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300 MW循环流化床锅炉模拟量控制系统设计要点
发布时间：2013-10-02 09:16 来源：未知
0、前言
循环流化床(CFB)锅炉技术是上世纪70年代发展起来的新技术，它发展的动力在于人类社会对环境�；さ娜找嬷厥�，作为一种清洁燃烧技术．其特殊的燃烧方式大大地减少了作为世界主要大气污染源——燃煤电站的二氧化硫(S02)和氮氧化物(NOx)排放，即从根本上解决了酸雨问题；CFB锅炉还可以将煤矿挑选剩下的煤矸石、劣质煤、煤泥作为燃料来发电。大型CFB锅炉的热效率普遍达90%以上，其负荷适应性比较广，负荷调节范围比较宽，从30%MCR~100%MCR均不需投油助燃而能稳定燃烧。因此作为世界上能源技术发展的三大方向之一，该技术在全世界得到迅猛发展，不断地在工业锅炉和电站锅炉行业得到实践和应用。为此，湖北省宜都市东阳光实业发展有限公司自备热电厂决定选用东方锅炉厂DC1025/17.45-1116型300 MW循环流化床锅炉，建设两台300 MW级国产亚临界燃煤热电联产机组来满足地方经济对电能和热能的需要。
1、湖北宜都东阳光300 MW循环流化床锅炉模拟量控制系统的基本特点
1.1循环流化床锅炉的燃烧原理
循环流化床锅炉属低温燃烧锅炉，CFB锅炉的燃料一般由煤和石灰石两部分组成，燃料被破碎成粒径≤8mm的颗粒后，这种燃煤颗粒比普通煤粉炉的煤粉大得多，通过给煤系统送入炉膛。当煤粒进入炉膛后，将发生下列过程：(1)煤粒和高温床料混合后加热并干燥；(2)热解及挥发分燃烧；(3)对某些煤种会发生颗粒膨胀和一级破碎现象。
送风一般设有一次风和二次风，一次风由布风板下部送入燃烧室，主要保证料层流化；二次风沿燃烧室高度分级多点送入，主要是增加燃烧室的氧量保证燃料燃烬。富通新能源生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧颗�；�、木屑颗�；怪频纳镏士帕Ｈ剂希蔽颐腔褂写罅康难钅灸拘伎帕Ｈ剂虾陀衩捉崭芽帕Ｈ剂铣鍪�。
燃烧室内的燃料在一定的流化风速作用下，发生剧烈扰动，部分固体颗料在高速气流的携带下离开燃烧室进人炉膛，其中较大颗料因重力作用沿炉膛内壁向下流动，一些较小颗料随烟气飞出炉膛进人物料分离装置，炉膛内形成气固两相流；进入分离装置的烟气经过固气分离，被分离下来的颗料沿分离装置下部的返料装置送回到燃烧室，经过分离的烟气通过对流烟道内的受热面吸热后，离开锅炉。
1.2循环流化床锅炉的控制特点
通过对循环流化床锅炉的燃烧原理进行分析，可以知道循环流化床主要有以下控制特点。
(1)循环流化床锅炉存在燃料循环和流化2个过程，而普通煤粉炉存在流化1个过程。这表明CFB锅炉比常规煤粉炉具有更多的输入／输出变量，耦合关系也更为复杂，参看图l。
(2)由于CFB锅炉的燃料是通过给煤系统送入流化床上，先行加热、干燥、颗粒膨胀、热解和挥发分燃烧，只有将床温控制在适宜的范围，才能实现上述一系列燃料热解过程。床温过低，燃料无法热解：床温过高，燃料可能先行燃烧，不能在炉膛中形成中心火焰。而流化床的面积较大，温度测点较多．表明床温是一个时变的分布参数，这就带来流化床床温的控制难题，保证控制效果的均匀性是一个不容易解决的问题。同时影响主汽压力的因素也会对床温产生作用，它们之间存在严重的耦合关系，给燃烧系统实现自动控制带来较大困难。
(3)由于燃料被破碎成粒径《8 mm的颗粒后，送入炉膛燃烧，这种燃烧方式不同煤粉炉中煤粉燃料被一次燃烬，而是在于颗粒离开炉膛出口后经旋风分离器和返料装置不断送回炉膛燃烧。煤粒完全燃烬需要约8~10min．比普通煤粉炉的煤粉燃烧过程长得多，造成锅炉燃烧过程滞后时间非常长。再加上燃烧室内的床料具有相当大的热惯性和蓄热能力，因此，其动态特性主要表现为燃烧室及外置床内流化层热容量大，动态过程滞后时间长。这种特性造成了当给煤量变化后，主蒸汽压力的响应比普通煤粉炉的迟延和惯性要大得多。
2、300MW循环流化床锅炉模拟量控制系统方案设计
通过对CFB锅炉的燃烧原理和控制特点进行分析，可以认识到CFB锅炉控制系统的控制目标是保证锅炉安全经济运行，保证主汽压力稳定在设定值、锅炉水位稳定在正常范围内、床温在允许的范围内变化和主蒸汽温度稳定在设定值等任务。为此，将CFB锅炉分为以下几个相对独立的控制系统单独进行分析。
2.1燃烧控制系统
燃烧控制系统主要包括机炉协调控制系统，煤量控制系统，石灰石量控制系统。
(1)机炉协调控制系统：机组协调控制系统采用以锅炉跟随为基础的协调控制策略，利用锅炉热量释放信号HR来与机组的能量需求指令信号DEB相平衡。由于CFB锅炉具有较大蓄热的特性，采用HR热量信号与DEB热量指令构成的协调控制系统比一般的协调控制组态更符合循环流化床机组的协调控制功能。锅炉主控器通过控制给煤量和风量来改变锅炉负荷，以维持机前压力：汽机主控指令根据负荷偏差和压力偏差产生，它与DEH来的负荷参数进行比较后向DEH系统发送控制信号，控制调门的开度以维护机组的负荷和主汽压力在要求值。
(2)煤量控制系统：调节采用分配控制的一级给煤机，最终使锅炉给煤量满足锅炉指令要求，使参与调节的给煤机的给煤量相等。
(3)石灰石量控制系统：控制回路一般设计采用串级调节方式。上级调节器为S02调节器，下级调节器为石灰石量调节器，当S02变化时，调节石灰石输送风机的转速，使进入炉膛石灰石量相应变化。在这个调节回路中，将给煤量作为前馈信号，使石灰石量先根据煤量变化，然后再根据S02信号进行校正，可以减少调节延迟。
2.2风烟控制系统
风烟控制系统主要包括炉膛压力控制系统、一次风控制系统、二次风控制系统、流化风控制系统。
(1)炉膛压力控制系统：通过调节引风机静叶，使炉膛压力满足设定值要求。同时应考虑送入炉膛总风量对炉膛压力的影响，将总风量或一次、二次风量引入炉膛压力调节器的前馈环节。
(2) -次风控制系统：一次风控制系统包括一次风量调节和一次风压调节。一次风量调节是通过锅炉负荷指令与一次风量曲线，计算出一次风量设定值，调节一次风量调门，使一次风量满足设定要求。一次风压调节是通过锅炉负荷与一次风压曲线计算出一次风压设定值，调节一次风机入口导叶，使一次风母管压力满足设定要求。
(3)二次风控制系统：二次风控制系统包括氧量调节和二次风压调节。氧量调节由串级调节回路组成，副回路由风煤交叉环节的大选值得到总风量设定值，使总风量满足要求；主回路由热负荷与氧量设定值曲线给出主调器设定值，使氧量满足要求。二次风压控制是通过锅炉负荷与二次风压曲线，计算出二次风压设定值，调节二次风机导叶使二次风母管压力满足设定要求。
(4)流化风控制系统：流化风控制系统包括流化风母管压力控制系统、回料阀流化风量控制系统、冷渣器流化风量控制系统等。流化风母管压力调节类似于一次风压调节，由锅炉负荷与流化风母管压力曲线，计算出流化风母管压力设定值．控制流化风机入口导叶，使流化风母管压力满足设定要求�；亓戏Я骰缌靠刂葡低场⒗湓髁骰缌靠刂葡低尘セ芈房刂葡低�，其风量设定值固定。
2.3床温床压控制系统
床温床压控制系统主要包括锅炉床温控制系统，床压控制系统等。
(1)锅炉床温控制系统：床温的设定值由锅炉热负荷与床温曲线给出。另外影响床温的还有给煤量、再热器锥形阀开度、一次风与总风比例、上二次风与总二次风比例、料床床压，在调节中应考虑这些量的前馈补偿，根据现场的扰动量与床温、锥形阀开度与床温动态特性确定补偿函数。
(2)床压控制系统：床压的控制关系到床料的流化质量、经济燃烧、厂用电率消耗、带负荷能力等，所以控制好床压对CFB锅炉安全经济运行具有重要意义。由锅炉负荷与床压曲线，计算出床压设定值，控制排渣器调节门，使左右两侧床压一致。
2.4蒸汽温度控制系统
蒸汽温度控制系统主要包括主蒸汽温度控制系统，再热蒸汽温度控制系统。
(1)主蒸汽温度控制系统：过热器系统采用喷水减温作为汽温调节和保护各级受热面管子的手段，整个过热器系统共布置有两级喷水。一级减温器布置在低过出口至屏过人口管道上，作为粗调；二级减温器位于屏过与高过之间的连接管道上，作为细调。每级减温设计为串级调节。
(2)再热蒸汽温度控制系统：再热汽温采用尾部双烟道挡板调温作为主要调节手段．通过调节尾部过热器和再热器平行烟道内烟气调节挡板，从而控制流经再热器侧和过热器侧的烟气量，达到调节再热汽温的目的。同时，为增加再热蒸汽汽温调节的灵敏度，再热系统也布置了两级减温器，第一级布置在低温再热器进口前的管道上（左右各一台），作为事故喷水减温器，第二级布置在低温再热器至屏式再热器的连接管道上（左右各一台），作为微喷减温器。每级减温设计为串级调节。富通新能源生产销售的生物质锅炉以及木屑颗�；怪频纳镏士帕Ｈ剂鲜强突遣淮淼难≡�。
2.5其他单回路控制系统
在东阳光300 MW循环流化床模拟量控制系统中还包括下列一些简单的单回路控制系统。
(1)冷渣器冷却水流量控制系统：控制冷渣器冷却水流量调节门，使冷渣器出口灰渣温度满足要求。
(2)点火器风量控制系统：由油枪流量一点火风量曲线，控制点火器对应风量调节门，使点火风量满足要求。
(3)暖风器温度控制系统：控制辅汽至暖风器调节门，控制暖风器出口二次风温满足要求。
(4)燃油流量控制系统：分别控制床上燃烧器和床下燃烧器组各自的燃油进油调门，使对应的燃油流量满足设定要求。燃油压力由再循环调门调节。
3、结束语
通过对湖北宜都东阳光300 MW循环流化床锅炉的控制特点进行详细分析，设计了稳妥、可靠的湖北宜都东阳光300 MW循环流化床锅炉模拟量控制系统，这不仅有助于模拟量控制系统的调节品质的提高，而且有助于湖北宜都东阳光300 MW循环流化床机组安全、稳定、经济的运行。
