孫廷碧伊春市林都熱電廠，黑龍江伊春 153000

循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)控制優(yōu)化策略

孫廷碧
伊春市林都熱電廠，黑龍江伊春 153000

本文在對循環(huán)流化床鍋爐（CFD, Circulating Fluidized Bed）及其燃燒系統(tǒng)進行論述的基礎(chǔ)上，提出了基于模糊控制的燃燒系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方案。

循環(huán)流化床；CFD；燃燒系統(tǒng)；控制系統(tǒng)

0 引言

由于循環(huán)流化床鍋爐的燃燒過程涉及到一系列的基礎(chǔ)課題研究，導(dǎo)致其燃燒機理較為復(fù)雜。鍋爐的燃燒溫度的控制受到諸多的因素所影響，尤其是它還受到出燃燒系統(tǒng)以外的其他系統(tǒng)的影響，多者之間存在著極其復(fù)雜的耦合關(guān)系，具有極強的時變現(xiàn)象。雖然當(dāng)前國內(nèi)已經(jīng)有多種類型和型號的循環(huán)流化床鍋爐投入到實際的生產(chǎn)運行當(dāng)中，但是在控制水平上來講還較低，尤其是在鍋爐的燃燒控制系統(tǒng)方面存在的差距較大，鍋爐涉及的高性能指標(biāo)難以達到。而當(dāng)前從國外引進相應(yīng)的資料和技術(shù)等都存在著較大的困難，因此急需開發(fā)一套可行的循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)控制系統(tǒng)。

1 循環(huán)流化床鍋爐及其燃燒系統(tǒng)

1.1 循環(huán)流化床鍋爐的基本結(jié)構(gòu)及工作原理

循環(huán)流化床鍋爐主要由爐膛、氣固分離器、灰回送系統(tǒng)、尾部受熱面和其他的輔助設(shè)備等幾個基本的部分構(gòu)成，部分循環(huán)流化床鍋爐還設(shè)置有外設(shè)的熱交換器。在鍋爐的整個工作流程中，燃料和脫硫劑（石灰石等）經(jīng)過破碎處理成為合適的粒度，通過鍋爐的給料機與給煤機送入到鍋爐的燃燒室的布分板上部，然后和燃燒室中所含的高溫沸騰物料等充分的混合，之后在短時間內(nèi)被加熱到很高的溫度，迅速的燃燒起來。其中所含有的脫硫劑（石灰石）將與燃燒所生成的發(fā)生反應(yīng)，生成污染小得，達到脫硫的目的。通常而言，循環(huán)流化床燃燒室的溫度主要控制在850℃～950℃之間，這樣在速度較高的氣流作用之下，就能再整個爐膛當(dāng)中進行充分的燃燒，提高燃燒的效率，同時高速的氣流還可以從燃燒室中帶出大量的燃燒固體顆粒，有效的減少其中的固體沉積物。在鍋爐中的高溫旋風(fēng)分離器進行分離處理之后，部分溫度較高的熱爐料被直接的輸送到流化床鍋爐的燃燒室中進行再次的燃燒，而其他的部分則被輸送到冷灰床當(dāng)中，在這里與其中的空氣與埋管的受熱面等進行熱交換，直到被冷卻到400℃～600℃之后，通過送灰器輸送到燃燒室或者是直接排除爐膛。而經(jīng)過高溫旋風(fēng)分離器排出的高溫?zé)煔?，除了在煙道尾部與對流受熱面進行熱交換，進行熱回收之后，直接通過靜電除塵或者是布袋除塵等方式處理，最后從煙囪中排除。

1.2 循環(huán)流化床鍋爐燃燒控制系統(tǒng)

循環(huán)流化床鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的主要任務(wù)就是要將燃料經(jīng)過燃燒之后所產(chǎn)生的熱量完全的滿足鍋爐蒸汽符合需求，同時盡可能的保證鍋爐的運行的經(jīng)濟性、安全性和環(huán)保性等幾個方面的要求。由于循環(huán)流化床鍋爐的具體型號以及所需要控制的燃燒過程和燃燒工況等都不一樣，同時還受到燃燒時所選擇的燃料、燃料的設(shè)備等多個因素的影響，因此每一個燃燒控制系統(tǒng)的任務(wù)又不一樣?？偟膩碇v，燃燒控制系統(tǒng)的任務(wù)主要有這樣幾個方面：1）保證循環(huán)流化床鍋爐的主蒸汽壓力，提高鍋爐燃燒的經(jīng)濟性；2）對鍋爐的引風(fēng)量和送風(fēng)量進行優(yōu)化與匹配，確保爐膛壓力在既定范圍之內(nèi)；3）對爐膛的壓力進行控制；4）對鍋爐料床的溫度進行控制，以保證鍋爐連續(xù)、安全和穩(wěn)定的運行，并保證鍋爐運行過程的脫硫效率。

鍋爐的燃燒受到多種因素的影響，包括循環(huán)流化床外在符合的變化（外部因素的擾動）、鍋爐的內(nèi)部擾動，具體的包括鍋爐的煤、水供給量，返料量與減溫水量，引風(fēng)量等多種因素。同時還要對所有的輸出量等進行一定程度的變化與控制，包括汽包的水位、輸出蒸汽的溫度和壓力、爐膛的負(fù)壓與床溫等都是控制的重要對象。從這個角度來講，實現(xiàn)鍋爐燃燒系統(tǒng)的立項控制系統(tǒng)應(yīng)該是一個多回路的綜合控制系統(tǒng)。當(dāng)其中的一個環(huán)節(jié)發(fā)生變化或者是擾動的時候，系統(tǒng)的各個調(diào)節(jié)量都協(xié)同的發(fā)生動作，使得系統(tǒng)所控制的各種因素等都達到相應(yīng)的控制精度，也就是說立項的燃燒控制系統(tǒng)應(yīng)該是一個多回路的閉環(huán)控制系統(tǒng)。但是，在實際的工程應(yīng)用當(dāng)中，這種調(diào)節(jié)與控制方案的基本上不可能實現(xiàn)，或者說存在著較大的困難。

2 基于模糊控制的循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)方案的優(yōu)化設(shè)計

由于篇幅所限，在這里主要就模糊控制思想下循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)的總體方案進行介紹和論述。圖1為設(shè)計出的循環(huán)流化床鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的總體控制回路圖。在實際的運行過程中，我們發(fā)現(xiàn)鍋爐爐膛的負(fù)壓受到引風(fēng)、一次風(fēng)等因素的影響較大，而其他因素等影響較小，所以在設(shè)計的過程中將這兩個值作為主要的控制參數(shù)。將總體設(shè)計回路設(shè)計成以鍋爐爐膛負(fù)壓，并且?guī)в兴惋L(fēng)前饋的單回路控制系統(tǒng)。

圖1 基于模糊控制的循環(huán)流化床鍋爐燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計方案

在對燃燒系統(tǒng)的運行進行分析之后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)外在的負(fù)荷發(fā)生變化時，要及時的調(diào)節(jié)鍋爐的供煤量，這樣才能保證所產(chǎn)生蒸汽的壓力穩(wěn)定性。而對鍋爐爐膛溫度的控制主要是通過調(diào)節(jié)風(fēng)機的送風(fēng)量來實現(xiàn)控制的，一般對一次風(fēng)進行調(diào)節(jié)就可以很好的控制床內(nèi)結(jié)焦或者是滅火等問題。同時，為了保證鍋爐爐膛中氣固兩相能良好的在鍋爐運行過程中的配合，確保鍋爐燃燒過程的經(jīng)濟性，在控制的過程中海需要使得鍋爐爐膛中的含氧量能夠跟供煤量等進行實時的變化。因此，在對一次風(fēng)量回路進行控制時要包含這樣兩個方面：其一，保證鍋爐爐膛中風(fēng)、煤比處于一個最佳水平；其二，以鍋爐爐膛的溫度作為標(biāo)準(zhǔn)校正量，當(dāng)爐膛溫度偏差較大時要及時的進行調(diào)節(jié)，能保證爐膛的溫度能夠快速的回到所設(shè)定的溫度水平。因此，在供煤回路的設(shè)計過程中要考慮到蒸汽壓力的主控參數(shù)變化，保證外在符合的穩(wěn)定。同時還要確保溫差變化不會超過允許的范圍，保證鍋爐安全運行。而常規(guī)的PID控制方式很難對CFB進行有效的控制，在燃燒控制過程中通過將模糊邏輯技術(shù)與PID相結(jié)合，集合兩者的優(yōu)點，進行集中控制，提高控制的效果和水平。

[1]柴遠(yuǎn)斌.240T/H循環(huán)流化床鍋爐燃燒優(yōu)化控制研究[D].山東大學(xué)，2007，5.

[2]宋波.循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)熱效率優(yōu)化控制研究[D].廈門大學(xué)，2008，5.

[3]220T／H循環(huán)流化床錨爐控制系統(tǒng)方案[S].新華控制工程有限公司，2003.

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