循環流化床鍋爐燃燒控制系統淺析

楊東海

（內蒙古蒙西高新技術集團有限公司，內蒙古 鄂爾多斯016014）

0 引言

循環流化床鍋爐 (CFB)作為一種新型燃燒設備，它具有高效低污染、煤種適應性好，負荷調整范圍寬 ,飛灰和爐渣的含碳量低、運行穩定，并且對有害氣體的排放進一步降低、環保效果好等優點，因此而得到廣泛的推廣和應用，發展前景廣闊。不同鍋爐廠家生產的CFB鍋爐在結構、性能及調節手段等方面存在一定的差異。目前我廠兩臺鍋爐就是由東方鍋爐廠生產480T/h超高壓CFB鍋爐。下面結合我廠鍋爐運行情況就大容量和高參數循環流化床鍋爐的燃燒原理和控制策略作一介紹，為今后我廠燃燒自動的投入，進一步提高自動投入率，降低工人勞動強度提供理論參考。

循環流化床鍋爐一般由給料系統、循環床燃燒室、高溫分離裝置、循環物料回送裝置和尾部受熱面(有些爐型與返料機構結合設置有外置流化床換熱器)等組成。循環流化床鍋爐燃燒系統是一個大滯后、強耦合的非線性系統，各個變量之間相互影響。有的被調參數同時受到幾個調節參數的共同影響,如床層溫度要受到給煤量、石灰石供給量、一次風量、返料量及排渣量等多個參數控制。因此，在構造CFB鍋爐控制方案時只有抓住主要矛盾，同時兼顧各個次要矛盾，才能構造出滿足系統要求的控制策略。

現在電力行業普遍采用將智能自動化方法及策略結合實際經驗，設計控制方案，同時也證明該方法行之有效，可廣泛應用于各行業鍋爐的自動控制系統。

1 結構原理

1.1 基本結構

循環流化床鍋爐本體一般可分成兩部分：一部分由爐膛、汽包、分離器、回料器等組成，形成一個固體物料循環回路；另一部分則為對流煙道，布置有過熱器、省煤器、空氣預熱器等，與常規煤粉爐相近。外圍系統和設備主要有一次風及送、及引風機，粗碎機，細碎機，給煤機，石灰石給料機，播煤風機，J閥風機，冷卻排渣系統，風道點火加熱系統，爐膛的密相區和二次風口還可設置助燃用的啟動燃燒系統。

1.2 燃燒原理

CFB鍋爐一般采用熱煙氣床下點火方式，在密相區和二次風口可設置助燃用的啟動燃燒器和床槍。鍋爐啟動采用床料循環加熱，即冷床料在流化并循環的條件下加熱升溫。啟動時，最先投運風道燃燒器，以熱煙氣和空氣混合物加熱床料，之后投運啟動燃燒器，使溫度按照升溫升壓曲線上升。當床溫達到500℃時，可根據需要投運投運油槍，使床溫進一步升高至600℃，這時可逐步投煤。

燃燒所需要的一次風和二次風分別由爐膛的底部和側墻送入。原煤塊經過粗碎機和細碎機破碎后，通過皮帶式給煤機送入煤斗。煤斗經播煤風將煤吹入爐膛。爐膛出口水平煙道內裝有煙灰分離器，分離出的高溫灰落入灰斗，經鎖灰裝置和J閥回送至爐膛。飛灰通過分離器后由電除塵收集后經氣力除灰送回灰庫，床體下部已燃盡的灰渣經由冷渣機、鏈斗、斗提送入渣庫。

煤進入爐膛后，首先在主床燃燒。經過預熱器的一次風，從爐床下風室向上進入爐膛，使床上煤顆粒沸騰燃燒，當煙氣達到一定的速度，大量的顆粒就會離開床層，由煙氣攜帶至爐膛上部燃燒，并隨煙氣直至爐膛出口。在爐膛出口處裝有旋風分離器，對顆粒和煙氣進行分離，然后進入煙道。為了使顆粒上升、分離，穿過并離開爐膛，要求煙氣必須達到某一最小速度。分離后的煙氣流入煙道，通過省煤器、空氣預熱器得到近一步冷卻；而分離后的顆粒，下落回到爐膛繼續燃燒，再次進行燃燒上升，分離，形成顆粒循環。由于顆粒反復循環延長了在爐內的停留時間，因此，各煤種均可在850-950℃的低溫下得到充分燃燒，提高了燃盡度。由于爐膛內燃燒溫度較低，使得NOx的生成量得到有效控制。同時此溫度范圍，也有利于使為脫硫而加入爐膛的石灰石顆粒在循環燃燒種與燃料種的硫化物發生反應，達到最佳的脫硫效果。

2 模擬量控制系統

由于CFB鍋爐和煤粉爐在汽水系統方面的運行監視與調整基本相同，兩者的差異主要表現在燃燒系統，因此，對CFB鍋爐燃燒及調節機理理解是設計機理的理解是設計自動控制系統的關鍵。下面主要對與CFB鍋爐燃燒系統有關的控制回路就地控制原理進行說明。CFB鍋爐燃燒系統原理見圖1。

圖1 燃燒系統原理框圖

2.1 鍋爐負荷控制系統

鍋爐負荷控制系統主要用以維持主蒸汽壓力，即通過調節給煤量和配風來控制主蒸汽壓力。主蒸汽壓力設定值與實際測量值之差通過PID運算后，結合汽包壓力變化和汽輪機一級前后壓力比，產生鍋爐負荷信號，并作為鍋爐總風量和總煤量的控制指令。

2.2 風量控制系統

CFB鍋爐的風量控制包括總風量和一、二次風量的控制 （見圖2）。在正常運行中，總風量依據燃料信號獲得，并自動根據過量空氣系數修正。總風量的改變受到風煤比得限制，這與常規煤粉爐是相同的，所不同的是一、二次風的配比。一、二次風的配比是負荷和煤種發熱量的函數。

圖2 總風量的計算和一、二次風配比關系

2.2.1 總風量控制系統

總風量控制主要產生正確的一、二次風量指令，主汽壓力調節系統給出的風量指令和總給煤量對應所需要的風量大選后，與實際總風量通過PID運算后，產生鍋爐總風量信號，并作為一、二次風量得控制指令。

2.2.2 一次風量控制系統

鍋爐總風量指令經過函數處理，減去創文修正的風量和點火增壓風量后，作為一次風調節系統的給定值，與一次風量調節系統的給定值，與一次風量的測量值（經過溫度和壓力修正后）一起通過PID進行運算，用運算結果區控制一次風擋板開度，調節送入爐膛的一次風量。

鍋爐總風量進行函數處理主要是考慮到煤質的特性及負荷的變化情況。煤種不同時，助燃的空氣量會有所不同。由于一次風量對鍋爐的床溫也具有調節作用，故在構造一次風量的調節系統報告時也要考慮床溫的修正。

2.2.3 二次風量控制系統

二次風量控制系統以產生正確的上、下二次風量指令為目的，根據總風量對二次風的要求，加主蒸汽流量和煙氣含氧量得校正，對每層的二次風進行分別控制，同時根據床溫的超限，調整上下二次風的比例。該配比的調整應根據運行經驗確定。二次風機爐膛壓力控制原理圖見圖3。

圖3 二次風及爐壓調節原理框圖

2.3 CFB鍋爐總煤量控制系統

給煤量控制是通過調節給煤機出力來實現的，由于鍋爐負荷輸出作為煤量需求指令并與總風量低選后作為給煤量的給定值。給煤量主要受到負荷指令和風燃料比得要求，從實際風量計算出所允許的最大燃料量，減去油量即是允許的最大煤量。取負荷要求煤量和風量允許的最大煤量中的小值作為煤量的控制信號，這就保證了升負荷時要先加風量再加煤量，減負荷時先減煤量在減風量。與普通煤粉爐一致的。

2.4 CFB鍋爐料層控制系統

料層差壓控制也稱為料層控制，通過測量運行中料層差壓來控制，維持床料高度在適當數值。若料層高、太厚則使布風板阻力加大，分層嚴重，可能引起床下風室風道振動，且增大風機電耗；若料層薄、高度太小則會發生吹穿，燃燒熱量減小，運行不穩定，帶負荷能力受到影響。由于料層高度與床壓近似成比例關系，用差壓大小推算床料高度，當差壓變大時，床料厚度增加，床料減少，床壓下降；反之，當差壓過小時，可通過適當加料補充，控制床位。

2.5 CFB鍋爐石灰石控制系統

石灰石給量控制是環保對SO排放量得測量是否達到要求，對石灰石的加入量進行控制。其調節需由主調節和副調節組成串級控制回路。石灰石量給定值由石灰石給量與當前煤量的合適比例確定，再由煙氣中SO2含量對其比值進行修正，改變進入爐膛石灰石粉量，控制鈣硫比，保證SO2排放量要求，達到最佳脫硫效果。

3 結束語

通過對CFB鍋爐的結構和燃燒特點的介紹，比較詳細的剖析了當前主流的了控制策略和方法，為今后我廠再運兩臺循環流化床鍋爐燃燒自動投入，提供了參考。