循环流化床锅炉床温、床压的测量与控制调节

[摘 要]床温、床压是传统锅炉控制中没有的控制参数，而保持相对稳定的床温、床层压降对循环流化床锅炉的经济、安全运行非常重要。本文在对床温、床压的影响因素进行了分析，并在此基础上对其控制和调节进行了探讨分析。

[关键词]CFB；床温；床压；测量；调节

中图分类号：TK323 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）36-0077-02

一、床温测量与调节

1、床温的测量

床温是 CFB 锅炉运行状态的重要表征参数，床温反映了炉内吸热和放热之间的平衡关系，为了降低不完全燃烧损失，提高传热系数，床温应尽可能高一些；然而从脱硫、降低NOx排放方面考虑，床温应低一些。运行床温的确定一般考虑以下因素：

（1）床温低于750℃，燃烧和脱硫速度明显降低，CO及碳氢化合物排放明显增大

（2）最佳的炉内脱硫温度是850℃

（3）NOx排放随温度升高而增大

过低的床温宜造成熄火，过高的床温会导致炉内结焦，为避免炉内结焦，应当避免床温达到灰的软化温度，大多数循环流化床运行床温一般为850～950℃

但床温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。

床温通过布置在炉膛密相区的多支热电偶进行测量，在二次风口以下密相区内设置多层床温测点，每层测点沿炉膛四壁均匀、对称布置，每层测点的输出值送入平均值计算回路，将多个测量值进行综合运算后得出床温表征值。

考虑到密相区内磨损严重，热电偶元件必须加装耐磨耐高温的保护套管内，使用时常使其端头缩至与耐火层壁面平齐。因此，造成床温测量值低于该处床温实际值，再考虑到炉膛边缘的床温低于中心区温度的因素，测量值要比该层实际平均床温低50℃。在温度设定时，这种测量误差应加以考虑

2、床温的影响因素

在循环流化床锅炉运行中，给煤量、总风量、一二次风量比、循环物料量等都会影响床温。

（1）给煤量对床温的影响

给煤量变化对床温有较大影响。其它条件不变时，给煤量增大（或减少）会造成床温相应升高（或降低），但由于给煤占床料的比例很小（3%～5%），床料热容很大，给煤量扰动下的床温变化有个滞后过程。当煤粒被投入到处于热平衡状态的高温流化床中时，煤粒着火前后的吸、放热会破坏床内热量平衡，引起床温变化。基于这个过程，调节给煤量可以控制床温，但若用给煤量大范围调节床温必将影响锅炉负荷。因此，在分析流化床锅炉额定负荷工况时，认为给煤量不变，即不采用改变给煤量的方式调节床温。

（2）总风量比对床温的影响

图1是国产某440t/h循环流化床锅炉床温与负荷之间的关系。

由图可见，在100%至70%负荷范围内，床温基本保持不变。这是由于当负荷从100%降低至70%时，虽然入炉煤量和风量同时减少，但入炉风量的减少主要是减少二次风，一次风基本没有变化。二次风的减少使原来可以进入炉膛上部区域燃烧的煤粒继续留在炉膛下部燃烧；炉膛下部由于给煤量减少，炉内气氛由还原气氛向氧化气氛转变，使炉膛下部燃烧份额增大；同时也使炉膛上部的快速流态化状态消失，循环倍率降低，循环灰在炉膛下部的吸热量减少，最后使床温得到稳定。

负荷由70%降低至45%的过程中，为维持锅炉负荷，一次风量的降低受到限制，风煤比开始增大，炉膛下部的吸热量逐渐大于煤燃烧的放热量，床温开始下降。

当负荷由45%继续下降时，由于二次风已基本关闭，流化风不可能再继续降低（需要维持炉内流化状态），床温降低速度加快。

炉膛下部温度与锅炉负荷之间存在一个平衡温度。在额定负荷时，炉温和负荷都能得到满足；在低负荷时，两者出现矛盾：为维持一定的床温，流化风量则应尽量降低（但始终大于临界流化风量），以减少热烟气带走的热量和循环灰的吸热。

当负荷降低时，由于炉膛上部燃烧比例减少，炉膛出口烟温的下降速率要大得多。由图2可见，负荷降低时，炉膛出口烟温几乎是直线下降；当负荷低于60%时，炉膛出口烟温将低于800℃。

（3）一、二次风量比对床温的影响

当额定负荷时，总风量不变，一、二次风比增大（即流化风量增大时），从密相区进入二次风口以上区域的床料量增大，炉膛上部的燃烧放热增大，温度随之增高；二次风口以上区域床料颗粒浓度增大还加强了传热，使炉膛上部温度上升，也使负荷上升。

（4）物料循环量对床温的影响

物料循环量增加，理论燃烧温度下降，当循环物料温度较低时更为明显。物料循环量对流化床锅炉的燃烧起着举足轻重的作用，因为它实质上是热的载体，它将炉膛下部的热量带到炉膛上部，使炉膛内的温度均匀分布，并与水冷壁进行热量交换，相应降低炉膛下部温度，可以使脱硫、脱硝控制在最佳反应温度。

不布置外置式流化床换热器的CFB锅炉，通过调节一、二次风比例来调节炉膛温度。在给煤量及总风量不变的条件下，不同的一、二次风比例主要影响炉膛内床料的循环倍率，由于总风量不变，则二次风减少，因此炉膛上部的颗粒浓度会相应增大，进入旋风分离器的床料会增多，使循环倍率上升。回料温度一般低于炉膛下部床温，当循环倍率增大后，温度相对较低的循环灰更多地进入炉膛下部，使炉膛下部床温降低。

对于采用外置式流化床换热器的CFB锅炉，可以通过调节进入外置换热器的灰流量调节回到炉膛的回温，从而可以在较宽范围内调节炉膛温度。

3、床温的控制调节

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，这样通过调节一、二次风的比率来实现床温调节基本满足床温控制的要求，同时一次风量的调整还必须受安全流化风量的限制。 床温调节器输出信号转换函数考虑调节床温时对负荷的影响最小。

床温校正函数可参考同型锅炉预设，但需在锅炉运行后通过试验加以修正，最终达到床温调节的最佳效果。

二、床压的测量与调节

1、床压的测量

床压是指密相区的床层压力，压力测点一般布置在距布风板上端面250mm处，两侧炉墙布置多组布置，将每组压力测量值通过三取中逻辑判断后送至显示及报警回路。由于床压测点开孔位于高浓度床料区，为了防止堵塞，必须向测孔引入一股恒压吹扫空气。为此，必须对实测值进行标定，即消除作为背压的吹扫恒定压力的影响，在现场可通过迁移压力变送器零位等方法来实现。

循环流化床没有明显的流化料层界面，但有密相区和稀相区之分，床层厚度是指密相区内静止时料层厚度，一定的床压（或料层差压）对应着一定的料层厚度。在循环流化床锅炉中，床层厚度对炉内流化状态、床温和传热效率有直接影响，锅炉一定的负荷对应一个适当的床层厚度。

若料层太薄，一方面炉膛内传热强度低，限制锅炉出力，对锅炉稳定运行不利；另一方面炉料的保有量少，放出炉渣可燃物含量也高。若料层太厚，料层阻力必然增加，虽然锅炉运行容易控制，炉渣可燃物含量低，但增加了风机电耗。

2、床压的控制调节

床层厚度基本同床压成正比，底渣排放是调节床层压降的常用方法，床压控制系统的任务就是通过调节排渣量维持床料厚度在适当值。在连续排渣时，根据给煤速度、燃料灰分、底渣温度等参数确定放渣速度，并与排渣机构或冷渣器本身的工作条件相协调。在 采用定期排渣时，在DCS控制系统中设定启停底渣排放装置的床压值，使床压控制在一定范围内。

采用床压信号作为床压调节器的测量值，同床压设定值比较后经 PI 调节器运算，其输出控制底渣的排放量。

三、总结

给煤量及风量与流化床床温直接相关。当给煤量减少时，床温下降，但床温对给煤量的反应较迟钝，并有一定延迟，对物料循环量和一次风量响应较快。

在运行中，床压即料层厚度必须控制在一定的范围内。所以为了经济运行，床压（或料层差压）控制在负荷对应的适当值，运行中床压（或料层差压）超过此值，可以通过放渣来调整，放渣的原则是少放、勤放，最好能连续适量排放，一次放渣量太多，将影响锅炉的稳定运行、出力和效率。