循环流化床锅炉燃烧系统控制优化策略

孙廷碧伊春市林都热电厂，黑龙江伊春 153000

循环流化床锅炉燃烧系统控制优化策略

孙廷碧
伊春市林都热电厂，黑龙江伊春 153000

本文在对循环流化床锅炉（CFD, Circulating Fluidized Bed）及其燃烧系统进行论述的基础上，提出了基于模糊控制的燃烧系统优化设计方案。

循环流化床；CFD；燃烧系统；控制系统

0 引言

由于循环流化床锅炉的燃烧过程涉及到一系列的基础课题研究，导致其燃烧机理较为复杂。锅炉的燃烧温度的控制受到诸多的因素所影响，尤其是它还受到出燃烧系统以外的其他系统的影响，多者之间存在着极其复杂的耦合关系，具有极强的时变现象。虽然当前国内已经有多种类型和型号的循环流化床锅炉投入到实际的生产运行当中，但是在控制水平上来讲还较低，尤其是在锅炉的燃烧控制系统方面存在的差距较大，锅炉涉及的高性能指标难以达到。而当前从国外引进相应的资料和技术等都存在着较大的困难，因此急需开发一套可行的循环流化床锅炉燃烧系统控制系统。

1 循环流化床锅炉及其燃烧系统

1.1 循环流化床锅炉的基本结构及工作原理

循环流化床锅炉主要由炉膛、气固分离器、灰回送系统、尾部受热面和其他的辅助设备等几个基本的部分构成，部分循环流化床锅炉还设置有外设的热交换器。在锅炉的整个工作流程中，燃料和脱硫剂（石灰石等）经过破碎处理成为合适的粒度，通过锅炉的给料机与给煤机送入到锅炉的燃烧室的布分板上部，然后和燃烧室中所含的高温沸腾物料等充分的混合，之后在短时间内被加热到很高的温度，迅速的燃烧起来。其中所含有的脱硫剂（石灰石）将与燃烧所生成的发生反应，生成污染小得，达到脱硫的目的。通常而言，循环流化床燃烧室的温度主要控制在850℃～950℃之间，这样在速度较高的气流作用之下，就能再整个炉膛当中进行充分的燃烧，提高燃烧的效率，同时高速的气流还可以从燃烧室中带出大量的燃烧固体颗粒，有效的减少其中的固体沉积物。在锅炉中的高温旋风分离器进行分离处理之后，部分温度较高的热炉料被直接的输送到流化床锅炉的燃烧室中进行再次的燃烧，而其他的部分则被输送到冷灰床当中，在这里与其中的空气与埋管的受热面等进行热交换，直到被冷却到400℃～600℃之后，通过送灰器输送到燃烧室或者是直接排除炉膛。而经过高温旋风分离器排出的高温烟气，除了在烟道尾部与对流受热面进行热交换，进行热回收之后，直接通过静电除尘或者是布袋除尘等方式处理，最后从烟囱中排除。

1.2 循环流化床锅炉燃烧控制系统

循环流化床锅炉燃烧控制系统的主要任务就是要将燃料经过燃烧之后所产生的热量完全的满足锅炉蒸汽符合需求，同时尽可能的保证锅炉的运行的经济性、安全性和环保性等几个方面的要求。由于循环流化床锅炉的具体型号以及所需要控制的燃烧过程和燃烧工况等都不一样，同时还受到燃烧时所选择的燃料、燃料的设备等多个因素的影响，因此每一个燃烧控制系统的任务又不一样。总的来讲，燃烧控制系统的任务主要有这样几个方面：1）保证循环流化床锅炉的主蒸汽压力，提高锅炉燃烧的经济性；2）对锅炉的引风量和送风量进行优化与匹配，确保炉膛压力在既定范围之内；3）对炉膛的压力进行控制；4）对锅炉料床的温度进行控制，以保证锅炉连续、安全和稳定的运行，并保证锅炉运行过程的脱硫效率。

锅炉的燃烧受到多种因素的影响，包括循环流化床外在符合的变化（外部因素的扰动）、锅炉的内部扰动，具体的包括锅炉的煤、水供给量，返料量与减温水量，引风量等多种因素。同时还要对所有的输出量等进行一定程度的变化与控制，包括汽包的水位、输出蒸汽的温度和压力、炉膛的负压与床温等都是控制的重要对象。从这个角度来讲，实现锅炉燃烧系统的立项控制系统应该是一个多回路的综合控制系统。当其中的一个环节发生变化或者是扰动的时候，系统的各个调节量都协同的发生动作，使得系统所控制的各种因素等都达到相应的控制精度，也就是说立项的燃烧控制系统应该是一个多回路的闭环控制系统。但是，在实际的工程应用当中，这种调节与控制方案的基本上不可能实现，或者说存在着较大的困难。

2 基于模糊控制的循环流化床锅炉燃烧系统方案的优化设计

由于篇幅所限，在这里主要就模糊控制思想下循环流化床锅炉燃烧系统的总体方案进行介绍和论述。图1为设计出的循环流化床锅炉燃烧控制系统的总体控制回路图。在实际的运行过程中，我们发现锅炉炉膛的负压受到引风、一次风等因素的影响较大，而其他因素等影响较小，所以在设计的过程中将这两个值作为主要的控制参数。将总体设计回路设计成以锅炉炉膛负压，并且带有送风前馈的单回路控制系统。

图1 基于模糊控制的循环流化床锅炉燃烧控制系统设计方案

在对燃烧系统的运行进行分析之后发现，当外在的负荷发生变化时，要及时的调节锅炉的供煤量，这样才能保证所产生蒸汽的压力稳定性。而对锅炉炉膛温度的控制主要是通过调节风机的送风量来实现控制的，一般对一次风进行调节就可以很好的控制床内结焦或者是灭火等问题。同时，为了保证锅炉炉膛中气固两相能良好的在锅炉运行过程中的配合，确保锅炉燃烧过程的经济性，在控制的过程中海需要使得锅炉炉膛中的含氧量能够跟供煤量等进行实时的变化。因此，在对一次风量回路进行控制时要包含这样两个方面：其一，保证锅炉炉膛中风、煤比处于一个最佳水平；其二，以锅炉炉膛的温度作为标准校正量，当炉膛温度偏差较大时要及时的进行调节，能保证炉膛的温度能够快速的回到所设定的温度水平。因此，在供煤回路的设计过程中要考虑到蒸汽压力的主控参数变化，保证外在符合的稳定。同时还要确保温差变化不会超过允许的范围，保证锅炉安全运行。而常规的PID控制方式很难对CFB进行有效的控制，在燃烧控制过程中通过将模糊逻辑技术与PID相结合，集合两者的优点，进行集中控制，提高控制的效果和水平。

[1]柴远斌.240T/H循环流化床锅炉燃烧优化控制研究[D].山东大学，2007，5.

[2]宋波.循环流化床锅炉燃烧系统热效率优化控制研究[D].厦门大学，2008，5.

[3]220T／H循环流化床锚炉控制系统方案[S].新华控制工程有限公司，2003.

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1674-6708（2012）59-0038-02