0、前言
    循環(huán)流化床(CFB)鍋爐技術(shù)是上世紀(jì)70年代發(fā)展起來的新技術(shù)，它發(fā)展的動力在于人類社會對環(huán)境保護(hù)的日益重視，作為一種清潔燃燒技術(shù)．其特殊的燃燒方式大大地減少了作為世界主要大氣污染源——燃煤電站的二氧化硫(S02)和氮氧化物(NOx)排放，即從根本上解決了酸雨問題；CFB鍋爐還可以將煤礦挑選剩下的煤矸石、劣質(zhì)煤、煤泥作為燃料來發(fā)電。大型CFB鍋爐的熱效率普遍達(dá)90%以上，其負(fù)荷適應(yīng)性比較廣，負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍比較寬，從30%MCR~100%MCR均不需投油助燃而能穩(wěn)定燃燒。因此作為世界上能源技術(shù)發(fā)展的三大方向之一，該技術(shù)在全世界得到迅猛發(fā)展，不斷地在工業(yè)鍋爐和電站鍋爐行業(yè)得到實(shí)踐和應(yīng)用。為此，湖北省宜都市東陽光實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司自備熱電廠決定選用東方鍋爐廠DC1025/17.45-1116型300 MW循環(huán)流化床鍋爐，建設(shè)兩臺300 MW級國產(chǎn)亞臨界燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組來滿足地方經(jīng)濟(jì)對電能和熱能的需要。
1、湖北宜都東陽光300 MW循環(huán)流化床鍋爐模擬量控制系統(tǒng)的基本特點(diǎn)
1.1循環(huán)流化床鍋爐的燃燒原理
    循環(huán)流化床鍋爐屬低溫燃燒鍋爐，CFB鍋爐的燃料一般由煤和石灰石兩部分組成，燃料被破碎成粒徑≤8mm的顆粒后，這種燃煤顆粒比普通煤粉爐的煤粉大得多，通過給煤系統(tǒng)送入爐膛。當(dāng)煤粒進(jìn)入爐膛后，將發(fā)生下列過程：(1)煤粒和高溫床料混合后加熱并干燥；(2)熱解及揮發(fā)分燃燒；(3)對某些煤種會發(fā)生顆粒膨脹和一級破碎現(xiàn)象。
    送風(fēng)一般設(shè)有一次風(fēng)和二次風(fēng)，一次風(fēng)由布風(fēng)板下部送入燃燒室，主要保證料層流化；二次風(fēng)沿燃燒室高度分級多點(diǎn)送入，主要是增加燃燒室的氧量保證燃料燃燼。富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，同時(shí)我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
    燃燒室內(nèi)的燃料在一定的流化風(fēng)速作用下，發(fā)生劇烈擾動，部分固體顆料在高速氣流的攜帶下離開燃燒室進(jìn)人爐膛，其中較大顆料因重力作用沿爐膛內(nèi)壁向下流動，一些較小顆料隨煙氣飛出爐膛進(jìn)人物料分離裝置，爐膛內(nèi)形成氣固兩相流；進(jìn)入分離裝置的煙氣經(jīng)過固氣分離，被分離下來的顆料沿分離裝置下部的返料裝置送回到燃燒室，經(jīng)過分離的煙氣通過對流煙道內(nèi)的受熱面吸熱后，離開鍋爐。
1.2循環(huán)流化床鍋爐的控制特點(diǎn)
    通過對循環(huán)流化床鍋爐的燃燒原理進(jìn)行分析，可以知道循環(huán)流化床主要有以下控制特點(diǎn)。
    (1)循環(huán)流化床鍋爐存在燃料循環(huán)和流化2個(gè)過程，而普通煤粉爐存在流化1個(gè)過程。這表明CFB鍋爐比常規(guī)煤粉爐具有更多的輸入／輸出變量，耦合關(guān)系也更為復(fù)雜，參看圖l。
    (2)由于CFB鍋爐的燃料是通過給煤系統(tǒng)送入流化床上，先行加熱、干燥、顆粒膨脹、熱解和揮發(fā)分燃燒，只有將床溫控制在適宜的范圍，才能實(shí)現(xiàn)上述一系列燃料熱解過程。床溫過低，燃料無法熱解：床溫過高，燃料可能先行燃燒，不能在爐膛中形成中心火焰。而流化床的面積較大，溫度測點(diǎn)較多．表明床溫是一個(gè)時(shí)變的分布參數(shù)，這就帶來流化床床溫的控制難題，保證控制效果的均勻性是一個(gè)不容易解決的問題。同時(shí)影響主汽壓力的因素也會對床溫產(chǎn)生作用，它們之間存在嚴(yán)重的耦合關(guān)系，給燃燒系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動控制帶來較大困難。
    (3)由于燃料被破碎成粒徑《8 mm的顆粒后，送入爐膛燃燒，這種燃燒方式不同煤粉爐中煤粉燃料被一次燃燼，而是在于顆粒離開爐膛出口后經(jīng)旋風(fēng)分離器和返料裝置不斷送回爐膛燃燒。煤粒完全燃燼需要約8~10min．比普通煤粉爐的煤粉燃燒過程長得多，造成鍋爐燃燒過程滯后時(shí)間非常長。再加上燃燒室內(nèi)的床料具有相當(dāng)大的熱慣性和蓄熱能力，因此，其動態(tài)特性主要表現(xiàn)為燃燒室及外置床內(nèi)流化層熱容量大，動態(tài)過程滯后時(shí)間長。這種特性造成了當(dāng)給煤量變化后，主蒸汽壓力的響應(yīng)比普通煤粉爐的遲延和慣性要大得多。
2、300MW循環(huán)流化床鍋爐模擬量控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
   通過對CFB鍋爐的燃燒原理和控制特點(diǎn)進(jìn)行分析，可以認(rèn)識到CFB鍋爐控制系統(tǒng)的控制目標(biāo)是保證鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，保證主汽壓力穩(wěn)定在設(shè)定值、鍋爐水位穩(wěn)定在正常范圍內(nèi)、床溫在允許的范圍內(nèi)變化和主蒸汽溫度穩(wěn)定在設(shè)定值等任務(wù)。為此，將CFB鍋爐分為以下幾個(gè)相對獨(dú)立的控制系統(tǒng)單獨(dú)進(jìn)行分析。
2.1燃燒控制系統(tǒng)
    燃燒控制系統(tǒng)主要包括機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，煤量控制系統(tǒng)，石灰石量控制系統(tǒng)。
    (1)機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)：機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)采用以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制策略，利用鍋爐熱量釋放信號HR來與機(jī)組的能量需求指令信號DEB相平衡。由于CFB鍋爐具有較大蓄熱的特性，采用HR熱量信號與DEB熱量指令構(gòu)成的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)比一般的協(xié)調(diào)控制組態(tài)更符合循環(huán)流化床機(jī)組的協(xié)調(diào)控制功能。鍋爐主控器通過控制給煤量和風(fēng)量來改變鍋爐負(fù)荷，以維持機(jī)前壓力：汽機(jī)主控指令根據(jù)負(fù)荷偏差和壓力偏差產(chǎn)生，它與DEH來的負(fù)荷參數(shù)進(jìn)行比較后向DEH系統(tǒng)發(fā)送控制信號，控制調(diào)門的開度以維護(hù)機(jī)組的負(fù)荷和主汽壓力在要求值。
    (2)煤量控制系統(tǒng)：調(diào)節(jié)采用分配控制的一級給煤機(jī)，最終使鍋爐給煤量滿足鍋爐指令要求，使參與調(diào)節(jié)的給煤機(jī)的給煤量相等。
    (3)石灰石量控制系統(tǒng)：控制回路一般設(shè)計(jì)采用串級調(diào)節(jié)方式。上級調(diào)節(jié)器為S02調(diào)節(jié)器，下級調(diào)節(jié)器為石灰石量調(diào)節(jié)器，當(dāng)S02變化時(shí)，調(diào)節(jié)石灰石輸送風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，使進(jìn)入爐膛石灰石量相應(yīng)變化。在這個(gè)調(diào)節(jié)回路中，將給煤量作為前饋信號，使石灰石量先根據(jù)煤量變化，然后再根據(jù)S02信號進(jìn)行校正，可以減少調(diào)節(jié)延遲。
2.2風(fēng)煙控制系統(tǒng)
    風(fēng)煙控制系統(tǒng)主要包括爐膛壓力控制系統(tǒng)、一次風(fēng)控制系統(tǒng)、二次風(fēng)控制系統(tǒng)、流化風(fēng)控制系統(tǒng)。
    (1)爐膛壓力控制系統(tǒng)：通過調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)靜葉，使?fàn)t膛壓力滿足設(shè)定值要求。同時(shí)應(yīng)考慮送入爐膛總風(fēng)量對爐膛壓力的影響，將總風(fēng)量或一次、二次風(fēng)量引入爐膛壓力調(diào)節(jié)器的前饋環(huán)節(jié)。
    (2) -次風(fēng)控制系統(tǒng)：一次風(fēng)控制系統(tǒng)包括一次風(fēng)量調(diào)節(jié)和一次風(fēng)壓調(diào)節(jié)。一次風(fēng)量調(diào)節(jié)是通過鍋爐負(fù)荷指令與一次風(fēng)量曲線，計(jì)算出一次風(fēng)量設(shè)定值，調(diào)節(jié)一次風(fēng)量調(diào)門，使一次風(fēng)量滿足設(shè)定要求。一次風(fēng)壓調(diào)節(jié)是通過鍋爐負(fù)荷與一次風(fēng)壓曲線計(jì)算出一次風(fēng)壓設(shè)定值，調(diào)節(jié)一次風(fēng)機(jī)入口導(dǎo)葉，使一次風(fēng)母管壓力滿足設(shè)定要求。
    (3)二次風(fēng)控制系統(tǒng)：二次風(fēng)控制系統(tǒng)包括氧量調(diào)節(jié)和二次風(fēng)壓調(diào)節(jié)。氧量調(diào)節(jié)由串級調(diào)節(jié)回路組成，副回路由風(fēng)煤交叉環(huán)節(jié)的大選值得到總風(fēng)量設(shè)定值，使總風(fēng)量滿足要求；主回路由熱負(fù)荷與氧量設(shè)定值曲線給出主調(diào)器設(shè)定值，使氧量滿足要求。二次風(fēng)壓控制是通過鍋爐負(fù)荷與二次風(fēng)壓曲線，計(jì)算出二次風(fēng)壓設(shè)定值，調(diào)節(jié)二次風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉使二次風(fēng)母管壓力滿足設(shè)定要求。
    (4)流化風(fēng)控制系統(tǒng)：流化風(fēng)控制系統(tǒng)包括流化風(fēng)母管壓力控制系統(tǒng)、回料閥流化風(fēng)量控制系統(tǒng)、冷渣器流化風(fēng)量控制系統(tǒng)等。流化風(fēng)母管壓力調(diào)節(jié)類似于一次風(fēng)壓調(diào)節(jié)，由鍋爐負(fù)荷與流化風(fēng)母管壓力曲線，計(jì)算出流化風(fēng)母管壓力設(shè)定值．控制流化風(fēng)機(jī)入口導(dǎo)葉，使流化風(fēng)母管壓力滿足設(shè)定要求�；亓祥y流化風(fēng)量控制系統(tǒng)、冷渣器流化風(fēng)量控制系統(tǒng)均為單回路控制系統(tǒng)，其風(fēng)量設(shè)定值固定。
2.3床溫床壓控制系統(tǒng)
    床溫床壓控制系統(tǒng)主要包括鍋爐床溫控制系統(tǒng)，床壓控制系統(tǒng)等。
    (1)鍋爐床溫控制系統(tǒng)：床溫的設(shè)定值由鍋爐熱負(fù)荷與床溫曲線給出。另外影響床溫的還有給煤量、再熱器錐形閥開度、一次風(fēng)與總風(fēng)比例、上二次風(fēng)與總二次風(fēng)比例、料床床壓，在調(diào)節(jié)中應(yīng)考慮這些量的前饋補(bǔ)償，根據(jù)現(xiàn)場的擾動量與床溫、錐形閥開度與床溫動態(tài)特性確定補(bǔ)償函數(shù)。
    (2)床壓控制系統(tǒng)：床壓的控制關(guān)系到床料的流化質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)燃燒、廠用電率消耗、帶負(fù)荷能力等，所以控制好床壓對CFB鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義。由鍋爐負(fù)荷與床壓曲線，計(jì)算出床壓設(shè)定值，控制排渣器調(diào)節(jié)門，使左右兩側(cè)床壓一致。
2.4蒸汽溫度控制系統(tǒng)
    蒸汽溫度控制系統(tǒng)主要包括主蒸汽溫度控制系統(tǒng)，再熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)。
    (1)主蒸汽溫度控制系統(tǒng)：過熱器系統(tǒng)采用噴水減溫作為汽溫調(diào)節(jié)和保護(hù)各級受熱面管子的手段，整個(gè)過熱器系統(tǒng)共布置有兩級噴水。一級減溫器布置在低過出口至屏過人口管道上，作為粗調(diào)；二級減溫器位于屏過與高過之間的連接管道上，作為細(xì)調(diào)。每級減溫設(shè)計(jì)為串級調(diào)節(jié)。
    (2)再熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)：再熱汽溫采用尾部雙煙道擋板調(diào)溫作為主要調(diào)節(jié)手段．通過調(diào)節(jié)尾部過熱器和再熱器平行煙道內(nèi)煙氣調(diào)節(jié)擋板，從而控制流經(jīng)再熱器側(cè)和過熱器側(cè)的煙氣量，達(dá)到調(diào)節(jié)再熱汽溫的目的。同時(shí)，為增加再熱蒸汽汽溫調(diào)節(jié)的靈敏度，再熱系統(tǒng)也布置了兩級減溫器，第一級布置在低溫再熱器進(jìn)口前的管道上（左右各一臺），作為事故噴水減溫器，第二級布置在低溫再熱器至屏式再熱器的連接管道上（左右各一臺），作為微噴減溫器。每級減溫設(shè)計(jì)為串級調(diào)節(jié)。富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯(cuò)的選擇。
2.5其他單回路控制系統(tǒng)
    在東陽光300 MW循環(huán)流化床模擬量控制系統(tǒng)中還包括下列一些簡單的單回路控制系統(tǒng)。
    (1)冷渣器冷卻水流量控制系統(tǒng)：控制冷渣器冷卻水流量調(diào)節(jié)門，使冷渣器出口灰渣溫度滿足要求。
    (2)點(diǎn)火器風(fēng)量控制系統(tǒng)：由油槍流量一點(diǎn)火風(fēng)量曲線，控制點(diǎn)火器對應(yīng)風(fēng)量調(diào)節(jié)門，使點(diǎn)火風(fēng)量滿足要求。
    (3)暖風(fēng)器溫度控制系統(tǒng)：控制輔汽至暖風(fēng)器調(diào)節(jié)門，控制暖風(fēng)器出口二次風(fēng)溫滿足要求。
    (4)燃油流量控制系統(tǒng)：分別控制床上燃燒器和床下燃燒器組各自的燃油進(jìn)油調(diào)門，使對應(yīng)的燃油流量滿足設(shè)定要求。燃油壓力由再循環(huán)調(diào)門調(diào)節(jié)。
3、結(jié)束語
    通過對湖北宜都東陽光300 MW循環(huán)流化床鍋爐的控制特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析，設(shè)計(jì)了穩(wěn)妥、可靠的湖北宜都東陽光300 MW循環(huán)流化床鍋爐模擬量控制系統(tǒng)，這不僅有助于模擬量控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)的提高，而且有助于湖北宜都東陽光300 MW循環(huán)流化床機(jī)組安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。

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