騰龍?zhí)胤N樹(shù)脂廈門有限公司 范志剛

循環(huán)流化床鍋爐采用DCS的主要原因之一就是要解決運(yùn)行控制復(fù)雜性的問(wèn)題。相對(duì)優(yōu)秀的模擬量調(diào)節(jié)控制回路的設(shè)計(jì)可以有效地控制現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)動(dòng)作，從而安全高效地控制鍋爐燃燒系統(tǒng)的運(yùn)作。循環(huán)流化床鍋爐是一個(gè)多參數(shù)、多變量、強(qiáng)關(guān)聯(lián)、干擾多的控制對(duì)象，其自動(dòng)控制系統(tǒng)既是獨(dú)立的，又是相互關(guān)聯(lián)的。

當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)之后，其他的調(diào)節(jié)系統(tǒng)也要有相應(yīng)變化。本次對(duì)實(shí)際CFB燃燒過(guò)程中涉及到的負(fù)荷調(diào)節(jié)系統(tǒng)、一、二次風(fēng)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)、引風(fēng)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)、爐膛壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)、給煤量調(diào)節(jié)系統(tǒng)、床溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)、床壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)做一個(gè)介紹。

1.負(fù)荷調(diào)節(jié)系統(tǒng)

鍋爐主控系統(tǒng)發(fā)出的燃料指令即是總?cè)剂现噶?，通過(guò)與總風(fēng)量比較后取小值作為調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，保證鍋爐指令增加時(shí)風(fēng)量始終大于燃料量，使得燃料在爐膛中能完全燃燒，提高燃燒經(jīng)濟(jì)性。也同時(shí)保證了先加風(fēng)后加燃料、先減燃料后減風(fēng)。在穩(wěn)態(tài)時(shí)，鍋爐負(fù)荷指令與風(fēng)量信號(hào)以及燃料量近似相等，達(dá)到適當(dāng)?shù)娜剂?、風(fēng)量靜態(tài)配比。根據(jù)當(dāng)時(shí)是否有給煤機(jī)處于自動(dòng)控制模式來(lái)調(diào)節(jié)煤、油在負(fù)荷控制目標(biāo)值中的比重（工作流程見(jiàn)圖1）。

2.風(fēng)量分配調(diào)節(jié)系統(tǒng)

鍋爐主控系統(tǒng)發(fā)出的風(fēng)量指令即為總風(fēng)量控制器?？傦L(fēng)量中一、二次風(fēng)所占比例最大，同時(shí)一次風(fēng)和二次風(fēng)直接影響鍋爐的運(yùn)行及燃燒工況。所以，總風(fēng)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過(guò)改變一、二次風(fēng)量的調(diào)節(jié)指令來(lái)保證鍋爐所需配風(fēng)(其中一次風(fēng)量是經(jīng)過(guò)床溫調(diào)節(jié)補(bǔ)償過(guò)的)。鍋爐主控系統(tǒng)得到的總風(fēng)量指令與燃料量測(cè)量值進(jìn)行交叉限制后（取大值）作為總風(fēng)量控制系統(tǒng)的給定值，從而保證一定的過(guò)剩空氣系數(shù)。

一次風(fēng)量反饋值分別由安裝在風(fēng)箱入口的三個(gè)差壓流量計(jì)開(kāi)方后經(jīng)一級(jí)過(guò)熱器溫度壓力補(bǔ)償后取中間值得到。同樣，二次風(fēng)量反饋值是經(jīng)二級(jí)過(guò)熱器溫度壓力補(bǔ)償后得到。補(bǔ)償后的一次風(fēng)量和二次風(fēng)量相加，便得到補(bǔ)償后的總風(fēng)量測(cè)量值。補(bǔ)償后的總風(fēng)量信號(hào)反饋給控制屏，供運(yùn)行人員監(jiān)視，同時(shí)還作為一次、二次風(fēng)量（送風(fēng)）控制系統(tǒng)的信號(hào)（工作流程見(jiàn)圖2）。

總風(fēng)量指令經(jīng)過(guò)最小流化風(fēng)量比較后作為總風(fēng)量控制器的設(shè)定值，總風(fēng)量反饋主要是由一次風(fēng)量反饋、二次風(fēng)量反饋和修正風(fēng)量組成的。經(jīng)過(guò)PI控制器輸出后的OP值，根據(jù)一定比例分配給床下一次風(fēng)、床上一次風(fēng)、下排二次風(fēng)和上排二次風(fēng)。正常運(yùn)行時(shí)，這四個(gè)控制器的設(shè)定分配一般為64:10:6:4，之所以起比值相加不等于100，是由于其中還需去掉播煤風(fēng)的風(fēng)量影響。

3.爐膛壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)

鍋爐運(yùn)行時(shí)，如果機(jī)組要求的負(fù)荷指令改變，則進(jìn)入爐膛的燃料了和送風(fēng)量將跟著改變，燃料在爐膛中燃燒后產(chǎn)生的煙氣量也將隨之改變。這時(shí)，為了維持爐膛內(nèi)的正常壓力，必須對(duì)引風(fēng)量進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)。如果爐膛壓力過(guò)高，爐膛內(nèi)火焰和高溫?zé)煔饩蜁?huì)向外部泄露，影響鍋爐的安全運(yùn)行；如果爐膛壓力過(guò)低，爐膛和煙道的漏風(fēng)量將增大，可能使燃燒惡化，燃燒損失增大，甚至燃燒不穩(wěn)定或滅火。因此爐膛壓力必須保持在一定的運(yùn)行范圍之內(nèi)。

在爐膛壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，爐膛出口壓力測(cè)量值與給定值一起送入PID中進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果與引風(fēng)機(jī)入口壓力作為反饋、總風(fēng)量為設(shè)定值的PID運(yùn)算結(jié)果相比較，取小值作為最終值控制引風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)擋板。由于循環(huán)流化床鍋爐燃燒的特殊性，一次風(fēng)量和二次風(fēng)量發(fā)生變化時(shí)，需經(jīng)過(guò)一段時(shí)間爐膛出口壓力才發(fā)生變化，因此必須把總風(fēng)量（一次風(fēng)機(jī)出口風(fēng)量和二次風(fēng)總風(fēng)量之和）的微分量作為前饋信號(hào)送入PID控制輸出中，以提高一、二次風(fēng)量變化時(shí)控制系統(tǒng)響應(yīng)的快速性。

（1）爐膛壓力的測(cè)量

采用3個(gè)差壓變送器測(cè)量爐膛壓力，它們的輸出送到中間值選擇器。同樣引風(fēng)機(jī)入口壓力也選用3個(gè)壓力變送器，并取中間值作為引風(fēng)機(jī)入口PID控制器的PV信號(hào)。

（2）前饋控制

風(fēng)量信號(hào)時(shí)爐膛壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的前饋信號(hào)，當(dāng)送風(fēng)量改變時(shí)，如果以爐膛壓力的變化調(diào)節(jié)引風(fēng)量，必然使?fàn)t膛壓力的動(dòng)態(tài)偏量較大，采用送風(fēng)量的前饋信號(hào)，使引風(fēng)量能及時(shí)隨著送風(fēng)量的改變而改變。從而改變爐膛壓力調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)偏差。

（3）引風(fēng)機(jī)入口壓力控制

風(fēng)量信號(hào)經(jīng)過(guò)函數(shù)發(fā)生器F1，作為引風(fēng)機(jī)入口壓力控制器設(shè)定值，PV信號(hào)取引風(fēng)機(jī)入口三個(gè)壓力信號(hào)的中間值。這樣的目的在于保持送風(fēng)量與引風(fēng)量的及時(shí)平衡，保障風(fēng)量平衡的及時(shí)性。

4.給煤量調(diào)節(jié)系統(tǒng)

圖1 鍋爐負(fù)荷控制流程圖

圖2 風(fēng)量控制流程圖

鍋爐主控系統(tǒng)發(fā)出的燃料指令即是總?cè)剂现噶?，通過(guò)與總風(fēng)量反饋值換算得到的可燃煤值比較后取小值作為給煤調(diào)節(jié)器的設(shè)定值。現(xiàn)場(chǎng)四臺(tái)稱重給煤機(jī)根據(jù)運(yùn)行頻率計(jì)算而得的實(shí)際給煤量作為反饋值，送入給煤控制器，調(diào)節(jié)范圍為0-40噸/小時(shí)。

由于有四臺(tái)稱重給煤機(jī)，為避免造成偏燒、斷煤等意外情況，需要對(duì)目標(biāo)值進(jìn)行分配，分別調(diào)節(jié)各臺(tái)給煤機(jī)的給煤量?？刂品绞饺缦拢?/p>

四臺(tái)稱重給煤機(jī)均在正常運(yùn)行且控制模式均為自動(dòng)，則目標(biāo)值平均分配給下級(jí)四臺(tái)稱重給煤機(jī)控制器作為目標(biāo)值，再由下級(jí)控制器根據(jù)目標(biāo)值和現(xiàn)場(chǎng)反饋的運(yùn)行頻率計(jì)算值，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)給煤機(jī)變頻器進(jìn)行調(diào)節(jié)。

四臺(tái)稱重給煤機(jī)均在正常運(yùn)行，但其中一臺(tái)控制模式為手動(dòng)，則目標(biāo)值將減去該臺(tái)稱重給煤機(jī)的反饋值后的平均分配給另外三臺(tái)稱重給煤機(jī)的下級(jí)控制器作為目標(biāo)值，再由下級(jí)控制器根據(jù)目標(biāo)值和現(xiàn)場(chǎng)反饋的頻率轉(zhuǎn)換值，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)給煤機(jī)變頻器進(jìn)行調(diào)節(jié)。而手動(dòng)控制的這臺(tái)給煤機(jī)將根據(jù)操作人員手動(dòng)輸入的值對(duì)現(xiàn)場(chǎng)變頻器進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍限制為（0-10t/h）。

煤量反饋值的引入，目的在于防止燃料擾動(dòng)出現(xiàn)時(shí)，無(wú)法準(zhǔn)確調(diào)整。只有在鍋爐含氧量、硫化物含量或者主蒸汽壓力發(fā)生變化時(shí)，才通過(guò)石灰石控制器或鍋爐負(fù)荷控制器自動(dòng)調(diào)整，緊急時(shí)甚至需要操作人員手動(dòng)干預(yù)來(lái)消除擾動(dòng)。

5.床溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)

循環(huán)流化床鍋爐的最佳運(yùn)行床溫為850℃-900℃。在這一溫度范圍內(nèi)，大多數(shù)煤都不易結(jié)焦。石灰石脫硫效果在這個(gè)溫度時(shí)也具有最佳脫硫效果，并且NOX生成量也很少。床溫測(cè)量值來(lái)自于爐膛下部左右各四個(gè)熱電偶溫度計(jì)測(cè)量的床溫的平均值。

床溫調(diào)節(jié)的目的是優(yōu)化和減少煙氣中SO2的含量，影響循環(huán)流化床床溫的因素很多，如給煤量、石灰石供給量、排渣量、一次風(fēng)量、二次風(fēng)量、返料風(fēng)量等。常溫的煤進(jìn)入爐膛會(huì)給床溫帶來(lái)一定的影響，同時(shí)，對(duì)于相應(yīng)比例的石灰石的投入也是一樣。但是給煤量主要用來(lái)調(diào)節(jié)主汽壓力，給煤調(diào)節(jié)對(duì)床溫的影響并不高，因此給煤量?jī)H為調(diào)節(jié)床溫的手段之一。石灰石供給量對(duì)床溫的影響比較小，且其影響也可間接體現(xiàn)在給煤量上，故在構(gòu)造床溫控制系統(tǒng)時(shí)不考慮石灰石的影響。排渣量主要用來(lái)控制床層厚度，即床壓，若床層厚度基本恒定則排渣量對(duì)床溫的影響也可不予考慮。

由此可見(jiàn)床溫的調(diào)節(jié)最好是在總風(fēng)量一定的前提下，對(duì)一、二次風(fēng)進(jìn)入燃燒室再分配。即是在一、二次風(fēng)各風(fēng)量控制器的SP中加入床溫影響。該影響值大小的設(shè)定視實(shí)際情況而頂，一般正負(fù)偏差為-10到10之間。

6.床壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)

床壓是燃燒室內(nèi)密相區(qū)床料厚度的具體表現(xiàn)，料層過(guò)薄時(shí)，燃料燃燒不夠完全，熱傳遞、熱交換效果差，熱量流失嚴(yán)重。同時(shí)會(huì)加大爐膛內(nèi)風(fēng)帽和各個(gè)測(cè)溫設(shè)備的磨損。料層過(guò)厚時(shí)，床料的流化狀態(tài)就會(huì)變差或不能流化影響爐內(nèi)的燃燒工況，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成燃燒室內(nèi)局部結(jié)焦。為保證床料的正常流化，需加大流化風(fēng)量，隨著風(fēng)機(jī)負(fù)荷的增加用電量也會(huì)增加。因此床料厚度的變化直接影響到鍋爐的安全及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，料層厚度與床壓具有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此，床壓的大小可以通過(guò)對(duì)料層厚度的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

床壓在爐膛密相區(qū)通過(guò)差壓進(jìn)行測(cè)量，大型循環(huán)流化床鍋爐一般分左、右兩側(cè)，有些則在四面各分布一個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)量所得的平均值作為床壓的實(shí)測(cè)值，此信號(hào)與由運(yùn)行人員設(shè)置的床壓給定值相比較后，通過(guò)調(diào)節(jié)器控制投用的冷渣器進(jìn)渣調(diào)門的開(kāi)度，改變?nèi)紵覡t床排渣量，從而維持床壓在給定值。

由于風(fēng)冷渣器的設(shè)計(jì)上需要將冷卻風(fēng)攜帶細(xì)灰返回爐膛繼續(xù)流化。從而，現(xiàn)在有很多公司考慮到風(fēng)冷渣器在冷卻過(guò)程中，若冷卻風(fēng)溫度過(guò)低，則在返回燃燒室時(shí)會(huì)對(duì)床溫有一定的影響，降低了鍋爐效率，對(duì)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行不利。若冷卻風(fēng)溫度過(guò)高，則無(wú)法達(dá)到冷卻效果?；谶@樣的矛盾，眾多流化床鍋爐引入了水冷渣器設(shè)備來(lái)處理多余的燃燒粗渣。在布風(fēng)板下部設(shè)兩個(gè)出渣口，通過(guò)調(diào)節(jié)螺旋下料電機(jī)的頻率調(diào)節(jié)下渣量。下渣部分和水冷渣器殼體通入與紅渣隔離的冷卻水，純水箱、帶有備臺(tái)的循環(huán)水泵、冷卻水回水溫度構(gòu)成該套水冷系統(tǒng)。通過(guò)回水溫度監(jiān)視冷卻效果，控制備用泵的啟停。

7.結(jié)束語(yǔ)

循環(huán)流化床鍋爐的燃燒情況受眾多因素的影響，本篇僅對(duì)其中主要因素產(chǎn)生的影響和克服擾動(dòng)所選用的一般性的控制作以介紹。更多、更有效的控制方法還需要運(yùn)行和工控工程師們?cè)陂L(zhǎng)期的應(yīng)用中總結(jié)。

[1]牛培峰.大型國(guó)產(chǎn)循環(huán)流化床鍋爐燃燒過(guò)程智能控制系統(tǒng)應(yīng)用研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2000(12).

[2]王俊杰.循環(huán)流化床鍋爐燃燒控制系統(tǒng)優(yōu)化[J].熱點(diǎn)技術(shù),2006(1).

[3]高建強(qiáng),祁在山,馬良玉,王兵樹(shù).循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)的模塊化仿真模型[J].華北電力大學(xué)學(xué)報(bào),2002(1):29

[4]張冀,馬永光,高建強(qiáng),王兵樹(shù),曹文亮.循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性分析[J].能源研究與信息,2001,17.

[5]張翠萍.循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)控制分析[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2002(3):30.

[6]呂澤華,徐向東,曹仁風(fēng),張永哲.循環(huán)流化床燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào),2000,40.

[7]唐世明.引進(jìn)410t/h循環(huán)流化床鍋爐床溫控制[J].四川電力技術(shù),1998.

[8]王彥璽.循環(huán)流化床鍋爐的燃燒調(diào)節(jié)[J].基礎(chǔ)自動(dòng)化,1999,6.