試論循環(huán)流化床鍋爐燃燒控制的優(yōu)化節(jié)能技術

孟慶鵬

[摘 要]根據(jù)循環(huán)流化床鍋爐燃燒的特點，分析其控制系統(tǒng)存在的問題，探討怎樣的控制系統(tǒng)能更適應循環(huán)流化床鍋爐的控制。循環(huán)流化床鍋爐所需要控制的各個變量的錯綜復雜的耦合在一起，所以我們必須找出一種更好的控制方案來為循環(huán)流化床鍋爐服務。

[關鍵詞]循環(huán)流化床鍋爐 燃燒控制系統(tǒng) 優(yōu)化節(jié)能技術

中圖分類號：TB52 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）11-0050-01

煤的循環(huán)流化燃燒技術，由于其燃料適應性廣、燃燒效率高、氮氧化物排放低、SO2控制廉價、負荷調(diào)節(jié)比大以及負荷調(diào)節(jié)快等優(yōu)點而越來越得到廣泛應用，特別是近年來，為了有效保護環(huán)境，循環(huán)流化床鍋爐得到了迅速的發(fā)展，并逐漸向高參數(shù)、大型化發(fā)展。目前，國內(nèi)已經(jīng)投產(chǎn)了300MW機組的循環(huán)流化床鍋爐。

哈爾濱市華能集中供熱有限公司現(xiàn)有6臺116MW循環(huán)流化床熱水鍋爐、3臺75TH次高壓循環(huán)流化床蒸汽鍋爐、2臺12MW汽輪發(fā)電機組及附屬系統(tǒng)，及原有老系統(tǒng)3臺64WM熱水鍋爐、2臺35T/H蒸汽鍋爐、2臺3MW汽輪發(fā)電機組及附屬系統(tǒng)?？偣崦娣e可達到2058萬平方米，占哈市的五分之一。此項目每年可減少燃煤消耗30萬噸，減少灰渣9.5萬噸，減少二氧化硫排放2200噸、煙塵排放1.1萬噸，是一個民心、環(huán)保、德政工程。然而循環(huán)流化床鍋爐的燃燒機理十分復雜，循環(huán)流化床鍋爐的設計尚處于經(jīng)驗設計階段，系統(tǒng)中變量之間的耦合比較緊密，而且具有嚴重的非線性。循環(huán)流化床鍋爐熱工自動控制，特別是燃燒自動控制方面的問題已成為其進一步推廣應用的主要障礙，循環(huán)流化床鍋爐的運行自動化已成為其走向?qū)嵱玫年P鍵之一。

1、循環(huán)流化床鍋爐燃燒過程自動控制的特點

循環(huán)流化床鍋爐不同于煤粉爐，其控制回路多，系統(tǒng)比較復雜，控制系統(tǒng)一般包括以下主要回路：汽包水位控制；過熱汽溫控制；燃料控制；風量及煙氣含氧量控制；爐膛負壓控制；床層溫度控制；料層高度控制；循環(huán)灰控制。對于汽包水位控制和過熱汽溫控制特性與通常的煤粉爐相同，在此不予以分析，只對與循環(huán)流化床鍋爐燃燒相關的控制系統(tǒng)的特點進行分析。

循環(huán)流化床鍋爐燃燒過程自動控制的基本任務是使送入鍋爐內(nèi)的燃煤燃燒所提供的熱量適應鍋爐蒸汽負荷的需要，同時還要保證鍋爐安全經(jīng)濟運行，燃燒控制系統(tǒng)的任務歸納起來有如下幾個方面：

1）維持主蒸汽壓力穩(wěn)定。汽壓的變化表示鍋爐的蒸汽量與負荷的耗汽量不匹配，需要相應地改變?nèi)剂系墓┙o量，以改變鍋爐的蒸發(fā)量；

2）保證鍋爐燃燒過程的經(jīng)濟性。改變?nèi)剂狭康耐瑫r，相應地調(diào)節(jié)送風量，使之與燃料量匹配，保證鍋爐燃燒的經(jīng)濟性；

3）引風量與送風量相配合以保證爐膛壓力在正常的范圍內(nèi)，保證爐膛的安全運行；

4）床層溫度是一個直接影響鍋爐能否安全連續(xù)運行的重要參數(shù)，同時也直接影響鍋爐運行中的脫硫效率及NOx的產(chǎn)生量。一般情況下860℃左右床溫是爐內(nèi)脫硫的最佳溫度，同時NOx的產(chǎn)量也較低。床溫過低不但使鍋爐效率下降，而且是鍋爐運行不穩(wěn)定容易滅火；床溫過高會使脫硫效率下降、NOx產(chǎn)量大大增加，同時容易造成爐膛床料結焦，無法流化燃燒而導致停爐。由此可見，床層溫度是循環(huán)流化床鍋爐運行極為重要的參數(shù)；

5）料層高度控制也與鍋爐安全連續(xù)運行密切相關，料層太厚，會把一次風的“風頭”壓住，使爐料不能達到完全流化狀態(tài)；料層太薄，不僅不滿足負荷要求，而且會使一次風穿透料層吹滅爐火；

6）循環(huán)灰控制將直接影響鍋爐的循環(huán)倍率，也對床溫有一定的影響。

2、循環(huán)流化床鍋爐燃燒過程自動控制的實現(xiàn)

循環(huán)流化床鍋爐是一個典型的多變量被控對象，但由于對它的系統(tǒng)的研究不夠完善，還缺乏經(jīng)驗及深人的了解，所以在設計、分析、研究其控制系統(tǒng)時只能仍采用傳統(tǒng)的方法。目前循環(huán)流化床鍋爐燃燒控制系統(tǒng)設計仍采用常規(guī)PID控制，通常由燃料控制、總風量控制、一次風控制、二次風控制、燃燒室負壓控制、床溫控制、料層高度控制、循環(huán)灰控制等幾個有機聯(lián)系的控制單元構成。即人為地把被控對象分成許多單變量系統(tǒng)進行控制，這種控制方法雖然簡單、易行，局部分析是合理的，但整體考慮會存在許多問題，對進一步提高自動控制水平將存在很大的局限性，有的甚至不能滿足機組的正常運行。對于循環(huán)流化床鍋爐燃燒的控制，從宏觀上看，不管你怎么控制都要首先維持床層溫度的穩(wěn)定。而各個參量是互相耦合在一起的，要想實現(xiàn)自動化控制，靠單純的PID控制是遠遠不夠的，所以必須把先進的控制理念引進循環(huán)流化床鍋爐的控制系統(tǒng)，即模糊控制。實踐證明，模糊控制能夠?qū)r變、非線性和復雜的被控對象進行較為有效的控制。為此，應用模糊控制理論對常規(guī)PID進行改進，并與模糊控制有機結合起來，形成一種“綜合性控制方案”，再配合多種前饋控制方案，應用于循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)這一非線性復雜對象，將達到滿意的效果。

3、循環(huán)流化床鍋爐燃燒過程自動控制的優(yōu)化方法

循環(huán)流化床鍋爐燃燒控制要保證鍋爐的安全運行、床溫的穩(wěn)定、靈活的參與機組的協(xié)調(diào)控制，要達到上述目的，必須要搞清楚幾個關系即：燃煤量和負荷的關系；燃煤量和床溫的關系；負荷和床溫的關系；爐膛受熱面吸熱量和床溫、煤量的關系。另外我們必須要重視循環(huán)流化床鍋爐的熱能蓄能量。進而確定我們要控制的元素，從而采用模糊控制結合DCS功能實現(xiàn)我們的控制目的。其實宏觀的看只要搞清楚循環(huán)流化床鍋爐的熱蓄能量，就可以很好的的控制鍋爐了，這也是循環(huán)流化床鍋爐不同于煤粉爐的控制，但是可惜我們很難知道運行的流化床鍋爐到底有多大的蓄能。要想有效的控制好鍋爐，引入模糊控制就可以解決這個問題。讓控制系統(tǒng)模仿人的經(jīng)驗思維，然后再用理論計算進行校正，最后通過DCS實現(xiàn)自動控制的目的。例如，協(xié)調(diào)控制現(xiàn)在要降負荷，要是人操作，就會根據(jù)經(jīng)驗減煤、減風，考慮到鍋爐的蓄能量運行人員肯定會先多減一些煤，等降下來時運行人員會在把煤量加至和當前負荷相匹配的煤量，在這個過程中鍋爐的床溫、一次風、二次風、氧量、料層高度、循環(huán)灰等都會有不同程度的變化，也需要對它們進行調(diào)整。搞清楚了這個過程和上面所說的那幾個關系，我們就可以通過控制系統(tǒng)來實現(xiàn)控制系統(tǒng)的自動控制了。其他情況諸如升負荷、故障情況和各種不可預見的擾動因素（媒質(zhì)變化等）都可以用同樣的方法實現(xiàn)。

綜上所述，國產(chǎn)循環(huán)流化床鍋爐燃燒過程自動控制的設計與實現(xiàn)，尚存在很多不完善的地方，根據(jù)循環(huán)流化床鍋爐的燃燒運行特點，對鍋爐燃燒過程自動控制系統(tǒng)進行優(yōu)化改造，對機組安全、經(jīng)濟運行是十分必要的。

參考文獻

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