循环流化床锅炉燃烧控制特性(图文)

某电厂410t/h超高压循环流化床锅炉为例简要介绍了燃烧控制系统。对循环流化床锅炉燃烧相关的控制系统的特点进行分析。由于循环流化床锅炉其燃烧过程十分复杂，燃烧受多种因素的影响，循环流化床锅炉是一个多参数、非线性、时变及多变量紧密接合的复杂系统，使得其自动控制比一般锅炉更加复杂和困难，由于其自身的工艺特点，它比普通锅炉具有更多的输入和输出变量，耦合关系更加复杂，如图1-1所示。
关键词：循环流化床，燃烧，自动控制

　　循环流化床锅炉(CFB) 燃烧技术是一项近年来发展起来的新一代高效、低污染清洁燃烧燃煤技术。通过向循环流化床锅炉（CFBB）内直接加入石灰石、白云石等脱硫剂，可以脱去燃料在燃烧过程中生成的SO2。根据燃料中含硫量的大小确定加入的脱硫剂量，可达到90%以上的脱硫效率；另外，循环流化床锅炉燃烧温度一般控制在850～950℃的范围内，这一温度范围不仅有利于脱硫，而且可以抑制氮氧化物(热力型NO)的形成，同时由于循环流化床锅炉普遍采用分段(或分级)送入二次风，保证炉内尤其是NOx生成区域处于还原型气氛，又可控制燃料型NO的产生。在一般情况下，循环流化床锅炉NOx的生成量仅为煤粉炉的1/4～1/3。NOx的排放量可以控制在300mg/m3以下。因此，循环流化床燃烧是一种经济、有效、低污染的燃烧技术。而且具有燃料适应性广、负荷调节性能好、灰渣易于综合利用等优点，因此在国际上得到迅速的商业推广。因此，在我国得到了迅猛的发展，循环流化床锅炉日趋大型化。
　　本文以某电厂410t/h超高压循环流化床锅炉为例简要介绍了燃烧控制系统。对循环流化床锅炉燃烧相关的控制系统的特点进行分析。
　　1循环流化床燃烧控制特点
　　循环流化床锅炉不同于煤粉炉和燃油锅炉，其控制回路多，系统比较复杂，控制系统设计一般包括以下主要回路：汽包水位控制；过热汽温控制；燃料控制；风量及烟气含氧量控制；炉膛负压控制；料床温度控制；料床高度控制；二级返料回料控制。对于汽包水位控制和过热汽温控制特性与通常的煤粉炉和燃油锅炉相同，在此只对与循环流化床锅炉燃烧相关的控制系统的特点进行分析。
　　由于循环流化床锅炉其燃烧过程十分复杂，燃烧受多种因素的影响，循环流化床锅炉是一个多参数、非线性、时变及多变量紧密接合的复杂系统，使得其自动控制比一般锅炉更加复杂和困难，由于其自身的工艺特点，它比普通锅炉具有更多的输入和输出变量，耦合关系更加复杂，如图1-1所示。
　　

　　图1- 1 循环流化床锅炉输入和输出变量关系
　　当锅炉负荷发生变化时(外扰)，或给水量、给煤量、返料量、减温水量、引风量、一次风量、二次风量等任一输入量(内扰)改变时，所有输出量(如汽泡水位、蒸汽温度、炉膛压力、床温等)都要发生变化，只是程度有所不同，如表1-1所示。因而循环流化床锅炉控制以系统稳定可靠，负荷自我调节适应性好，系统运行的技术经济效益好，具备完善的操作指导和事故分析手段等，作为控制系统设计的标准。
　　表1-1 循环流化床锅炉的参数耦合
　　

内容	主汽压力	过热蒸汽温度	床温	炉膛负压	烟气含氧量	料层高度	汽包水位
燃料量	强	中	强		强	中	强
一次风	强	中	强	强	强	弱	中
二次风	强	中	中	强	强	弱	中
引风	弱	弱	弱	强	弱	弱	弱
排渣	弱	弱	弱	弱	弱	强	弱
减温水流量	中	强	无	无	无	无	无
给水流量	中	无	无	无	无	无	强

　　 2 循环流化床锅炉燃烧控制任务
　　循环流化床锅炉自动控制的基本任务是使燃料燃烧所提供的热量适应锅炉蒸汽负荷的需要，同时还要保证锅炉安全经济运行。每台锅炉燃烧过程控制系统的任务及系统的选择因燃料种类、燃烧设备以及锅炉运行方式不同而有区别，燃烧控制系统的任务归纳起来有如下几个方面：
　　(l)维持汽压(如果是1台锅炉运行，则维持过热器出口汽压；如果是几台锅炉并列运行，则维持母管汽压稳定)。汽压的变化表示锅炉的蒸汽产量与负载耗汽量不相适应，这时必须相应地改变燃料的供应量，以改变锅炉的蒸汽产量。
　　(2)保证锅炉燃烧过程的经济性。当燃料量改变时，必须相应地调节送风量，使它与燃料相配合，保证燃烧过程有较高的经济性。
　　(3)引风量与送风量相配合以保证炉膛压力在某一值。炉膛压力的高低，关系着锅炉的安全经济运行。
　　(4)料床温度是一个直接影响锅炉能否安全连续运行的重要控制参数，同时也直接影响着锅炉运行中的脱硫效率及NOx的产生量。床温度控制在850℃~950℃左右，这个温度是实现炉内脱硫的最佳温度，同时NOx的产生量也比较小。床温过低不但使锅炉效率下降，而且运行不稳定容易灭火；床温过高会使脱硫效率下降、NOx产量大大增加，同时容易造成炉膛料床结焦，无法循环流化燃烧而停炉。由此可见，料床温度是循环流化床锅炉运行极为重要的参数；
　　(5)床高控制也与锅炉的安全连续运行密切相关。床高控制也就是控制料床的料层厚度。料层太厚，会把一次风的“风头”压住，使炉料不能达到完全流化状态。料层太薄，首先不能满足带负荷的要求，其次会使一次风穿透料层吹灭炉火。
　　(6)二级返料回灰量控制。该量控制的好坏将自接影响CFBB的循环效率，另外也对料床温度有影响。
　　3.410 t/h循环流化床锅炉的控制方法探讨
　　因此针对循环流化床锅炉其燃烧系统的特点，国产CFB及引进CFB的控制系统要是在煤粉炉的控制基础上做一定的调整。根据工程实际，主要有以下几个控制特点：
　　3.1单元制机组锅炉负荷指令
　　在单元制机组中，锅炉负荷指令在协调主控系统中形成。鉴于CFB锅炉的大惯性，燃料量的快速改变不能引发蒸汽参数的快速响应且不利于床温稳定，故协调主控宜采用机跟炉方式。此时，锅炉负荷指令根据电功率(MW)指令通过前馈(作主调量)＋偏差校正运算，再经变化率限制及高低值限制后获得。汽机调速系统接受协调系统中汽机主控调节器输出，汽机调门控制主汽压力。为了充分利用锅炉蓄热提高负荷响应速度，在汽机主控调节器给定值上引入基于电功率(MW)偏差的函数校正，以控制主汽压力适度波动而加快电功率(MW)跟随指令。
　　当汽机侧不能承担主汽压力调节任务时，锅炉负荷以稳定主汽压力为目的。锅炉负荷指令由主汽压力PID调节器输出经变化率限制及高低值限制后获得。此时，汽机调速系统不接受协调系统指令，相反，协调主控系统中汽机主控调节器输出跟踪汽机调门阀位值。
　　3.2 风量控制
　　a.总风量指令
　　根据锅炉负荷指令与实际总煤量对应的风量取大值，并考虑烟气含氧量的校正，再经最小值限制作为总风量指令信号。根据此总风量指令信号按预设的函数关系分配为一次风量(床下配风)指令和二次风量(床上配风)的控制指令