淺析生物質直燃鍋爐運行機理與控制策略

胡濤+王宏宇

摘要：隨著我國對能源需求量的不斷增長，石化能源消耗量與日俱增，使得近年來能源、電力供求趨緊，開發(fā)與綜合利用生物質能等可再生能源顯得尤為重要。我國生物質直燃鍋爐投運時間不長，在運行控制方面還需要不斷完善和發(fā)展。本文簡單分析了生物質燃料特點及生物質直燃鍋爐運行機理，并探討了相關的運行控制策略。

關鍵詞：生物質；鍋爐；運行機理；控制策略、

引言

隨著經濟的快速發(fā)展，我國的資源和能源危機也在加劇，基于可再生能源的發(fā)展系統得到電力行業(yè)的開發(fā)和應用，大量的新能源發(fā)電系統得到開發(fā)，例如光伏發(fā)電系統和風力發(fā)電系統。生物質燃料也是一種重要的可再生能源，生物質能發(fā)電在可再生能源發(fā)電中能質較好，比風電和太陽能發(fā)電等發(fā)電更加可靠，因此，當前大力發(fā)展生物質發(fā)電具有重大的現實意義和經濟意義。我國生物質電廠所采用的秸稈等生物質直燃發(fā)電技術絕大多數都是引進國外的技術，由于燃料特性的差別、鍋爐適應性、燃料運行管理等問題，在生物質直燃鍋爐運行過程中存在著一系列安全、穩(wěn)定和經濟性問題，因此，如何做好生物質直燃鍋爐運行控制成為一種重要的研究課題。

1生物質直燃鍋爐運行機理

1.1生物質燃料特點

生物質燃料主要特點為：第一，資源分布范圍廣而分散，且?guī)в忻黠@的季節(jié)性，常見的生物質燃料是農作物的秸稈和林木砍伐加工過程中被拋棄的枝、桿、根、葉、皮和木屑等；第二，燃料種類多，性質差異大，目前我國生物質發(fā)電普遍考慮使用多種燃料，經常出現同時使用以農作物秸稈為代表的黃色秸稈和林木枝桿為代表的灰色秸稈的情況，還可能混入稻殼、甘蔗渣等，在密度、水分、發(fā)熱量、成分、灰熔點等性能方面存在差異；第三，燃料具有低灰分、低含硫量等特點，與煤炭相比，生物質燃料的灰分和硫含量非常低，因此，于煙塵和SO2排放量??；第三，燃料中堿金屬及氯的含量又比較高，導致燃燒時產生的煙氣有很強的腐蝕性。與此同時，生物質燃燒產生的灰分熔點也比較低，經常發(fā)生結焦的現象，因此在高溫受熱段，必須采取一定措施來防腐蝕、防結焦。

1.2鍋爐運行機理

秸稈直接燃燒發(fā)電是目前生物質能發(fā)電的主要利用行式，其工藝流程是：生物質燃料經收購運送至電廠，經上料系統送入鍋爐內進行燃燒。與一般電廠發(fā)電原理相同，燃燒后的殘渣經過處理形成草木灰，返還農田。生物質燃料鍋爐的運行過程圖圖1所示，需要將生物質燃料經螺旋給料機與播料風混合后推送入鍋爐的燃燒室，在爐膛中分層燃燒；之后由給水泵加壓后的除氧水加熱，使之成為飽和的蒸汽；然后經過熱器變成額定要求的高溫高壓的蒸汽，再匯集到蒸汽母管，推動汽輪機做功，在汽輪機內做完一部分功的蒸汽被抽出，送往工廠各生產熱力車間。燃燒產生的煙氣經過省煤器、空氣預熱器后，經煙囪排向大氣。

2生物質直燃鍋爐運行控制策略

2.1過熱汽溫度控制

根據運行中的經驗，鍋爐負荷的變化是造成主汽溫度波動的主要原因，而鍋爐負荷的變化又很快通過主蒸汽壓力的變化反映出來。主蒸汽壓力下降，一般是負荷增加，即使鍋爐燃燒及時調整，主蒸汽溫度暫時還會有所下降，所以應及時減少減溫水；反之，主蒸汽壓力上升，應增加減溫水。所以，在普通的串級PID系統中引入主蒸汽壓力設定值減去測量值作為前饋信號，PID串級控制由主、副兩個控制回路組成。副控制回路中的調節(jié)器根據導前汽溫的變化改變減溫水量，消除減溫系統的內部擾動，對主汽溫度進行粗調。當主汽溫度偏離給定值時，主調節(jié)器輸出校正信號，不斷調節(jié)減溫水量，直到主汽溫度恢復到給定值，對主汽溫度起細調作用。

2.2給水控制策略

給水控制的任務是使給水量適應于鍋爐的蒸發(fā)量，并維持鍋筒水位在規(guī)定的范圍內?？刂破皇峭ㄟ^控制電動給水泵轉速和給水調整門開度來實現的，并在起動階段和正常運行時采用不同的控制策略。在機組起動階段過程中或負荷低于25%運行時，電動給水泵定速運行，通過電動給水調節(jié)閥節(jié)流來控制水位，噴水減溫閥開度經過其控制回路與給水泵出口壓力測量值求偏差作為壓力調節(jié)器的輸入。在機組負荷大于25%時，控制系統切至三沖量控制回路。此時，給水調整閥全開，通過控制給水泵轉速來控制給水流量。汽包水位測量信號經過汽包壓力校正，給水流量信號經過給水溫度校正，蒸汽流量經過熱蒸汽壓力溫度校正。

2.3生物質燃料量控制

鍋爐生物質燃料量的控制實際上就是控制給料機的給料頻率，當負荷改變時，相應改變給料機的頻率，從而調節(jié)其送入爐膛內的燃料量。在燃料控制系統中由負荷指令設定和氧量控制信號來確定給料負荷指令，由給料負荷指令和給料機系數經函數運算輸出給料設定值；給料設定值分別作用于每條給料線，控制給料機指令。其中，氧量校正信號的確定與負荷有關，由負荷指令設定的氧量設定值和省煤器入口氧量的偏差，經PID控制器調節(jié)。控制方案加入氧量校正信號是為保證燃燒時有一定的過量空氣量，負荷增加時，先增加燃燒空氣再增加燃料量，負荷減少時，先減少燃料再減少入爐的空氣量。另外，由于給料設定值是平均分配到每條給料線的每臺給料機上的，給料機出力均衡，因此，在控制方案中設計給料機系數這一指令，若個別給料機或某條給料線故障，其余的給料機則要平均承擔故障部分的給料量，保持給料穩(wěn)定。

2.4爐膛負壓的控制

爐膛負壓控制的目的是保證燃燒的經濟性和工人的安全。爐膛負壓過大，爐火將從觀察孔冒出，同時造成環(huán)境污染；爐膛負壓過小則會引起漏風量增大，增加引風機的負荷，同時把煙道熱量帶走，不利于節(jié)能。爐膛負壓反映了引風量與送風量之間的平衡關系，鍋爐煙道對象慣性很小，調節(jié)通道和擾動通道的特性都可近似地認為是一個比例環(huán)節(jié)，所以爐膛負壓控制采用具有送風量動態(tài)前饋信號的前饋—反饋控制系統，通過調節(jié)引風機速度完成的。即用鼓風變頻信號作為前饋信號，經動態(tài)補償器運算后與PID調節(jié)器輸出的矯正信號相加作為引風機的控制信號，以保證調節(jié)送風量時同步調節(jié)引風量，減少調節(jié)過程中爐膛負壓的波動，保證爐膛壓力平衡。例如，稻殼等生物質燃料難燃盡，要保證稻殼在爐膛內燃盡，應盡量延長其在爐膛內的停留時間，合理調節(jié)鼓、引風機的風量。鼓、引風量的大小以稻殼在爐排上呈半懸浮狀態(tài)為宜，太大的風量會使未燃盡甚至未燃燒的稻殼直接飛出爐膛，反之太小的風量會影響稻殼的懸浮，從而使稻殼的底層無法燃燒，影響鍋爐效率。

結束語

總而言之，生物質直燃鍋爐運行系統十分復雜，為充分發(fā)揮生物質燃料直燃發(fā)電技術的優(yōu)勢，相關單位和技術人員需要在全面掌握鍋爐燃燒運行原理的基礎上，從各個環(huán)節(jié)加強生物質燃燒控制，進而提升可再生能源的利用效率，為我國新能源發(fā)電事業(yè)的發(fā)展奠定良好的基礎。

參考文獻

[1]王焱.生物質直燃鍋爐運行與控制的研究[D].山東大學，2009.

[2]徐永前.生物質顆粒燃料及直燃式生物質鍋爐[J].工業(yè)鍋爐，2013，（06）：34-38.

[3]黃長華，程永霞.生物質直燃發(fā)電廠鍋爐爐型選擇探討[J].南方能源建設，2015，2（02）：70-75.endprint