對循環(huán)流化床鍋爐床溫影響因素的仿真3

1、9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300MW循環(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

2、the most important thing for CFBB .the paper based on the simulation system for Mengxi 300MW CFB plant, introduced the control strategy for CFBB bed temperature and analysed main influencing factors to CFBB bed tempertature.Key worsd：CFBB；bed temperature control；simulator 1 研究背景循環(huán)流化床鍋爐（CFBB）燃燒是一種新型高

3、效、低污染的清潔燃煤技術(shù)，其主要特點是循環(huán)流化床鍋爐在燃燒過程中，爐膛內(nèi)大量的物料被煙氣攜帶到爐膛上部，經(jīng)過爐膛出口的分離器將物料與煙氣分開，并經(jīng)過非機械式回送閥將物料回送至床內(nèi)，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其中循環(huán)流化床床溫控制是關鍵因素。循環(huán)流化床床溫控制比煤粉爐的燃燒控制復雜，被調(diào)對象呈現(xiàn)多輸入、單多輸出的特性，干擾因素多，調(diào)節(jié)難度大1。通常影響循環(huán)流化床鍋爐床溫控制的主要因素包括給

4、煤量、煤含碳量（煤質(zhì)）、一次風量、二次風量、煤粒徑、循環(huán)灰量等，其中影響最大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，主要作用是調(diào)節(jié)此閥門來控制冷熱循環(huán)灰的比率，帶有外置床的循環(huán)流化床機組一般通過調(diào)節(jié)循環(huán)灰量來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

5、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，設計基于實際物理機理的原則建立各系統(tǒng)模型，并根據(jù)機組運行數(shù)據(jù)進行了必要的修正、補充，基于實際物理機理的原則，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(jié)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(nèi)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CFB床溫通過控制循環(huán)灰控閥的開度來調(diào)節(jié)，同時與鍋爐負荷指令保持協(xié)調(diào)，依靠進入爐膛的冷灰量的調(diào)節(jié)，控制床溫在設定值。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。，

6、鍋爐床溫與鍋爐負荷、總風量大小床壓高低、床壓高低總風量大小等有關。，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F（X）函數(shù)給定燃料量設定值，根據(jù)實際燃料量反饋通過PID調(diào)節(jié)器得出給煤量指令，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(jīng)過F（X）后和最小風量進行大選產(chǎn)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(diào)整

7、原則是：一次風調(diào)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(nèi)。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，床溫測量值取分差腿下部溫度，通過PID調(diào)節(jié)，并疊加與總?cè)剂狭肯嚓P的前饋信號得出灰量調(diào)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(diào)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方向擾動的仿真試驗，并對試驗結(jié)果進行了分

8、析。4.1 煤量變化對床溫控制的影響在蒙西300MW機組仿真模型的額定負荷工況下，將設計煤量由設計參數(shù)218.2t/h減少10%，保持一次風量，循環(huán)灰量及媒質(zhì)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（單位），紅色曲線表示床溫，綠色曲線表示煤量。床溫由871緩慢降低到838。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 一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

9、量也多,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2。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(zhì)，煤量和循環(huán)灰量不變，當一次風量由設計值372 kNm3/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(zhì)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871上升到878，總體來說一次風量作為流化用風作用對床溫影響的更

10、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(zhì)煤量及一次風量不變，通過調(diào)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)冷灰量減少50kg/s，床溫升高10，反之，循環(huán)冷灰量增加，床溫降低。 圖六 循環(huán)冷灰量降低床溫變化曲線 通過以上實驗分析，我們可以得出如下結(jié)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(shù)來給定，在

11、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(nèi)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(nèi)控制床溫。當煤量和風量都滿足設計要求，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(diào)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(diào)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左右，說明了灰控閥調(diào)節(jié)作用顯著。圖七 協(xié)調(diào)方式下的床溫控制曲線5 結(jié)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煤量、一次風量、循環(huán)灰量分別進行仿真試驗研