循环流化床锅炉床温调整及自动控制策略探讨

自 动 化 技术 与 应 用 2 0 1 0 年 第2 9 卷 第1 期 经 验 交 流 Te c hn i c a I Co m mun i c a t i o n s 循环流化床锅炉床温调整及 自动控制策略探讨 任 昊 ， ( 1 华北 电力大学， 河北 保定 0 7 1 0 0 3 ； 2 秦皇岛发电有限责任公司， 河北 秦皇岛 0 6 6 0 0 3 ) 摘 要 ： 循环流化 床锅炉运行中， 床温是最重要 的监视及控 制参数之一 ， 目前 国内大部分电厂运行 中存在的床温波动较大 ， 无法投入 自 动控制等 问题 ， 本文对 锅炉启动及 锅炉及正常运行过程 中手动床温调整方法进行了研究 ， 并提出 了几点床温 自动控制策略的改 进建议。 关键词 ： 循环流化床； 床温控制 中图分类号： T K2 2 3 7 文献标识码： B 文章编号： 1 0 0 3 7 2 4 1 ( 2 0 1 0 ) 0 t 一 0 1 2 8 0 3 Re s e a r c h o n T e mp e r a t u r e Re g u la t io n a n d Au t o Co n t r o l St r a t e g y f o r CF B B e d REN Ha o ， ( 1 No r t h C h i n a E l e c t r i c P o we r U n i v e r s i ty , Ba o d i n g0 7 1 0 0 3 Ch i n a ； 2 Q i n h u a n g d a o P o w e r C o ， L t d ， Qi n h u a n g d a o0 6 6 0 0 3C h i n a ) Ab s t r a c t ： Th e b e d t e mp e r a t u r e i s o n e o f t h e mo s t i mp o r t a n t p a r a me t e r t o o p e r a t i o n o f CFBB W h i l e i n t h e o p e r a t i o n o f ma n y CFB u n i t s ， t h e v a l u e o f b e d t e mp e r a t u r e f l u c t u a t e s c a n n o t b e c o n t r o l l e d a u t o ma t i c a l l y Th i s p a p e r s h o ws t h e r e s e a r c h r e s u l t s o n ma n c o n t r o l t o CF B b e d t e mp e r a t u r e a t t h e p h a s e o f b o i l s t a r t u p a n d n o r ma l o p e r a t i o n ，a n d p r o v i d e s i mp r o v i n g a d v i c e s O n CFB b e d t e m p e r a t u r e a u t o c o n t r o l s t r a t e g y Ke y wo r d s ： CF BB； b e d t e m p e r a t u r e c o n t r o 1 1 引 言 循环流化床锅炉( C FBB) 是近年来在国际上发展起 来的新一代高效、低污染的清洁燃煤锅炉。它与其他类 型锅炉的最主要区别 ， 是其处于流化状态下的燃烧过 程， 所以相对于煤粉炉比较其炉膛燃烧状况的监视与调 整更为复杂也更加 困难 。 其中床温稳定是锅炉安全、经济运行的关键。床温 过低将导致锅炉出力下降， 脱硫效率降低， 飞灰和排渣 中可燃物增加， 锅炉热效率 降低， 甚至引起锅炉灭火。 床温过高， 不仅使排烟温度升高 ， 热效率降低， 引起燃烧 室和分离器内耐火材料脱落， 还会使返料系统产生二次 燃烧 ， 燃烧系统和床内结焦， 导致出力下降， 甚至被迫停 炉 1 。运行中应尽量减小床温波动， 启停及变负荷过程 中应尽量防止床温过高或过低。 收稿 日期： 2 0 0 9 1 1 2 7 2 循环流化床床温特性分析 影响床温的可调因素主要有给煤量、一次风量、二 次风量、炉底排渣量等。其中影响最大的是给煤量和一 次风量【 2 l 。 2 1 给煤量与床温 给煤是影响床温最主要最直接的因素之一， 给煤量 对床温影响存在巨大的滞后性 ， 这个特性增加了床温调 节 的难 度 。 启动 中开始 投煤或增 加燃料 升负荷过 程 中， 由于燃 料颗粒投入后不能即时着火 ， 加之炉膛内床料量 巨大 ， 并不能引起床温升高 ， 而是存在很大的延时。运行中发 现这个滞后时间是很长的， 开始投煤时甚至有超过 2 0分 钟的滞后时间，高负荷运行 中也会有一分钟以上的滞 后， 也就是说开始投入煤燃料时 2 0分钟后床温才开始上 升 ， 这个过程中甚至会出现有床温下降的趋势。在这个 经 验 交 流 T e c hn i c al Co m mun i c a t i o ns 自动化技术 与应用2 01 0年第 2 9卷第 1期 过程中如果连续投入煤粉会造成床料 中可燃物积存过 多， 达到着火点后引起爆燃， 床温迅速升高且无法控制。 同时床温升高导致可燃物迅速燃烧消耗 ， 可燃物浓度迅 速下降 ， 又会导致床温大幅下降， 从而床温大幅波动。 锅炉在协调变负荷过程中也存在这个 问题 ， 这给锅炉运 行人员及 自动控制系统造成了很大困难， 很难将床温控 制在允许范 围之 内， 床温很 容易超过设 计温度 。另外 给 煤机给煤量不稳定也是造成床温波动的直接影像因素 ， 运 行 中应密 切关 注 。 2 2 一次风与床温 循环流化床 中的一次风有两个作用， 一是作为流化 用风 ， 二是作 为燃烧用风 。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也多， 造成床温下降； 风量大， 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 。这 是两个相反的趋势， 同样一次风量不足对床温的影响也 有两个 方面 ， 特别是煤多 风少时 ， 燃烧不 良， 密相区燃烧 放热降低， 造成床温下降【 4 】 ； 如果此时误判为缺煤而继 续加大给煤 ， 会使床温进一步下降。再加大一次风量 ， 积存燃料迅速燃烧放热就会引起床温迅速上升 ， 无法控 制导致超温及床温大幅波动。 现场控制系统设计一次风量通常跟随随给煤量 的 变化而变化 ， 合适风煤配比在运行调节 中非常重要 ， 运 行中发现大部分情况控制系统能够保证合理的风配比， 这种情况下增加一次风量能够降低床温 ， 适当减少一次 风量能够提高床温。 而且相对于给煤调节， 一次风量对 床温影响滞后性要小很多 。 2 3 氧量与床温 氧量变化可反映炉内燃烧工况， 所以可以做为床温 调节 的重要依据 ， 并且其滞后性 比给煤 调节床温 的滞后 要小， 可提前反映给煤调节的趋势， 一般当给风不变 ， 氧 量降低时， 说明此时给煤过大， 会出现缺氧燃烧而使床 温降低， 应减少给煤以稳定床温， 反之亦成立。 3 床温手动调节方法研究 3 1 点火过程中床温调节 点火启动是循环流化床锅炉运行的薄弱环节， 大部 分设计床温达到 6 0 0以上时才允许投煤。这是由于床 温较低， 投入燃料颗粒达到着火点的时间很长 ， 如果连 续投煤会导致床上可燃物浓度大增 ， 床温不增反降 ， 一 旦着火燃烧又会发生爆燃导致床温急剧升高 ， 所 以开始 投煤应在投入一定量煤后停止给煤 ， 待床温有上涨趋势 时， 确定煤 已着火再继续给煤以防止可燃物积存过多爆 燃 ， 此方法可反复几次以控制床温稳定上升。 3 2 低负荷下的床温调节 一 般循环流化床锅炉在 4 0负荷 以下运行时 ， 一 次风量保持在设计最低风量运行 ， 此阶段需要逐步提 高床温至额定值 ， 所以在风量一定的情况下提高床温 只能通过增加给煤实现 ， 实际运行中此阶段床温滞后 性依然很大 ， 给煤 不当很容易 引起床温大幅波动。所 以建议 采 用 少量 多 次 的 给煤 方法 来 提 高床 温 ， 每次 少 量 增 加给 煤 待 床温 稳 定后 再 继续 增 加 给煤 ，以保证 床 温 缓慢 上 升 至额 定值 。 3 3 高负荷下的床温调节 高负荷阶段床温较高， 床温滞后性相对较小 ， 且一 次风量一般可投入 自动控制， 自动控制下一次风量跟随 燃料量增长而增长， 此阶段可以通过调整一次风量偏置 的大小控制风煤量配比的方法调整床温 。变负荷时应 密切关注一次风跟踪情况 ， 必要时手动控制一次风量 ， 严格遵循先加风后加煤 ， 先减煤后减风的原则。 3 4 带外置床的锅炉床温调节 带 有外置床 的循环流化 床机组有一部 分 回料属 于低温回料 ， 这种形式的机组床温调节相对简单 ， 可 以通过调整低温会料量 的大小来调节床温【 5 ， 但调节 过程 中应注意外置床 内受热面金属温度的变化 ， 防止 温升 过快 。 4 床温 自动控 制系统改进建议 目前国 内大 部分 循环 流化 床机 组 虽有 自动床 温控 制系统 ， 但 调节效 果很不 理想 ， 所 以生产 中不 能投入 自 动状态运行 ， 床温还主要依靠运行人员根据经验手动调 整I 引。传统床温控制系统设计一般通过微调一次风量来 调整床温 ， 而燃料量变化跟踪负荷指令变化而变化。这 种控制类似于常规煤粉炉的控制系统 ， 现场运行中发现 在保证负荷稳定变化的情 况下无法保证床温的稳定变 化 ， 而且协调变负荷过程中主汽压力也有大幅波动。 以下作者对传统控制策略提出了几点改进建议 ， 希 望能对以后循环流化床控制系统设计提供一点帮助。 1 将一次风量引入负荷调节系统作为主要调整参 数之一 ， 即一次风量根据设计风煤比与燃料量同时跟踪 自 动 化 技 术与 应 用 2 0 1 0 年 第2 9 卷 第1 期 经 验 交 流 T e c hn i c al Co m m U n i c a t i o ns 负荷指令变化而变化 。某些实验中发现一次风量对炉 膛换热系数有较大影响， 也就是说增加一次风量比增加 床温能更快的提高汽包压力， 反之降负荷时降低一次风 量 也能更快 的降低锅炉热负荷 。所 以设想通过更快 、更 稳的一次风量调节系统可以稳定主汽压力在较小范围 内波动。以新华控制系统为例设计一次风量控制逻辑 如 图 1所示 。 图1 负荷对一次风量控制逻辑 2 升负荷时先保证一次风量达到目标负荷所需风 量， 燃料量跟踪负荷指令按升负荷率逐步升至目标值 ； 降 负荷时先保证燃料量快速降到目标负荷所需燃料量 ， 一 次风量跟踪负荷指令调整。即可实现先加风后加煤、先 减煤后减风， 并可调整加减速率。此方案可通过在风量 指令前加入速率限制模块 ， 通过调整系数来调整升速率 图 2 增减负荷速率修正逻辑 图3 风煤比修正逻辑 在合适范围内。具体逻辑如图2所示。 3 通过微调风煤 比来调整床温， 并对煤比指令加入 上下限， 防止风煤 比超出设计范围过大。具体逻辑如图 3所 示。 4 对床温加入死区限制， 允许床温有较小偏差 ， 偏 差大于 一定值 时才做调整 ， 这 种设计 可 以抵消 一部分 因 大惯性引起的控制系统超调。 以上设计主要思想是首先通过先加风后加煤、先 减煤后减风的方法来保证炉膛内密相区的 良好燃烧状 态，防止床温波动过大。其次通过增加风煤 比上下 限 及床温死区限制来消弱其它参数如煤量及主汽压力的 超调量 。 5 结束语 本文对循环流化床锅炉床温特性进行了分析， 给出 了典型工况下床温手动调节的合理方法 ， 对 自动控制设 计提出了几点建议及具体逻辑设计方案。 参考文献： 1 】平玉环， 于希宁等 4 5 0 t h C F B锅炉床温控制系统改 造【 J 热力发电， 2 0 0 7 ， ( 6 ) ： 1 - 2 2 】吴耀祖 循环流化床锅炉运行调整和控制若干问题【 J 】 天