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130t/h循环流化床锅炉燃烧控制系统应用
发布时间：2013-08-19 09:05 来源：未知
0、引言
本世纪以来，国内中小型循环流化床锅炉的设计生产制造技术已趋成熟，循环流化床燃烧CFBC (Circulating Fluid-ized Bed Combustion)技术也作为一种新型，成熟、高效、低污染的清洁燃烧技术，具有许多其它燃烧方式不具备的优点。循环流化床锅炉的自动控制，尤其是燃烧控制是过程控制研究领域的一个研究重点。目前我国自主开发具有独立知识产权的循环流化床燃烧技术基本上占领了炉内市场。本文以130t/h循环流化床锅炉在流化床燃烧系统中配置水冷方形分离器设计为例，解析自动控制理论，此应用也可扩展为常压和增压锅炉。炉内温度因受最佳脱硫温度的限制，一般保持在850℃左右。在燃烧过程中，可较好地从燃烧烟气中脱除S02，并且NOx排放量低，富通新能源销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧木屑颗粒机压制的木屑生物质颗粒燃料。
1、循环流化床锅炉燃烧控制系统机理
循环流化床燃烧是介于层燃燃烧与煤粉燃烧之间的一种燃烧方式，是现代锅炉燃烧方式中一项先进技术。流化床燃烧炉内蓄热量很大，混合又十分强烈，着火和燃烧都很稳定，能够强化燃烧及传热，煤种适应性广，适合各种劣质燃料，如煤矸石、石煤、褐煤、劣质烟煤、高硫煤。大大减少硫和氮氧化合物的生成，并且能使炉内灰渣中的可燃物含量降到1%以下，颗粒中大于∮lmm的颗粒不易被气流带走，只有少量细粉被烟气带至悬浮段内燃烧，减轻环境污染等优点。CFBC是一种很有竞争力和优势的洁净燃烧技术，专家估计：本世纪流化床燃烧技术将在大型电站锅炉、工业锅炉和各种废物焚烧炉等方面得到广泛应用。流化床燃烧技术在我国将有极为广阔的应用前景。
1.1循环流化床锅炉分散控制系统
循环流化床锅炉分散控制系统DCS是一种基于控制技术、计算机技术以及通信技术基础的综合控制系统。在循环流化床锅炉与汽轮机机组运行中．DCS主要表现出五大功能：数据采集处理系统(DAS)；模拟量调节控制系统(MCS)；辅机顺序控制系统(SCS)；炉膛安全监控保护系统(FSSS)；汽轮机紧急跳闸保护系统ETS。
1.2炉膛安全监控系统FSSS
炉膛安全监控系统包括了燃烧器控制系统(BCS)和燃料安全系统(FSS)。FSSS提供了与运行人员的人机接口，防止可燃物积聚引发炉膛爆炸，紧急事故停炉保护设备，对燃料和空气进行管理和控制，燃烧优化指导燃烧事故分析。FSSS的重要输入信号冗余设置，采用三取二方式，FSSS的处理器模件按1:1冗余配置。FSSS提供了燃油快关阀，给煤机等的紧急跳闸手段，跳闸功能硬接线完成。FSSS通过数据通讯系统及硬接线与DCS其它部分进行信息交换，其中用于控制和保护的重要信号应采用硬接线方式连接。
2建立锅炉燃烧控制系统模型
锅炉燃烧控制系统由机组主控制器发出的锅炉燃烧率指令协调燃料量、送风量V和引风量Q，在保证锅炉安全、经济燃烧的前提下，使燃料燃烧所产生的热量适应锅炉蒸汽负荷需要。锅炉燃料量控制系统基本结构如图1所示。
燃烧量控制能消除燃料侧内部的自发扰动，改善系统调节品质。送风量控制子系统能使锅炉送风量和燃烧量相协调，达到锅炉最高的热效率，保证机组的经济性。引风控制子系统保证稳定的炉膛负压力，炉膛负压太小会变成正压，会使炉膛内火焰和烟气从测点孔洞和炉墙缝隙外溢，影响设备和人员安全；炉膛负压太大会使大量冷空气进入炉内，增大引风机负荷和排烟热损失，严重时甚至引起炉膛爆炸。
2.1循环流化床锅炉燃烧控制系统设计
循环流化床锅炉不需要制粉系统，经破碎符合粒径0—15mm的煤符合粒度要求，从多处给料点前墙和回料阀直接送人炉膛。由于在锅炉的前部煤仓布置范围内，要求给煤系统将进入炉膛煤送入给料点。循环流化床锅炉采用热烟气床下点火方式燃烧控制系统油燃烧器控制操作。油燃烧器投入运行前需燃料引燃，由点火器引燃燃料，点燃点火器火焰，用火焰检测器探测火焰是否出现，然后用点火器火焰引燃燃烧器火焰，同时，在密相区和二次风口还可设置助燃用的启动燃烧器和床枪。锅炉启动采用床料循环加热，即冷床料在流化并循环的条件下加热升温。启动时，最先投运风道燃烧器，以热烟气和空气混合物加热床料；之后投运启动燃烧器，使温度按照升温升压曲线上升，当床温达到soo'c时，可根据需要投运床枪，使床温进一步升高至600℃，这时便可开始逐步投煤，启动流程如图2所示。
负荷指令和风一燃料交叉联锁信号控制给煤量。依据负荷指令计算出要求的燃料量，从实际风量计算出允许的最大燃料量，根据风一燃料比要求，选二者信号低值作为燃料主调节器的输出，分别控制给煤机速度和控制回路。进而保证了先加风后加煤，先减煤后减风的动态过程。正常运行时，有大量的作为恒定的点火源的高温床料，混合物不恰当地积聚不会因灭火具有爆炸性，进而引发爆燃或爆炸。在正常运行时锅炉也不需要根据负荷或运行情况投切各层或各角的煤或油燃烧器。CF-BB仅在启动或床温较低时才需投入油燃烧器，所耗燃料低，燃油控制数据如图3所示。
2.2循环流化床锅炉燃烧器控制
循环流化床锅炉燃烧控制系统煤燃烧器启停控制操作时为了避免床内积聚过多的可燃物而引起结焦或爆燃，CF'B锅炉的初始给煤采用间歇加入方式。在油燃烧器负荷不变的情况下，启动第一台给煤机，开始以较低给煤量运行，延时1～2分钟后停给煤机，在给煤机停止时仔细观测床温和炉膛出口烟气氧量的变化，如确定床温上升，氧量下降，则再次启动给煤机，重复三次上述过程。再次启动给煤机，并确认给人煤己燃烧时，就可启动其它给煤机，进而根据燃烧及负荷需求，减油加煤，逐步转换为全燃煤运行。此时床温度大于800℃如图4所示。
当锅炉各参数都达额定值并平稳运行时，锅炉由手动转为自动方式运行。在自动控制状态下，给煤机给煤量自动地对应于主蒸汽压力而变化。
2.3循环流化床锅炉床温控制
床温控制系统是循环流化床锅炉特有的也是至关重要的控制系统，床温调节目的是优化和减少烟气中S02含量，煤等燃料中的硫在燃烧过程中形成硫化物，石灰石再吸收硫化物形成干的硫酸钙固体，从而降低硫化物排放量，能有效地去除S0：和NOx。床温的控制直接影响着炉内的脱硫和脱硝，需保持850℃—950℃的最佳床温，但在实际运行中将床温控制在某一确定温度是相当困难的，几乎不可能，而只是将床温度控制在一定范围内。
安全燃烧的一个主要指标是控制炉膛温度分布，防止床温过高出现结焦或床温过低出现熄火。控制难点为增给煤或减风则升床温，燃烧处于还原区时反而降床温，二次返料量的增减会引起床温的明显升降。煤质，煤湿度变化影响床温变化。料床（密相区）高度，特别是间歇放渣引起床温变化。负荷变化引起炉膛温度分布变化。
影响床温的主要因素比较多，如煤种、燃料的粒径、床料量、一、二次风量、返料量和冷灰循环等等。采用调整一、二次风比例、调节给煤量、控制灰循环流量的床温控制方式。130t/h循环流化床锅炉除灰采用手动方式，在一、二次风门设计中可采用自动和手动方式，床温控制系统设计是床温一燃料串级调节系统，通过调节给煤量来调整床温，采用高压罗茨风机转速或返料风调节挡板调节返料量，调节床温通过改变料层厚度的方法。经常采用改变一、二次风比率的方法来调节循环流化床锅炉床温如图5所示。除尘器的冷灰也可以通过所设置的飞灰再循环回路重新进入炉膛，通过改变床料的粒径分布调整炉膛温度。
3、循环流化床锅炉燃烧控制调整及故障处理规则
循环流化床锅炉燃烧调整主要是适应锅炉负荷变化，在正常运行时关键是建立稳定的物料循环，大量的循环物料起到传递质量和传递热量的作用，将大量热量带到整个炉膛，从而使炉膛上下温度梯度减少，增大了负荷调节的范围。锅炉负荷调节主要是通过风与煤的搭配，来实现锅炉循环量的改变，以达到调节锅炉负荷的目的。
正常运行中，燃烧室出口压力保持在-100—Opa，流化床温度控制在850—990℃，通过调整给煤量、一次风量、控制流化床温度。在床温正常范围内尽量保持在上限运行。风量的调节主要是以二次风作为变量调节的，可参照省煤器后烟气含氧量，使之保持在2.8～4.2%范围内。运行中返料温度的监视与控制要加强对返料温度监视限定返料器人口烟气温度不超过1000℃，当返料温度升得太高可适当减少给煤量和负荷，及时调整至正常范围。反应流化床料层厚度的量为料层阻力，一定的料层厚度对应一定的料层阻力，料层太薄，流化床上炉料量少、易造成流化质量不良燃烧不稳定，同时炉渣含碳量高造成不经济。料层太厚，使料层阻力增大，电耗损失增加，料层阻力应由排渣量来控制，排渣量大，料阻小，反之亦然，如排渣管堵，要尽快疏通；如园排渣系统故障，应用事故排渣，并适当减负荷。
循环流化床燃烧过程正常控制状态下，按照料床温度（高、中、低）、炉膛出口温度（高、中、低）、床温变化率（快升、慢升、平稳、慢降、快降）、出口温度变化率（快升、慢升、平稳、慢降、快降）如表1，表格中每项代表燃烧过程的一个状态。表示料床温度、炉膛出口温度、床温变化率平稳、出口温度变率平稳。每个控制输出值包括输出暂时量和长期量，用于分别克服堵煤等意外暂时扰动和煤质变化等偏离平衡位置的扰动。暂时添加的暂时量，状态改变时必须恢复}调整平衡状态各输出值长期量，不必恢复既避免意外扰动后引起控制量太大的不稳定，又避免了不敢加控制量导致无法调整稳定。
循环流化床燃烧过程故障主要应付工艺设计不佳带来的堵煤、堵灰及意外工况可能带来的熄火和结焦，处理规则如表2描述。规则处理一般为计算机控制加报警，以引起操作人员的足够重视，记载历史故障报警信息进行存档。
