前言

循環(huán)流化床鍋爐(CirculatingFluidizedBedBoiler,以下簡稱CFB鍋爐)是一種潔凈煤燃燒技術(shù)，它可以將煤礦挑選剩下的煤矸石、劣質(zhì)煤、煤泥作為燃料來發(fā)電，并且可以利用矸石的自身含鈣量進(jìn)行自脫硫(如煤質(zhì)含鈣量較低，需再加入少許的石灰石控制最終的煙氣含硫量)，減少對環(huán)境的污染。

我國對循環(huán)流化床鍋爐的研究是從50年代末在中科院化學(xué)冶金研究所開始的。進(jìn)入80年代中科院工程物理所、清華大學(xué)、浙江大學(xué)、華中理工大學(xué)和相關(guān)鍋爐廠，相繼研究開發(fā)了10t/h、20t/h、35t/h、75t/hCFB鍋爐。進(jìn)入90年代后，東方鍋爐廠、哈爾濱鍋爐廠和上海鍋爐廠等分別通過與美國福斯特·惠勒公司和美國PPC公司引進(jìn)技術(shù)或合作生產(chǎn)的方式，開始生產(chǎn)制造130t/h、220t/h的CFB鍋爐。近幾年來，由于國家對環(huán)保的重視，對國家電力建設(shè)的相關(guān)政策進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整，因此電力市場相繼上馬了一系列440t/h等級的CFB鍋爐項(xiàng)目，該等級的CFB鍋爐是以上三大鍋爐廠在對220t/hCFB鍋爐消化的基礎(chǔ)上，對容量進(jìn)行放大國產(chǎn)化的CFB鍋爐。

CFB鍋爐控制特點(diǎn)

江蘇大屯矸石電廠工程采用的是東方鍋爐廠生產(chǎn)的440t/hCFB鍋爐,為前墻給煤、一次中間再熱超高壓鍋爐，配有兩臺風(fēng)冷旋風(fēng)分離器，兩臺風(fēng)水聯(lián)合冷渣器。本文結(jié)合該工程對CFB鍋爐的控制特點(diǎn)進(jìn)行介紹。

1.給煤量控制

CFB鍋爐與煤粉爐不同，它不需要制粉系統(tǒng)，僅設(shè)有破碎系統(tǒng)，煤經(jīng)破碎合格達(dá)到一定的粒度要求后，經(jīng)給煤機(jī)由播煤風(fēng)直接送入爐膛。本工程為前墻給煤，共設(shè)有六臺33.3%給煤機(jī)，三臺運(yùn)行三臺備用，給煤機(jī)選用徐州賽摩拉姆齊的變頻稱重式給煤機(jī)，設(shè)有1臺增壓播煤風(fēng)機(jī)。

CFB鍋爐對燃料的控制，主要是通過對給煤機(jī)的控制來實(shí)現(xiàn)的。給煤機(jī)的控制指令主要受負(fù)荷指令和風(fēng)-燃料交叉連鎖信號控制。首先根據(jù)負(fù)荷指令計(jì)算出要求的燃料量，然后根據(jù)風(fēng)-燃料比的要求，依據(jù)在動態(tài)過程中先加風(fēng)后加煤、先減煤后減風(fēng)的原則，根據(jù)風(fēng)量計(jì)算出允許的最大燃料量，低選后得到最終的燃料量，去控制給煤機(jī)。氧量信號仍作為燃燒的一個校正信號。

2.石灰石量控制

由于CFB鍋爐的特點(diǎn)，它主要以煤礦挑選剩下的煤矸石、劣質(zhì)煤、煤泥作為燃料，燃料中含硫量很高，在煤質(zhì)自身含鈣量無法滿足自脫硫時，需要在鍋爐中加入石灰石進(jìn)行脫硫，以達(dá)到二氧化硫排放的環(huán)保要求，減少對環(huán)境的污染。根據(jù)工程的具體情況不同，有的工程采用直接購買石灰石粉，將石灰石粉存儲于石灰石粉倉，經(jīng)石灰石風(fēng)機(jī)送入爐膛；有的工程采用購買塊狀石灰石，再通過研磨設(shè)備制成石灰石粉，通過輸送系統(tǒng)送入石灰石粉倉，經(jīng)石灰石風(fēng)機(jī)送入爐膛。一般情況下，石灰石制備、輸送系統(tǒng)(該部分本身與鍋爐關(guān)聯(lián)較少)采用PLC控制。而石灰石的送入部分納入DCS控制。本工程采用第一種方式。

石灰石的控制回路一般采用串級調(diào)節(jié)方式，上級調(diào)節(jié)器為SO2調(diào)節(jié)器，當(dāng)煙氣中的SO2含量變化時，上級調(diào)節(jié)器將改變其輸出；下級調(diào)節(jié)器為石灰石量調(diào)節(jié)器，下級調(diào)節(jié)器的設(shè)定值根據(jù)給煤量的變化而變化。石灰石量的調(diào)節(jié)主要是通過改變石灰石旋轉(zhuǎn)給料機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)的。為減少控制系統(tǒng)的延遲，一般將給煤量信號作為石灰石量調(diào)節(jié)的前饋信號。

3.風(fēng)量控制

CFB鍋爐的風(fēng)系統(tǒng)比常規(guī)煤粉爐復(fù)雜，主要由一次風(fēng)、二次風(fēng)、J閥風(fēng)、播煤風(fēng)、點(diǎn)火風(fēng)等組成?？傦L(fēng)量的控制是通過一個PID調(diào)節(jié)器來實(shí)現(xiàn)的，各個風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量累加計(jì)算出總的實(shí)際風(fēng)量與負(fù)荷指令及燃料量相平衡，依據(jù)先加風(fēng)后加煤、先減煤后減風(fēng)的原則，計(jì)算出所需風(fēng)量，根據(jù)一次風(fēng)、二次風(fēng)的配比(約為60%：40%)計(jì)算出一次風(fēng)、二次風(fēng)指令，送至一次風(fēng)、二次風(fēng)控制回路。

1)一次風(fēng)控制

一次風(fēng)由兩臺一次風(fēng)機(jī)提供。兩路一次風(fēng)分別送入點(diǎn)火風(fēng)道，經(jīng)爐膛下風(fēng)室通過布風(fēng)板直接送入爐膛，實(shí)現(xiàn)床料的流化，并攜帶床料向上通過整個爐膛，這是CFB鍋爐特有的送風(fēng)方式。由此可見，對一次風(fēng)壓的控制十分重要，風(fēng)壓過大會減少燃料在爐膛內(nèi)的停留時間，造成燃燒不充分，風(fēng)壓過低床料流化不完全，影響鍋爐的動態(tài)平衡，容易造成結(jié)焦。

一次風(fēng)壓的調(diào)節(jié)主要通過一次風(fēng)機(jī)入口導(dǎo)葉進(jìn)行調(diào)節(jié)。一次風(fēng)還為啟動燃燒器、點(diǎn)火風(fēng)機(jī)、播煤風(fēng)機(jī)、冷渣器提供風(fēng)源。至冷渣器的一次風(fēng)經(jīng)冷渣器后由回料管返回爐膛。一次風(fēng)量的控制主要通過調(diào)節(jié)至爐膛風(fēng)室的兩個調(diào)節(jié)擋板來實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)總風(fēng)量控制器來控制指令和床溫的修正，減去點(diǎn)火增壓風(fēng)量，產(chǎn)生一次風(fēng)量給定，與實(shí)際測量值比較經(jīng)調(diào)節(jié)器運(yùn)算，輸出控制調(diào)節(jié)擋板以調(diào)節(jié)一次風(fēng)量。同時還設(shè)有氧量校正回路，以確保爐膛內(nèi)有合適的一次風(fēng)量。如果床溫超限，可以適當(dāng)加大一次風(fēng)量給定。

2)二次風(fēng)控制

二次風(fēng)由兩臺二次風(fēng)機(jī)提供。二次風(fēng)分為四層由二次風(fēng)環(huán)型風(fēng)箱送入爐膛。上兩層二次風(fēng)環(huán)型風(fēng)箱由空預(yù)器出口經(jīng)爐膛左右兩側(cè)兩個上部二次風(fēng)門接入，下兩層二次風(fēng)環(huán)型風(fēng)箱由空預(yù)器出口經(jīng)爐膛左右兩側(cè)兩個下部二次風(fēng)門接入，二次風(fēng)量的控制是通過調(diào)節(jié)二次風(fēng)門來實(shí)現(xiàn)的。

二次風(fēng)控制采用串級調(diào)節(jié)，主調(diào)節(jié)器接受總風(fēng)量來控制指令與鍋爐負(fù)荷指令平衡，給出總二次風(fēng)量，經(jīng)平衡器分配后，通過各個副調(diào)節(jié)器去控制二次風(fēng)擋板，以控制各層二次風(fēng)量。同時還設(shè)有氧量校正回路，以確保爐膛內(nèi)有合適的二次風(fēng)量。如果床溫超限，可以適當(dāng)減少二次風(fēng)量給定。二次風(fēng)壓的控制主要是通過二次風(fēng)機(jī)入口導(dǎo)葉來實(shí)現(xiàn)的。

3)J閥風(fēng)控制

J閥風(fēng)系統(tǒng)，又稱為高壓回料風(fēng)系統(tǒng)，設(shè)有三臺風(fēng)機(jī)，兩臺工作，一臺備用。J閥風(fēng)采用簡單的單回路調(diào)節(jié)，以回料器底部起密封作用的物料高度為被調(diào)量，調(diào)節(jié)各層回料風(fēng)的流量，維持旋風(fēng)筒立管的料位在一定高度，保證物料能順利的回到爐膛。

4)播煤風(fēng)控制

本工程設(shè)有一臺播煤增壓風(fēng)機(jī)，六個播煤口，每個播煤口設(shè)有三路播煤風(fēng)。播煤風(fēng)采用單回路調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)每一路播煤風(fēng)在一定的流量、壓力，保證燃料能夠順利進(jìn)入爐膛，并保證煙氣不能反串至給煤管道系統(tǒng)。

5)點(diǎn)火風(fēng)控制

本工程設(shè)有一臺點(diǎn)火風(fēng)機(jī)，主要為油燃燒器提供燃燒風(fēng)，點(diǎn)火風(fēng)采用單回路調(diào)節(jié)器，根據(jù)燃油流量來調(diào)節(jié)點(diǎn)火風(fēng)量。

4.爐膛壓力控制

循環(huán)流化床鍋爐爐膛壓力調(diào)節(jié)與煤粉爐的調(diào)節(jié)方式基本一樣，主要是通過調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)擋板來實(shí)現(xiàn)的。唯一有區(qū)別的是循環(huán)流化床鍋爐下部床面為微正壓，在低負(fù)荷時爐膛負(fù)壓點(diǎn)較低，隨著負(fù)荷的升高，負(fù)壓點(diǎn)逐步上移，滿負(fù)荷時，負(fù)壓點(diǎn)位于爐膛出口處。因此爐膛負(fù)壓的設(shè)定值為鍋爐負(fù)荷的一個函數(shù)。爐膛壓力控制采用單回路調(diào)節(jié)。為減少控制系統(tǒng)的延遲，將一、二風(fēng)量信號作為前饋信號，預(yù)先動作引風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)擋板，可以起到良好的效果。

5．床溫控制

床溫控制系統(tǒng)是循環(huán)流化床鍋爐特有的十分重要的控制系統(tǒng)，床溫的控制直接影響鍋爐的正常運(yùn)行。影響床溫的因素比較多，如煤種、燃料的粒徑、床料量、一次風(fēng)量、二次風(fēng)量、返料量等。因此相對應(yīng)的床溫調(diào)節(jié)方法也較多，如調(diào)整一、二風(fēng)比例、調(diào)節(jié)給煤量、調(diào)節(jié)回料風(fēng)壓力等。本工程主要以調(diào)節(jié)給煤量為主，其它為輔助手段。本工程共設(shè)有24只床溫?zé)犭娕?，平均后作為最終的床溫信號，分別送至各控制系統(tǒng)，校正各控制系統(tǒng)的參數(shù)，達(dá)到控制床溫的目的。

6．床壓控制

床壓控制系統(tǒng)即床層厚度控制，也是循環(huán)流化床鍋爐特有的十分重要的控制系統(tǒng)，床層的厚度不僅影響床溫，而且對鍋爐的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行影響也很大。循環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)本身是一種流化狀態(tài)，并沒有明顯的料位高度，但是仍有密相區(qū)和稀相區(qū)之分，床層的厚度主要是通過爐膛一次風(fēng)室與稀相區(qū)的壓差及一次風(fēng)量計(jì)算出來的。床壓的控制是通過調(diào)節(jié)冷渣器出口排渣閥來實(shí)現(xiàn)的。床壓控制采用單回路調(diào)節(jié)。

結(jié)束語

本文針對東方鍋爐廠的CFB鍋爐對控制特點(diǎn)進(jìn)行了介紹，其它鍋爐廠如哈爾濱鍋爐廠、上海鍋爐廠工藝系統(tǒng)與該鍋爐有所區(qū)別，但是主要系統(tǒng)的控制思想是一致的，大家可以參考。

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