循环硫化床控制策略探讨

摘 要 ： 随着人们对环境保护的要求的日益提高，循环硫化床锅炉在国内得到了广泛的应用和发展，然而国内的控制领域对于循环硫化床的控制仍然是薄弱环节，因此如何加深对生产流程的了解、完善控制策略就进入了人们的意识日程。本文结合国内第一台投运的450r/h循环硫化床锅炉保定热电厂工程探讨了循环硫化床床锅炉的工艺流程及控制策略。 关 键 词 ：硫化床锅炉(CFB)、床温、床压、控制策略 一 循环硫化床锅炉的发展及在国内的应用状况 国外于上世纪八十年代逐步发展循环流化床技术，其主要特点在于燃料及脱硫剂在炉膛内经多次循环，反复的进行低温燃烧和脱硫反应，炉内湍流运动强烈，使燃料的燃尽率达到97%以上。再者，循环流化床锅炉具有燃料适用性广，负荷调节性能好，灰渣利于综合利用等优点，因此在国际上得到广泛应用。经过近二十年的迅速发展，国外循环流化床锅炉的技术已趋于成熟。 国外在CFB锅炉的发展过程中也形成了几种技术流派，比较有代表性的有芬兰奥斯龙公司（Ahlstrom，现被福斯特•惠勒公司并购）的Pyroflow型循环流化床锅炉；德国鲁奇公司开发的Lurgi型循环流化床锅炉；德国巴布科克公司的Circofluid型循环流化床锅炉；福斯特•惠勒公司的整体化换热床（Intrex）；美国贝特尔实验室（Battele）的多固体型（Multisolid）循环流化床锅炉等等。 我国锅炉行业采用自主开发和引进技术两种方式，经过几年的引进、开发、消化和吸收基本形成了以几大锅炉厂为首的几大流派。基本具备了410t/h及以上大容量循环流化床锅炉的国产化能力，国内掌握大型循环流化床锅炉制造技术的有： 东方锅炉厂：引进消化芬兰奥斯龙公司大型循环流化床锅炉的生产技术。 哈尔滨锅炉厂：1999年开始部分引进ALSTOM公司循环流化床锅炉的技术。 上海锅炉厂:引进ALSTOM公司包括FLEXTECH循环流化床锅炉的全套技术。 武汉凯迪电力股份有限公司：在国内外已投运的大型CFB锅炉的基础上自主开发，形成自己的CFB核心技术。 近年来我国加强了燃煤污染控制的环境保护法规，污染排放罚款力度加大，使我国循环流化床锅炉市场蕴涵巨大的商机，从某种意义上来说，对环境保护的日益严格的要求促进了国内循环流化床锅炉的迅速发展。 近年来随着各个锅炉厂的不断引进吸收和自主开发，在国内占领了绝大部分市场，截至到目前400t/h以上的循环硫化床锅炉已有多台投入运行。 二 循环硫化床锅炉的工艺特点和控制过程 各个锅炉厂由于引进技术的不同在设计上各有特点和优点,但总的来说燃烧和硫化过程基本相同，控制原理也基本相似。现结合我院设计并成功投运的保定工程（2X440T/H 东方锅炉厂循环流化床锅炉），石家庄热电厂工程（4X410T/H 东方锅炉厂循环流化床锅炉）的控制部分的设计和控制策略的设置对大型循环流化床的控制策略进行初步的探讨。 CFB锅炉的燃料一般由煤和石灰石两部分组成，物料（煤粒和石灰石）由给料口进入炉膛密相区下部后，被高温物料包围而迅速着火，并在燃烧室中伴以高速风流在沸腾悬浮状态下进行燃烧。同时，高温烟气携带炉料和大部分未燃烬的煤粒飞逸出燃烧室顶部，经旋风分离器分离出的未燃烬燃料由返料器返送回炉膛底部，再次进入炉膛循环燃烧。 通常循环流化床锅炉运行温度在850~900℃，影响炉内运行工况的主要因素有一、二次风比，给煤量，给石灰量以及排渣量等，其中一、二次风比是通过控制密相区的氧量（还原气氛）和流化程度进而调节床温，一、二次风比增加，则床温降低，反之亦然；其它三个因素则是通过控制燃烧率及床料粒度构成达到调节床温和床压的目的。 从控制角度讲大型循环流化床锅炉具有多参数、非线性、时变和多变量紧密耦合的特点，而且，CFB煤粉锅炉比普通锅炉具有更多的输入/输出变量，耦合关系也更为复杂。最终的投运的好坏可能与控制水平和运行人员的经验有很大的关系。控制回路设置是否适当、参数设置是否合适、合理设置各参数间的耦合关系是大型循环流化床锅炉高效安全运行的主要因素。 从控制角度讲循环流化床锅炉烟风系统主要包括以下几个调节回路： 锅炉负荷控制调节 主汽压调节 床温调节 料床差压调节 给煤量调节 石灰石量调节 总风量调节 一次风量调节 二次风量调节 二次风压调节 高压风压力调节 启动燃烧器风量调节 炉膛压力调节 底灰压力、温度调节 下面将具有代表性的几个主要的调节控制回路加以说明： 1 石灰石量调节 调节给石灰石量的目的是满足锅炉SO2排放量的要求。该系统的目的是控制进入炉床的石灰石量，是石灰石的碳酸钙与煤中的硫份起化学反应生成硫酸钙，以达到脱硫的目的。石灰石量与燃料量成一定比例（钙硫比）进行控制。控制回路一般设计采用串级调节方式。上级调节器为SO2调节器，下级调节器为石灰石量调节器，当SO2变化时，调节给石灰石旋转给料机的转速，使进入炉膛石灰石量相应变化。在这个调节回路中，总给煤量作为前馈信号加入给石灰石量调节器。锅炉入炉煤量变化时，SO2肯定也要相应变化，将给煤量作为前馈信号，使石灰石量先根据煤量变化，然后再根据SO2信号进行校正，可以减少调节延迟。当煤种或煤的湿度发生变化则系统还应根据锅炉出口烟道测得的SO2来控制钙/硫比设定值。当烟气中的SO2含量高时，则加大钙/硫比率。 2 风量调节 一次风可分为两路。在燃烧过程中，一路一次风由炉膛下部的一次风箱进入，通过布风板进入燃烧室，扰动由煤和石灰石组成的床料使之流化，并携带床料向上移动通过整个燃烧室。另一路一次风（又称为下二次风，也可以由二次风总管送入）和二次风分别从炉膛的不同高度上进入燃烧室，补充悬浮区燃烧需用的空气量，使燃料在上升的过程中实现分级燃烧。 燃烧所需的一、二次风从不同高度进入炉膛助燃，形成分级燃烧，使得CFB锅炉炉膛内的温度比较低，减少了NOX的排放，同时也减少了结渣的机会。 二次风由炉膛密相区上部四周炉墙分层给入，确保煤粒在悬浮段充分燃烧。同时为启动燃烧器提供燃烧风。一部分二次风（一般为一次风的3～5%）还可作为播煤风和正压输煤系统的密封风。一次、二次风率一般设计为1:1~6:4。而一次风压一般为10～13KPa，二次风压为6～8.5KPa。 风量控制包括总风量控制和一、二次风比率的控制。总风量根据燃料指令获得，并根据过剩空气系数校正，形成总风量指令，这与常规煤粉炉是一样的，把氧量信号和燃料量信号进行比较，取其高值作为空/燃比控制的设定值，其目的是当燃烧比率上升时使风量先于燃料量增加，当燃烧比率下降时使风量后于燃料量减少。通过这种方法，始终保持燃烧区内混合物中的燃料不会过剩。所不同的是一次风和二次风的分配。为了保证正常流化，一次风的流量一般有一个设定的下限值。而且，一、二次风的比例还要受到床温控制回路的校正。 3 床温调节及料床差压调节 在锅炉稳定情况下，床温控制在850℃--900℃之间，即钙流反应的最佳温度，同时NOX排放量最低。以煤和石灰石量作为系统的前馈信号去控制冷渣器的排放量，当负荷增加时，炉床排出比率则增加，通过控制系统加大炉床的物料排放量，使床温控制在设定范围内。对于某一负荷而言，当炉床料位达到稳定时，床温也应在设定的范围内。如果不在设定的温度范围内，则床料排出比率被系统修正，使温度维持在设定点。当负荷减少时，则做相反的修正。 CFB锅炉底部的床料是由灰、渣及大颗粒的燃料组成，料层的厚度不仅影响床温，而且对锅炉运行影响很大，料层差压过高时会使布风板阻力增加；差压过低时负荷又带不上去。通过测量一次风室与稀相区的差压及一次风量可以测算出料层厚度，通过控制排渣量来实现对料层厚度的控制。 三 结束语 循环流化床的控制是一个多变量，多耦合关系的复杂控制系统。经过保定热电厂半年多的成功商业运行石家庄电厂顺利通过72小时，大型硫化床锅炉的控制策略已经由起步的摸索阶段步入成长、成熟期。相信在业内人士的共同参与和努力下大型循环硫化床的控制水平一定能发展到新的高度。 [参考文献] [1] 东方锅炉厂450t/h循环流化床锅炉技术资料 [2] 岑可法等著 循环流化床锅炉理论设计与运行 [3] 新华公司循环流化床燃烧调节控制策略 工作单位：河北电力勘测设计研究院 热控 通讯地址：河北省石家庄市建华北大街6号 E-MAIL : tians@sjy.hbpc.com.cn