循环流化床锅炉优化燃烧控制方法

1、第26卷第1期 齐 齐 哈 尔 大 学 学 报 Vol.26,No.1 2010年1月 Journal of Qiqihar University Jan.,2010循环流化床锅炉优化燃烧控制方法陈淑鑫1,2，路义萍1，王建民3(1. 哈尔滨理工大学, 哈尔滨 150080；2. 齐齐哈尔大学 计算中心，黑龙江 齐齐哈尔 161006；3. 青岛横河埃佛科技发展有限公司，山东 青岛 266042摘要：针对循环流化床锅炉燃烧特点，以75 h/t循环流化床锅炉控制为例，通过深入现场，吸取锅炉设计制造专家及熟练操作人员的控制经验，提出了炉内燃烧控制系统参数的处理优化方案，完善循环流化床锅炉实现燃烧控

2、制效果。关键词: 循环流化床锅炉；燃烧过程；传热计算；控制优化中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-984X(201001-0017-03循环流化床锅炉(Circulating Fluidized Bed Boiler，简称CFBB是20世纪70年代发展起来的低污染高清洁高效燃烧锅炉，具有适应燃料性能广、调节负荷性能好、可综合利用灰渣等优点，因受到多种因素的影响CFBB在燃烧、汽水控制过程较复杂，燃烧系统内部给煤、一、二次风、返料耦合性强，燃烧与汽水也有复杂的耦合关系，燃烧过程的非线性和滞后使对象波动值较大，难于建立精确的数学模型，常规控制方案很难得到理想的控制效果。目前

3、国内CFBB锅炉控制基本采用操作人员手控方式。1 CFBB燃烧过程特性CFBB燃烧特点突出表现在循环和流化两方面，CFBB不需要制粉系统，经破碎符合一定粒度要求(粒径015 mm的煤从前墙或回料阀的多处给料点直接送入炉膛。给煤量主要受负荷指令和燃料风交叉联锁信号的控制,和常规煤粉炉的控制机理是相同的。安全燃烧的主要指标是控制炉膛温度分布，特别是料床温度需控制在850950，这一温度范围也恰与最佳脱硫温度吻合。在远低于常规煤粉炉炉膛的温度水平下燃烧，体现了低污染物排放和避免燃烧过程中的结渣等问题的优越性，防止床温过高出现结焦或床温过低出现熄火。采用控制手段是给煤、一次风、二次风、二次返料量。控制

4、难点在于工艺上给煤机构设计不合理，经常习惯性堵煤，需要人工通煤；二次返料量的增减引起床温明显升降，二次返料管有时会堵住，有时整块落下，严重影响床温，时有导致低温熄火或高温结焦危险；给煤量无检测信号，无冷渣器结构，瞬时给煤量无法检测，不能连续排渣，按人工经验放渣；床温检测点位于一个水平面，反应滞后且无法反应床层不同层面的温度，煤质、煤湿度变化影响床温变化，料床（密相区）高度，特别是间歇放渣引起床温变化，负荷变化引起炉膛温度分布的变化。从上述特性来看，从CFBB锅炉的工艺特性来看，其燃烧系统及其控制具有多参数、非线性、时变和多变量紧密耦合的特点，而且CFBB具有更多的输入/输出变量，且耦合性强，靠

5、单一的PID控制无法实现，过程复杂无法建立精确的数学模型，无法使用复杂的高级控制策略；工艺运行上人工经验性的东西较多，必须在控制系统设计中考虑。2 优化设计CFBB燃烧控制优化CFBB燃烧控制目标是控制床温在850950，需平稳控制在一定值范围。在现场实做中，控制器参数一般是调试人员和运行人员根据自己的经验采用试凑的方式进行参数设置。这种试凑方式一般都能保收稿日期：2009-10-22项目基金：黑龙江省科技攻关计划项目（GZ08A107）；黑龙江省教育厅科技项目（11541386，11541400）作者简介：陈淑鑫(1978，女，黑龙江齐齐哈尔人，讲师，在读硕士，主要从事计算仿真控制研究，sh

6、uxinfriend。·18· 齐 齐 哈 尔 大 学 学 报 2010年 证系统的稳定性，但不能保证系统满足各项指标，经常是牺牲经济性指标来满足安全性指标，而且也很难达到最优的标准。另外，热工标准委会制定了热工控制系统的主要性能指标的量化值，可对运行过程各系统进行各项指标衡量。2.1 CFBB燃料传热计算方法CFBB燃烧系统主要考虑炉膛内密相区和稀相区燃烧份额及传热计算来实现，克服系统的非线性、时变、大滞后、多变量紧密耦合的复杂特性，合理动态调节主要控制手段，实现对关键工艺参数如料床温度、主蒸汽压力、炉膛负压、烟气氧含量等指标的平稳控制，提高锅炉热效率（见如图1）。密相区

7、和稀相区燃烧份额受燃料粒径、煤种、流化风速、一二次风率、床层温度等诸多因素影响，密相区的入炉热量Q b . b 如公式（1）Q b . b =Q inin (100q 3q 3 q 6c . as 100q 40 +xa b . b I a +nI s . a （1）其中： Q 为锅炉输入热量，kJ/kg；密相区燃烧份额；q 6c . as 为冷渣物理热损失，%；x 为一次风占总风量的比率，%；a b . b 密相区出口处的名义空气过剩系数；I s . a 为分离灰焓，kJ/kg；为保热系数；B cal 计算燃烧消耗。若密相区布置有埋管，则埋管受热面吸热量Q 采in用公式（2）计算。Q in

8、=B cal (Q b . b 100q 4b . b '' I b . b （2）100q 4以75 h/t循环流化床锅炉为例q 3气体不完全燃烧损失为0.1，q 4固体不完全燃烧损失为3.10，密相区内的燃烧份额为0.75，经计算300时密相区焓值为 783.069 kJ/kg，700 时密相区焓值为1 966.37 kJ/kg，800时密相区焓值为2077.11 kJ/kg，在870较稳定灰渣物理热损失为0.45，输出热量为2.16×10 kJ/h。2.2 CFBB燃料量控制系统构成锅炉燃烧控制系统的任务是提供合理的燃烧量来满足锅炉蒸汽负荷的变化，保证锅炉的安全

9、、经济运行。CFBB燃烧控制系统包括燃料量、送风量、吸风量三个变量，是一个多参数、多变量的控制系统，可由3个相对独立的单变量系统来实现。即主蒸汽压力控制、送风量控制、炉膛负压控制，这些控制系统各完成独立功能，同时又相互嵌入，实现燃烧最佳经济控制。并具备优点为：（1）系统燃烧率调整按目标负荷值及给煤机投运的数量值去调整给煤机的变频转速和高炉煤气量来实现；（2）给煤机变频转速信号作为煤量代表信号，该信号与风量、燃烧率等关联信号一起建立起锅炉的风/煤比函数和燃料空气限制函数；（3）在自动方式时，每一层燃料风门挡板的开度应是该层给煤机转速信号的函数；（4） 为加快给煤机 8第1期 循环流化床锅炉优化燃

10、烧控制方法 ·19· 对负荷变化的响应，给煤机信号回路应有速率可调的“加速”功能；（5）对锅炉燃料和风量的控制，应根据燃料的不同发热量进行校正；（6）总燃料量与锅炉指令比较，综合成一个总燃料指令；（7）CFBB指令按送入锅炉的总的燃料量(包括所有辅助燃料来限制风量，燃料指令应根据运行的给煤机数量进行修改以保证风量不低于燃料量。根据上述负荷要求，对于负荷控制的实现，最终是通过改变燃料量来完成的。而燃料量的改变又必然将影响到各台锅炉各自的过热器出口压力，必将会导致炉床温度及炉膛出口温度的改变，故而控制系统必须考虑各参数的相互影响。所以，燃料量控制系统的结构如图2所示。3 结束语

11、本燃烧控制系统处理是基于CFBB燃烧过程运行理论及优化设计，控制系统产生的经济效益主要体现提高循环流化床锅炉的热效率，降低煤耗和电耗，提升CFBB自控投运率和控制效果，获取可观的经济效益。参考文献1 佘文武. 循环流化床锅炉床温动态建模与仿真J. 厦门大学学报: 自然科学版, 2006, 45（1）: 80-84.：59-61. 2 李彦, 喻敏, 赵来潮. 大型电厂循环流化床锅炉控制技术的研究J. 中国电力, 2001, 34（4）：35-40. 3 周水良, 谢力, 叶敏. 大型循环流化床锅炉控制系统J. 发电设备, 2003（1）4 工业锅炉设计计算方法编委会. 工业锅炉设计计算方法M.

12、 北京：中国标准出版社, 2005：56-57.Method of circulating fluidized bed boiler optimizating combustion controlCHEN Shu-xin1,2，LU Yi-ping1，WANG Jian-min3(1.Harbin University of Science and Technology, Harbin 150080,China；2.Computer Center of Qiqihar University,Heilongjiang Qiqihar161006,China；3. Qingdao Henghe E

13、verton Technology Development Co., Ltd，Shandong Qingdao 266042,ChinaAbstract：In view of the circulating fluidized bed boiler combustion characteristic, For example75h/t CFBB through the thorough practice location, absorpted the experts and the skilled operators of boiler-design about control experience , raised the internal furnace combustion control system the co