循环流化床锅炉燃烧控制系统浅析

【摘 要】本文介绍大容量和高参数循环流化床锅炉的结构以及燃烧原理，并提出一些控制策略和控制方法。

【关键词】循环流化床锅炉；燃烧原理；床温控制

0 引言

循环流化床锅炉 （ CFB ）作为一种新型燃烧设备，它具有高效低污染、煤种适应性好，负荷调整范围宽 ，飞灰和炉渣的含碳量低、运行稳定，并且对有害气体的排放进一步降低、环保效果好等优点，因此而得到广泛的推广和应用，发展前景广阔。不同锅炉厂家生产的CFB锅炉在结构、性能及调节手段等方面存在一定的差异。目前我厂两台锅炉就是由东方锅炉厂生产480T/h超高压CFB锅炉。下面结合我厂锅炉运行情况就大容量和高参数循环流化床锅炉的燃烧原理和控制策略作一介绍，为今后我厂燃烧自动的投入，进一步提高自动投入率，降低工人劳动强度提供理论参考。

循环流化床锅炉一般由给料系统、循环床燃烧室、高温分离装置、循环物料回送装置和尾部受热面（有些炉型与返料机构结合设置有外置流化床换热器 ） 等组成。循环流化床锅炉燃烧系统是一个大滞后、强耦合的非线性系统，各个变量之间相互影响。有的被调参数同时受到几个调节参数的共同影响，如床层温度要受到给煤量、石灰石供给量、一次风量、返料量及排渣量等多个参数控制。因此，在构造 CFB 锅炉控制方案时只有抓住主要矛盾，同时兼顾各个次要矛盾，才能构造出满足系统要求的控制策略。

现在电力行业普遍采用将智能自动化方法及策略结合实际经验，设计控制方案，同时也证明该方法行之有效，可广泛应用于各行业锅炉的自动控制系统。

1 结构原理

1.1 基本结构

循环流化床锅炉本体一般可分成两部分：一部分由炉膛、汽包、分离器、回料器等组成，形成一个固体物料循环回路；另一部分则为对流烟道，布置有过热器、省煤器、空气预热器等，与常规煤粉炉相近。系统和设备主要有一次风及送、及引风机，粗碎机，细碎机，给煤机，石灰石给料机，播煤风机，J阀风机，冷却排渣系统，风道点火加热系统，炉膛的密相区和二次风口还可设置助燃用的启动燃烧系统。

1.2 燃烧原理

CFB锅炉一般采用热烟气床下点火方式，在密相区和二次风口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500℃时，可根据需要投运投运油枪，使床温进一步升高至600℃，这时可逐步投煤。

燃烧所需要的一次风和二次风分别由炉膛的底部和侧墙送入。原煤块经过粗碎机和细碎机破碎后，通过皮带式给煤机送入煤斗。煤斗经播煤风将煤吹入炉膛。炉膛出口水平烟道内装有烟灰分离器，分离出的高温灰落入灰斗，经锁灰装置和J阀回送至炉膛。飞灰通过分离器后由电除尘收集后经气力除灰送回灰库，床体下部已燃尽的灰渣经由冷渣机、链斗、斗提送入渣库。

煤进入炉膛后，首先在主床燃烧。经过预热器的一次风，从炉床下风室向上进入炉膛，使床上煤颗粒沸腾燃烧，当烟气达到一定的速度，大量的颗粒就会离开床层，由烟气携带至炉膛上部燃烧，并随烟气直至炉膛出口。在炉膛出口处装有旋风分离器，对颗粒和烟气进行分离，然后进入烟道。为了使颗粒上升、分离，穿过并离开炉膛，要求烟气必须达到某一最小速度。分离后的烟气流入烟道，通过省煤器、空气预热器得到近一步冷却；而分离后的颗粒，下落回到炉膛继续燃烧，再次进行燃烧上升，分离，形成颗粒循环。由于颗粒反复循环延长了在炉内的停留时间，因此，各煤种均可在850-950℃的低温下得到充分燃烧，提高了燃尽度。由于炉膛内燃烧温度较低，使得NOx的生成量得到有效控制。同时此温度范围，也有利于使为脱硫而加入炉膛的石灰石颗粒在循环燃烧种与燃料种的硫化物发生反应，达到最佳的脱硫效果。

2 模拟量控制系统

由于CFB锅炉和煤粉炉在汽水系统方面的运行监视与调整基本相同，两者的差异主要表现在燃烧系统，因此，对CFB锅炉燃烧及调节机理理解是设计机理的理解是设计自动控制系统的关键。下面主要对与CFB锅炉燃烧系统有关的控制回路就地控制原理进行说明。CFB锅炉燃烧系统原理见图1。

2.1 锅炉负荷控制系统

锅炉负荷控制系统主要用以维持主蒸汽压力，即通过调节给煤量和配风来控制主蒸汽压力。主蒸汽压力设定值与实际测量值之差通过PID运算后，结合汽包压力变化和汽轮机一级前后压力比，产生锅炉负荷信号，并作为锅炉总风量和总煤量的控制指令。

2.2 风量控制系统

CFB锅炉的风量控制包括总风量和一、二次风量的控制（见图2）。在正常运行中，总风量依据燃料信号获得，并自动根据过量空气系数修正。总风量的改变受到风煤比得限制，这与常规煤粉炉是相同的，所不同的是一、二次风的配比。一、二次风的配比是负荷和煤种发热量的函数。

2.2.1 总风量控制系统

总风量控制主要产生正确的一、二次风量指令，主汽压力调节系统给出的风量指令和总给煤量对应所需要的风量大选后，与实际总风量通过PID运算后，产生锅炉总风量信号，并作为一、二次风量得控制指令。

2.2.2 一次风量控制系统

锅炉总风量指令经过函数处理，减去创文修正的风量和点火增压风量后，作为一次风调节系统的给定值，与一次风量调节系统的给定值，与一次风量的测量值（经过温度和压力修正后）一起通过PID进行运算，用运算结果区控制一次风挡板开度，调节送入炉膛的一次风量。

锅炉总风量进行函数处理主要是考虑到煤质的特性及负荷的变化情况。煤种不同时，助燃的空气量会有所不同。由于一次风量对锅炉的床温也具有调节作用，故在构造一次风量的调节系统报告时也要考虑床温的修正。

2.2.3 二次风量控制系统

二次风量控制系统以产生正确的上、下二次风量指令为目的，根据总风量对二次风的要求，加主蒸汽流量和烟气含氧量得校正，对每层的二次风进行分别控制，同时根据床温的超限，调整上下二次风的比例。该配比的调整应根据运行经验确定。二次风机炉膛压力控制原理图见图3。

2.3 CFB锅炉总煤量控制系统

给煤量控制是通过调节给煤机出力来实现的，由于锅炉负荷输出作为煤量需求指令并与总风量低选后作为给煤量的给定值。给煤量主要受到负荷指令和风燃料比得要求，从实际风量计算出所允许的最大燃料量，减去油量即是允许的最大煤量。取负荷要求煤量和风量允许的最大煤量中的小值作为煤量的控制信号，这就保证了升负荷时要先加风量再加煤量，减负荷时先减煤量在减风量。与普通煤粉炉一致的。

2.4 CFB锅炉料层控制系统

料层差压控制也称为料层控制，通过测量运行中料层差压来控制，维持床料高度在适当数值。若料层高、太厚则使布风板阻力加大，分层严重，可能引起床下风室风道振动，且增大风机电耗；若料层薄、高度太小则会发生吹穿，燃烧热量减小，运行不稳定，带负荷能力受到影响。由于料层高度与床压近似成比例关系，用差压大小推算床料高度，当差压变大时，床料厚度增加，床料减少，床压下降；反之，当差压过小时，可通过适当加料补充，控制床位。

2.5 CFB锅炉石灰石控制系统

石灰石给量控制是环保对SO排放量得测量是否达到要求，对石灰石的加入量进行控制。其调节需由主调节和副调节组成串级控制回路。石灰石量给定值由石灰石给量与当前煤量的合适比例确定，再由烟气中SO2含量对其比值进行修正，改变进入炉膛石灰石粉量，控制钙硫比，保证SO2排放量要求，达到最佳脱硫效果。

3 结束语

通过对CFB锅炉的结构和燃烧特点的介绍，比较详细的剖析了当前主流的了控制策略和方法，为今后我厂再运两台循环流化床锅炉燃烧自动投入，提供了参考。