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300MW CFB锅炉的运行控制
发布时间：2013-09-09 08:04 来源：未知
CFB锅炉因其具有燃料适应性广，燃烧效率高（大型CFB锅炉的热效率普遍达90%以上，目前300 MW CFB锅炉热效率设计为92.8%），负荷稳定性强等特点，成为大力发展的能源设备之一。
鲁奇型CFB锅炉是国际上CFB技术三大主流之一。我国四川白马工程是法国Alstom公司的第1台300 MW级CFB锅炉电站，该项目已于2006年4月顺利通过168 h试运转。其后又有秦皇岛电厂三期、大唐开远电厂、国电小龙潭、华电巡检司、北方联合电力蒙西电厂等多个300 MW级CFB锅炉相继建成投产。本文根据该锅炉的运行经验提出一些建议。
1、300 MW CFB锅炉简介
1.1主要性能指标
Alstom公司300 MW级CFB锅炉的主要性能指标见表l。
1.2 工作流程
锅炉由单炉膛、左、右各2台高温绝热旋风分离器、4个回料阀、4个外置式换热器、尾部对流烟道、冷渣器和空气预热器等部分组成。工作流程见图1。采用裤衩形双布风板结构，燃烧室（炉膛）蒸发受热面采用膜式水冷壁及附墙式水冷壁结构、水冷布风板，大直径钟罩式风帽。高温绝热高效旋风分离器，布置在燃烧室两侧墙，外壳由钢板制造，内衬绝热材料及耐磨耐火材料，分离器上部为圆筒形，下部为锥形。分离器实现了气、固两相分离，将烟气中夹带的绝大多数固体颗粒分离下来，实现锅炉燃料及石灰石（参加脱硫反应）的往复循环燃烧，提高了燃烧效率。每个高温绝热分离器回料腿下布置一个回料阀，回料为自平衡式，采用高压流化风密封。每个回料阀一侧与炉膛相连；另一侧由一个锥形阀与一个外置式换热器相连。分离器分离下来的高温物料一部分直接返回炉膛；另一部分进入外置式换热器，实现对炉膛温度和再热蒸汽温度的控制和调节。外置式换热器的设计增加了系统复杂性，但解决了受热面布置困难的矛盾，避免了严重磨损，床温调节灵活，增强了锅炉对煤种的适应性。尾部对流烟道中依次布置高温过热器、低温再热器、省煤器，烟气最后进入空气预热器，经除尘后排人大气，富通新能源销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧颗粒机、木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料。
2、运行中应注意的问题
2.1燃料粒度应合理
粒度过小，将使较多的可燃物随烟气进入尾部烟道，造成排烟温度偏高，排烟热损失增加；煤粒过大将使截面颗粒浓度减小，间接削弱了传热，床压偏高，渣量增加，给排渣带来困难，严重时甚至出现流化不良，造成结焦事故。
2.2维持床压平衡，避免翻床事故
单炉膛裤衩型双布风板结构，是Alstom公司300 MW CFB锅炉的特点之一。维持两床床压稳定，避免两床失稳发生翻床，是保证锅炉安全稳定运行，提高锅炉效率的关键。从已投产机组得出的主要经验是：
(1)保证热电偶、风量测量装置及风门调节装置准确性，使一次风量和一次风压得到有效调整，避免因错误指示导致的误调。
(2)适时、适量排渣，调整给煤量。给煤量调整时应使各点给煤均匀，使燃煤在整个床面分布均匀，两侧给煤量应同步增减，控制炉膛两侧床压偏差小于2.5 kPa。
(3)炉膛两侧外置床返料量应基本一致，避免因为返料量偏差而产生床温、床压偏差。
2.3 把握外置床的投运时机
外置床，即外置式换热器，是Alstom公司300MW CFB锅炉的结构特点之一。它通过机械三通阀（锥形阀）来控制冷、热灰的分配比例。按照Alstom公司技术资料，要求机组带一定的负荷后（床温大于800℃，锅炉蒸发量大于100t/h）才能投外置床。为避免投用外置床对汽温、床温产生较大冲击，可在锅炉升温升压过程中，在保证循环物料平衡的前提下，间断少量地置换外置床里的冷床料，让外置床也跟着同步升温，一旦物料循环正常建立，外置床即可投入运行。
2.4寻求优化方案，节约厂用电
与常规煤粉炉相比，CFB锅炉风机数量多，压头高，导致厂用电率高，影响CFB锅炉的经济性。应不断探索各设备、系统的优化运行方案。
(1)对部分设备实施变频改造，如一次风机，通过变频调速，可以减少调节挡板带来的节流损失。应考虑风机最低安全转速限制，确保在最低转速时，能保证燃料的正常流化；还可对二次风机、引风机、凝结水泵等进行变频改造，一般平均节电35%；还可以减小启动电流对电网的冲击，延长电机的检修周期和使用寿命。
(2)流化风机数量多，耗电量大。是否可采用流化风量调整，而减少1台运行的流化风机，即将4运l备的运行方式改为3运2备。
(3)合理控制运行中的料层厚度。料层厚度过低，可能造成运行不稳，甚至灭火。但料层过厚，除可能导致流化不良外，还使床压及料层差压偏高，风机电流偏大。在保持临界流化风量的条件下找到最佳的料层厚度。
(4)尽量减少启停次数，经常保持高负荷运行。CFB锅炉从启动到带额定负荷所需时间长，耗电量大，减少机组启停次数能够明显减少厂用电。机组低负荷运行时，仍要保证正常的流化和燃烧。此外，若必须低负荷运行时，可以考虑停运1台二次风机和1台循环水泵。
(5)可适当降低投煤温度，如将650℃以上改为500℃，甚至更低，从而节约点火用油，减少油泵运行时间。
3、控制对象的特点
与常规煤粉炉相比，CFB锅炉控制系统具有更多的输入和输出变量，耦合关系更加复杂，控制任务更加繁重。
(1)当锅炉负荷发生变化，或给水量、给煤量、返料量、减温水量、引风量、一次风量、二次风量等任一输入量改变时，所有输出量（如汽包水位、蒸汽温度、蒸汽压力、炉膛负压、床温等）都要发生变化，只不过变化程度不同。
(2) CFB锅炉因燃烧系统的复杂性，使控制对象的非线性严重。根据现场辨识的结果，CFB锅炉煤量．主汽压力、煤量一床温被控对象模型中，其增益和时间常数的差别在不同的运行工况下甚至达到2倍，常规的PID调节器已经难以保证各项控制指标的实现。
(3)大滞后特性。主要表现为燃料一主汽压力、喷水减温一汽温、外置床再热循环锥形阀·料床温度、二次风量一氧量、石灰石量一烟气流量等响应的时间较长，一般在3～5min。CFB锅炉的惯性远比常规煤粉炉要大，在给煤量扰动后，16~20min后主汽压力才有反应，而煤粉炉只有4~6min。
(4)强耦合与多输入、多输出系统，如：机炉协调控制系统中汽轮机调门、锅炉燃料调节．负荷、主汽压力的调节等属于典型的强耦合与多输入、多输出系统。
4、CFB锅炉的控制系统
对于汽包水位和过热汽温控制，CFB锅炉与通常的煤粉炉区别不大，可按二般煤粉炉的控制方式进行控制。研究重点应为燃烧控制。
4.1 300 MW CFB锅炉模拟量控制
(1)给料调节由两级或三级给煤构成，通过皮带称重式给煤机及刮板给煤机输送到回料阀的回料腿，然后送入炉膛。
(2) -次风量通过2个一次风量调节门进行调节，以满足燃料流化和燃烧的要求。一次风量定值由锅炉指令与锅炉热负荷的大选值给出。一次风量控制对防止裤衩型CFB锅炉的“翻床”至关重要。
(3)二次风量通过4个内、外调节门进行调节，使锅炉运行时烟气含氧量最佳，达到较高的热效率。二次风量由两级调节回路构成，上级为氧量调节，氧量定值由锅炉热负荷给出；下级为内、外二次风量调节回路，氧量调节器的输出校正内、外二次风量定值，内、外二次风量定值由锅炉指令给出。
(4) -、二次风压可分别调节一次风机导叶及二次风机动叶开度。
(5)流化风压力通过5台（或4台）流化风机导叶开度进行调节，使流化风母管压力满足运行要求。
(6)炉膛压力通过调节引风机静叶开度改变风机出力，使炉膛压力稳定。
(7)锅炉床温调节用内设中温过热器的外置床换热器进行调节。通过锥形阀，可调节从分离器到燃烧室及经外置床到燃烧室的物料比例，从而调节床温。
(8)冷渣器流化风量通过2台调节门进行调节。
(9)冷渣器冷却水流量通过1台调节门调节冷渣器出口灰渣温度。
(10)设有1套前墙油枪、1套后墙油枪和2套风道油枪，共4组点火器，每组有1台点火热风量调节门，用于调节点火风量。
(11)石灰石给料调节由串级调节回路组成，副回路由给煤量计算出总石灰石量设定值。调节2台石灰石给料机给料量，使总石灰石量满足设定要求；主回路调节烟气中S02浓度，以满足设定要求，其输出校正总石灰石量设定值。
(12)设有4台进油调门，分别控制4组点火油枪各自的燃油压力。
(13)再热器出口汽温的调节由2套外置床再热器灰料再循环锥形调节阀和2套事故喷水减温调门实现。影响再热汽温的主要因素有锅炉热负荷、风量等，在调节中均考虑这些量的前馈补偿。
4.2燃烧控制系统
4.2.1基本任务
燃烧控制系统主要由给煤控制、一、二次风控制和引风控制构成。CFB锅炉燃烧过程自动控制的基本任务是使燃料燃烧所提供的热量适应锅炉蒸汽负荷的需要，维持汽压及炉膛压力稳定，保证床温及料层厚度正常，控制合理返料量，保证锅炉燃烧过程的经济性等。
4.2.2燃烧控制方案
(1)燃料控制系统
锅炉主控系统发出的总燃料指令，通过与总风量比较后取小值作为调节器的设定值，保证锅炉指令增加时风量始终大于燃料量，也同时保证了先加风后加燃料、先减燃料后减风。调节器输出煤、石灰石给定值指令。总煤量取所有落煤管煤量之和，启动燃烧器和风道燃烧器燃油流量之和经折算成相应煤量后，加上总煤量作为总燃料量，这样才能保证锅炉输入和输出量的平衡。由于给煤率，汽压存在非线性关系，且燃烧延迟很大，所以要采用变参数控制。
(2)床温控制
锅炉有4套外置床换热器，其中2套用于锅炉床温调节；另外2套用于再热器出口汽温调节。控制床温的手段是通过各种风量的再分配而保持总风量不变。影响床温的因素还有给煤量、外置床再热器调节、一次风／总风比例、床压等，在调节中应考虑这些量的变系数比例微分前馈补偿。基于床温的影响量多，故应设计变参数控制。
(3)床压控制
床压是燃烧室内密相区床料厚度的具体表现。料层过厚时，床料的流化状态就会变差，严重时会造成燃烧室内局部结焦；料层薄时，会使风帽、床温测点等磨损加大或过热损坏，严重时还会使炉内的传热恶化，不能维持正常的负荷需求。料层厚度与床压的关系见图2。由锅炉负荷．床压曲线，计算出床压设定值，调节4台排渣器调门，可使床压满足设定要求。
床压通过炉膛密相区差压进行测量。大型CFB锅炉一般分左、右两侧，其测量平均值作为床压的测量值。此信号与人为设定的床压给定值比较后，通过调节冷渣器进渣调门的开度，改变燃烧室炉床排渣量，从而维持床压在合理范围内。
5、结 语
从目前已投产的引进Alstom技术的300 MWCFB锅炉看，总体运行状况并不理想，飞灰可燃物高，厂用电率高，物料循环系统结焦等现象仍普遍存在，因此需要不断积累经验，不断完善测量手段。针对不同的应用功能，进行相应的基础试验，加强建模及理论研究；针对各系统非线性、大滞后、多变量紧密耦合等特点，加强智能控制和模糊控制的应用研究。
