循環(huán)流化床鍋爐（Circulating Fluidized Bed Boiler,CFB）作為近年來國際上發(fā)展起來的新一代高效、低污染清潔燃燒鍋爐，具有燃料適應性廣、負荷調(diào)節(jié)性能好、灰渣綜合利用等優(yōu)點，因此在電力、城市供熱、工廠蒸汽生產(chǎn)中得到越來越廣泛的應用。但由于循環(huán)流化床鍋爐的燃燒及汽水變化過程十分復雜，受影響的因素多，給煤、一、二次風，返料耦合性強，而且燃燒與汽水也存在復雜的耦合關系。此外，過程的非線性和大滯后也使對象更加復雜，難于建立精確的數(shù)學模型，這樣對控制就提出了更為嚴格的要求。這包括兩層意義：一是控制系統(tǒng)要有很高的可靠性；二是控制方案要有很好的控制實效。基于這樣兩點，CFB鍋爐一般都選擇先進的DCS控制系統(tǒng)，特別是運用先進的控制方案，能夠?qū)崿F(xiàn)鍋爐燃燒的完全自控。

一、35t/h循環(huán)流化床鍋爐工藝流程

        本工藝流程的主要設備如下：

        101循環(huán)流化床鍋爐、102一次風機、103二次風機、104引風機、105螺旋給煤機、114電除塵器、115一次風機進口消聲器、116二次風機進口消聲器、117密封式煤斗閘門

二、35t/h 循環(huán)流化床鍋爐的自動控制系統(tǒng)

        35t/h CFB鍋爐的自動控制系統(tǒng)主要包括以下幾個控制子系統(tǒng)：

        燃燒自動控制子系統(tǒng)

        爐膛負壓控制子系統(tǒng)

        汽包水位控制子系統(tǒng)

        主汽溫度控制子系統(tǒng)

        汽水協(xié)調(diào)控制子系統(tǒng)

        料層差壓控制子系統(tǒng)

        鍋爐安全聯(lián)鎖保護子系統(tǒng)

下面將針對以上幾個控制子系統(tǒng)進一步的描述：

1、燃燒自動控制

        燃燒控制的目標首先是保證鍋爐安全燃燒且主汽壓力應穩(wěn)定在設定值，其次是經(jīng)濟燃燒（體現(xiàn)為空氣過剩系數(shù)恰當），對循環(huán)流化床來說安全燃燒尤為重要。安全燃燒的一個主要指標是爐膛溫度分布，特別是料床溫度應穩(wěn)定在900～1000℃，防止床溫過高結(jié)焦或床溫過低熄火事故。CFB鍋爐燃燒控制手段通常是給煤、一次風、二次風及二次返料。一般35t/h CFB鍋爐采用高溫返料方式，二次返料量對爐膛溫度影響不大，故不作為控制手段。控制方案采用基于人工操作經(jīng)驗的專家智能控制系統(tǒng)，較好地解決了燃燒過程的強耦合、大滯后、時變性等難題。

a、專家智能控制方案的思想

        料床溫度的平衡是通過給煤量和一次風的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)的。對同一臺鍋爐來說，一定的負荷在一定的壓力下，要穩(wěn)定料床溫度必須要有相應的給煤量對應，且這個給煤量相對較穩(wěn)定。當然這時一次風量又必須和給煤量相匹配。據(jù)此我們可以根據(jù)負荷及主汽壓力來設定給煤量——粗調(diào)，再由料床溫度來細調(diào)給煤量；根據(jù)給煤量來設定一次風量——粗調(diào)，再由料床溫度來細調(diào)一次風。二次風主要用于保證燃料充分燃燒，在鍋爐平穩(wěn)燃燒的基礎上，二次風單獨作為一個調(diào)節(jié)量去糾正煙氣氧含量，用單回路即可較好地達到經(jīng)濟燃燒的目標。

        整個方案主要由兩部分組成：一是狀態(tài)推理的產(chǎn)生；二是現(xiàn)場規(guī)則庫（專家知識）的建立。狀態(tài)推理是核心，規(guī)則庫的建立是重點，專家知識的合理性直接影響控制的效果。

b、狀態(tài)推理

        負荷、主汽壓力模糊化為3個量：高（H）、平穩(wěn)（M）、低（L）。主汽壓力模糊化為3個量：高（H）、平穩(wěn)（M）、低（L）。料床溫度、爐膛出口溫度模糊化為5個量：超高（HH）、高（H）、中（M）、低（L）、超低（LL）。其中高、中、低為正常控制狀態(tài)，超高、超低為緊急事故狀態(tài)。爐膛出口溫度模糊化為3個量：高（H）、中（M）、低（L）。求取料床溫度變化率并模糊化為5個量：快升（FR） 、慢升（SR）、平穩(wěn)（ST）、慢降（SD）、快降（FD）。其中快升、快降為緊急事故狀態(tài)，其余為正?？刂茽顟B(tài)。所有設定均可以在DCS組態(tài)上實時在線修改。

c、控制規(guī)則庫的建立

         針對CFB燃燒控制特點，把控制規(guī)則庫的規(guī)則分為兩類：

(1)故障判斷及事件處理規(guī)則

        主要應付工藝設計不佳帶來的堵煤、堵灰及意外工況可能帶來的熄火和結(jié)焦，規(guī)則處理一般為計算機控制加報警，以引起操作人員的足夠重視。

(2)正常狀態(tài)控制規(guī)則

        正?？刂茽顟B(tài)下，按照料床溫度（高、中、低），爐膛出口溫度（高、中、低），床溫變化率（快升、慢升、平穩(wěn)、慢降、快降），組成15x15控制規(guī)則表，表格中每項代表燃燒過程的一個狀態(tài)。例如：狀態(tài)112表示料床溫度中、爐膛出口溫度中、床溫變化率平穩(wěn)、出口溫度變化率平穩(wěn)。每個狀態(tài)給出一個控制輸出值，包括給煤，一次風、二次風。所有規(guī)則的表達方式均采用產(chǎn)生式規(guī)則，即每個規(guī)則都是一獨立知識塊，從而易于建立和修改；且每個規(guī)則的形式一致并與專家表述的方法相同，從而易于表達與理解。所有規(guī)則都以規(guī)則表形式存放，規(guī)則表內(nèi)的參數(shù)可以在DCS流程圖上實時在線修改。

d、規(guī)則庫知識的獲取

        所有規(guī)則來自3個方面：CFB燃燒過程運行理論；運行工程師與熟練操作人員的操作經(jīng)驗；工業(yè)現(xiàn)場實際經(jīng)驗摸索（一般至少需要2～3個月現(xiàn)場蹲點）。另在運行過程中需不斷完善規(guī)則。
 

2、爐膛負壓控制

        合適的爐膛負壓是鍋爐安全燃燒的保證，爐膛負壓的控制是鍋爐燃燒控制的一部分，但其具有相對的獨立性，可以從燃燒控制中分散出來作為一個回路來實現(xiàn)。爐膛負壓控制是一個快過程，只要PID參數(shù)整定合適，一般單回路即可以達到目的。其控制的品質(zhì)受鼓風量的影響較大，而現(xiàn)場沒有風量測量裝置，間接取鼓風擋板開度作為前饋量，這樣存在一定的非線性，但負壓無須控制在某一定值，而只需在一定范圍內(nèi)，故問題也不大。

        考慮到引風電動機的抗沖擊性，負壓控制也引入一調(diào)節(jié)死區(qū)，在該負壓范圍內(nèi)保持上次的輸出。一般這個范圍為控制目標的±2Pa。

3、汽包水位控制

        經(jīng)典三沖量串級前饋控制在各種鍋爐汽包水位的自動調(diào)節(jié)中已得到廣泛應用。但我們在現(xiàn)場鍋爐水位的投運中發(fā)現(xiàn)三沖量方案不能很好地克服以下兩種情況引起的鍋爐水位變動。

        (1)鍋爐負荷的大擾動。這種情況下鍋爐出力會在2～3min內(nèi)突增或突減5～6t/h，帶來很嚴重的虛假水位現(xiàn)象。三沖量控制不能使給水控制閥正確、及時地快速跟進負荷的變化。

        (2)鍋爐汽包的不定期人工排污。這時候往往造成控制系統(tǒng)失效，現(xiàn)場需司爐工不停地進行手/自動切換，這也影響了汽包水位的投運效果。

        上述兩點在以供汽為主的鍋爐上是普遍存在的。在現(xiàn)場投運的過程中我們引入負荷變化率（ff）和汽包水位變化率（fw）兩個變量，正常水位調(diào)節(jié)時ff和fw均在某一限值之內(nèi)，當出現(xiàn)上述異常時，其值會超過這兩個變量的閾值，這時我們改用一定的調(diào)節(jié)規(guī)則強行上拉或下拉水位控制閥，以保證汽包水位在安全范圍之內(nèi)。待水位恢復平穩(wěn)之后，再切入三沖量方案。

        我們稱該方案為三沖量+規(guī)則調(diào)水方案，經(jīng)現(xiàn)場投運驗證，控制效是較好。

此外，鍋爐汽包水位的實際投運中應注意兩點：

        (1)閥位的保持。在水位控制目標的±3mm以內(nèi)，應保持閥位不動，不致于因閥位的動作頻繁而影響給水控制閥的使用壽命。

        (2)閥位輸出補償。現(xiàn)場給水控制閥在高開度時線性不好，做一閥位輸出補償，由軟件實現(xiàn)。

4、主汽溫度控制

        主汽溫度控制我們?nèi)圆捎么壡梆伔桨福话阆Ｍ脺p溫器出口溫度作為前饋以彌補主蒸汽溫度的大滯后，但工藝上安裝有困難，所以考慮用爐膛出口溫度作為前饋?，F(xiàn)場使用的效果還可以。

5、汽水協(xié)調(diào)控制

        由于工藝管道的原因，汽包水位控制和主汽溫度控制是互相制約的。小鍋爐為了節(jié)省投資，通常減溫水和汽包給水共用一根管道。

        工藝上的這種設計造成了汽包水位和主汽溫度調(diào)節(jié)時互相搶水，二次給水自動控制閥就充當起協(xié)調(diào)的任務。根據(jù)水量平衡原則，二次給水閥的動作由如下公式?jīng)Q定：

        Y=1-KX

        Y----二次給水閥的閥位

        X----減溫水閥的閥位

        K----二次給水閥流通能力/減溫水閥能力

        當兩閥型號、管徑一致時，則有：

        k=1

        y=1-x

        這實質(zhì)是一個比值分程調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

6、料層差壓控制

        如果鍋爐采取間隙排渣工藝，方案采用計算機報警提示的人工放渣手段。負荷分為高、平穩(wěn)、中、低4段，不同的負荷段有不同的高、低報警值。這根據(jù)工藝條件及操作經(jīng)驗取得，可以在流程圖上進行修改。

        另一方面，如果鍋爐采用連續(xù)排渣，我們就使用鍋爐的料層差壓來控制出渣器的轉(zhuǎn)速，這樣來控制排渣量。

7、鍋爐安全聯(lián)鎖保護

        鍋爐安全聯(lián)鎖保護主要考慮兩個因素：

(1)汽包水位的安全保護

        鍋爐汽包水位低于極限值時極易導致干鍋，應停一次風機、二次風機、引風機、給煤機。

(2)一次風機、二次風機、引風機、給煤機的聯(lián)鎖保護。

        啟動順序為：引風機→一次風機→二次風機→給煤機。

        停順序為：給煤機→二次風機→一次風機→引風機。

        如果一次風機、二次風機、引風機、給煤機中的任何一臺出現(xiàn)跳閘，均應聯(lián)鎖停止相應的電機。
 

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