對循環(huán)流化床鍋爐床溫影響因素的仿真3

1、對循環(huán)流化床鍋爐床溫主要影響因素的仿真劉愛君 蔡寶玲 劉孝國 魏湘西安熱工研究院有限公司，陜西西安710032摘要：維持正常的床溫是循環(huán)流化床鍋爐穩(wěn)定運行的關鍵，本文基于北方聯(lián)合 電力蒙西發(fā)電廠300MW1環(huán)流化床（CFB機組仿真系統(tǒng)，介紹了床溫控制策略, 并對影響床溫的幾點主要因素進行了試驗分析。關鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐床溫控制仿真中圖分類號：文獻標識碼：文章編號：simulation for main influencing factors to CFBB bed tempertatureAbstract : Keep the normal bed tempertature is the m

2、ost important thing for CFBB .the paper based on the simulation system for Mengxi 300MWCFB plant,introduced the controlstrategy for CFBEbed temperature and an alysed mai n in flue ncing factors to CFBB bed tempertature.Key worsd : CFBB bed temperature control ； simulator1研究背景循環(huán)流化床鍋爐（CFBB）燃燒是一種新型高效、低

3、污染的清潔燃煤技術，其主要特點是循環(huán)流化床鍋爐在燃燒過程中，爐膛內大量的物料被煙氣攜帶到爐膛上部，經過爐膛出口的分離器將物料與煙氣分開，并經過非機械式回送閥將物料回送至床內，多次循環(huán)燃燒。它具有燃料適應性廣、燃燒效率高、氮氧化物排 放低等突出優(yōu)點，但循環(huán)流化床鍋爐燃燒自動控制尚未得到很好 的解決，限制了其大規(guī)模推廣應用。 影響循環(huán)流化床鍋爐燃燒穩(wěn) 定的主要因素有料層差壓、流化風量、床層溫度等，其關鍵因素 是控制床溫。循環(huán)流化床床溫控制比煤粉爐燃燒控制復雜，被調對象呈現(xiàn)多輸入、多輸出的特性，干擾因素多，調節(jié)難度大。通常影響循環(huán)流化床鍋爐床溫控制的主要因素包括給煤量、煤含碳量（煤質）、一次風量、二

4、次風量、煤粒徑、循環(huán)灰量等，其 中影響較大的因素是給煤量、一次風量和循環(huán)灰量。2試驗平臺西安熱工研究院為北方聯(lián)合電力蒙西發(fā)電廠研制的300MW循環(huán)流化床（CFB ）機組仿真培訓系統(tǒng)已于 2008年上半年正式 投入使用。蒙西300MW循環(huán)流化床鍋爐為亞臨界壓力中間一次 再熱循環(huán)流化床鍋爐，由褲衩型爐膛、4個旋風分離器、4個回 料器、外置換熱器和尾部對流煙道組成。在外置換熱器的循環(huán)灰 進口布置有循環(huán)灰控閥，主要作用是控制冷熱循環(huán)灰的比率，進而達到控制床溫的目的。仿真系統(tǒng)的支撐軟件選用芬蘭Fortum公司的仿真軟件APROS在該軟件平臺下，依照蒙西發(fā)電廠一期工程1#機組的工程設計和運行資料，基于實際

5、物理機理的原則建立各系統(tǒng)模型， 并根據機組運行數據進行必要的修正、補充，基本完全復現(xiàn)實際機組的工藝流程和設備邏輯關系。仿真結果顯示過程現(xiàn)象逼真， 循環(huán)流化床特有的床溫床壓變化、旋風分離、循環(huán)回料、內外置 床燃燒、流化送粉、排渣除渣、石灰石脫硫、床體加料等燃燒特 征均與實際機組相符。3 CCS下床溫控制策略該該CFB鍋爐床溫以爐膛下部分差腿三個床溫測點的指示 為準，鍋爐床溫與鍋爐負荷、總風量大小、床壓高低等有關，影 響CFB床溫控制的三個主要因素，煤量、一次風量、循環(huán)灰量。鍋爐主控投入自動且鍋爐變負荷時， 鍋爐主控指令通過（X） 函數給定燃料量設定值，根據實際燃料量反饋通過 PID調節(jié)器得出給煤

6、量指令，作用到各個給煤機，原理框圖如下圖一所示:圖一給煤量指令鍋爐主控變負荷時，一次風量必需跟隨給煤量的變化而變化 以保持合適的風煤配比。一次風量的設定值由燃料量設定值和實 際燃料量指令分別經過F（ X）后和最小風量進行大選產生，如圖 二所示，該邏輯滿足先加風后加煤，先減煤后減風，并保證一次 風量不小于循環(huán)流化床鍋爐運行的最小風量。一、二次風的調整原則是：一次風調整流化、爐膛溫度和料 層差壓，二次風控制總風量。在一次風滿足流化、爐溫和料層差 壓的前提下，總風量不足時，可開大二次風門，維持爐膛穩(wěn)定燃 燒和氧量值在正常范圍內。圖二一次風量指令CFB床溫控制的床溫設定值隨機組負荷的變化而不同，床溫測

7、量值取分差腿下部溫度， 通過PID調節(jié)，并疊加與總燃料量相 關的前饋信號得出灰量調節(jié)閥指令，通過控制返回爐膛的循環(huán)灰 量作為控制床溫的輔助手段，其邏輯圖如下圖三所示：圖三灰量調節(jié)閥指令4床溫控制的仿真與分析針對影響CFB床溫控制的三個主要因素，以蒙西300MW機 組仿真模型為試驗平臺，對仿真機組在額定負荷下進行單向擾動 仿真試驗，并對試驗結果進行了分析。4.1 煤量變化對床溫控制的影響在蒙西300MW機組仿真模型額定負荷工況下，將設計煤 量由設計參數218.2t/h減少10%，保持一次風量，循環(huán)灰量及媒 質不變，床溫隨煤量減少的變化曲線如下圖四所示。橫坐標為時 間（單位分鐘），縱坐標為溫度（單

8、位C），紅色曲線表示床溫， 綠色曲線表示煤量。床溫由 871 C緩慢降低到838C。當其他因 素不變，煤量發(fā)生變化時，對床溫的影響很大，煤量增加，床溫 升高，煤量減少，床溫降低。圖四床溫隨煤量變化曲線4.2次風量變化對床溫控制的影響循環(huán)流化床中的一次風有兩個作用，一是作為流化風，二是作為 燃燒風。相應地一次風對床溫的影響也有兩個方面，風量大，煙氣從 密相區(qū)帶走的熱量多，造成床溫下降；同時氣固紊合更加劇烈，提供給 碳粒燃燒的氧量上升，燃燒放熱量增加，造成床溫上升閃。風量小， 煙氣從密相區(qū)帶走的熱量小，造成床溫上升；同時提供給碳粒燃燒的 氧量下降，燃燒放熱量減少，造成床溫下降。試驗如下：保持煤質，

9、煤量和循環(huán)灰量不變，當一次風量由設計值372kNm3/h減少5%，即352.3 kNm3/h，床溫的變化曲線如下圖五所 示，紅色曲線表示床溫，綠色曲線表示一次風量。此時床溫由于 冷質的減少而急劇升高，而后由于風量的減少使得下部的燃燒份 額減少，床溫又開始降低，最后穩(wěn)定在一個比原溫度略高的值上， 即溫度由871C上升到878C，總體來說一次風量作為流化用風 作用對床溫影響的更明顯些。圖五床溫隨一次風量變化曲線4.3循環(huán)灰量對床溫控制的影響保持煤質煤量及一次風量不變，通過調節(jié)灰控閥的開度來改變循環(huán)灰量，研究循環(huán)灰量對床溫的影響。如下圖六所示，紅色 曲線代表床溫，綠色曲線代表循環(huán)冷灰量，循環(huán)冷灰量減

10、少 50kg/s，床溫升高10C，反之，循環(huán)冷灰量增加，床溫降低。區(qū)庫盟馳縮環(huán)灰墨的孌化仙線9O.02213.32圖六循環(huán)冷灰量降低床溫變化曲線通過以上實驗分析，可以得出如下結論：(1) 煤量和一次風量對床溫的影響較大，煤量增加，床溫升高；煤量減少，床溫降低；一次風量增大，床溫降低；一次風量減少，床溫 升高。要保持床溫的穩(wěn)定，必須保證一定的風煤比。實際 DCS邏輯設 計中，一次風量的設定值由煤量指令對應函數來給定，在最小風量基礎上隨煤量增加而增加，保持一定的風煤比，既滿足循環(huán)流化床內良 好的流化狀態(tài)，又保證足夠的燃燒用風，有利于床溫穩(wěn)定。(2) 循環(huán)灰量能在一定范圍內控制床溫。當煤量和風量都滿

11、足設計 要求，風煤比合適的情況下，循環(huán)灰量變化會引起床溫變化，循環(huán)冷 灰量增加，床溫降低；循環(huán)冷灰量減少，床溫升高。所以當機組處在 變負荷狀態(tài)時，可以通過調節(jié)循環(huán)灰量來控制床溫。以上分析了對循環(huán)流化床床溫影響的幾種主要因素，在現(xiàn)場實際機組運行中，當煤量發(fā)生變化時，一次風量將跟隨煤量相應發(fā)生變 化，通過改變循環(huán)灰量的方法能夠有效的調節(jié)床溫。在蒙西300MW循環(huán)流化床仿真模型上也得到了很好的驗證，當鍋爐主控指令由 100%，降低到90%時，對應煤量和風量相應減少，床溫由循環(huán)灰控 閥的開度變化，即改變冷熱循環(huán)灰的比例來自動控制， 床溫變化曲線 見圖七。圖七中暗綠線表示煤量，亮綠線表示循環(huán)灰量，深藍色代表 一次風量，土黃色表示二次風量，棕紅色曲線表示床溫。由圖七可知， 盡管煤量和風量減少約10%，但是通過改變循環(huán)灰量，床溫可以一直 控制在871 C左右，說明了灰控閥調節(jié)作用顯著。圖七協(xié)調方式下的床溫控制曲線5結語通過在300MW循環(huán)流化床機組仿真機上對影響床溫的主要因素