超臨界大型循環流化床鍋爐的控制研究

張華+張冰+閆英俊

摘 要：超臨界循環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勢，其必將還會有巨大的發展空間，本文結合超臨界大型循環流化床鍋爐啟動與運行的特殊性，分析了超臨界大型循環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：大型循環流化床鍋爐；超臨界；燃燒控制；干濕態轉換

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

隨著世界首批350MW 超臨界參數循環流化床機組的投入運行，積累了大型循環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流化床鍋爐的控制方法。

1 循環流化床鍋爐燃燒控制

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

（1）循環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、負荷調節范圍寬、灰渣便于綜合利用。

（2）由于循環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控制方法，已難保證循環流化床鍋爐各項控制指標的實現。

（3）循環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。

根據現場調試、運行情況以及上述循環流化床的特性確定循環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場調試總結出循環流化床鍋爐燃燒系統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的熱負荷指令系統應適當增加煤量和風量；煤質變好，DCS的熱負荷指令系統應適當減少煤量和風量。

通過現場多次調試能夠在線及時優化計算出煤耗量、煤的發熱量，然后通過改變熱負荷指令來協調整個燃燒系統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 超臨界循環流化床鍋爐干濕態轉換

超臨界鍋爐與直流鍋爐的主要區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）鍋爐汽溫調節的主要方式是調節煤水比，超臨界壓力直流鍋爐受熱面的省煤段、蒸發段和過熱段的長度都會發生變化。

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，通過啟動系統中的循環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，水位自動消失，關閉全部排水閥，分離器處在“干態”下運行，分離器從濕態到干態的轉換過程被稱為鍋爐干濕態的轉換。鍋爐干濕態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

在現場調試運行中發現超臨界大型循環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流化床鍋爐在低熱值煤發電工程、超低排放中會發揮更大的作用。

參考文獻：

[1]常太華，徐浩等.大型循環流化床鍋爐超臨界化技術與控制難點分析[A].華電技術，2011（09）：31-33.

[2]宋國良，呂清剛等.600MW超臨界循環流化床鍋爐機組合理啟動及運行方式的研究[A].動力工程學報，2010（11）：809-814.

[3]孫獻斌.700℃超超臨界循環流化床鍋爐方案設計研究.中國電機工程學報，2014（08）：3977-3981.

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