对循环流化床锅炉床温影响因素的仿真3

1、对循环流化床锅炉床温主要影响因素的仿真刘爱君 蔡宝玲 刘孝国 魏湘西安热工研究院有限公司，陕西西安710032摘要：维持正常的床温是循环流化床锅炉稳定运行的关键，本文基于北方联合 电力蒙西发电厂300MW1环流化床（CFB机组仿真系统，介绍了床温控制策略, 并对影响床温的几点主要因素进行了试验分析。关键词：循环流化床锅炉床温控制仿真中图分类号：文献标识码：文章编号：simulation for main influencing factors to CFBB bed tempertatureAbstract : Keep the normal bed tempertature is the m

2、ost important thing for CFBB .the paper based on the simulation system for Mengxi 300MWCFB plant,introduced the controlstrategy for CFBEbed temperature and an alysed mai n in flue ncing factors to CFBB bed tempertature.Key worsd : CFBB bed temperature control ； simulator1研究背景循环流化床锅炉（CFBB）燃烧是一种新型高效、低

3、污染的清洁燃煤技术，其主要特点是循环流化床锅炉在燃烧过程中，炉膛内大量的物料被烟气携带到炉膛上部，经过炉膛出口的分离器将物料与烟气分开，并经过非机械式回送阀将物料回送至床内，多次循环燃烧。它具有燃料适应性广、燃烧效率高、氮氧化物排 放低等突出优点，但循环流化床锅炉燃烧自动控制尚未得到很好 的解决，限制了其大规模推广应用。 影响循环流化床锅炉燃烧稳 定的主要因素有料层差压、流化风量、床层温度等，其关键因素 是控制床温。循环流化床床温控制比煤粉炉燃烧控制复杂，被调对象呈现多输入、多输出的特性，干扰因素多，调节难度大。通常影响循环流化床锅炉床温控制的主要因素包括给煤量、煤含碳量（煤质）、一次风量、二

4、次风量、煤粒径、循环灰量等，其 中影响较大的因素是给煤量、一次风量和循环灰量。2试验平台西安热工研究院为北方联合电力蒙西发电厂研制的300MW循环流化床（CFB ）机组仿真培训系统已于 2008年上半年正式 投入使用。蒙西300MW循环流化床锅炉为亚临界压力中间一次 再热循环流化床锅炉，由裤衩型炉膛、4个旋风分离器、4个回 料器、外置换热器和尾部对流烟道组成。在外置换热器的循环灰 进口布置有循环灰控阀，主要作用是控制冷热循环灰的比率，进而达到控制床温的目的。仿真系统的支撑软件选用芬兰Fortum公司的仿真软件APROS在该软件平台下，依照蒙西发电厂一期工程1#机组的工程设计和运行资料，基于实际

5、物理机理的原则建立各系统模型， 并根据机组运行数据进行必要的修正、补充，基本完全复现实际机组的工艺流程和设备逻辑关系。仿真结果显示过程现象逼真， 循环流化床特有的床温床压变化、旋风分离、循环回料、内外置 床燃烧、流化送粉、排渣除渣、石灰石脱硫、床体加料等燃烧特 征均与实际机组相符。3 CCS下床温控制策略该该CFB锅炉床温以炉膛下部分差腿三个床温测点的指示 为准，锅炉床温与锅炉负荷、总风量大小、床压高低等有关，影 响CFB床温控制的三个主要因素，煤量、一次风量、循环灰量。锅炉主控投入自动且锅炉变负荷时， 锅炉主控指令通过（X） 函数给定燃料量设定值，根据实际燃料量反馈通过 PID调节器得出给煤

6、量指令，作用到各个给煤机，原理框图如下图一所示:图一给煤量指令锅炉主控变负荷时，一次风量必需跟随给煤量的变化而变化 以保持合适的风煤配比。一次风量的设定值由燃料量设定值和实 际燃料量指令分别经过F（ X）后和最小风量进行大选产生，如图 二所示，该逻辑满足先加风后加煤，先减煤后减风，并保证一次 风量不小于循环流化床锅炉运行的最小风量。一、二次风的调整原则是：一次风调整流化、炉膛温度和料 层差压，二次风控制总风量。在一次风满足流化、炉温和料层差 压的前提下，总风量不足时，可开大二次风门，维持炉膛稳定燃 烧和氧量值在正常范围内。图二一次风量指令CFB床温控制的床温设定值随机组负荷的变化而不同，床温测

7、量值取分差腿下部温度， 通过PID调节，并叠加与总燃料量相 关的前馈信号得出灰量调节阀指令，通过控制返回炉膛的循环灰 量作为控制床温的辅助手段，其逻辑图如下图三所示：图三灰量调节阀指令4床温控制的仿真与分析针对影响CFB床温控制的三个主要因素，以蒙西300MW机 组仿真模型为试验平台，对仿真机组在额定负荷下进行单向扰动 仿真试验，并对试验结果进行了分析。4.1 煤量变化对床温控制的影响在蒙西300MW机组仿真模型额定负荷工况下，将设计煤 量由设计参数218.2t/h减少10%，保持一次风量，循环灰量及媒 质不变，床温随煤量减少的变化曲线如下图四所示。横坐标为时 间（单位分钟），纵坐标为温度（单

8、位C），红色曲线表示床温， 绿色曲线表示煤量。床温由 871 C缓慢降低到838C。当其他因 素不变，煤量发生变化时，对床温的影响很大，煤量增加，床温 升高，煤量减少，床温降低。图四床温随煤量变化曲线4.2次风量变化对床温控制的影响循环流化床中的一次风有两个作用，一是作为流化风，二是作为 燃烧风。相应地一次风对床温的影响也有两个方面，风量大，烟气从 密相区带走的热量多，造成床温下降；同时气固紊合更加剧烈，提供给 碳粒燃烧的氧量上升，燃烧放热量增加，造成床温上升闪。风量小， 烟气从密相区带走的热量小，造成床温上升；同时提供给碳粒燃烧的 氧量下降，燃烧放热量减少，造成床温下降。试验如下：保持煤质，

9、煤量和循环灰量不变，当一次风量由设计值372kNm3/h减少5%，即352.3 kNm3/h，床温的变化曲线如下图五所 示，红色曲线表示床温，绿色曲线表示一次风量。此时床温由于 冷质的减少而急剧升高，而后由于风量的减少使得下部的燃烧份 额减少，床温又开始降低，最后稳定在一个比原温度略高的值上， 即温度由871C上升到878C，总体来说一次风量作为流化用风 作用对床温影响的更明显些。图五床温随一次风量变化曲线4.3循环灰量对床温控制的影响保持煤质煤量及一次风量不变，通过调节灰控阀的开度来改变循环灰量，研究循环灰量对床温的影响。如下图六所示，红色 曲线代表床温，绿色曲线代表循环冷灰量，循环冷灰量减

10、少 50kg/s，床温升高10C，反之，循环冷灰量增加，床温降低。區库盟馳縮环灰墨的娈化仙线9O.02213.32图六循环冷灰量降低床温变化曲线通过以上实验分析，可以得出如下结论：(1) 煤量和一次风量对床温的影响较大，煤量增加，床温升高；煤量减少，床温降低；一次风量增大，床温降低；一次风量减少，床温 升高。要保持床温的稳定，必须保证一定的风煤比。实际 DCS逻辑设 计中，一次风量的设定值由煤量指令对应函数来给定，在最小风量基础上随煤量增加而增加，保持一定的风煤比，既满足循环流化床内良 好的流化状态，又保证足够的燃烧用风，有利于床温稳定。(2) 循环灰量能在一定范围内控制床温。当煤量和风量都满

11、足设计 要求，风煤比合适的情况下，循环灰量变化会引起床温变化，循环冷 灰量增加，床温降低；循环冷灰量减少，床温升高。所以当机组处在 变负荷状态时，可以通过调节循环灰量来控制床温。以上分析了对循环流化床床温影响的几种主要因素，在现场实际机组运行中，当煤量发生变化时，一次风量将跟随煤量相应发生变 化，通过改变循环灰量的方法能够有效的调节床温。在蒙西300MW循环流化床仿真模型上也得到了很好的验证，当锅炉主控指令由 100%，降低到90%时，对应煤量和风量相应减少，床温由循环灰控 阀的开度变化，即改变冷热循环灰的比例来自动控制， 床温变化曲线 见图七。图七中暗绿线表示煤量，亮绿线表示循环灰量，深蓝色代表 一次风量，土黄色表示二次风量，棕红色曲线表示床温。由图七可知， 尽管煤量和风量减少约10%，但是通过改变循环灰量，床温可以一直 控制在871 C左右，说明了灰控阀调节作用显著。图七协调方式下的床温控制曲线5结语通过在300MW循环流化床机组仿真机上对影响床温的主要因素