循環流化床鍋爐燃燒系統控制優化策略

孫廷碧伊春市林都熱電廠，黑龍江伊春 153000

循環流化床鍋爐燃燒系統控制優化策略

孫廷碧
伊春市林都熱電廠，黑龍江伊春 153000

本文在對循環流化床鍋爐（CFD, Circulating Fluidized Bed）及其燃燒系統進行論述的基礎上，提出了基于模糊控制的燃燒系統優化設計方案。

循環流化床；CFD；燃燒系統；控制系統

0 引言

由于循環流化床鍋爐的燃燒過程涉及到一系列的基礎課題研究，導致其燃燒機理較為復雜。鍋爐的燃燒溫度的控制受到諸多的因素所影響，尤其是它還受到出燃燒系統以外的其他系統的影響，多者之間存在著極其復雜的耦合關系，具有極強的時變現象。雖然當前國內已經有多種類型和型號的循環流化床鍋爐投入到實際的生產運行當中，但是在控制水平上來講還較低，尤其是在鍋爐的燃燒控制系統方面存在的差距較大，鍋爐涉及的高性能指標難以達到。而當前從國外引進相應的資料和技術等都存在著較大的困難，因此急需開發一套可行的循環流化床鍋爐燃燒系統控制系統。

1 循環流化床鍋爐及其燃燒系統

1.1 循環流化床鍋爐的基本結構及工作原理

循環流化床鍋爐主要由爐膛、氣固分離器、灰回送系統、尾部受熱面和其他的輔助設備等幾個基本的部分構成，部分循環流化床鍋爐還設置有外設的熱交換器。在鍋爐的整個工作流程中，燃料和脫硫劑（石灰石等）經過破碎處理成為合適的粒度，通過鍋爐的給料機與給煤機送入到鍋爐的燃燒室的布分板上部，然后和燃燒室中所含的高溫沸騰物料等充分的混合，之后在短時間內被加熱到很高的溫度，迅速的燃燒起來。其中所含有的脫硫劑（石灰石）將與燃燒所生成的發生反應，生成污染小得，達到脫硫的目的。通常而言，循環流化床燃燒室的溫度主要控制在850℃～950℃之間，這樣在速度較高的氣流作用之下，就能再整個爐膛當中進行充分的燃燒，提高燃燒的效率，同時高速的氣流還可以從燃燒室中帶出大量的燃燒固體顆粒，有效的減少其中的固體沉積物。在鍋爐中的高溫旋風分離器進行分離處理之后，部分溫度較高的熱爐料被直接的輸送到流化床鍋爐的燃燒室中進行再次的燃燒，而其他的部分則被輸送到冷灰床當中，在這里與其中的空氣與埋管的受熱面等進行熱交換，直到被冷卻到400℃～600℃之后，通過送灰器輸送到燃燒室或者是直接排除爐膛。而經過高溫旋風分離器排出的高溫煙氣，除了在煙道尾部與對流受熱面進行熱交換，進行熱回收之后，直接通過靜電除塵或者是布袋除塵等方式處理，最后從煙囪中排除。

1.2 循環流化床鍋爐燃燒控制系統

循環流化床鍋爐燃燒控制系統的主要任務就是要將燃料經過燃燒之后所產生的熱量完全的滿足鍋爐蒸汽符合需求，同時盡可能的保證鍋爐的運行的經濟性、安全性和環保性等幾個方面的要求。由于循環流化床鍋爐的具體型號以及所需要控制的燃燒過程和燃燒工況等都不一樣，同時還受到燃燒時所選擇的燃料、燃料的設備等多個因素的影響，因此每一個燃燒控制系統的任務又不一樣。總的來講，燃燒控制系統的任務主要有這樣幾個方面：1）保證循環流化床鍋爐的主蒸汽壓力，提高鍋爐燃燒的經濟性；2）對鍋爐的引風量和送風量進行優化與匹配，確保爐膛壓力在既定范圍之內；3）對爐膛的壓力進行控制；4）對鍋爐料床的溫度進行控制，以保證鍋爐連續、安全和穩定的運行，并保證鍋爐運行過程的脫硫效率。

鍋爐的燃燒受到多種因素的影響，包括循環流化床外在符合的變化（外部因素的擾動）、鍋爐的內部擾動，具體的包括鍋爐的煤、水供給量，返料量與減溫水量，引風量等多種因素。同時還要對所有的輸出量等進行一定程度的變化與控制，包括汽包的水位、輸出蒸汽的溫度和壓力、爐膛的負壓與床溫等都是控制的重要對象。從這個角度來講，實現鍋爐燃燒系統的立項控制系統應該是一個多回路的綜合控制系統。當其中的一個環節發生變化或者是擾動的時候，系統的各個調節量都協同的發生動作，使得系統所控制的各種因素等都達到相應的控制精度，也就是說立項的燃燒控制系統應該是一個多回路的閉環控制系統。但是，在實際的工程應用當中，這種調節與控制方案的基本上不可能實現，或者說存在著較大的困難。

2 基于模糊控制的循環流化床鍋爐燃燒系統方案的優化設計

由于篇幅所限，在這里主要就模糊控制思想下循環流化床鍋爐燃燒系統的總體方案進行介紹和論述。圖1為設計出的循環流化床鍋爐燃燒控制系統的總體控制回路圖。在實際的運行過程中，我們發現鍋爐爐膛的負壓受到引風、一次風等因素的影響較大，而其他因素等影響較小，所以在設計的過程中將這兩個值作為主要的控制參數。將總體設計回路設計成以鍋爐爐膛負壓，并且帶有送風前饋的單回路控制系統。

圖1 基于模糊控制的循環流化床鍋爐燃燒控制系統設計方案

在對燃燒系統的運行進行分析之后發現，當外在的負荷發生變化時，要及時的調節鍋爐的供煤量，這樣才能保證所產生蒸汽的壓力穩定性。而對鍋爐爐膛溫度的控制主要是通過調節風機的送風量來實現控制的，一般對一次風進行調節就可以很好的控制床內結焦或者是滅火等問題。同時，為了保證鍋爐爐膛中氣固兩相能良好的在鍋爐運行過程中的配合，確保鍋爐燃燒過程的經濟性，在控制的過程中海需要使得鍋爐爐膛中的含氧量能夠跟供煤量等進行實時的變化。因此，在對一次風量回路進行控制時要包含這樣兩個方面：其一，保證鍋爐爐膛中風、煤比處于一個最佳水平；其二，以鍋爐爐膛的溫度作為標準校正量，當爐膛溫度偏差較大時要及時的進行調節，能保證爐膛的溫度能夠快速的回到所設定的溫度水平。因此，在供煤回路的設計過程中要考慮到蒸汽壓力的主控參數變化，保證外在符合的穩定。同時還要確保溫差變化不會超過允許的范圍，保證鍋爐安全運行。而常規的PID控制方式很難對CFB進行有效的控制，在燃燒控制過程中通過將模糊邏輯技術與PID相結合，集合兩者的優點，進行集中控制，提高控制的效果和水平。

[1]柴遠斌.240T/H循環流化床鍋爐燃燒優化控制研究[D].山東大學，2007，5.

[2]宋波.循環流化床鍋爐燃燒系統熱效率優化控制研究[D].廈門大學，2008，5.

[3]220T／H循環流化床錨爐控制系統方案[S].新華控制工程有限公司，2003.

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1674-6708（2012）59-0038-02