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循环流化床锅炉控制的特点及其分析点击：1713 日期：[ 2014-04-26 21:35:37 ] |
| 循环流化床锅炉控制的特点及其分析 林然 齐齐哈尔市特种设备检验研究所 摘要：循环流化床燃烧技术是国际上20世纪80年代在锅炉领域得到成功应用的清洁煤燃烧技术。提高可靠性、经济性和文明生产程度贯穿了循环流化床燃烧技术的发展历史。本文针对循环流化床锅炉控制的特点进行了分析和阐述，并提出了控制方法。 关键词：循环流化床锅炉 控制系统 1·引言 循环流化床（CFB）锅炉（以下简称“CFB锅炉”）是从鼓泡床沸腾炉发展而来的一种新型燃煤锅炉技术，它的工作原理是：将煤破碎成0mm～10mm的颗粒后送入炉膛，同时炉膛内存有大量床料（炉渣或石英砂），由炉膛下部配风，使燃料在床料中呈“流态化”燃烧，并在炉膛出口或过热器后部安装气固分离器（一般均采用旋风分离器），将分离下来的固体颗粒通过回送装置再次送入炉膛燃烧。 CFB锅炉的运行特点是燃料随床料在炉内多次循环，这为燃料提供了足够的燃烬时间，可使飞灰含碳量大大下降。对于燃用高热值燃料、运行良好的循环流化床锅炉来说，燃烧效率可高达98%～99%，相当于煤粉燃烧锅炉的燃烧效率。 与其他类型锅炉相比，CFB锅炉具有良好的燃料适应性，一般燃烧方式难以正常燃烧的石煤、煤矸石、泥煤、油页岩、低热值无烟煤以及各种工农业垃圾等劣质燃料都可在循环流化床锅炉中有效燃烧。由于其物料循环量是可调节的，所以CFB锅炉具有良好的负荷调节性能和低负荷运行性能，能适应调峰机组的要求。同时，CFB锅炉具有优越的环保性能。 CFB锅炉作为一种新型高效低污染燃煤技术，在国内外已得到广泛应用。回顾CFB锅炉在我国的发展历程，分析CFB锅炉在我国获得发展的内在原因，对探索我国CFB锅炉的发展道路是非常重要的。 2 ·CFB锅炉总体结构简介 CFB锅炉主要由燃烧系统、气固分离循环系统、对流受热面三部分组成。其中燃烧系统包括风室、布风板、燃烧室、炉膛、给煤系统等。气固分离循环系统包括物料分离装置和返料装置两部分。对流受热面包括过热器、省煤器及空气预热器等。 3 ·CFB锅炉的控制与调整 CFB锅炉与煤粉炉一样，具有多参数、非线形、时变和多变量紧密耦合的特点，而且，CFB锅炉比普通锅炉具有更多的输入/输出变量，耦合关系也更为复杂。 一个典型的CFB锅炉的模拟量调节系统包括：机炉协调控制系统、燃料调节、一次风量调节、一次风压调节、氧量调节、二次风压控制、炉膛压力调节、锅炉床温调节、床压调节、流化风母管压力调节、外置床换热器流化风量调、冷渣器冷却水流量调节、点火器风量调节、暖风器温度调节、石灰石给料调节、燃油流量调节、过热汽温调节、再热汽温调节、其他汽水系统的自动调节等，其中CFB锅炉的汽水系统与煤粉炉差异不大，因此控制系统的设计也大同小异。但是CFB锅炉的燃烧系统及其控制比煤粉炉要复杂得多，本文结合工程设计对CFB锅炉的控制特点进行介绍，供同行参考。 （1）机炉协调控制系统 机炉协调控制策略有常规和各种补偿形式设计方案，其中直接能量平衡（DEB）协调控制方式是一种比较适用、有效的方式。该方式协调控制是一种应考虑了机组能量平衡的自解耦控制，可以自动补偿机组滑压变动负荷中锅炉蓄热、负荷斜坡变化中调节器静差。DEB协调控制方式适用于物质能量平衡的汽包式单元机组，而与锅炉的燃烧方式无关。DEB协调控制方式在常规煤粉炉机组中已经成熟应用。 （2）燃料调节 调节四台采用分配控制的一级给煤机，最终使热量信号（HR）满足锅炉指令要求。基于被控对象的给煤率/汽压特性存在一定的非线性，且控制迟延较大，故应在燃料主控中设计变参数PID（比例-积分-微分）控制。控制中要求左右侧煤量相等。 （3）一次风量调节 由锅炉负荷指令/一次风量曲线，计算出一次风量设定值，调节两台一次风量调门，使一次风量满足设定要求。控制中要求左右侧一次风量相等。 （4）一次风压调节 由锅炉负荷/一次风压曲线，计算出一次风压设定值，调节两台一次风机入口导叶，使一次风母管压力满足设定要求。 （5）氧量调节 由串级调节回路组成，副回路由锅炉指令与锅炉负荷的大选值乘主回路调节输出计算出总风量设定值，调节四台二次风量调门，使总风量满足设定要求；主回路由热负荷/氧量设定值曲线作主调器设定值，使氧量满足设定要求。控制中要求左右侧二次风量相等。 （6）二次风压控制 由锅炉负荷/二次风压曲线，计算出二次风压设定值，调节两台二次风导叶，使二次风母管压力满足设定要求。 （7）炉膛压力调节 由人工设定值，通过调节两台吸风机静叶，使炉膛压力满足设定值要求。同时还应考虑送入炉膛总风量对炉膛压力的影响，把总风量或者一次、二次风流量调节输出作炉膛压力调节器的比例前馈。 （8）锅炉床温调节 锅炉设计有四套外置床换热器，其中两套用于锅炉床温调节，另外两套用于再热出口汽温调节。通过调节两套锥形阀，可调节从分离器至外置床和燃烧室再循环灰料比例的大小，实现锅炉床温调节。床温的设定值由锅炉热负荷/床温曲线给出。另外影响床温的因素还有：给煤量、外置床再热器锥形阀开度、一次风/总风比例、上二次风/总二次风比例、料床床压，在调节中应考虑这些量的前馈补偿，补偿可采用变系数比例微分前馈补偿，根据现场的扰动量/床温、锥形阀开度/床温动态特性确定补偿函数。基于床温的影响量多，用控制上存在问题较严重的非线性控制迟延较大，故应设计变参数控制。 （9）床压调节 床压的控制关系到床料的流化质量、经济燃烧、厂用电率消耗、带负荷能力等，所以控制好床压对CFB锅炉安全经济运行具有重要意义。由锅炉负荷/床压曲线计算出床压设定值，分别调节四台排渣器调门，使左右两侧床压一致。 （10）流化风母管压力调节 类似于一次风压调节，由锅炉负荷/流化风母管压力曲线，计算出流化风母管压力设定值，调节五台流化风机入口导叶，使流化风母管压力满足设定要求。 （11）外置床换热器流化风量调节 由人工设定流化风量值，调节换热器流化风调门，使风量满足要求。锥形阀、冷渣器流化风量调节与此类似。 （12）冷渣器冷却水流量调节 调节冷渣器冷却水流量调门，使冷渣器出口灰渣温度满足设定值要求。 （13）点火器风量调节 通过油枪流量/点火风量曲线调节点火器对应风量调门，使点火风量满足设定要求。 （14）暖风器温度调节 调节辅汽至暖风器调门，控制暖风器出口二次风温满足设定要求。 （15）石灰石给料调节 由串级调节回路组成，副回路由给煤量乘主回路调节输出计算出总石灰石量设定值，调节两台石灰石给料机，使总石灰石量满足设定要求；主调器设定值由人工输入，使烟气含硫量满足设定要求。 （16）燃油流量调节 分别调节一套前墙床枪组、一套后墙床枪组和两套风道燃烧器组各自的燃油进油调门，使对应的燃油流量满足设定要求。燃油压力由再循环调门调节。 （17）过热汽温调节 由三级减温水共六套串级回路实现过热汽温调节，每级减温设计为串级调节。副调节器控制输出的减温水调门，使减温器出口汽温满足主调节器输出的设定要求；主调节器的输出使下级减温器入口汽温满足人工设定值要求。同时影响各级过热汽温的部件主要有床温锥形调节阀、高再温度锥形调节阀、热负荷等，在调节中应考虑这些量的前馈补偿。 （18）再热汽温调节 低温再热器由喷水减温实现，出口再热汽温由外置床换热器锥形阀实现调节。低温再热器喷水减温由两套左右侧串级调节组成，副调节器控制减温水调门，使减温器出口汽温满足主调节器输出的设定要求；主调节器的输出使外置床再热器入口汽温满足人工设定值要求；而外置床换热器锥形阀设计为两套左右侧再热汽出口温度调节单回路，满足人工设定值要求。同时影响各级再热汽温的主要有锅炉热负荷及风量等，在调节中应考虑这些量的前馈补偿。 （19）其他汽水系统的自动调节 主要包括：汽包水位、除氧器水位、凝汽器水位、高/低加水位、给水泵密封水差压、给水泵最小流量、旁路等调节，与常规煤粉炉机组的调节类似，这里不做介绍。 4·结语 综上所述，本文针对在工程设计中对CFB锅炉的控制进行了通用性的介绍。对于小型CFB锅炉，本文可作为参考。对于大型CFB锅炉，除本文介绍的以外，还包括炉膛安全监控系统（FSSS）、锅炉顺序控制系统等，这些控制系统的设计跟煤粉炉有相同之处，也有不同之处，设计时，可选择性地进行参考。 |
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