利用技术领域，具体地，涉及一种检测燃煤耦合生物质燃烧中生物质热量份额的系统和方法。

背景技术

全球气候的剧烈变化和CO₂排放量的日益增长，对人类未来的生存带来了很多压力，降低化石燃料的消耗量可以降低CO₂的排放量，减轻温室效应。提升火力发电能效和增加生物质燃料的使用量，可以降低燃煤电厂的燃煤消耗量，因此，将生物质与燃煤进行耦合燃烧，利用已有的燃煤锅炉和热力发电设备进行发电将是一种解决上述问题的捷径。

生物质与燃煤耦合发电有两种形式：直接混燃和气化燃烧。对于直接混燃的发电锅炉，由于生物质燃料的特性差异较大，特别是水分、灰分和燃料热值，容易受到客观或者主观方面因素干扰，因此，无法利用直接计量的方法测量进入锅炉中的生物质燃料量和输入热量，不能很直观地区分耦合发电机组中生物质发电份额，政府部门和电网公司难于对耦合发电项目进行电价补贴，导致直接混燃耦合发电方式不能有效地推广应用。

发明内容

本申请是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识作出的：

相关技术中，直接混燃时，生物质热量份额和发电量的计算通常有两种方法，其中方法一为先将生物质燃料在气化炉内气化，将生成的可燃反应气送入燃煤锅炉炉膛内的进行燃烧，通过测量反应气的流量和热值，从而得到了耦合燃烧送入锅炉的生物质热量份额，计算得出生物质发电量；方法二为分析锅炉尾部烟道中的烟气成分，检测CO₂气体中的C14的含量，从而推算出送入锅炉的生物质含量，C14仅存在于生物质燃料中，并且含量非常低，而化石燃料如燃油、燃煤中基本上不含有C14，通过测量C14的含量间接地计算得到入炉生物质质量。

然而，发明人通过研究发现，对于上述方法一，将生物质送入到气化锅炉中燃烧气化，得到了反应气，在气化过程中容易析出焦油等粘稠状成分，对后续的气体输送和计量带来了技术障碍和较多不便。另外气化炉中需要控制温度和压力等参数，必须严格控制进入锅炉内的生物质尺寸和成分，并且排渣时也造成了燃烬率不高，底渣没有经过高温作用，难以进一步综合利用。

由于生物质在气化过程中的气化效率不高，造成生物质燃料的热量在进入燃煤锅炉之前发生了衰减和损失，造成该耦合发电方式的净生物质发电效率较低，影响发电经济性，并且气化炉设备及系统非常复杂，投资较高，难以做到灵活调节和适应不同生物质。

对于上述方法二，利用自然界的C14含有一定的放射性，半衰期较长，自然界的生物质中含有一定量比例的C14，当耦合燃烧发电时，燃煤产物中几乎不含有C14，检测微量浓度的C14来间接计算入炉的生物质含量，不能很直观地反映真正的入炉生物质质量，不同的生物质中C14含量存在差异，导致间接利用C14来计算生物质输入量的方法不够准确。

当前，采用C14检测技术，需要定期对锅炉的尾部烟道的烟气进行取样，并送到实验室化验，需要较长的周期，对于生物质掺混比例发生变化和运行方式多变的机组不够现实。采用C14进行检测的方法成本较高，目前还不能实时地进行检测，因此不能在燃煤耦合生物质电厂进行推广和应用。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个方面提出了一种检测燃煤耦合生物质燃烧中生物质热量份额的方法，该方法操作相对简单，获得的生物质热量的份额准确性高。

本发明的另一方面提出了一种检测燃煤耦合生物质燃烧中生物质热量份额的系统。

根据本发明的第一方面的实施例的检测燃煤耦合生物质燃烧中生物质热量份额的方法包括以下步骤：

在锅炉中仅燃烧燃煤，并在锅炉尾部分别测量烟气中的氧气含量和二氧化碳含量，分别记为VO₂1和VCO₂1；

在锅炉中仅燃烧生物质，并在锅炉尾部分别测量烟气中的氧气含量和二氧化碳含量，分别记为VO₂2和VCO₂2；

在锅炉中耦合燃烧燃煤和生物质，并在锅炉尾部分别测量烟气中的氧气含量和二氧化碳含量，分别记为VO₂3和VCO₂3；

根据VO₂1和VCO₂1得到在锅炉中仅燃烧燃煤时烟气中基于标准氧量的二氧化碳含量，记为VCO₂1s；

根据VO₂2和VCO₂2得到在锅炉中仅燃烧生物质时烟气中基于标准氧量的二氧化碳含量，记为VCO₂2s；

根据VO₂3和VCO₂3得到在锅炉中同时燃烧燃煤和生物质时烟气中基于标准氧量的二氧化碳含量，记为VCO₂3s；

根据以下公式(1)获得燃煤和生物质耦合燃烧时输入锅炉的生物质的热量份额R：

根据本发明的实施例的检测燃煤耦合生物质燃烧中生物质热量份额的方法，通过分别检测仅燃烧燃煤时、仅燃烧生物质时以及耦合燃烧燃煤和生物质时的锅炉尾部烟气中的氧气含量和二氧化碳含量，并利用公式(1)计算燃煤耦合生物质燃烧中输入锅炉的生物质热量占比，实现了耦合发电机组生物质发电量的计量和统计，该方法相对简单，而且获得的生物质热量的份额准确性高。

在一些实施例中，所述标准氧量为6％氧量，其中由以下公式(2)(3)(4)可得所述VCO₂1s、VCO₂2s和VCO₂3s：

在一些实施例中，所述VO₂1、VCO₂1、VO₂2、VCO₂2、VO₂3和VCO₂3均为在干基状态下的体积浓度。

在一些实施例中，在锅炉中耦合燃烧燃煤和生物质的步骤中，检测燃煤的低位热值和质量流量，分别记为LHV1和m1；检测生物质的低位热值和质量流量，分别记为LHV2和m2；

根据以下公式(5)获得燃煤和生物质耦合燃烧时输入锅炉的生物质的热量份额R₀：

比较R和R₀核实公式(1)获得的R的误差是否满足运行和计量要求。

在一些实施例中，所述生物质为基准生物质，所述基准生物质的低位热值为LHV2b，所述基准生物质的水分和灰分分别为Mar2b和Aar2b；

在进入所述锅炉中的入炉生物质的成分偏离了所述基准生物质的成分时，所述入炉生物质的水分和灰分分别为Mar2和Aar2，

所述入炉生物质的低位热值为LHV2，且

根据本发明的第二方面的实施例的实现上述任一实施例所述方法的检测燃煤耦合生物质燃烧中生物质热量份额的系统包括：锅炉；燃煤喷燃器，所述燃煤喷燃器设在所述锅炉内用于燃烧燃煤；生物质喷燃器，所述生物质喷燃器设在所述锅炉内且位于所述燃煤喷燃器上方，用于燃烧生物质；检测装置，所述检测装置设在所述锅炉尾部用于检测仅燃烧燃煤时、仅燃烧生物质时以及耦合燃烧燃煤和生物质时锅炉尾部烟气中氧气含量和二氧化碳含量。

根据本发明的实施例的检测燃煤耦合生物质燃烧中生物质热量份额的系统，在锅炉尾部设置检测装置，可以检测仅燃烧燃煤时、仅燃烧生物质时以及耦合燃烧燃煤和生物质时锅炉尾部烟气中氧气含量和二氧化碳含量，从而便于利用公式(1)计算燃煤耦合生物质燃烧中输入锅炉的生物质热量占比，实现了耦合发电机组生物质发电量的计量和统计，该系统结构相对简单，而且获得的生物质热量的份额准确性高。

在一些实施例中，所述检测装置包括第一检测装置和第二检测装置，所述第一检测装置用于检测锅炉尾部烟气中氧气含量，所述第二检测装置用于检测锅炉尾部烟气中二氧化碳含量。

在一些实施例中，所述第一检测装置用于检测锅炉尾部烟气中的干基状态下的氧气体积浓度，所述第二检测装置用于检测锅炉尾部烟气中的干基状态下的二氧化碳体积浓度。

在一些实施例中，所述检测燃煤耦合生物质燃烧中生物质热量份额的系统还包括：燃煤制粉装置，所述燃煤制粉装置位于所述锅炉外且与所述燃煤喷燃器相连，用于将燃煤破碎和制粉并供给到所述燃煤喷燃器中；第一分析计量装置，所述第一分析计量装置位于所述锅炉外且与所述燃煤制粉装置和所述燃煤喷燃器相连，用于检测进入锅炉内的燃煤煤质成分、低位热值和质量流量；生物质制粉装置，所述生物质制粉装置位于所述锅炉外且与所述生物质喷燃器相连，用于将生物质破碎和制粉并供给到所述生物质喷燃器中；第二分析计量装置，所述第二分析计量装置位于所述锅炉外且与所述生物质制粉装置和所述生物质喷燃器相连，用于检测进入锅炉内的生物质成分、低位热值和质量流量。

在一些实施例中，所述检测燃煤耦合生物质燃烧中生物质热量份额的系统还包括燃尽风喷嘴，所述燃尽风喷嘴设在所述锅炉内且位于所述生物质喷燃器上方。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的检测燃煤耦合生物质燃烧中生物质热量份额的方法的流程图。

图2是根据本发明的实施例的检测燃煤耦合生物质燃烧中生物质热量份额的系统的示意图。

附图标记：

锅炉1，燃煤喷燃器2，生物质喷燃器3，检测装置4，第一检测装置41，第二检测装置42，燃煤制粉装置5，第一分析计量装置6，生物质制粉装置7，第二分析计量装置8，燃尽风喷嘴9，省煤器10，SCR脱硝装置11，空预器12。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，根据本发明的实施例的检测燃煤耦合生物质燃烧中生物质热量份额的方法包括以下步骤：

在锅炉中仅燃烧燃煤，并在锅炉尾部分别测量烟气中的氧气含量和二氧化碳含量，分别记为VO₂1和VCO₂1；

在锅炉中仅燃烧生物质，并在锅炉尾部分别测量烟气中的氧气含量和二氧化碳含量，分别记为VO₂2和VCO₂2；

在锅炉中耦合燃烧燃煤和生物质，并在锅炉尾部分别测量烟气中的氧气含量和二氧化碳含量，分别记为VO₂3和VCO₂3；

根据VO₂1和VCO₂1得到在锅炉中仅燃烧燃煤时烟气中基于标准氧量的二氧化碳含量，记为VCO₂1s；

根据VO₂2和VCO₂2得到在锅炉中仅燃烧生物质时烟气中基于标准氧量的二氧化碳含量，记为VCO₂2s；

根据VO₂3和VCO₂3得到在锅炉中同时燃烧燃煤和生物质时烟气中基于标准氧量的二氧化碳含量，记为VCO₂3s；

根据以下公式(1)获得燃煤和生物质耦合燃烧时输入锅炉的生物质的热量份额R：

根据本发明的实施例的检测燃煤耦合生物质燃烧中生物质热量份额的方法，通过分别检测仅燃烧燃煤时、仅燃烧生物质时以及耦合燃烧燃煤和生物质时的锅炉尾部烟气中的氧气含量和二氧化碳含量，并利用公式(1)计算燃煤耦合生物质燃烧中输入锅炉的生物质热量占比，实现了耦合发电机组生物质发电量的计量和统计，该方法相对简单，而且获得的生物质热量的份额准确性高。

在一些实施例中，标准氧量为6％氧量，由以下公式(2)(3)(4)可得VCO₂1s、VCO₂2s和VCO₂3s：

由此，在将标准氧量设定为6％氧量时，可分别通过上述三个公式获得在锅炉中仅燃烧燃煤时烟气中基于标准氧量的二氧化碳含量VCO₂1s、在锅炉中仅燃烧生物质时烟气中基于标准氧量的二氧化碳含量VCO₂2s以及耦合燃烧燃煤和生物质时烟气中基于标准氧量的二氧化碳含量VCO₂3s。

在一些实施例中，VO₂1、VCO₂1、VO₂2、VCO₂2、VO₂3和VCO₂3均为在干基状态下的体积浓度。由此，VCO₂1s、VCO₂2s和VCO₂3s分别为基于标准氧量且在干基状态下的体积浓度。其中在标准氧量为6％氧量时，由公式(2)得出的VCO₂1s为在锅炉中仅燃烧燃煤时烟气中基于6％氧量且在干基状态下的二氧化碳含量，由公式(3)得出的VCO₂2s为在锅炉中仅燃烧生物质时烟气中基于6％氧量且在干基状态下的二氧化碳含量，由公式(4)得出的VCO₂3s为在锅炉中耦合燃烧燃煤和生物质时烟气中基于6％氧量且在干基状态下的二氧化碳含量。

在一些实施例中，在锅炉中耦合燃烧燃煤和生物质的步骤中，检测燃煤的低位热值和质量流量，分别记为LHV1和m1；检测生物质的低位热值和质量流量，分别记为LHV2和m2；

根据以下公式(5)获得燃煤和生物质耦合燃烧时输入锅炉的生物质的热量份额R₀：

比较R和R₀核实公式(1)获得的R的误差是否满足运行和计量要求。

换言之，在该实施例中，在锅炉中仅燃烧燃煤时，仅在锅炉尾部分别测量烟气中的氧气含量VO₂1和二氧化碳含量VCO₂1；

在锅炉中仅燃烧生物质时，仅在锅炉尾部分别测量烟气中的氧气含量VO₂2和二氧化碳含量VCO₂2；

在锅炉中耦合燃烧燃煤和生物质时，一方面检测燃煤的低位热值LHV1和质量流量m1以及监测生物质的低位热值LHV2和质量流量m2，另一方面在锅炉尾部分别测量烟气中的氧气含量VO₂3和二氧化碳含量VCO₂3；

最后，一方面通过公式(1)计算燃煤和生物质耦合燃烧时输入锅炉的生物质的热量份额R，另一方面通过公式(5)计算燃煤和生物质耦合燃烧时输入锅炉的生物质的热量份额R₀，通过比较R和R₀确定公式(1)获得的R的误差，并核实该误差是否满足运行和计量要求。

在一些实施例中，在锅炉中仅燃烧生物质的步骤中，检测的生物质为基准生物质，基准生物质的低位热值为LHV2b，基准生物质的水分和灰分分别为Mar2b和Aar2b；

在进入锅炉中的入炉生物质的成分偏离了基准生物质的成分时，入炉生物质的水分和灰分分别为Mar2和Aar2，入炉生物质的低位热值为LHV2，且

在该实施例中，本发明的发明人通过研究发现，生物质燃料存在多变性，外在水分和灰分(灰分，无机物，可以是锻烧后的残留物也可以是烘干后的剩余物。但灰分一定是某种物质中的固体部分而不是气体或液体部分)容易发生波动，造成进入锅炉的生物质低位热值和质量流量发生较大变化。换言之，进入锅炉的所述的入炉生物质，随着其所含有的水分和灰分发生变化，造成收到基低位热值发生相应变化。由此难于计量和分析耦合发电时生物质输入能量份额。为此，设定基准生物质，作为计算基准，以提高准确性。其中基准生物质为对于某一类型的生物质燃料，其燃料元素分析中的碳氢比相对固定，燃料的水分、灰分和低位热值均为定值。

由于生物质燃料的中水分和灰分在燃烧时不产生热量，其热量主要来源于碳和氢元素，一旦偏离了基准生物质燃料中的水分和灰分，可以经过通过公式(6)修正其低位热值，同时生物质燃料在炉膛内燃烧时，偏离基准生物质成分的水分、灰分不影响干基烟气的成分，其干基烟气中的CO₂体积浓度只取决于生物质燃料的种类，也即碳氢比。

下面参考附图描述根据本发明实施例的检测燃煤耦合生物质燃烧中生物质热量份额的系统包括锅炉1、燃煤喷燃器2、生物质喷燃器3和检测装置4。

燃煤喷燃器2设在锅炉1内用于燃烧燃煤。生物质喷燃器3设在锅炉1内用于燃烧生物质，且生物质喷燃器3位于燃煤喷燃器2上方。燃煤喷燃器2和生物质喷燃器3之间在竖直方向间隔开一定距离，在燃煤耦合生物质燃烧时，实现锅炉内的分级燃烧，实现NO_X的还原控制，降低NO_X排放。

检测装置4设在锅炉尾部用于检测仅燃烧燃煤时、仅燃烧生物质时以及耦合燃烧燃煤和生物质时锅炉尾部烟气中氧气含量和二氧化碳含量。换言之，在锅炉内仅燃烧燃煤，检测装置4能够锅炉尾部分别测量烟气中的氧气含量VO₂1和二氧化碳含量VCO₂1；在锅炉中仅燃烧生物质，检测装置4能够在锅炉尾部分别测量烟气中的氧气含量VO₂2和二氧化碳含量VCO₂2；在锅炉中耦合燃烧燃煤和生物质，检测装置4能够在锅炉尾部分别测量烟气中的氧气含量VO₂3和二氧化碳含量VCO₂3。

由此通过检测装置4检测的VO₂1和VCO₂1、VO₂2和VCO₂2以及VO₂3和VCO₂3，可以分别获得在锅炉中仅燃烧燃煤时烟气中基于标准氧量的二氧化碳含量VCO₂1s、VCO₂2s和VCO₂3s，并根据公式(1)获得燃煤和生物质耦合燃烧时输入锅炉的生物质的热量份额R。

根据本发明的实施例的检测燃煤耦合生物质燃烧中生物质热量份额的系统，在锅炉尾部设置检测装置，可以检测仅燃烧燃煤时、仅燃烧生物质时以及耦合燃烧燃煤和生物质时锅炉尾部烟气中氧气含量和二氧化碳含量，从而便于利用公式(1)计算燃煤耦合生物质燃烧中输入锅炉的生物质热量占比，实现了耦合发电机组生物质发电量的计量和统计，该系统结构相对简单，而且获得的生物质热量的份额准确性高。

在一些实施例中，检测装置4包括第一检测装置41和第二检测装置42，第一检测装置41用于检测锅炉尾部烟气中氧气含量。第二检测装置42用于检测锅炉尾部烟气中二氧化碳含量。

进一步地，第一检测装置41用于检测锅炉尾部烟气中的干基状态下的氧气体积浓度，第二检测装置42用于检测锅炉尾部烟气中的干基状态下的二氧化碳体积浓度。

在一些实施例中，检测燃煤耦合生物质燃烧中生物质热量份额的系统还包括燃煤制粉装置5和第一分析计量装置6。

燃煤制粉装置5位于锅炉1外且与燃煤喷燃器2相连，燃煤制粉装置5用于将燃煤破碎和制粉并供给到燃煤喷燃器2中。通过燃煤制粉装置将原煤进行破碎、制粉，然后送入锅炉内中的燃煤喷燃器，实现煤粉在锅炉内中的燃烧。

第一分析计量装置6位于锅炉1外且与燃煤制粉装置5和燃煤喷燃器2相连，用于检测进入锅炉1内的燃煤煤质成分、低位热值和质量流量。具体地，第一分析计量装置6设在燃煤制粉装置5和燃煤喷燃器2之间，且与燃煤制粉装置5和燃煤喷燃器2均相连。

进一步地，检测燃煤耦合生物质燃烧中生物质热量份额的系统还包括生物质制粉装置7和第二分析计量装置8。

生物质制粉装置7位于锅炉1外且与生物质喷燃器3相连，用于将生物质破碎和制粉并供给到生物质喷燃器3中。通过生物质制粉装置将生物质进行破碎、制粉，然后送入锅炉内中的生物质喷燃器，实现生物质粉在锅炉内中的燃烧。

第二分析计量装置8位于锅炉1外且与生物质制粉装置7和生物质喷燃器3相连，用于检测进入锅炉1内的生物质成分、低位热值和质量流量。具体地，第二分析计量装置8设在生物质制粉装置7和生物质喷燃器3之间，且与生物质制粉装置7和生物质喷燃器3均相连。

发明人通过研究发现，对于燃煤与生物质耦合发电锅炉，为了准确地计量进入锅炉中的生物质燃料输入热量份额，依靠第一分析计量装置6和第二分析计量装置8来分析和统计生物质燃料输入热量份额，将会受到生物质燃料多变特性影响，难于做到准确计量，不能满足工程需求，也不能满足监管和上网电价补贴的依据要求。

为此，发明人对生物质燃料的特性进行分析，剔除生物质燃料中水分、灰分以及低位热值的影响因素，对于某一种类型的生物质，其碳氢比相对固定不变，将考虑一个特定成分的生物质燃料作为基准生物质，将实际运行中偏离基准生物质的生物质通过其燃烧后烟气成分变化，从而判断生物质输入热量占锅炉总输入热量的份额方法，可以简化检测过程和方法。

在一些实施例中，检测燃煤耦合生物质燃烧中生物质热量份额的系统还包括燃尽风喷嘴9，燃尽风喷嘴9设在锅炉1内且位于生物质喷燃器3上方。本实施例中，通过燃尽风喷嘴可以在生物质喷燃器3和燃煤喷燃器2的上方单独送入热风，以通过二次风辅助进入锅炉内的燃料燃烧，以使燃煤和/或生物质燃料在后期进一步燃尽，降低NO_X的生成。

由此，在锅炉内仅燃烧燃煤时，通过燃煤制粉装置将原煤进行破碎、制粉，然后送入锅炉内中的燃煤喷燃器，通过燃尽风喷嘴提供的二次风辅助煤粉燃烧，实现煤粉在锅炉内中的燃烧。在锅炉内仅燃烧生物质时，通过生物质制粉装置将原煤进行破碎、制粉，然后送入锅炉内中的生物质喷燃器，通过燃尽风喷嘴提供的二次风辅助生物质粉燃烧，实现生物质粉在锅炉内中的燃烧。在锅炉内耦合燃烧燃煤和生物质时，燃煤制粉装置将原煤进行破碎、制粉，然后送入锅炉内中的燃煤喷燃器；生物质制粉装置将原煤进行破碎、制粉，然后送入锅炉内中的生物质喷燃器；燃尽风喷嘴提供的二次风分别辅助煤粉和生物质粉燃烧，实现煤粉和生物质粉在锅炉内中的混合燃烧，产生蒸汽进行发电，从而实现燃煤和生物质在锅炉内直接耦合发电。

在一些实施例中，检测燃煤耦合生物质燃烧中生物质热量份额的系统还包括省煤器10和SCR脱硝装置11，省煤器10和SCR脱硝装置11均设在锅炉1内，且检测装置4位于省煤器10和SCR脱硝装置11之间。具体地，省煤器10安装于锅炉尾部烟道，用于回收所排烟气的余热，节约能源，提高效率。脱硝装置11可以在一定的温度下，在金属催化剂作用下,以氨或尿素作为还原剂,还原剂与烟气中的氮氧化物(NO_X)发生还原反应生成无害的氮气和水蒸汽,而不与烟气中的氧气发生反应,从而去除烟气中的氮氧化物。

在一些实施例中，检测燃煤耦合生物质燃烧中生物质热量份额的系统还包括空预器12，空预器12设在锅炉1的末端。本实施例中，通过空预器可以将锅炉尾部烟道中排出的烟气中携带的热量，通过散热片传导到进入锅炉前的空气中，将空气预热到一定的温度，从而提高锅炉热交换性能，降低热量能耗。

下面参考附图1和图2描述根据本发明具体实施例的检测燃煤耦合生物质燃烧中生物质热量份额的方法。

本发明实施例的检测燃煤耦合生物质燃烧中生物质热量份额的方法，具体采用包括锅炉1、燃煤喷燃器2、生物质喷燃器3、第一检测装置41、第二检测装置42、燃煤制粉装置5、第一分析计量装置6、生物质制粉装置7、第二分析计量装置8、燃尽风喷嘴9、省煤器10、SCR脱硝装置11和空预器12的系统。该系统中，燃煤喷燃器2、生物质喷燃器3、第一检测装置41、第二检测装置42、燃尽风喷嘴9均设在锅炉1内。燃煤喷燃器2、生物质喷燃器3和燃尽风喷嘴9沿从下向上的方向依次布置且彼此间隔开。省煤器10、SCR脱硝装置11和空预器12均设在锅炉1的尾部烟道中，且省煤器10、SCR脱硝装置11和空预器12沿烟气的排出方向间隔布置，其中空预器12设在锅炉1的尾部烟道的末端。

燃煤制粉装置5、第一分析计量装置6、生物质制粉装置7、第二分析计量装置8设在锅炉1外。燃煤制粉装置5和燃煤喷燃器2相连，以将燃煤破碎和制粉并供给到燃煤喷燃器2中。第一分析计量装置6设在燃煤制粉装置5和燃煤喷燃器2之间，且与燃煤制粉装置5和燃煤喷燃器2均相连。生物质制粉装置7和生物质喷燃器3，以将生物质破碎和制粉并供给到生物质喷燃器3中。第二分析计量装置8设在生物质制粉装置7和生物质喷燃器3之间，且与生物质制粉装置7和生物质喷燃器3均相连。

本发明实施例的检测燃煤耦合生物质燃烧中生物质热量份额的方法包括以下步骤：

在锅炉1中仅燃烧燃煤时，在锅炉1尾部通过第一检测装置41测量干基下烟气中的氧气含量VO₂1，通过第二检测装置42测量干基下烟气中的二氧化碳含量VCO₂1；

在锅炉1中仅燃烧生物质时，在锅炉1尾部通过第一检测装置41测量干基下烟气中的氧气含量VO₂2，通过第二检测装置42测量干基下烟气中的二氧化碳含量VCO₂2；

在锅炉1中耦合燃烧燃煤和生物质时，一方面通过第一分析计量装置6检测燃煤的低位热值LHV1和质量流量m1，通过第二分析计量装置8检测基准生物质的低位热值LHV2b和质量流量m2；另一方面在锅炉1尾部通过第一检测装置41测量干基下烟气中的氧气含量VO₂3，通过第二检测装置42测量干基下烟气中的二氧化碳含量VCO₂3；

考虑到锅炉1在不同过量空气系数下燃烧时的烟气成分存在差异，首先将上述的三个二氧化碳含量折算成6％氧气基准下的浓度，分别为：

根据以下公式(1)获得燃煤和生物质耦合燃烧时输入锅炉的生物质的热量份额R：

进一步地，本发明实施例的检测燃煤耦合生物质燃烧中生物质热量份额的方法还包括以下步骤：

根据以下公式获得燃煤和生物质耦合燃烧时输入锅炉的生物质的热量份额R₁：

比较R和R₁核实公式(1)获得的R的误差是否满足运行和计量要求。

更进一步地，考虑到入炉生物质随着其所含有的水分和灰分发生变化，造成收到基低位热值发生相应变化。其中基准生物质的水分和灰分分别为Mar2b和Aar2b，入炉生物质的水分和灰分分别为Mar2和Aar2，设定入炉生物质的低位热值为LHV2，则

根据以下公式(5)并将公式(6)代入公式(5)获得燃煤和生物质耦合燃烧时输入锅炉的生物质的热量份额R₀：

比较R和R₀核实公式(1)获得的R的误差是否满足运行和计量要求。

由于生物质中的水分和灰分在燃烧时不产生热量，生物质燃烧产生的热量主要来源于碳和氢元素，一旦入炉生物质中的水分和灰分与基准生物质相比发生偏离，可以经过公式(6)将其低位热值加以修正，同时生物质在锅炉内燃烧时，偏离基准生物质成分的水分、灰分不影响干基烟气的成分，其干基烟气中的CO₂体积浓度只取决于生物质的种类，也即碳氢比。

下面参考一些具体地燃煤和生物质耦合燃烧案例分析本申请的合理性。

对于600MW火电机组，燃煤为褐煤，生物质为玉米秸秆，燃煤主要煤质数据为：Car＝38.73％，Har＝2.57％，Oar＝12.36％，Nar＝0.79％，Sar＝0.28％，Aar＝14.38％，Mar＝30.89％，LHV＝13090kJ/kg；生物质燃料成分为：Car＝34.75％，Har＝4.07％，Oar＝32.02％，Nar＝0.42％，Sar＝0.03％，Aar＝3.7％，Mar＝25.01％，LHV＝11860kJ/kg，将具有上述成分的生物质定义为基准生物质。

当锅炉中仅燃烧燃煤时，通过检测装置4检测得到烟气中O₂体积浓度和CO₂体积浓度，并根据公式(2)折算成CO₂在干基、6％O₂条件下的体积浓度为13.99％。

当锅炉中仅燃烧生物质时，通过检测装置4检测得到烟气中O₂体积浓度和CO₂体积浓度根据公式(3)折算成CO₂在干基、6％O₂条件下的体积浓度为14.85％。

当锅炉中耦合燃烧燃煤和生物质，即燃煤耦合生物质发电运行时，通过第一分析计量装置6获得燃煤量为218.2t/h；通过第二分析计量装置8获得生物质量为250t/h，由此，计算得到的生物质燃料输入热量占锅炉总输入热量的份额R₁为50.93％；

通过检测装置4检测得到烟气中O₂体积浓度和CO₂体积浓度根据公式(4)折算成在CO₂在干基、6％O₂条件下的体积浓度为14.41％，通过本发明的方法计算出来的生物质燃料输入热量份额R为48.98％。

可见，通过本发明的方法获得的生物质燃料输入热量份额R与通过燃煤量和生物质量计算得到的生物质燃料输入热量份额R₁相比，可得由本发明的方法获得的生物质燃料输入热量份额R的误差大约在1.9％，满足运行和计量要求。

当锅炉中耦合燃烧燃煤和生物质，即燃煤耦合生物质发电运行时，通过第一分析计量装置6获得燃煤量为304.1t/h，通过第二分析计量装置8获得输入生物质量为150t/h，由此，计算得到的生物质燃料输入热量占锅炉总输入热量的份额R₁为30.89％；

通过检测装置4检测得到烟气中O₂体积浓度和CO₂体积浓度根据公式(4)折算成在CO₂在干基、6％O₂条件下的体积浓度为14.24％，通过本发明的方法计算出来的生物质燃料输入热量份额R为29.13％。

可见，通过本发明的方法获得的生物质燃料输入热量份额R与通过燃煤量和生物质量计算得到的生物质燃料输入热量份额R₁相比，可得由本发明的方法获得的生物质燃料输入热量份额R的误差大约在1.8％，满足运行和计量要求。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。