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循环流化床锅炉控制策略（1) |
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| 循环流化床锅炉控制策略（1) |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-26 20:02:00  |
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前 言
近几年来，循环流化床锅炉(简称CFB)在热电厂得到广泛应用，在业界掀起了CFB锅炉热潮。在市场需求的带动下，国内CFB锅炉的大型化已取得长足进展，形成了500t/h(l50MW)及以下多个容量等级CFB锅炉的设计制造能力。同时，国家引进了300MW CFB锅炉(1000t/h)单元发电机组，随之成套引进的CFB锅炉技术正在由国内制造商进行消化吸收，1000t/h CFB锅炉即将国产化。据了解，CFB锅炉还将向更大容量发展。可以预见，CFB锅炉的应用前景将更加广阔。
CFB锅炉燃料适应能力强、环保性能佳和负荷调节范围宽等优点已广为人知。但经过长期的运行实践，人们更加体会到CFB锅炉控制的难度和控制策略的重要性。现在，再次论及CFB锅炉控制策略，一方面是对以往工程设计进行一定的回顾和总结;另一方面希望与同行们进行更进一步的交流和探讨，达到抛砖引玉的目的。
二、CFB锅炉控制策略
CFB锅炉的结构及运行方式具有自身的特殊性，其控制系统需要针对相应特点进行设计。下面分别对各控制子系统予以描述。
1.锅炉负荷控制
(1)单元制机组锅炉负荷指令
在单元制机组中，锅炉负荷指令在协调主控系统中形成(如图1)。鉴于CFB锅炉的大惯性，燃料量的快速改变不能引发蒸汽参数的快速响应，且不利于床温稳定，故协调主控宜采用机跟炉方式。此时，锅炉负荷指令根据电功率(MW)指令通过前馈(作主调量)+偏差校正运算，再经变化率限制及高低值限制后获得。汽机调速系统接受协调系统中汽机主控调节器输出，通过汽机调门控制主汽压力。为了充分利用锅炉蓄热提高负荷响应速度，在汽机主控调节器给定值上引入基于电功率(MW)偏差的函数校正，以控制主汽压力适度波动而加快电功率(MW)跟随指令。
当汽机侧不能承担主汽压力调节任务时，锅炉负荷以稳定主汽压力为目的。锅炉负荷指令由主汽压力PID调节器输出，经变化率限制及高低值限制后获得。此时，汽机调速系统不接受协调系统指令。相反，协调主控系统中汽机主控调节器的输出跟踪汽机调门阀位值。
(2)母管制机组锅炉负荷指令
在母管制机组中，负荷控制以维持母管压力为目标，每台锅炉的负荷指令由母管负荷调节器的输出进行分配运算，再经变化率限制及高低值限制后获得。分配运算方法按母管负荷调节方式确定，如指定一台或多台锅炉依次或同时调整负荷、其余锅炉带基本负荷运行。
锅炉负荷指令信号使燃料量和所需的空气量协同改变，在维持CFB运行工况的前提下改变输出蒸汽流量及参数，使之与负荷指令相适应。
2.风量控制
(1)总风量指令
根据锅炉负荷指令与实际总煤量对应的风量取大值，并考虑烟气含氧量的校正，再经最小值限制，作为总风量指令信号。该风量可保证升负荷时先增风量，后增燃料;降负荷时先降燃料，后降风量，防止燃料富余。根据此总风量指令信号，按预设的函数关系分配为一次风量(床下配风)指令和二次风量(床上配风)的控制指令。
(2)一次风控制
一次风用来流化床料，并为燃料的燃烧提供初始燃烧氧气。根据总风量指令分配的一次风量(床下配风)指令，经床温控制校正信号修正，与最小一次风量设定值取大值，作为一次风量的给定值。通过PID调节回路，控制一次风挡板开度，确保一次风量在不低于安全流化风量的前提下，满足锅炉负荷及床温调整的要求。
一次风压力需要与锅炉负荷保持一定的对应关系，通过调节一次风机入口挡板开度或一次风机转速，使其满足锅炉运行要求。
(3)二次风控制
二次风为床料提供燃尽风，主要承担调节烟气含氧量的任务，从不同高度送入还可均衡各段床温。根据总风量指令分配的二次风量(床上配风)指令，经烟气含氧量修正和床温控制校正信号修正，作为二次风量的给定值。通过PID调节回路，控制相应的二次风挡板开度，使二次风量满足运行要求。
烟气含氧量调节器的输出作为二次风量(床上配风)指令的有限幅的修正系数，并设置手/自动切换接口。在正常运行时调整烟气含量为期望值，保证锅炉燃烧经济性；当氧量信号故障时，也不会造成二次风量的大幅突变，有利于炉内流化稳定。
大中型CFB锅炉的二次风由单独配置的一台甚至两台二次风机提供。通过调节二次风机入口挡板或二次风机转速，控制二次风母管风压为需要值。
3.燃料控制
锅炉燃料量指令是由锅炉负荷指令与实际进入锅炉的总风量取小值，并经床温控制校正的信号修正后获得。锅炉燃料量指令作为燃料主控的给定值，所有输入锅炉的燃煤量测量值的总和经发热量补偿运算后所得值与燃油折算煤量之和作为反馈值，燃料主控PID输出值经分配后调整各给煤机的出力，保证总热量输入满足锅炉负荷及床温调整的要求。
在锅炉的冷态启动过程中，先启动点火燃烧器，按预定的升温曲线对启动床料加热。当床温升高到可以燃烧主燃料的程度，允许间断投运给煤机。破碎的煤粒进入炉膛燃烧，床温继续升高，当床温超过某限定值时，允许停止投油，并保持合适的给煤量。
由于系统中一般配有多台给煤机，控制回路中需要实现各台给煤机的出力分配问题。我公司的DCS为此专门设计了"PARTICIPATION"自动分配算法模块，可以方便地实现多台给煤机的出力分配，以及手/自动和故障状态下的出力再分配和跟踪。
对于采用气力播煤装置的系统，还需对播煤风压和风量进行调节，使之与给煤量相适应，才能实现煤粒在密相区床面上的均匀分布。
4.床温控制
床温是CFB锅炉运行状态的重要表征参数，也是较难控制的参数之一。这是因为床温是燃料燃烧发热和床料放热综合作用的结果，而影响燃料发热和床料放热的因素较多，如燃料热值、粒度尺寸、物料流速、物料浓度、入炉风量、入炉风温以及吸热工质参数等等。
通过在燃烧室密相区布置多支热电偶，进行床温测量。将多个测量值进行综合运算后，得出床温表征值。为了保证CFB锅炉的稳定燃烧，并有利于获得最佳脱硫效果和减少NOX排放量，床温需控制在850℃～900℃。
对于采用高温回料系统的CFB锅炉，循环灰(回料)温度与炉内床温十分接近。循环灰量不能明显影响床温，且在正常运行中不单独调整(保证返料风在正常范围时，循环灰量具有平衡能力)。影响床温的主要因素是一次风与二次风比率和燃料量。一次风为床料提供流化动力和初始燃烧氧气，但同时对密相区有明显的冷却效果;二次风为床料提供燃尽风，从不同高度送入可均衡各段床温，二次风还主要承担调节烟气含氧量的任务。燃料量直接影响炉内发热量，与锅炉负荷相适应的风煤比是决定床温的最终因素。
为达到控制床温的目的，采取串级校正调节方式。床温信号进入床温调节器与床温给定值比较，所得偏差经不同的函数转换后生成校正指令，分别送至一次风调节器、二次风调节器和燃料调节器，对其给定值进行修正。通过调节一、二次风的比率来实现床温调节，这样基本满足了床温控制的要求。同时，一次风量的调整还必须受安全流化风量的限制。
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