循環(huán)流化床鍋爐床溫調(diào)整與自動(dòng)控制方案分析

張智超

(同煤廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司，山西 大同 038000)

引 言

隨著節(jié)能環(huán)保理念的不斷深化，電廠運(yùn)行和生產(chǎn)方面要注重清潔無(wú)污染且效能較高的技術(shù)和設(shè)備的使用。CFBB就是在這一背景下產(chǎn)生的，與其他鍋爐系統(tǒng)相比而言，其區(qū)別主要在于燃燒過(guò)程是在硫化狀態(tài)下完成的，具有較高的燃燒效率，但是燃燒過(guò)程中對(duì)于爐膛燃燒狀況的監(jiān)控和調(diào)整難度較大，由此可見(jiàn)，如何通過(guò)有效的技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)燃燒過(guò)程床溫監(jiān)控的自動(dòng)化，是研究的關(guān)鍵點(diǎn)，與此同時(shí)，也是評(píng)價(jià)該鍋爐系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益和運(yùn)行質(zhì)量以及安全的重要指標(biāo)，所以，本文對(duì)此進(jìn)行了深度探索，探索的內(nèi)容包括循環(huán)流化床結(jié)構(gòu)和原理、床溫特性、床溫自動(dòng)控制系統(tǒng)改進(jìn)建議及控制方案等內(nèi)容。

1 循環(huán)流化床鍋爐的組成和原理

1.1 循環(huán)流化床鍋爐的組成

1) 鍋爐的燃料系統(tǒng)。管道燃燒器裝配在爐底位置，所產(chǎn)生的熱風(fēng)傳遞載體為一次風(fēng)箱，傳遞的目標(biāo)地點(diǎn)為爐膛，啟動(dòng)燃燒器主要設(shè)置在兩個(gè)返料腿之間的位置，使用的是輕質(zhì)柴油。

2) 鍋爐的汽水系統(tǒng)。在除鹽水進(jìn)入省煤器時(shí)，主要通過(guò)給水泵來(lái)完成，組成部分包括主給水調(diào)節(jié)閥、旁路調(diào)節(jié)閥，功能體現(xiàn)是對(duì)主給水量進(jìn)行調(diào)控，且省煤器出來(lái)的連接管主要分為2路水管，從氣包上不進(jìn)入，然后進(jìn)行內(nèi)分配，經(jīng)過(guò)管線疏導(dǎo)至鍋爐前墻、水冷壁和左右兩墻，見(jiàn)圖1。

圖1 蒸汽流程圖

3) 鍋爐的風(fēng)煙系統(tǒng)。通常情況下，鍋爐一次風(fēng)由兩臺(tái)風(fēng)機(jī)供給，其中一臺(tái)風(fēng)機(jī)正常使用，另一臺(tái)風(fēng)機(jī)屬于出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)的備用。具體型號(hào)根據(jù)實(shí)際情況來(lái)確定[1]。

4) 鍋爐的飛灰再循環(huán)系統(tǒng)。在工作過(guò)程中，飛灰被電除塵器和布袋除塵器進(jìn)行收集，存儲(chǔ)在集灰斗內(nèi)，經(jīng)過(guò)出灰口排出，然后在倉(cāng)泵氣力輸送系統(tǒng)作用下，送至集灰倉(cāng)[2]。

5) 鍋爐的煙氣脫硫系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要使用的是濕法脫硫技術(shù)，吸收劑主要是石灰石粉制作而成的液體，吸收的對(duì)象為SO2，并進(jìn)行粉塵洗滌和煙氣凈化，實(shí)現(xiàn)環(huán)保功能，具體反應(yīng)公式如式(1)。

石灰石煅燒：CaCO3→CaO+CO2

(1)

與硫反應(yīng)的酸化過(guò)程見(jiàn)式(2)。
CaO+1/2O2+SO2→CaSO3

(2)

1.2 循環(huán)流化床鍋爐工作原理

循環(huán)流化床鍋爐的燃燒過(guò)程主要是在爐內(nèi)完成，將一些高速運(yùn)動(dòng)的煙氣與一些固體廢物進(jìn)行充分接觸，并具有大量顆粒返混，屬于流態(tài)化燃燒過(guò)程，如果鼓泡床鍋爐氣體流化速度小于硫化氣體的速度，那么床料的密相混合會(huì)發(fā)生循環(huán)運(yùn)動(dòng)，固體顆粒則可以在最小的煙氣速度推動(dòng)下，發(fā)生上揚(yáng)循環(huán)，然后通過(guò)旋風(fēng)分離器，在其入口處排出[3]，見(jiàn)圖2。

圖2 循環(huán)流化床鍋爐結(jié)構(gòu)圖

2 循環(huán)流化床鍋爐床溫特性分析

通過(guò)實(shí)踐證明，影響床溫的因素主要包括給煤量、一次風(fēng)量、二次風(fēng)量、爐底排渣量等等，經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，給煤量和一次風(fēng)量的影響比重較大。

2.1 給煤量對(duì)床溫調(diào)控的影響

給煤量對(duì)于床溫的影響主要體現(xiàn)在滯后性，增加了溫度調(diào)節(jié)的困難。在實(shí)際操作過(guò)程中，燃料顆粒在投入之后，需要一定的啟燃時(shí)間，與此同時(shí)，爐膛內(nèi)所含有的燃料數(shù)量巨大，致使?fàn)t床溫度需要一定的時(shí)間才能升高，經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證，這一時(shí)間最長(zhǎng)可以達(dá)到20 min以上，而高負(fù)荷運(yùn)行所帶來(lái)的滯后性，時(shí)間可以達(dá)到1 min以上，因此，在投料初期，床溫不會(huì)馬上升高，甚至?xí)陆?，在此情況下，連續(xù)投入煤粉會(huì)產(chǎn)生燃料積壓，發(fā)生爆燃現(xiàn)象，使床溫快速升高，無(wú)法控制，隨著可燃物的迅速消耗，床溫會(huì)急劇下降，從而產(chǎn)生床溫動(dòng)動(dòng)幅度較大的現(xiàn)象，難以調(diào)控[4]。

2.2 一次風(fēng)對(duì)床溫調(diào)控的影響

循環(huán)流化床中的一次風(fēng)作用主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，其一是流化風(fēng)，其二是燃燒風(fēng)。風(fēng)量越大煙氣所帶走的熱量越大，床溫會(huì)有所下降，與此同時(shí)，氣體和固體之間的紊合度會(huì)增加，致使炭碳粒燃燒需氧量增加，隨之產(chǎn)生的熱量增加，使床溫在此作用下快速升高，這就導(dǎo)致了床溫的波動(dòng)。除此以外，一次風(fēng)量如果不足，會(huì)導(dǎo)致燃燒熱量不夠，使相關(guān)人員和系統(tǒng)產(chǎn)生誤判，認(rèn)為是燃料缺乏，從而增添燃料，這樣就導(dǎo)致了大量燃料積壓，爐溫難以及時(shí)升高，然后在達(dá)到燃燒點(diǎn)后，過(guò)量的燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量將會(huì)使床溫迅速增加，產(chǎn)生較大波動(dòng)。

2.3 含氧量對(duì)床溫調(diào)控的影響

可以通過(guò)氧量的變化進(jìn)行爐內(nèi)燃燒情況的判斷，根據(jù)相關(guān)情況，確立調(diào)解方案，在這一過(guò)程中，也會(huì)產(chǎn)生滯后性，但是，其滯后性效果要低于給煤量所產(chǎn)生的滯后性，并且可據(jù)此進(jìn)行給煤調(diào)節(jié)趨勢(shì)的判斷。通常情況下，如果風(fēng)量不變，氧含量有所降低，那么就可以判定是給煤量較大，燃燒過(guò)程中氧氣不足，需要進(jìn)行的是通過(guò)降低給煤量，來(lái)提高氧氣與顆粒的接觸程度，增強(qiáng)其配合比，加快燃燒。通常情況下，通風(fēng)量與燃料量之間的投入情況如表1所示。

表1 燃燒通風(fēng)量和燃料關(guān)系

3 溫床自動(dòng)控制系統(tǒng)優(yōu)化建議

到目前為止，國(guó)內(nèi)的循環(huán)流化床鍋爐都進(jìn)行了床溫自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)置，改變了手動(dòng)控制的缺陷和不足之處，然而，這一方面的工作仍然不夠成熟，需要進(jìn)一步加強(qiáng)。根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)和傳統(tǒng)溫床自動(dòng)控制系統(tǒng)的相關(guān)理念，筆者提出以下改進(jìn)建議。

第一，確定主要調(diào)整參數(shù)，在設(shè)置時(shí)以一次風(fēng)量為主，進(jìn)行風(fēng)量引入負(fù)荷調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)風(fēng)量與給煤量的比例以及燃料量進(jìn)行合理配置，同時(shí)，實(shí)施動(dòng)態(tài)化監(jiān)管和調(diào)節(jié)，根據(jù)實(shí)際情況來(lái)調(diào)整風(fēng)量、煤量和燃料量，與此同時(shí)，要注重風(fēng)量中含氧量情況和風(fēng)速情況的測(cè)定，以保證這一設(shè)計(jì)具有價(jià)值性[5]，見(jiàn)表2。

表2 集散控制系統(tǒng)的自動(dòng)化控制參數(shù)設(shè)計(jì)

第二，進(jìn)行負(fù)荷提升過(guò)程中，必須保證一次風(fēng)量滿足目標(biāo)負(fù)荷的相關(guān)要求，并根據(jù)負(fù)荷指令按照負(fù)荷率來(lái)增加燃料量，保證這一提升過(guò)程具有協(xié)調(diào)性，避免一些突然加料的行為發(fā)生。在降負(fù)荷的過(guò)程中，也要根據(jù)負(fù)荷指令來(lái)調(diào)整，并使燃料量能夠快速到達(dá)目標(biāo)符合的需求情況，減少滯后性的影響，具體的操作程序是先加風(fēng)、加煤，先減煤、后減風(fēng)，并保證加減速率的合理性。

第三，要根據(jù)風(fēng)煤比調(diào)整床溫，還要合理設(shè)置風(fēng)煤比的上下限，將其編制成相應(yīng)的指令，輸入控制程序，實(shí)行自動(dòng)控制和報(bào)警。

第四，通過(guò)溫度死區(qū)進(jìn)行床溫的管控和約束，限定床溫的允許偏差范圍，只有超出有關(guān)范圍，才需要進(jìn)行調(diào)整，來(lái)抵消因慣性引發(fā)的控制系統(tǒng)超調(diào)問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于循環(huán)流化床鍋爐床溫調(diào)整的自動(dòng)化設(shè)計(jì)是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，要融合節(jié)能、環(huán)保、安全、高效的理念，規(guī)范具體操作過(guò)程，提高操作的可行性，通過(guò)風(fēng)煤比控制、調(diào)解程序可控制、調(diào)節(jié)指標(biāo)選擇、限值設(shè)定等等來(lái)實(shí)現(xiàn)循環(huán)流化床鍋爐床溫調(diào)控的自動(dòng)化。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 循環(huán)流化床鍋爐床溫控制優(yōu)化分析[J].工業(yè)設(shè)計(jì),2016(1):166-167.

[4] 淺談循環(huán)流化床鍋爐床溫調(diào)整[J].現(xiàn)代制造,2016(12):75-76.

[5] 循環(huán)流化床鍋爐床溫及汽溫調(diào)整分析[J].工業(yè),2015(7):38.