1、大型火电厂 135MW 循环流化床锅炉机组控制系统设计与安装调试研究摘要：介绍循环流化床锅炉的动态特征和运行参数，阐述循环流化床锅炉自动控制系统，包括给煤量控制系统和床温控制系统，论述循环流化床锅炉机组燃烧优化调整，讨论和风量仪表选型和主要热工测点布设。 关键词：循环流化床锅炉；动态特性；控制系统；安装调试 中图分类号：TM921 文献标识码： A 随着我国电力事业的不断发展，煤炭发电在国民经济中发挥着重要和基础的作用。循环流化床锅炉目前火电企业广泛采用的一种燃烧技术，它产生于上世纪 70 年代。它的操作运行与其它燃烧方式例如层燃炉和煤粉炉等很不相同，具有大滞后、煤质多变以及燃烧过程非线性等特
2、点。其运行中需要持续满足诸多热工参数，否则很容易出现燃烧效率低、磨损、分离效率低、回料器堵灰等弊病。因此，在设备安装和调试工作中需要充分了解其动态特性、参数要求、以及测点分布等，确保安装调试工作科学有序进行。 1 锅炉动态特性及参数 循环流化床锅炉采用流态化的燃烧方式，这燃烧方式介于煤粉炉悬浮燃烧和链条炉固定燃烧之间，称之为半悬浮燃烧方式。流态化燃烧情况下固体颗粒在空气的作用下处于流动状态，存在着大量的床料，在锅炉一次风、二次风的作用下处于流化状态，实现炉膛内循环和外循环，实现不断的往复循环燃烧。在动态特性上主要表现在燃烧室内流化层大热容量的热平衡特性。这种特性又会随运行工况不同而变化，这些因
3、素相互作用，给自动控制的设计和实现造成了困难。从热功参数上看，循环流化床锅炉温度一般在 900以下，如果燃料硫分较低，床层温度可以放宽到 900-950，需要保证床层不产生结焦。循环流化床锅炉与普通锅炉相比耦合关系更为复杂，给水流量和减温水流量与循环流化床锅炉其它变量间的耦合关系较弱，可以独立自成系统，汽包水位控制和减温水控制与煤粉炉相同，在安装和操作中可以对照参考。 2 循环流化床锅炉自动控制系统 循环流化床的燃烧控制一直是公认的难题，安装和设计中不仅要考虑温度控制，还要考虑床压调节、测量点的分布和测量元件的选择。 2.1 给煤量控制系统 由于循环流化床锅炉煤粒较粗，燃烧过程复杂。由于其燃烧
4、室内的床料具有相当大的热惯性和蓄热能力，当给煤量发生改变时，对主蒸汽压力的响应比煤粉锅炉的迟延和惯性要大很多。对于 135MW 循环流化床锅炉，迟延能够达到 5-1 5 分钟，再加上非线性和时变特性，建立有效的预估和补偿手段非常困难。压力调节使用“直接能量平衡”的控制结构，但调节效果不太理想。根据试验结果，即使采用主蒸汽流量前馈的控制结构，变负荷时主蒸汽压力的调节品质也难以得到理想效果。因此安装时机组最好可以运行在“机跟炉”方式下，由锅炉根据机组负荷指令调节给煤量，由汽轮机调节主蒸汽压力。一次风压力控制系统通过调节一次风机入口挡板的开度保持一次风压与给煤量相匹配，其设定值是燃料量指令和床温测量
5、值与给定偏差值的函数。 2.2 床温控制系统 循环流化床床温控制的目标是 850900，在这个温度范围可以实现最佳脱硫、脱硝。调节床温的手段一是通过调节给煤量；二是通过调节一、二次风的配比，后者调节能力有限，因为通过调节燃料量调节床层温度，必然使锅炉主蒸汽压力发生波动，为保证床料的良好流化，一次风量必须控制在一定范围内。通过在床温的控制回路设置死区，在床温与给定值的偏差大于死区后才调整一次风流化风门。一次风流化风门的床温调节只是在上下 30范围内，因此当床温大幅度改变时, 需要通过改变一次风压力设定值来进行联合调节。二次风控制系统的目的是为了助燃和经济燃烧，包括二次风压、二次风量控制两部分。二
6、次风压通过调节送风机入口挡板开度进行调节，设定值是燃料量指令的函数；二次风量通过二次风档板进行调节，设定值是燃料量指令和氧量调节器输出的复合函数值。炉膛压力通过引风机入口挡板的开度进行调节。为减少炉膛压力的波动，加快调节速度，需要在引风控制系统中加入送风机入口挡板和一次风机入口挡板开度的指令前馈信号。 3 循环流化床锅炉机组燃烧优化调整 由于燃料的多样性，循环流化床在燃烧烟煤、无烟煤以及贫煤甚至劣质煤的时候燃烧效率受到影响，由于煤粉在脱硫技术不断改进，使得循环流化床锅炉内脱硫优越性相对下降，因此在安装调试中采取有效措施提高燃烧效率是一项重要工作。影响燃烧效率的因素一般包括燃料粒径分布、风量、分
7、离器分离效率、煤粉质量等。对燃煤粒径分布的调节要视具体的煤粉类型而定，低挥发煤粒径要小，高挥发煤粒径相对大些。提高锅炉总风量可以提高燃烧效率，但提高到一定程度燃烧效率会呈下降趋势，按照以往经验，炉膛出口氧量控制在 4%-6，锅炉燃烧效率会比较高。一二次风比例会影响燃烧效率，具体设置需要考虑煤种、床温和煤粉粒径，挥发性高发热量大的煤粉，应提高一次风量，降低二次风量，反之降低一次风量，提高二次风量。床压控制方面，如果煤粉挥发性低，发热量高可以维持较高的床压，然煤粒径小可以降低一次风量，维持较低床压；循环倍率高可适当降低床压运行。分离器的分离效率一般通过调整一、二次风和烟气流速改变，在锅炉停运检修时
8、需要检查分离器状况，保证其良好工作。 4 风量仪表选型 对于循环流化床锅炉风量的测量主要是考虑投资成本和测量精度之间的权衡。在相对准确的前提下需要保证测量信号的稳定性。由于空间限制，工艺管道的布置很难满足风量计对测量直管段长度的要求，因此一般选择传统的机翼式测风装置。对于大尺寸风管道也可以考虑选用热导式风量计，其安装方便。但热导式风量计是点测量，需要在标定的前提下找测量点确定热导式风量计的插入位置以保证测量到的是平均流速。对于直管道很短的风量测量可以考虑选用横截面积式风量计，但要注意横截面积式风量计相对于其它差压式风量计测量信号较小，因此必须选用精度微差压变送器，也可以考虑选用内锥式流量计。无
9、论选用那种流量计测出的风量最终都要转换成标准状态下的风量显示。 5 主要热工测点布设 循环流化床锅炉中各测点的数据需要能够及时准确地反映锅炉的运行状况，以便于操作人员及时的启动和停止负荷操作。温度测点一般设置在炉床下启动燃烧器内壁、冷风室，可以采用分层布置的方式，水系统和风系统需要视建造工艺选择测点的位置。压力测点的布置一般设置在冷风室、点火油压器、料床、分离器进出口、各级省煤器、空气预热器进出口等，系统和风系统视具体情况设定。烟气含氧量的测量有利于操作人员掌握燃烧中供氧情况，对于指导循环流化床锅炉的运行十分重要。一般在省煤器出口烟道两侧各设一个氧量测点，也可以在空气预热器出口烟道两侧设点用于
10、检测空气预热器漏风情况。电动执行器也是提高循环流化床锅炉自动化水平必不可少的部分。采用这种装置能够发挥电力自动化的优势大大减少一线工人的劳动强度，并且可以及时应对故障处理。如果资金充裕建议在送风机出口、风门、二次风机出口风门、引风机入口风门上下、一次风各风门、高压风机出口风门、二次风风门等诸多位置安装。如果资金不足，二次风机如选用变频电机，可以考虑取消相应的电动门，对于回料系统的输送风风门等位置由于操作较少，可以选用手动门。 5 总结 综上所述，循环流化床技术作为高效、洁净、低污染的燃煤技术在我国已经得到广泛推广和采用。根据以往的安装和调试经验，135MW 循环流化床锅炉热工测点的设计和运行，热工测点数量、测点布置及仪表选型等基本能够满足生产运行需要。因循环流化床锅炉燃烧的复杂性，在安装调试的很多方面还需要深入了解，在实际生产操作中需要不断总结经验，更好地发挥这项技术在火力发电中的应用。 参考文献： 1张学礼，郭子佳，刘德祥.大型火电厂循环流化床锅炉机组控制系统设计与安装调试分析J.中国新技术新产品，2011， （18） 2程先明.浅谈 300MW 机组循环流化床锅炉控制系统J.云南电力技术，2006， （6） 3何建新.浅谈循环流化床锅炉参数重要性J.云南电力技术，2011. 4单保杰.先进控制在循环流化床锅炉燃烧优化控制方面的应用J.计算机应用化学，2011， （8）
