循環流化床鍋爐床溫調整與自動控制方案分析

張智超

(同煤廣發化學工業有限公司，山西 大同 038000)

引 言

隨著節能環保理念的不斷深化，電廠運行和生產方面要注重清潔無污染且效能較高的技術和設備的使用。CFBB就是在這一背景下產生的，與其他鍋爐系統相比而言，其區別主要在于燃燒過程是在硫化狀態下完成的，具有較高的燃燒效率，但是燃燒過程中對于爐膛燃燒狀況的監控和調整難度較大，由此可見，如何通過有效的技術手段，實現燃燒過程床溫監控的自動化，是研究的關鍵點，與此同時，也是評價該鍋爐系統的經濟效益和運行質量以及安全的重要指標，所以，本文對此進行了深度探索，探索的內容包括循環流化床結構和原理、床溫特性、床溫自動控制系統改進建議及控制方案等內容。

1 循環流化床鍋爐的組成和原理

1.1 循環流化床鍋爐的組成

1) 鍋爐的燃料系統。管道燃燒器裝配在爐底位置，所產生的熱風傳遞載體為一次風箱，傳遞的目標地點為爐膛，啟動燃燒器主要設置在兩個返料腿之間的位置，使用的是輕質柴油。

2) 鍋爐的汽水系統。在除鹽水進入省煤器時，主要通過給水泵來完成，組成部分包括主給水調節閥、旁路調節閥，功能體現是對主給水量進行調控，且省煤器出來的連接管主要分為2路水管，從氣包上不進入，然后進行內分配，經過管線疏導至鍋爐前墻、水冷壁和左右兩墻，見圖1。

圖1 蒸汽流程圖

3) 鍋爐的風煙系統。通常情況下，鍋爐一次風由兩臺風機供給，其中一臺風機正常使用，另一臺風機屬于出現問題時的備用。具體型號根據實際情況來確定[1]。

4) 鍋爐的飛灰再循環系統。在工作過程中，飛灰被電除塵器和布袋除塵器進行收集，存儲在集灰斗內，經過出灰口排出，然后在倉泵氣力輸送系統作用下，送至集灰倉[2]。

5) 鍋爐的煙氣脫硫系統。該系統主要使用的是濕法脫硫技術，吸收劑主要是石灰石粉制作而成的液體，吸收的對象為SO2，并進行粉塵洗滌和煙氣凈化，實現環保功能，具體反應公式如式(1)。

石灰石煅燒：CaCO3→CaO+CO2

(1)

與硫反應的酸化過程見式(2)。
CaO+1/2O2+SO2→CaSO3

(2)

1.2 循環流化床鍋爐工作原理

循環流化床鍋爐的燃燒過程主要是在爐內完成，將一些高速運動的煙氣與一些固體廢物進行充分接觸，并具有大量顆粒返混，屬于流態化燃燒過程，如果鼓泡床鍋爐氣體流化速度小于硫化氣體的速度，那么床料的密相混合會發生循環運動，固體顆粒則可以在最小的煙氣速度推動下，發生上揚循環，然后通過旋風分離器，在其入口處排出[3]，見圖2。

圖2 循環流化床鍋爐結構圖

2 循環流化床鍋爐床溫特性分析

通過實踐證明，影響床溫的因素主要包括給煤量、一次風量、二次風量、爐底排渣量等等，經過對比分析，給煤量和一次風量的影響比重較大。

2.1 給煤量對床溫調控的影響

給煤量對于床溫的影響主要體現在滯后性，增加了溫度調節的困難。在實際操作過程中，燃料顆粒在投入之后，需要一定的啟燃時間，與此同時，爐膛內所含有的燃料數量巨大，致使爐床溫度需要一定的時間才能升高，經過實踐驗證，這一時間最長可以達到20 min以上，而高負荷運行所帶來的滯后性，時間可以達到1 min以上，因此，在投料初期，床溫不會馬上升高，甚至會下降，在此情況下，連續投入煤粉會產生燃料積壓，發生爆燃現象，使床溫快速升高，無法控制，隨著可燃物的迅速消耗，床溫會急劇下降，從而產生床溫動動幅度較大的現象，難以調控[4]。

2.2 一次風對床溫調控的影響

循環流化床中的一次風作用主要體現在兩個方面，其一是流化風，其二是燃燒風。風量越大煙氣所帶走的熱量越大，床溫會有所下降，與此同時，氣體和固體之間的紊合度會增加，致使炭碳粒燃燒需氧量增加，隨之產生的熱量增加，使床溫在此作用下快速升高，這就導致了床溫的波動。除此以外，一次風量如果不足，會導致燃燒熱量不夠，使相關人員和系統產生誤判，認為是燃料缺乏，從而增添燃料，這樣就導致了大量燃料積壓，爐溫難以及時升高，然后在達到燃燒點后，過量的燃料燃燒所產生的熱量將會使床溫迅速增加，產生較大波動。

2.3 含氧量對床溫調控的影響

可以通過氧量的變化進行爐內燃燒情況的判斷，根據相關情況，確立調解方案，在這一過程中，也會產生滯后性，但是，其滯后性效果要低于給煤量所產生的滯后性，并且可據此進行給煤調節趨勢的判斷。通常情況下，如果風量不變，氧含量有所降低，那么就可以判定是給煤量較大，燃燒過程中氧氣不足，需要進行的是通過降低給煤量，來提高氧氣與顆粒的接觸程度，增強其配合比，加快燃燒。通常情況下，通風量與燃料量之間的投入情況如表1所示。

表1 燃燒通風量和燃料關系

3 溫床自動控制系統優化建議

到目前為止，國內的循環流化床鍋爐都進行了床溫自動控制系統的設置，改變了手動控制的缺陷和不足之處，然而，這一方面的工作仍然不夠成熟，需要進一步加強。根據相關試驗和傳統溫床自動控制系統的相關理念，筆者提出以下改進建議。

第一，確定主要調整參數，在設置時以一次風量為主，進行風量引入負荷調節系統的設計，對風量與給煤量的比例以及燃料量進行合理配置，同時，實施動態化監管和調節，根據實際情況來調整風量、煤量和燃料量，與此同時，要注重風量中含氧量情況和風速情況的測定，以保證這一設計具有價值性[5]，見表2。

表2 集散控制系統的自動化控制參數設計

第二，進行負荷提升過程中，必須保證一次風量滿足目標負荷的相關要求，并根據負荷指令按照負荷率來增加燃料量，保證這一提升過程具有協調性，避免一些突然加料的行為發生。在降負荷的過程中，也要根據負荷指令來調整，并使燃料量能夠快速到達目標符合的需求情況，減少滯后性的影響，具體的操作程序是先加風、加煤，先減煤、后減風，并保證加減速率的合理性。

第三，要根據風煤比調整床溫，還要合理設置風煤比的上下限，將其編制成相應的指令，輸入控制程序，實行自動控制和報警。

第四，通過溫度死區進行床溫的管控和約束，限定床溫的允許偏差范圍，只有超出有關范圍，才需要進行調整，來抵消因慣性引發的控制系統超調問題。

4 結語

對于循環流化床鍋爐床溫調整的自動化設計是未來發展的趨勢，要融合節能、環保、安全、高效的理念，規范具體操作過程，提高操作的可行性，通過風煤比控制、調解程序可控制、調節指標選擇、限值設定等等來實現循環流化床鍋爐床溫調控的自動化。

參考文獻：

[1] 郭生泰.循環流化床供熱鍋爐床溫控制系統的優化[J].陜西電力,2015,43(1):90-93.

[2] 循環流化床鍋爐床溫控制策略優化[J].科技風,2015(15):60.

[3] 循環流化床鍋爐床溫控制優化分析[J].工業設計,2016(1):166-167.

[4] 淺談循環流化床鍋爐床溫調整[J].現代制造,2016(12):75-76.

[5] 循環流化床鍋爐床溫及汽溫調整分析[J].工業,2015(7):38.