研讨循环流化床锅炉燃烧系统的控制

研讨循环流化床锅炉燃烧系统的控制

刘伟

（宁夏宁鲁煤电有限责任公司灵州电厂宁夏银川750411）

摘要：循环流化床锅炉作为燃烧适应性强、污染低、负荷调节性能好的燃煤技术，已经成为燃煤技术的主力军。随着人们对电力的需求逐渐增长，循环流化床锅炉的数量在我国呈现逐年递增的态势,循环流化床锅炉数量的迅速增多，给其运行的自动化提出来更高的要求。基于此，本文分析了循环流化床锅炉燃烧系统的控制策略，以供参考。

关键词：循环流化床；锅炉燃烧系统；控制

能源和环境问题是我们所面临的棘手问题。为了构建安全、稳定、经济的现代能源产业体系，我们要在现有的资源基础上，利用最先进的科学技术充分提高现有资源的利用率，在供热系统要使用设计新型的燃烧锅炉。目前使用最多的是循环硫化床锅炉，循环流化床锅炉具有排放灰渣，调整负荷控制系统运行时燃烧稳定性的优点，在实际运行过程中可以达到更高的效率。

循环流化床锅炉是一种低污染、高效率的燃烧锅炉，具有适应性强、燃烧效率高，范围相对较大等优点，是近年来发展起来的新型高效的燃煤技术，该锅炉的燃烧方式是处于煤粉燃烧和煤层燃烧之间的一种特殊燃烧方式，其供料设备的结构简单，并且加入炉膛的煤能够被快速地加热并且短时间内着火燃烧，同时能满足燃烧过程所需的空气量的热量，稳定运行时炉膛温度一般控制在800～950℃，实现了脱硫剂可以多次循环利用的要求，有利于节约原料。但是循环流化床锅炉设计复杂，还有很多问题需要进一步解决，这些问题主要是集中在燃烧系统，对其采用常规控制方案很难达到对其各项指标的理想控制。因此，研究循环流化床锅炉的燃烧调整具有重要意义。

1循环流化床锅炉的工作原理

循环流化床锅炉正常运行的时候，炉前给煤系统将燃料送到炉膛里面，一般送风设有一次风和二次风，有的厂家会设三次风。一次风是为了保证料层流化和床温控制，一般通过布风板下方进入到炉膛里面；二次风则是增加炉膛里面的总分量，保证燃料充分燃烧。

炉膛内的物料在一定的流化风速作用下，发生剧烈扰动，形成气固两相流，部分固体颗粒在高速气流的携带下离开密相区进入稀相区，其中较大颗粒因重力作用沿炉膛内壁向下流动，一些较小颗粒随烟气飞出炉膛进入物料分离装置，进入分离装置的烟气经过固气分离，被分离下来的颗粒沿分离装置下部的返料装置送回到炉膛，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。循环流化床锅炉设有分离效率很高的分离装置，被分离下来的颗粒经过返料器，重新进入到炉膛里面，这样既可以保证燃料的充分燃烧还可以保证炉膛内灰的粒径、浓度保持在一个合适的程度，所以和传统锅炉相比较，循环流化床锅炉不仅有辐射传热方式，还增加了对流以及传热等传热方式，这样锅炉炉膛里面的导热系数会大大提高。

2循环流化床锅炉的特点

循环流化床锅炉的基本特点可概括如下：

2.1低温的动力控制燃烧过程

循环流化床锅炉炉内燃烧温度受最佳脱硫温度的限制，炉内燃烧温度一般被控制在820-900℃。该温度低于普通煤的灰擦点，并且此温度范围远远低于普通煤粉炉的燃烧温度，所以避免了灰溶化带来的各种问题。这种低温燃烧方式还使得炉内碱金属析出和结造都低于煤粉炉，在此温度下NOx生成量也大幅下降，而且循环流化床采用的炉内脱硫工艺廉价且高效。

2.2高速度、高通量、高浓度的固体物料流态化循环

循环流化床锅炉内的固体物料（具体有煤粉、残炭、脱硫剂、炭以及惰性床料等）经过由炉膛、旋风分离器以及回料系统所组成的外循环。与此同时，固体物料也经历了循环流化床、锅炉、炉膛内部的内循环。所以物料参与了循环流化床锅炉的两个循环运动即外循环和内循环。整个循环流化床锅炉燃烧过程和脱硫过程均在这两个循环的动态过程中完成。

2.3高强度的热量、动量和质量传递过程

循环流化床锅炉燃烧过程中，大量的固体物料在炉内强烈的湍流下通过炉膛，物料循环量是可以人为操作改变的，而且炉内物料的分布规律也能人为的改变以适应不同的燃烧工况。在这种组织方式下，炉内的热量、动量和质量传递过程非常强烈，也就使得整个炉膛高度的温度均匀分布。

3循环流化床锅炉燃烧系统的控制现状

3.1能满足负荷要求

循环流化床锅炉燃烧控制的主要目的就是确保锅炉的安全运行，由于其特殊燃烧方式，对其控制时要考虑其床层温度、床层压力和回料量各自的变化情况，另外更需要确定蒸汽压力被控变量的结合情况。燃烧系统控制技术分类为经典控制技术和智能控制技术。经典控制技术是锅炉控制的基础，智能控制主要是通过神经元来实现控制的自我调整及修正，从而达到高精确度的调整，该方法能够进行在线调整并且对模型的要求低，故很适合进行跟踪优化。

3.2实现了锅炉运行过程的多半控制任务

经研究发现，运用分层控制的思想完成了循环流化床锅炉运行过程的多半控制任务，主要是使用传统控制系统的策略，通过优化负荷控制和排污控制等，解决了床温控制与负荷控制之间的矛盾。目前，循环流化床锅炉燃烧系统的控制系统在投运后大范围地保证了燃烧过程的平稳运行。

4循环流化床锅炉燃烧控制的具体措施

4.1控制料层温度

料层温度又被称为床温，指的是燃烧密相区内流化物料的温度，这个参数直接关系到锅炉能否安全稳定运行。测定床温的时候一般采用不锈钢套管热电偶作一次元件，将其布置在燃烧室密相层中，距离布风板200～500mm，插入炉墙深度维持在15mm～25mm之间，且数量必须大于等于2只。锅炉运行过程中不能忽视料层温度的监视，通常情况下需要将温度控制在850～950摄氏度，这是因为温度过低锅炉会出现灭火以及燃烧不稳等情况，并且这个温度区间也是最佳脱硫脱销温度，温度过高则容易出现高温结焦，造成锅炉出现停止运行的事故。所以物料层的温度不能低于800摄氏度，最高则不能超过970摄氏度。

4.2控制料层厚度

循环流化床有着密相区与稀相区的分别，密相区内静止物料厚度就是料层厚度，当煤种一定的时候，一定的料层差压意味着一定的料层厚度。一般情况下，通常将风室与密相区上界面之间的差压值减去布风板阻力作为料层差压的监测数值，料层厚度和差压值之间成正比，也就是料层厚度越大，差压值越高。

4.3控制物料浓度

反映炉膛内固体物料浓度参数的就是炉膛差压。一般情况下炉膛差压的监测数值就是测量密相区上界面与炉膛出口之间的压力差值。炉膛差压值、物料浓度、传热系数以及锅炉负荷四者之间成正比，炉膛差压越大，锅炉的负荷就越高。在锅炉正常运行的时候，可以根据负荷调节炉膛差压，而炉膛差压的控制则是通过煤质、煤粒、石灰石量、物料量及风量等实现的，通常情况下炉膛差压控制在500～2000Pa区间之间。

4.4控制运行风量

一次风和二次风有着各自的作用，前面笔者也提到过，一次风主要是控制锅炉流化和床温的，二次风则是为了控制总风量。当一次风满足流化和床温需求，且总风量不足的时候，可以逐步加大二次风，二次风随着锅炉负荷的增加而增加。调整一二次风的配比，也有利于控制NOX的排放。最低流化风量是为了保证和限制流化床启动及低负荷运行的下限风量，是为了避免风量过低造成流化不良，锅炉结焦情况的出现。当锅炉点火时，让一次风量大于最低流化风量，尽量避免低温结焦情况的出现。当锅炉低负荷运行的时候，要保证其大于最低流化风量，一般在冷态试验的时候确定最低流化风量，测量风量时需加温度补偿。

4.5控制返料温度

通过返料器送回到燃烧室中的循环灰的温度就是常说的锅炉返料温度，控制返料温度可以起到调节料层温度的作用。返料器是循环流化床锅炉的一个主要部件。它工作的好坏直接影响着锅炉的安全、稳定、经济运行，首先要保证返料器有稳定流化气源，启动时调整好返料器的流化风量。在运行中，要加强监视和控制返料器温度，防止超温结焦，一般返料器处的温度最高不宜大于950℃，当返料器温度过高时，应及时查明原因并消除。温度过高的时候容易造成返料器结焦，特别是将无烟煤作为燃料的时候，无烟煤相比于普通煤更为难燃，而且存在燃料后燃的情况，如果不控制好温度，很容易出现结焦的情况。当温度太高时，加大返料风量并调整风煤配比、一二次风配比及煤质，同时需要检查返料器有没有堵塞的情况，如果有的话，需要及时进行清除，以达到保证返料器通畅的目的。

4.6调整锅炉出力

当锅炉运行负荷增加的时候，这时候应该在少量增加一次、二次风量之后，在增加煤，按照少量多次的调整原则调节，直到出力达到相关要求为止。增加负荷率的速度一般维持在2MW~5MW；当减负荷时，首先要做的就是减少给煤量，接着减少一次、二次风量，同时将一部分底渣放掉，保证固体物料循环，必须维持一定的灰平衡，最终达到降低炉膛差压、改善床料的目的，直到达到所需出力为止。

结语

综上所述，随着社会环保意识的增加，燃油燃气锅炉凭借其污染小、安全实用的特点取代了以往燃煤锅炉，燃油燃气锅炉的供热作用受到了人们广泛的关注。通过对循环流化床锅炉控制系统的分析，有利于循环流化床锅炉控制系统的安全可靠运作，使循环流化床锅炉控制系统拥有稳定、持续的发展前景。

参考文献

[1]张兴.大型循环流化床锅炉的控制策略研究[D].北京：华北电力大学，2012.

[2]刘媛.国产化300MW循环流化床机组锅炉燃烧系统研究[D].北京：华北电力大学，2012.

[3]闫琦.循环流化床锅炉燃烧系统建模与控制应用研究[D].南京:东南大学，2012.

作者简介

刘伟（1988.07.23），男，宁夏回族自治区银川市贺兰人，宁夏大学，单位：宁夏宁鲁煤电有限责任公司灵州电厂，研究方向：锅炉运行