循環流化床鍋爐的燃燒控制淺析

騰龍特種樹脂廈門有限公司 范志剛

循環流化床鍋爐采用DCS的主要原因之一就是要解決運行控制復雜性的問題。相對優秀的模擬量調節控制回路的設計可以有效地控制現場執行機構的調節動作，從而安全高效地控制鍋爐燃燒系統的運作。循環流化床鍋爐是一個多參數、多變量、強關聯、干擾多的控制對象，其自動控制系統既是獨立的，又是相互關聯的。

當一個系統進行調節之后，其他的調節系統也要有相應變化。本次對實際CFB燃燒過程中涉及到的負荷調節系統、一、二次風量調節系統、引風量調節系統、爐膛壓力調節系統、給煤量調節系統、床溫調節系統、床壓調節系統做一個介紹。

1.負荷調節系統

鍋爐主控系統發出的燃料指令即是總燃料指令，通過與總風量比較后取小值作為調節器的設定值，保證鍋爐指令增加時風量始終大于燃料量，使得燃料在爐膛中能完全燃燒，提高燃燒經濟性。也同時保證了先加風后加燃料、先減燃料后減風。在穩態時，鍋爐負荷指令與風量信號以及燃料量近似相等，達到適當的燃料、風量靜態配比。根據當時是否有給煤機處于自動控制模式來調節煤、油在負荷控制目標值中的比重（工作流程見圖1）。

2.風量分配調節系統

鍋爐主控系統發出的風量指令即為總風量控制器。總風量中一、二次風所占比例最大，同時一次風和二次風直接影響鍋爐的運行及燃燒工況。所以，總風量調節系統通過改變一、二次風量的調節指令來保證鍋爐所需配風(其中一次風量是經過床溫調節補償過的)。鍋爐主控系統得到的總風量指令與燃料量測量值進行交叉限制后（取大值）作為總風量控制系統的給定值，從而保證一定的過剩空氣系數。

一次風量反饋值分別由安裝在風箱入口的三個差壓流量計開方后經一級過熱器溫度壓力補償后取中間值得到。同樣，二次風量反饋值是經二級過熱器溫度壓力補償后得到。補償后的一次風量和二次風量相加，便得到補償后的總風量測量值。補償后的總風量信號反饋給控制屏，供運行人員監視，同時還作為一次、二次風量（送風）控制系統的信號（工作流程見圖2）。

總風量指令經過最小流化風量比較后作為總風量控制器的設定值，總風量反饋主要是由一次風量反饋、二次風量反饋和修正風量組成的。經過PI控制器輸出后的OP值，根據一定比例分配給床下一次風、床上一次風、下排二次風和上排二次風。正常運行時，這四個控制器的設定分配一般為64:10:6:4，之所以起比值相加不等于100，是由于其中還需去掉播煤風的風量影響。

3.爐膛壓力調節系統

鍋爐運行時，如果機組要求的負荷指令改變，則進入爐膛的燃料了和送風量將跟著改變，燃料在爐膛中燃燒后產生的煙氣量也將隨之改變。這時，為了維持爐膛內的正常壓力，必須對引風量進行相應的調節。如果爐膛壓力過高，爐膛內火焰和高溫煙氣就會向外部泄露，影響鍋爐的安全運行；如果爐膛壓力過低，爐膛和煙道的漏風量將增大，可能使燃燒惡化，燃燒損失增大，甚至燃燒不穩定或滅火。因此爐膛壓力必須保持在一定的運行范圍之內。

在爐膛壓力調節系統中，爐膛出口壓力測量值與給定值一起送入PID中進行運算，運算結果與引風機入口壓力作為反饋、總風量為設定值的PID運算結果相比較，取小值作為最終值控制引風機調節擋板。由于循環流化床鍋爐燃燒的特殊性，一次風量和二次風量發生變化時，需經過一段時間爐膛出口壓力才發生變化，因此必須把總風量（一次風機出口風量和二次風總風量之和）的微分量作為前饋信號送入PID控制輸出中，以提高一、二次風量變化時控制系統響應的快速性。

（1）爐膛壓力的測量

采用3個差壓變送器測量爐膛壓力，它們的輸出送到中間值選擇器。同樣引風機入口壓力也選用3個壓力變送器，并取中間值作為引風機入口PID控制器的PV信號。

（2）前饋控制

風量信號時爐膛壓力調節系統的前饋信號，當送風量改變時，如果以爐膛壓力的變化調節引風量，必然使爐膛壓力的動態偏量較大，采用送風量的前饋信號，使引風量能及時隨著送風量的改變而改變。從而改變爐膛壓力調節的動態偏差。

（3）引風機入口壓力控制

風量信號經過函數發生器F1，作為引風機入口壓力控制器設定值，PV信號取引風機入口三個壓力信號的中間值。這樣的目的在于保持送風量與引風量的及時平衡，保障風量平衡的及時性。

4.給煤量調節系統

圖1 鍋爐負荷控制流程圖

圖2 風量控制流程圖

鍋爐主控系統發出的燃料指令即是總燃料指令，通過與總風量反饋值換算得到的可燃煤值比較后取小值作為給煤調節器的設定值。現場四臺稱重給煤機根據運行頻率計算而得的實際給煤量作為反饋值，送入給煤控制器，調節范圍為0-40噸/小時。

由于有四臺稱重給煤機，為避免造成偏燒、斷煤等意外情況，需要對目標值進行分配，分別調節各臺給煤機的給煤量。控制方式如下：

四臺稱重給煤機均在正常運行且控制模式均為自動，則目標值平均分配給下級四臺稱重給煤機控制器作為目標值，再由下級控制器根據目標值和現場反饋的運行頻率計算值，對現場給煤機變頻器進行調節。

四臺稱重給煤機均在正常運行，但其中一臺控制模式為手動，則目標值將減去該臺稱重給煤機的反饋值后的平均分配給另外三臺稱重給煤機的下級控制器作為目標值，再由下級控制器根據目標值和現場反饋的頻率轉換值，對現場給煤機變頻器進行調節。而手動控制的這臺給煤機將根據操作人員手動輸入的值對現場變頻器進行調節，調節范圍限制為（0-10t/h）。

煤量反饋值的引入，目的在于防止燃料擾動出現時，無法準確調整。只有在鍋爐含氧量、硫化物含量或者主蒸汽壓力發生變化時，才通過石灰石控制器或鍋爐負荷控制器自動調整，緊急時甚至需要操作人員手動干預來消除擾動。

5.床溫調節系統

循環流化床鍋爐的最佳運行床溫為850℃-900℃。在這一溫度范圍內，大多數煤都不易結焦。石灰石脫硫效果在這個溫度時也具有最佳脫硫效果，并且NOX生成量也很少。床溫測量值來自于爐膛下部左右各四個熱電偶溫度計測量的床溫的平均值。

床溫調節的目的是優化和減少煙氣中SO2的含量，影響循環流化床床溫的因素很多，如給煤量、石灰石供給量、排渣量、一次風量、二次風量、返料風量等。常溫的煤進入爐膛會給床溫帶來一定的影響，同時，對于相應比例的石灰石的投入也是一樣。但是給煤量主要用來調節主汽壓力，給煤調節對床溫的影響并不高，因此給煤量僅為調節床溫的手段之一。石灰石供給量對床溫的影響比較小，且其影響也可間接體現在給煤量上，故在構造床溫控制系統時不考慮石灰石的影響。排渣量主要用來控制床層厚度，即床壓，若床層厚度基本恒定則排渣量對床溫的影響也可不予考慮。

由此可見床溫的調節最好是在總風量一定的前提下，對一、二次風進入燃燒室再分配。即是在一、二次風各風量控制器的SP中加入床溫影響。該影響值大小的設定視實際情況而頂，一般正負偏差為-10到10之間。

6.床壓調節系統

床壓是燃燒室內密相區床料厚度的具體表現，料層過薄時，燃料燃燒不夠完全，熱傳遞、熱交換效果差，熱量流失嚴重。同時會加大爐膛內風帽和各個測溫設備的磨損。料層過厚時，床料的流化狀態就會變差或不能流化影響爐內的燃燒工況，嚴重時會造成燃燒室內局部結焦。為保證床料的正常流化，需加大流化風量，隨著風機負荷的增加用電量也會增加。因此床料厚度的變化直接影響到鍋爐的安全及經濟運行，料層厚度與床壓具有一一對應關系。因此，床壓的大小可以通過對料層厚度的調節來實現。

床壓在爐膛密相區通過差壓進行測量，大型循環流化床鍋爐一般分左、右兩側，有些則在四面各分布一個測點，測量所得的平均值作為床壓的實測值，此信號與由運行人員設置的床壓給定值相比較后，通過調節器控制投用的冷渣器進渣調門的開度，改變燃燒室爐床排渣量，從而維持床壓在給定值。

由于風冷渣器的設計上需要將冷卻風攜帶細灰返回爐膛繼續流化。從而，現在有很多公司考慮到風冷渣器在冷卻過程中，若冷卻風溫度過低，則在返回燃燒室時會對床溫有一定的影響，降低了鍋爐效率，對經濟運行不利。若冷卻風溫度過高，則無法達到冷卻效果。基于這樣的矛盾，眾多流化床鍋爐引入了水冷渣器設備來處理多余的燃燒粗渣。在布風板下部設兩個出渣口，通過調節螺旋下料電機的頻率調節下渣量。下渣部分和水冷渣器殼體通入與紅渣隔離的冷卻水，純水箱、帶有備臺的循環水泵、冷卻水回水溫度構成該套水冷系統。通過回水溫度監視冷卻效果，控制備用泵的啟停。

7.結束語

循環流化床鍋爐的燃燒情況受眾多因素的影響，本篇僅對其中主要因素產生的影響和克服擾動所選用的一般性的控制作以介紹。更多、更有效的控制方法還需要運行和工控工程師們在長期的應用中總結。

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