超臨界大型循環(huán)流化床鍋爐的控制研究

張華+張冰+閆英俊

摘 要：超臨界循環(huán)流化床鍋爐在鍋爐容量大型化、參數超臨界化等方面有其獨特優(yōu)勢，其必將還會有巨大的發(fā)展空間，本文結合超臨界大型循環(huán)流化床鍋爐啟動與運行的特殊性，分析了超臨界大型循環(huán)流化床鍋爐的啟動過程及工作過程的特性，闡述了機組啟停的控制措施、運行技術措施等，為超臨界大型循環(huán)流化床鍋爐的順利投運提供一定的參考與借鑒。

關鍵詞：大型循環(huán)流化床鍋爐；超臨界；燃燒控制；干濕態(tài)轉換

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.015

隨著世界首批350MW 超臨界參數循環(huán)流化床機組的投入運行，積累了大型循環(huán)流化床鍋爐技術與超臨界技術結合的經驗，逐漸摸索出了超臨界大型循環(huán)流化床鍋爐的控制方法。

1 循環(huán)流化床鍋爐燃燒控制

鍋爐的燃燒控制是循環(huán)流化床鍋爐控制的基礎，也是最難控制的一部分，首先循環(huán)流化床鍋爐主要有以下特性：

（1）循環(huán)流化床鍋爐燃料適應范圍廣、燃燒中直接脫硫、低NOx排放、燃燒效率高、負荷調節(jié)范圍寬、灰渣便于綜合利用。

（2）由于循環(huán)流化床鍋爐燃燒的特殊性和復雜性，對一般控制對象行之有效的常規(guī)控制方法，已難保證循環(huán)流化床鍋爐各項控制指標的實現(xiàn)。

（3）循環(huán)流化床鍋爐具有多變量、強耦合、慣性大的特點，煤的粒徑與煤粉爐相比粒徑較大。

（4）循環(huán)流化床鍋爐一次風擾動引起床溫的變化具有逆向反應的特點。

根據現(xiàn)場調試、運行情況以及上述循環(huán)流化床的特性確定循環(huán)流化床鍋爐的主要控制原則如下：

（1）以風定荷、以煤調溫、送風調氧、引風調壓；

（2）床溫是負荷的函數，高負荷高床溫，低負荷低床溫；

（3）床壓是負荷的函數，高負荷高床壓，低負荷低床壓；

（4）一次風二次風比50%～60% 或40%～50%；

（5）克服一次風對床溫的逆向特性影響。

在上述原則基礎上通過現(xiàn)場調試總結出循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)主要有以下控制特點。

1.1 鍋爐床溫的控制特點

床溫是CFB鍋爐運行狀態(tài)的重要表征參數，也是較難控制的參數之一，影響床溫變化的主要因素有負荷、煤質變化、一次風量等。

（1）負荷變化對床溫的影響：負荷變化對床溫的影響：負荷高時，床溫設定值應高；負荷低時，床溫設定值應低；床溫是負荷的函數。

（2）煤質變化對床溫的影響：煤質變化對床溫的影響比較復雜。煤質變壞，DCS的熱負荷指令系統(tǒng)應適當增加煤量和風量；煤質變好，DCS的熱負荷指令系統(tǒng)應適當減少煤量和風量。

通過現(xiàn)場多次調試能夠在線及時優(yōu)化計算出煤耗量、煤的發(fā)熱量，然后通過改變熱負荷指令來協(xié)調整個燃燒系統(tǒng)的給煤量及一次風量。

（3）一次風量對床溫的影響：床溫的變化對一次風量比較敏感，一次風量增加，床溫先升高，后降低；反之，一次風量減少，床溫先降低，后增高。這就是一次風的逆向特性。在機組負荷變化時一定要注意這個特性，控制好鍋爐給煤量。

1.2 鍋爐一次風量的控制特點

一次風量的控制對循環(huán)流化床鍋爐是否能夠正常運行至關重要。

（1）一次風量是機組負荷的函數，一次風量隨著機組負荷的變化而變化；

（2）在機組低負荷階段，以控制一次風量為主，在機組高負荷階段，以控制二次風量為主；

（3）流化態(tài)的均勻性控制，應避免造成左右二側一次風量偏差大，流化不均勻，形成床漏，造成局部結焦的后果。

2 超臨界循環(huán)流化床鍋爐干濕態(tài)轉換

超臨界鍋爐與直流鍋爐的主要區(qū)別在于超臨界鍋爐沒有汽包作為汽水的分界點，因此超臨界機組在啟動與低負荷運行時，需要維持一個最低的給水流量來保護水冷壁管子。超臨界壓力直流鍋爐的啟動過程主要有以下特點：

（1）超臨界壓力直流鍋爐沒有汽包，其啟停速度快。

（2）超臨界壓力直流鍋爐快速啟停的能力進一步提高，這一特性適合于機組調峰的要求，應為其鍋爐水冷壁的金屬儲熱量和工質儲熱量小，即熱慣性小。

（3）超臨界直流爐水冷壁管內工質溫度隨吸熱量的變化而變，鍋爐熱慣性相對較小，因此熱偏差對水冷壁溫度的影響變大。

（4）超臨界壓力直流鍋爐變壓運行時都存在工質的熱膨脹。

（5）鍋爐汽溫調節(jié)的主要方式是調節(jié)煤水比，超臨界壓力直流鍋爐受熱面的省煤段、蒸發(fā)段和過熱段的長度都會發(fā)生變化。

在低于最小直流負荷時，超臨界直流爐的控制與自然循環(huán)汽包鍋爐一樣，此時超臨界壓力直流鍋爐的汽水分離器與自然循環(huán)汽包鍋爐的汽包功能一樣，這需要控制好汽水分離器的水位。

由于超臨界壓力直流鍋爐沒有汽包、熱慣性小、熱偏差影響大，因此需要設置啟動系統(tǒng)，通過啟動系統(tǒng)中的循環(huán)水泵保證鍋爐水冷壁在機組低負荷運行時的最低給水量，獲得良好的給水條件，同時提高直流鍋爐的啟動速度和跟蹤負荷變化的能力，并減少鍋爐啟動時對受熱面的熱沖擊，從而降低超臨界壓力直流鍋爐的控制難度。

在鍋爐啟動階段和低于最低直流運行工況時，啟動系統(tǒng)投入運行，將從水冷壁產生的汽水混合物進行汽水分離，使蒸汽進入過熱器，水則通過調節(jié)閥進入除氧器或凝汽器，回收工質和熱量。鍋爐啟動結束，該系統(tǒng)就失去作用，僅作連接水冷壁與過熱器的通道。

當鍋爐負荷達到最低直流運行工況時，調節(jié)鍋爐煤水比，使分離器內的進水量逐漸減少，直至達到干飽和蒸汽狀態(tài)，水位自動消失，關閉全部排水閥，分離器處在“干態(tài)”下運行，分離器從濕態(tài)到干態(tài)的轉換過程被稱為鍋爐干濕態(tài)的轉換。鍋爐干濕態(tài)的轉換完成也代表了超臨界壓力直流鍋爐整個啟動過程的結束。

3 結束語

在現(xiàn)場調試運行中發(fā)現(xiàn)超臨界大型循環(huán)流化床鍋爐的控制還存在著提升的空間，需要我們更加重視循環(huán)流化床鍋爐由于燃燒方式的復雜性帶來的自動控制上的難題，集中力量解決控制策略的研究、設計和控制參數整定等問題，就可以提高鍋爐的自動控制，那么超臨界大型循環(huán)流化床鍋爐在低熱值煤發(fā)電工程、超低排放中會發(fā)揮更大的作用。

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作者簡介：張華（1982-），男，山東萊蕪人，本科，工程師。endprint