摘要：循环流化床燃烧技术是从２０世纪８０年代开始年发展起来的新一代高效低污染的清洁燃烧技术，具有燃料适应性广、较高的燃烧效率、高效脱硫、低氮排放的特点，因此近年来有了很大的发展。循环流化床锅炉的主要特点是燃料在多次循环状态下燃烧，燃料燃尽时间较长，另外燃烧过程涉及床温、床压、氧量等相互关联的参数，因此，相比煤粉炉等室燃型锅炉，循环流化床的燃烧自动控制更为复杂、难度更大。
关键词：循环流化床；锅炉燃烧；优化控制；节能
锅炉燃烧多变量控制系统在确保运行的协调性、提高运行管理水平和设备检修效率、降低运营成本、保证主要运行参数的稳定以及保证锅炉充分燃烧的基础上，在减少锅炉排烟热损失等方面体现出无可比拟的优势，正越来越受到业界重视。该系统可使循环流化床的自动化水平得到有效提升，并利于设备安全、稳定、经济运行，对锅炉设备节能减排具有重要意义。
1循环流化床锅炉工艺过程及工作原理
燃烧系统（包括风室、布风板、燃烧室、炉膛、给煤系统）、气固分离循环系统（包括物流分离装置和返料装置）、对流烟道（包括过热器、省煤器、空气预热器）共同构成了循环流化床锅炉，每个系统内部又有其他部分组成，工艺流程十分复杂。在此笔者详细阐述燃烧系统的工作原理。首先是燃料问题，循环流化床锅炉的设计理念是高效循环利用，由给煤系统将燃料送至锅炉的炉膛，之后，为了使燃料更好的燃烧，不同锅炉或是不同企业的送风系统是不同的，一般都是一次风和二次风，少数是采用三次风。一次风的作用主要是保证料层流化，为锅炉提供合适的温度，二次风的目的是为了给物料的燃烧提供充足的氧量。
2设计投入的自动控制回路
燃烧多变量综合优化控制自动包括燃料自动、一次风自动、二次风自动、引风自动、排渣自动；控制参数相关为锅炉热负荷、炉膛温度、床温、床压、炉膛压差、烟气含氧量、炉膛负压、一次风量、二次风量等。多变量综合控制模型的主要特征是主汽压力信号为基础，在各个运行参数额定设计参数的约束限制范围内，根据炉膛温度、炉膛压差的变化调整物料浓度，快速准确调整给煤量来稳定负荷、一二次风配比调整不同负荷下对应的床温，维持炉内存热量的稳定；通过二次风调整达到不同负荷下对应的最佳氧含量来保证经济性；以风量前馈及炉膛压力信号调整负压；同时，通过排渣的自动调节在不同的负荷下稳定在相应的最佳床压定值。
主要设计回路如下。（１）主汽压力控制：根据主汽压力、流量、温度测量值、炉膛温度、炉膛压差、汽机负荷变化量等因素，形成主控信号，采用多路平衡控制调节调节给煤机转速。（２）烟气氧含量控制：根据主控信号及一二次风配比、烟氧含量测量值等参数，调节二次风频率。（３）床温控制回路：根据主控信号及一次风与给煤配比、床温测量值等信号，调节一次风频率或挡板开度。（４）床压控制回路：根据主控信号及床压测量值等信号，调节排渣机转速。（５）炉膛负压控制回路：根据炉膛负压测量值、一次风、二次风风量或频率等信号，调节引风机频率。
2锅炉优化控制平台
浙江中控锅炉ＡＰＣ先进过程控制软件包是锅炉优化控制的专用软件平台，上述各项锅炉燃烧多变量综合优化回路设计及调试都通过ＰＣＯ（Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｏｐｔｉｍｉｎａ－ｔｉｏｎ）先控平台实现。锅炉ＡＰＣ先进过程控制软件包包含ＰＣＯ锅炉先进控制软件、锅炉系统性能计算软件、下位机ＤＣＳ监控系统控制切换逻辑与安全保护等模块，具备专业的先进过程模型辨识、预测控制、专家控制等智能优化控制策略，其内含的性能计算软件可实时在线评估锅炉系统运行状态效率与控制优化效果等，真正做到优化控制与在线评估为一体。ＰＣＯ锅炉先进控制软件是基于锅炉过程机理制定的先控方案，整个系统可分块投切，方便灵活。
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3自动投入后的节能效益分析
锅炉燃烧自动投入后，系统主要被控工艺参数平均波动幅度，较手动可下降３０％及以上，同时可获得非常可观的节能效益，锅炉系统煤耗可降低０．５％～３．０％。以某厂１３０ｔ／ｈ循环流化床锅炉为例，进行节能效益分析,投入自动后，可以降低操作人员劳动强度,操作人员可以把更多的精力投入到现场设备的的巡检，提高设备的完好性。
3.1床压稳定自动控制
床压的定值是负荷的函数，并遵循低负荷、低床压，高负荷、高床压的自动运行方式，床压信号需要经过计算，屏蔽布风板阻力的影响，真正反映料层的实际厚度，床层厚度与床温的结合表示锅炉储藏热量的总和，床压自动的稳定投入，利于负荷变化锅炉的灰平衡。
3.2床温自动控制
在保证满足脱硫及脱销、设备安全运行的前提下，稳定地提高床温，并改善物料燃烧环境，可使物料在密相区得以较充分的燃烧，提高了密相区燃烧份额，使稀相区的不完全燃烧成份降低，飞灰可燃物明显减少，并有效降低炉渣含碳量，减少不完全燃烧损失。
3.3炉膛负压的自动控制
炉膛负压的自动控制可以使炉膛压力偏差在＋４０Ｐａ以内，使锅炉在更合适的炉膛压力下运行；密封情况良好下，自动控制可以确保炉膛出口在偏差范围很小的微负压下运行，减少风量损失及风机电耗，并延长物料在炉膛的停留时间，降低飞灰含炭量。项床温、床压、负压的优化控制可以降低炉渣含碳量０．１％～０．２％，降低飞灰含碳量１％～２％，如果炉渣与飞灰份额比为８０∶２０左右，则可以提高锅炉效率０．１１％～０．２１％，因此可减少煤耗０．１２％～０．２％。
3.4负荷变化
在床温、炉膛负压控制定值适当提高，床压定值随负荷变化稳定控制的基础上，氧量自动控制的参数偏差可大幅度减小，调整氧量定值信号在最佳值附近，可保证系统在最佳空气过剩系数下运行，降低排烟量损失，同时减少送引风机电耗；通过合理的风煤比、一二次风配比等参数的自动控制，可以在不影响不完全燃烧的前提下，将氧量定值下调１％，此项可以提高锅炉效率０．３５％～０．４５％，由于锅炉设计效率为９０％左右，因此可以减少煤耗０．４０％～０．５１％。
3.5自动投入
以上各项燃烧优化自动的投入，通过低氧燃烧，正压燃烧及一、二次风合理配比对炉膛燃烧份额的优化等措施，使炉内传热、传质过程得到强化，炉膛内贫氧区的燃烧状况得到有效改善，同等负荷工况下，排烟温度也会有所降低，同等负荷下排烟温度可以降低１～２℃，因此可以减少煤耗０．０５％～０．１％。
3.6锅炉出力的调整
能够改变锅炉出力的因素主要是风量和给煤量，需要指出的是锅炉出力的调整是一个渐变的过程，需要我们不断调整给煤量和送风量，反复几次，知道获得我们想要的锅炉出力。比如说，当我们要增加循环流化床锅炉的负荷的时候，我们要先少量的增加给煤量和风量，循环往复，当我们要降低循环流化床锅炉的负荷的时候，我们仍然要少量的减少给煤量和风量，增负荷率（2%-5%每分钟）和减负荷率（5%-10%每分钟）要控制在一定的范围之内。
结论
循环流化床锅炉的控制涉及很多方面，包括床温的控制、料层厚度的控制、炉膛物料浓度的控制、二次风的投入和调整二次风的原则、运行中最低运行风量的控制、返料温度控制、锅炉出力的调整，每个控制环节的调节手段也都涉及了煤炭的供给量以及送风量，企业需要更多关注着两方面，斟酌量的供给，充分发挥循环流化床锅炉的优势。
参考文献：
[1]赵志刚.循环流化床锅炉燃烧控制与调整[J].能源技术与管理,2017,42(1):144,147.
[2]景杰.循环流化床锅炉燃烧系统的建模与优化控制[D].华北电力大学,2016.
论文作者:王立虎
论文发表刊物:《电力设备》2018年第18期
论文发表时间:2018/10/22
标签：锅炉论文; 炉膛论文; 流化床论文; 负荷论文; 风量论文; 自动控制论文; 系统论文; 《电力设备》2018年第18期论文;