循環(huán)流化床鍋爐燃燒控制系統(tǒng)淺談

1、循環(huán)流化床鍋爐燃燒控制系統(tǒng)淺談【摘要】本文介紹大容量和高參數(shù)循環(huán)流化床鍋爐 的結(jié)構(gòu)以及燃燒原理，并提出一些控制策略和控制方法?！娟P(guān)鍵詞】循環(huán)流化床鍋爐；燃燒原理；床溫控制0引言循環(huán)流化床鍋爐（cfb ）作為一種新型燃燒設(shè)備，它 具有高效低污染、煤種適應(yīng)性好，負(fù)荷調(diào)整范圍寬，飛灰 和爐渣的含碳量低、運(yùn)行穩(wěn)定，并且對有害氣體的排放進(jìn)一 步降低、環(huán)保效果好等優(yōu)點(diǎn)，因此而得到廣泛的推廣和應(yīng)用， 發(fā)展前景廣闊。不同鍋爐廠家生產(chǎn)的cfb鍋爐在結(jié)構(gòu)、性能 及調(diào)節(jié)手段等方面存在一定的差異。目前我廠兩臺(tái)鍋爐就是 由東方鍋爐廠生產(chǎn)480t/h超高壓cfb鍋爐。下面結(jié)合我廠 鍋爐運(yùn)行情況就大容量和高參數(shù)循環(huán)流化床鍋

2、爐的燃燒原 理和控制策略作一介紹，為今后我廠燃燒自動(dòng)的投入，進(jìn)一 步提高自動(dòng)投入率，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度提供理論參考。循環(huán)流化床鍋爐一般由給料系統(tǒng)、循環(huán)床燃燒室、高溫 分離裝置、循環(huán)物料回送裝置和尾部受熱面（有些爐型與返 料機(jī)構(gòu)結(jié)合設(shè)置有外置流化床換熱器）等組成。循環(huán)流化 床鍋爐燃燒系統(tǒng)是一個(gè)大滯后、強(qiáng)耦合的非線性系統(tǒng)，各個(gè) 變量之間相互影響。有的被調(diào)參數(shù)同時(shí)受到幾個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù)的 共同影響，如床層溫度要受到給煤量、石灰石供給量、一次 風(fēng)量、返料量及排渣量等多個(gè)參數(shù)控制。因此，在構(gòu)造cfb 鍋爐控制方案時(shí)只有抓住主要矛盾，同時(shí)兼顧各個(gè)次要矛 盾，才能構(gòu)造出滿足系統(tǒng)要求的控制策略?，F(xiàn)在電力行業(yè)普遍采用將

3、智能自動(dòng)化方法及策略結(jié)合 實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)控制方案，同時(shí)也證明該方法行之有效，可 廣泛應(yīng)用于各行業(yè)鍋爐的自動(dòng)控制系統(tǒng)。1結(jié)構(gòu)原理1. 1基本結(jié)構(gòu)循環(huán)流化床鍋爐本體一般可分成兩部分：一部分由爐 膛、汽包、分離器、回料器等組成，形成一個(gè)固體物料循環(huán) 回路；另一部分則為對流煙道，布置有過熱器、省煤器、空 氣預(yù)熱器等，與常規(guī)煤粉爐相近。外圍系統(tǒng)和設(shè)備主要有一 次風(fēng)及送、及引風(fēng)機(jī)，粗碎機(jī)，細(xì)碎機(jī)，給煤機(jī)，石灰石給 料機(jī)，播煤風(fēng)機(jī)，j閥風(fēng)機(jī)，冷卻排渣系統(tǒng)，風(fēng)道點(diǎn)火加熱 系統(tǒng)，爐膛的密相區(qū)和二次風(fēng)口還可設(shè)置助燃用的啟動(dòng)燃燒 系統(tǒng)。1.2燃燒原理cfb鍋爐一般采用熱煙氣床下點(diǎn)火方式，在密相區(qū)和二 次風(fēng)口可設(shè)置助

4、燃用的啟動(dòng)燃燒器和床槍。鍋爐啟動(dòng)采用床 料循環(huán)加熱，即冷床料在流化并循環(huán)的條件下加熱升溫。啟 動(dòng)時(shí)，最先投運(yùn)風(fēng)道燃燒器，以熱煙氣和空氣混合物加熱床 料，之后投運(yùn)啟動(dòng)燃燒器，使溫度按照升溫升壓曲線上升。 當(dāng)床溫達(dá)到500°c時(shí)，可根據(jù)需要投運(yùn)投運(yùn)油槍，使床溫進(jìn) 一步升高至600°c,這時(shí)可逐步投煤。燃燒所需要的一次風(fēng)和二次風(fēng)分別由爐膛的底部和側(cè)墻送入。原煤塊經(jīng)過粗碎機(jī)和細(xì)碎機(jī)破碎后，通過皮帶式給 煤機(jī)送入煤斗。煤斗經(jīng)播煤風(fēng)將煤吹入爐膛。爐膛出口水平 煙道內(nèi)裝有煙灰分離器，分離出的高溫灰落入灰斗，經(jīng)鎖灰 裝置和j閥回送至爐膛。飛灰通過分離器后由電除塵收集后 經(jīng)氣力除灰送回灰?guī)欤?/p>

5、床體下部已燃盡的灰渣經(jīng)由冷渣機(jī)、 鏈斗、斗提送入渣庫。煤進(jìn)入爐膛后，首先在主床燃燒。經(jīng)過預(yù)熱器的一次風(fēng), 從爐床下風(fēng)室向上進(jìn)入爐膛，使床上煤顆粒沸騰燃燒，當(dāng)煙 氣達(dá)到一定的速度，大量的顆粒就會(huì)離開床層，由煙氣攜帶 至爐膛上部燃燒，并隨煙氣直至爐膛出口。在爐膛出口處裝 有旋風(fēng)分離器，對顆粒和煙氣進(jìn)行分離，然后進(jìn)入煙道。為 了使顆粒上升、分離，穿過并離開爐膛，要求煙氣必須達(dá)到 某一最小速度。分離后的煙氣流入煙道，通過省煤器、空氣 預(yù)熱器得到近一步冷卻；而分離后的顆粒，下落回到爐膛繼 續(xù)燃燒，再次進(jìn)行燃燒上升，分離，形成顆粒循環(huán)。由于顆 粒反復(fù)循環(huán)延長了在爐內(nèi)的停留時(shí)間，因此，各煤種均可在 850-

6、950°c的低溫下得到充分燃燒，提高了燃盡度。由于爐 膛內(nèi)燃燒溫度較低，使得nox的生成量得到有效控制。同時(shí) 此溫度范圍，也有利于使為脫硫而加入爐膛的石灰石顆粒在 循環(huán)燃燒種與燃料種的硫化物發(fā)生反應(yīng)，達(dá)到最佳的脫硫效 果。2模擬量控制系統(tǒng)由于cfb鍋爐和煤粉爐在汽水系統(tǒng)方面的運(yùn)行監(jiān)視與調(diào) 整基本相同，兩者的差異主要表現(xiàn)在燃燒系統(tǒng)，因此，對cfb 鍋爐燃燒及調(diào)節(jié)機(jī)理理解是設(shè)計(jì)機(jī)理的理解是設(shè)計(jì)自動(dòng)控 制系統(tǒng)的關(guān)鍵。下面主要對與cfb鍋爐燃燒系統(tǒng)有關(guān)的控制 回路就地控制原理進(jìn)行說明。cfb鍋爐燃燒系統(tǒng)原理見圖lo2. 1鍋爐負(fù)荷控制系統(tǒng)鍋爐負(fù)荷控制系統(tǒng)主要用以維持主蒸汽壓力，即通過調(diào) 節(jié)給

7、煤量和配風(fēng)來控制主蒸汽壓力。主蒸汽壓力設(shè)定值與實(shí) 際測量值之差通過pid運(yùn)算后，結(jié)合汽包壓力變化和汽輪機(jī) 一級前后壓力比，產(chǎn)生鍋爐負(fù)荷信號，并作為鍋爐總風(fēng)量和 總煤量的控制指令。2.2風(fēng)量控制系統(tǒng)cfb鍋爐的風(fēng)量控制包括總風(fēng)量和一、二次風(fēng)量的控制 （見圖2）。在正常運(yùn)行中，總風(fēng)量依據(jù)燃料信號獲得，并自 動(dòng)根據(jù)過量空氣系數(shù)修正?？傦L(fēng)量的改變受到風(fēng)煤比得限 制，這與常規(guī)煤粉爐是相同的，所不同的是一、二次風(fēng)的配 比。一、二次風(fēng)的配比是負(fù)荷和煤種發(fā)熱量的函數(shù)。2.2.1總風(fēng)量控制系統(tǒng)總風(fēng)量控制主要產(chǎn)生正確的一、二次風(fēng)量指令，主汽壓 力調(diào)節(jié)系統(tǒng)給出的風(fēng)量指令和總給煤量對應(yīng)所需要的風(fēng)量 大選后，與實(shí)際總風(fēng)

8、量通過pid運(yùn)算后，產(chǎn)生鍋爐總風(fēng)量信 號，并作為一、二次風(fēng)量得控制指令。2. 2.2 一次風(fēng)量控制系統(tǒng)鍋爐總風(fēng)量指令經(jīng)過函數(shù)處理，減去創(chuàng)文修正的風(fēng)量和 點(diǎn)火增壓風(fēng)量后，作為一次風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的給定值，與一次風(fēng) 量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的給定值，與一次風(fēng)量的測量值（經(jīng)過溫度和壓 力修正后）一起通過pid進(jìn)行運(yùn)算，用運(yùn)算結(jié)果區(qū)控制一次 風(fēng)擋板開度，調(diào)節(jié)送入爐膛的一次風(fēng)量。鍋爐總風(fēng)量進(jìn)行函數(shù)處理主要是考慮到煤質(zhì)的特性及 負(fù)荷的變化情況。煤種不同時(shí)，助燃的空氣量會(huì)有所不同。 由于一次風(fēng)量對鍋爐的床溫也具有調(diào)節(jié)作用，故在構(gòu)造一次 風(fēng)量的調(diào)節(jié)系統(tǒng)報(bào)告時(shí)也要考慮床溫的修正。2.2. 3二次風(fēng)量控制系統(tǒng)二次風(fēng)量控制系統(tǒng)以產(chǎn)生正

9、確的上、下二次風(fēng)量指令為 目的，根據(jù)總風(fēng)量對二次風(fēng)的要求，加主蒸汽流量和煙氣含 氧量得校正，對每層的二次風(fēng)進(jìn)行分別控制，同時(shí)根據(jù)床溫 的超限，調(diào)整上下二次風(fēng)的比例。該配比的調(diào)整應(yīng)根據(jù)運(yùn)行 經(jīng)驗(yàn)確定。二次風(fēng)機(jī)爐膛壓力控制原理圖見圖3。2. 3 cfb鍋爐總煤量控制系統(tǒng)給煤量控制是通過調(diào)節(jié)給煤機(jī)出力來實(shí)現(xiàn)的，由于鍋爐 負(fù)荷輸出作為煤量需求指令并與總風(fēng)量低選后作為給煤量 的給定值。給煤量主要受到負(fù)荷指令和風(fēng)燃料比得要求，從 實(shí)際風(fēng)量計(jì)算出所允許的最大燃料量，減去油量即是允許的 最大煤量。取負(fù)荷要求煤量和風(fēng)量允許的最大煤量中的小值 作為煤量的控制信號，這就保證了升負(fù)荷時(shí)要先加風(fēng)量再加 煤量，減負(fù)荷時(shí)先

10、減煤量在減風(fēng)量。與普通煤粉爐一致的。2.4 cfb鍋爐料層控制系統(tǒng)料層差壓控制也稱為料層控制，通過測量運(yùn)行中料層差 壓來控制，維持床料高度在適當(dāng)數(shù)值。若料層高、太厚則使 布風(fēng)板阻力加大，分層嚴(yán)重，可能引起床下風(fēng)室風(fēng)道振動(dòng)， 且增大風(fēng)機(jī)電耗；若料層薄、高度太小則會(huì)發(fā)生吹穿，燃燒 熱量減小，運(yùn)行不穩(wěn)定，帶負(fù)荷能力受到影響。由于料層高 度與床壓近似成比例關(guān)系，用差壓大小推算床料高度，當(dāng)差 壓變大時(shí)，床料厚度增加，床料減少，床壓下降；反之，當(dāng) 差壓過小時(shí)，可通過適當(dāng)加料補(bǔ)充，控制床位。2. 5 cfb鍋爐石灰石控制系統(tǒng)石灰石給量控制是環(huán)保對so排放量得測量是否達(dá)到要 求，對石灰石的加入量進(jìn)行控制。其調(diào)節(jié)需由主調(diào)節(jié)和副調(diào) 節(jié)組成串級控制回路。石灰石量給定值由石灰石