刍议循环流化床锅炉控制系统的分析与设计

摘要：随着工业化水平的快速发展，人类对于能源的需求也是越来越大，因此现阶段全世界范围内能源的短缺是人类生存和发展所面临的重大问题。社会文明越来越高因此导致人口大量增长能源消费也是随之增大，例如：生活电器的能源消耗、人们供暖的能源消耗等，这些都导致能源的逐渐短缺，面临着能源的短缺，国家也采取了一系列的措施，国内现阶段工业企业都是以可持续发展的科学发展观为准绳，以提高工业企业的能源利用率，因此作为工业企业能源转换的核心，锅炉对于能源的利用率将会影响能源的消耗量。随着能源的消耗，对于环境的污染也是随之而来。因此为了实施国家制定的可持续发展的基本战略和实现国民对于环境的要求，提高锅炉系统的科技应用水平已经迫在眉睫。

关键词：循环流化床锅炉；控制系统；问题；发展

中图分类号： S611 文献标识码： A

一、循环流化床锅炉的特点

(一)燃烧效率高

对于循环流化床锅炉来说，通常情况下，其燃烧效率在95％-99％之间，其原因主要是：气固混合好、燃烧速率高，并且通过内循环和外循环重复燃烧燃料，进而在一定程度上增加了煤粒燃尽率。

(二)煤种适应性强

循环流化床锅炉一方面可以使用优质煤，另一方面可以使用各种劣质煤。根据设计要求，循环流化床锅炉通常可以燃烧高灰煤、高硫煤、高水分煤，甚至炉渣、树皮、垃圾等。

(三)添加石灰石，有较高脱硫效果，降低了氮氧化物生成量

对于循环流化床锅炉来说，由于其低温燃烧特点与石灰石最佳脱硫温度保持一致，在这种情况下，按照Ca/S摩尔比1.5-2.5，通过添加合理品种、合理粒度的石灰石，其脱硫效率可以达到90％。又由于物料在循环流化床锅炉内滞留时间长，投入流化床锅炉的石灰石粉剂粒径小，反应比面积大，容易脱硫。循环流化床锅炉较鼓泡流化床锅炉无论在脱硫剂的利用率方面，还是二氧化硫的脱硫率方面都表现出自身的优越性。

(四)负荷调节范围大，调节负荷快

对于循环流化床锅炉来说，通常情况下，其负荷调节比高达（3-4）：1，由于截面风速高，并且容易控制吸热，进而使得循环流化床锅炉能够更快地调节负荷，每分钟可达4%B-MCR。

(五)综合利用灰渣，前途广泛

炉内良好的燃烧条件，在一定程度上降低了锅炉的灰渣含碳量。与煤粉炉相比，其灰渣量相对较多，作为水泥掺和料或建筑材料，容易对灰渣实现综合利用；由于灰渣中含有一定的硫酸钙，因此可以作为各种建筑材料的掺合料。灰渣在水泥行业、制砖行业等具有广泛的应用前景。

二、循环流化床内的燃烧加工过程

(一)循环流化床内煤的燃料着火

对于流化床内燃料着火来说，起着关键作用的是固体质点的表面温度，通常情况下，这是产生着火的点灶热源，细煤粒、分离后的高温灰粒，或者是布风板上的床料等都可以作为这类固体近质点。

(二)循环流化床内煤的破碎特性

煤的破碎特性是指在流化床内，煤进入高温流化床后，其粒度急剧减小的属性。另外，煤颗粒与剧烈运动的床层之间的磨损，以及埋管受热面的碰撞等在一定程度上都能导致煤粒度的减小。

三、锅炉调试及运行中的控制重点

(1)预防流化不良的方法。定期排除大颗粒物料，确保流化的良好性，进一步保证布风板风帽小孔的畅通性。

(2)预防超温结焦的方法。通过对床压进行合理的控制，在一定程度上避免燃煤与风帽发生直接接触，进而出现超温结焦。

(3)两床失稳预防控制。在运行过程中给煤，合理控制返料量、排渣等，确保两侧床压的一致性。

(4)堵煤预防控制。循环流化床锅炉无煤粉制备系统，粗、细碎煤机将原煤破碎成6～8mm的煤粒后进入原煤斗，再通过给煤机直接进入炉内。

(5)堵煤的启动调试。①风量测量装置的标定；②风量调节挡板检查；③冷渣器布风板阻力试验及风室间窜风情况检查。

四、循环流化床锅炉控制系统问题分析

国内传统的锅炉结构和构造都是基本相似的，无论是燃煤故偶还是循环流化床锅炉存在的控制对象都是多样化的，锅炉存在多项输入控制对象以及多项输出控制对象，但是燃煤锅炉的耦合情况相比较循环流化床锅炉相对简单．根据现阶段的锅炉控制系统可知，循环流化床锅炉的控制系统基本是由：燃烧控制系统、给水控制系统和汽温控制系统三个部分组合而成．由于燃煤锅炉与燃烧控制系统在蒸发过热系统、减温水系统、给水系统等方面在构造并没有本质性的区别，因此在改进循环流化床锅炉的给水控制系统和汽温控制系统不会遇到太大的困难．但是由于循环流化床锅炉和燃煤锅炉的燃烧方式有差异，造成循环流化床锅炉的燃烧控制系统与燃煤锅炉有很大的区别，因此循环流化床锅炉的燃烧控制系统在实现维持锅炉内蒸汽压力、维持炉膛负压等控制任务外前提下，还应该保证床层温度和压力的相对稳定，循环流化床锅炉的床层温度会影响到锅炉的脱硫成效，循环流化床锅炉的床层压力将会直接决定能否保证锅炉的安全运行。循环流化床锅炉的燃烧控制系统主要存在以下几点控制问题：1)燃料种类的变化大，循环流化床锅炉对于燃料适应性相对广泛导致循环流化床锅炉的能量转化的燃料量种类有很大的差别，因此将会直接影响到锅炉内能量转化的状态。2)循环流化床锅炉的床温控制系统和蒸汽压力控制系统之间存在较强的耦合关系，燃料量和风量能够对这两个因素产生影响。3)不仅颅内的燃料量和进出风量两样影响因素以外，炉内的返料器性能和流化状态等因素也会对炉内燃烧造成影响。

五、循环流化床锅炉控制系统的设计现状和发展

当下，对于循环流化床锅炉的控制问题众多国内外的学者和专家一般通过两方面进行研究：一方面是通过运用智能控制的理念，采用预测控制、模糊控制、专家系统、自适应控制等方法对循环流化床的控制进行研究；第二方面是改进现阶段被普遍采用的PID控制器，进一步加大PID控制器的鲁棒性和解耦性能。

(一)改进PID控制

当下的工业领域中，约有90％左右的控制是采用PID控制器来实现的，因其结构相对简单并且鲁棒性也较好。现阶段DCS系统被一些自动化公司运用在循环流化床锅炉中，但也是通过PID控制器对其进行控制．但PID控制器的解耦性能和鲁棒性基本上不能满足循环流化床锅炉的控制需要，因此导致这些控制系统的控制性能普遍降低。

(二)预测控制

控制输入结构成为预测函数控制的关键因素，对于建造的模型进行实时预测，因此跟踪能力和鲁棒性将会得到提高，此种方式适于控制循环流化床锅炉。采用多模型自适应方法，提出了一种多模型预估控制方案，对循环流化床锅炉的主汽温控制对象进行了研究，仿真效果良好，进而将其应用于床温控制。

(三)模糊控制

模糊控制作为一种智能的人工控制手段，其基本理论是以模糊集合理论为基础，从而进一步的模拟人的表达方式、推理方法使得智能控制，模糊控制的算法比较的简单，且其性能相对优良，具有较强的鲁棒性，对于难以运用数学模型进行精确描述、延迟时间比较长的系统具有明显的特点，将会为循环流化床锅炉的控制问题提供了很好的解决方案。

结语

最近几年，有关矿物燃烧产生的二氧化碳温室效应对地球生态的影响，也受到关注。高效、低污染燃煤技术的研究和开发将一直是个重要的课题。作为发展中国家，我们面临着更加棘手和严峻的问题，既要保证国家的发展和社会的进步，大力追求经济效益，同时又要随时关注能源匮乏和空气、环境污染给我们带来的问题，我相信这将是抑制国家进步、经济发展的重要因素之一，事态已经发展到刻不容缓，希望早日看到国家颁布适应时局的相关政策。随着电力工业的不断进步和循环流化床燃烧技术的日益成熟,循环流化床锅炉正得到越来越多的应用。

参考文献

[1]周武.循环流化床锅炉燃烧建模与优化控制[D].上海交通大学2011

[2]柴庆凯.循环流化床锅炉DCS系统的研究与应用[D].重庆大学2011

[3]孟凡东.循环流化床锅炉热工过程智能控制研究[D].燕山大学2010