循环流化床锅炉系统控制Word文档格式.docx

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2．2．8播煤风量调节系统12

2．2．9J阀风量调节系统13

2．2．10石灰石给料量调节14

2．2．11点火增压风机风量调节系统15

2．2．12床层厚度调节15

2．2．13炉膛压力调节16

2．2．14给水调节17

2．2．15主蒸汽温度调节18

2．2．16冷渣器排渣温度调节系统19

2．2．17床层排渣管风量调节20

2．3循环流化床锅炉安全保护（FSSS）21

1循环流化床锅炉简介

1．1循环流化床锅炉特点

循环流化床（CFB）燃烧技术作为一种新型成熟的高效低污染清洁煤技术，具有许多其它燃烧方式没有的优点。

　　1）循环流化床（CFB）属于低温燃烧，因此氮氧化物排放远低于煤粉炉

　　2）并可实现在燃烧过程中直接脱硫。

　　3）燃料适应性广且燃烧效率高，特别适合于低热值劣质煤。

　　4）排出的灰渣活性好，易于实现综合利用，无二次灰渣污染。

　　5）负荷调节范围大，低负荷可降到满负荷的30%左右。

　　1．2循环流化床锅炉工艺

　　1．2．1循环流化床锅炉系统示意

　　燃烧系统：

给料、风室、布风板、燃烧室、炉膛

　　气固分离系统：

物料分离装置返料装置

　　对流烟道：

过热器、省煤器空预器

　　风烟系统：

　　汽水系统：

1．2．2循环流化床锅炉燃烧过程

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，其中较大颗料因重力作用沿炉膛内壁向下流动，一些较小颗料随烟气飞出炉膛进入物料分离装置，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。

经过分离的烟气通过对流烟道内的受热面吸热后，离开锅炉。

1．2．3循环流化床锅炉循环流化过程

对CFB锅炉，按炉内的物料浓度通常将炉膛分为密相区、过渡区和稀相区三个区域，如图,CFB运行状态下，在物料循环回路的不同部位，物料粒径的分布和可燃物含量存在很大区别，物料在炉内的分布大致分为以下四种类型：

内循环物料、底渣、外循环物料（循环灰）和飞灰。

2循环流化床锅炉控制

2．1燃烧系统分析

循环流化床锅炉燃烧系统是一个大滞后、强耦合的非线性系统，各个变量之间相互影响。

有的被调参数同时受到几个调节参数的共同影响，如床层温度要受到给煤量、石灰石供给量、一次风量、返料量及排渣量等多个参数调节。

同时，有的调节参数又影响多个被调参数，如给煤量不仅影响主汽压力，还影响床温、炉膛温度、过量空气系数及SO2含量等参数。

因此，在构造CFB锅炉调节方案时只有抓住主要矛盾，同时兼顾各个次要矛盾，才能构造出满足系统要求的调节策略。

锅炉控制器以并行协调的方式转化为对锅炉燃料量和风量的控制，并具有如下一些特点：

为加快燃料量对负荷变化的响应，采用负荷指令的前馈信号引入控制回路信号回路且有速率可调的“加速”功能。

锅炉指令按可供的风量来限制燃料量，当增加负荷时，采用先加风量的浮动限制方案以保证燃料量决不高于风量的富氧燃烧，且能保证合理的动态响应速度。

锅炉指令按送入锅炉的总燃料量来浮动限制风量，达到减负荷时先减煤后减风以保证风量不低于燃料量的富氧燃烧控制。

燃料量指令将根据运行的给粉机的数量进行修正。

当某台给粉机退出运行时，相应的锅炉燃料量指令退至与其余给粉机相应的出力工况。

2．2系统控制策略

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：

1）锅炉负荷控制调节

2）燃料量调节系统

3）给煤量调节系统

4）总风量调节

5）一次风量调节系统

6）二次风量调节系统

7）二次风压调节系统

8）播煤风量调节系统

9）J阀风量调节系统

10）石灰石给料量调节

11）点火增压风机风量调节系统

12）床层厚度调节

13）炉膛压力调节

14）给水调节

15）主蒸汽温度调节

16）冷渣器排渣温度调节系统

17）冷渣器排渣温度调节系统

18）床层排渣管风量调节

2．2．1锅炉负荷控制调节

循环流化床锅炉和煤粉锅炉一样，维持汽压恒定都是最基本的调节要求。

汽轮机或热用户的蒸汽用量发生变化时，汽压就会产生波动。

此时为了维持主汽压力恒定，必须改变进入锅炉的燃料量和助燃空气量。

无论是单元制机组还是母管制机组，都要从能量平衡的角度来构造锅炉主控系统，即由燃料加入量维持主汽压力恒定。

锅炉主控系统的主导思想是，确保沸下温度在正常范围；

然后保证负荷，以主汽压为主控量进行调节，同时保证最佳的风煤比，并保证炉膛负压不变，当负荷变动时，检测到的主汽压和主汽流量通过运算来进行给煤量的设定，保证设定值不超过现有总风量下允许的最大设定值，并与检测到的沸下温度和给煤量一起进行给煤的协调控制，同时为了保证良好的沸腾状态和充分燃烧，协调控制一次风，并给二次风一个前馈量补偿（由于烟气氧量检测滞后于实际燃烧状况）同时一次风与二次风进行协调。

这样既保证负荷变动下主汽压恒定，又保证沸下温度在正常范围，达到经济燃烧目的。

燃烧率调节系统的指令来自协调控制系统的燃烧率指令，以热量信号P1+C×

dPd/dt（Pd为汽包压力，C为常数）作为反馈信号。

在燃烧率调节调节系统中，通过调节入炉燃料量来调节锅炉燃烧率，以满足机组的运行要求。

由于入炉燃料量是影响床温的重要因素之一，故在构造燃烧率调节方案时把床温的影响也纳入调节方案中。

床温增加减小燃料量，床温降低则增大燃料量。

由于循环流化床锅炉运行时床温可以在一定范围内波动，故在上述调节方案中设置了不调温死区，即床温在该死区内时不改变燃料供给量。

由于主蒸汽流量变化直接反映了机组的负荷变化，故在上述调节方案中把主蒸汽流量信号经过函数运算后直接加到调节输出上，通过前馈形式提高系统的响应速度。

燃烧率调节调节系统得到的燃料量指令和风量指令，分别送往燃料量调节系统和风量调节系统。

2．2．2燃料量调节系统

燃烧率调节系统发出的燃料量指令即为总的燃料量指令，总燃料量指令与总风量进行交叉限制后作为调节系统的给定值，在PID中与燃料量测量值进行运算，运算结果经过函数处理后分别作为给煤量调节系统、播煤风调节系统及石灰石调节系统的给定量指令。

燃料量调节系统如下图所示。

2．2．3给煤量调节系统

燃料量调节系统得到的煤给定量指令送入给煤量调节系统，与煤给料机转速进行PID运算，运算结果调节给料机，使煤的供给量满足机组运行要求。

2．2．4总风量调节

燃烧率调节系统发出的风量指令即为总风量指令。

总风量中一、二次风所占比例最大，同时一次风和二次风直接影响锅炉的运行及燃烧工况。

所以，总风量调节系统通过改变一、二次风量的调节指令来保证锅炉所需配风。

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。

锅炉主控系统得到的总风量指令与燃料量测量值进行交叉限制后作为总风量调节系统的给定值，以保证负荷增加时先加风后加燃料、负荷减小时先减燃料后减风的要求，从而保证一定的过剩空气系数。

总风量调节系统的给定值在PID中与总风量测量值进行运算，运算结果经过函数处理后送往风道燃烧器点火风调节系统、一次风调节系统及二次风调节系统。

2．2．5一次风量调节系统

总风量调节系统发出的一次风量指令作为一次风量调节系统的给定值，与一次风量的测量值一起送入PID中进行运算，运算结果去调节一次风门挡板开度，以调节送入炉膛的一次风量。

一次风量测量值是在考虑了温度修正和压力修正后才送入PID中进行运算的。

一次风量指令在进行处理时，需要考虑煤质的特性及负荷变化情况。

煤种不同时，助燃空气量会有所不同。

同时，负荷变化时一次风量占总风量的比例也会发生变化。

由于一次风对锅炉床温具有调节作用，故在构造一次风量调节系统时也考虑了床温修正。

如果床温偏高，在一定范围内减少可一次风量。

如果床温偏低，在一定范围内可增大一次风量。

由于床温主要靠燃料供给量及返料来调节，一次风量不作为调节床温的主要手段，故在一次风量调节系统中床温信号仅作为修正信号。

2．2．6二次风量调节系统

二次风量调节系统采用串级调节系统。

烟气含氧量测量值与给定值一起送入主调中进行PID运算，运算结果与总风量调节系统发出的二次风量指令一起进行函数处理后作为副调的给定值，与二次风量测量值进行PID运算，运算结果分为两路作为上部二次风流量和下部二次风流量的调节指令。

由于燃料量变化到烟气含氧量变化需要一段时间，故在二次风量调节系统中直接对燃料量进行处理，把其结果作为前馈信号加到调节输出中，以提高调节系统的快速响应性。

在对给煤量进行处理的g（x）函数中，考虑了负荷指令及一次风量等因素，其运算结果直接叠加到PID运算的输出上。

2．2．7二次风压调节系统

表征锅炉负荷的蒸汽流量经函数运算后作为二次风压调节系统的设定值，与二次风压测量值进行PID运算，运算结果调节二次风机入口导叶的开度，使二次风压满足运行要求。

2．2．8播煤风量调节系统

燃料量调节系统得到的播煤风给定量指令送入播煤风量调节系统，与播煤风测量值进行PID运算，运算结果调节播煤风的执行机构，使播煤风的供给量满足运行要求。

2．2．9J阀风量调节系统

循环流化床锅炉的最佳运行床温为850℃－900℃。

在这一温度范围内，大多数煤都不易结焦，石灰石脱硫剂具有最佳脱硫效果，并且NOX生成量也很少。

影响循环流化床床温的因素很多，如给煤量、石灰石供给量、排渣量、一次风量、二次风量、返料风量等。

给煤量主要用来调节主汽压力，床温对给煤调节的影响仅通过串级系统的内环来体现，因此给煤量仅为调节床温的手段之一。

石灰石供给量对床温的影响比较小，且其影响也可间接体现在给煤量上，故在构造床温调节系统时不考虑石灰石的影响。

排渣量主要用来调节床层厚度，若床层厚度基本恒定则排渣量对床温的影响也可不予考虑。

对于不带外置式换热器且采用高温分离器的循环流化床锅炉，可以通过调节一次风和二次风的比例来维持床温稳定。

对于带外置式换热器或采用中温分离器的循环流化床锅炉，则通过调节返料量来调节床层温度。

当床层温度升高时，增加返料可降低床温。

相反，床温降低则可通过减少返料来升高床温。

返料量由J阀风量调节系统来调节。

J阀风量调节系统中床温给定值是在综合考虑负荷指令、给煤量、一次风量及二次风量等物理量后得到的。

该值与床温测量值经过调节运算后，其结果用于调节J阀的执行机构，以使床温朝预定的数值逼近。

2．2．10石灰石给料量调节

石灰石给料量调节系统为一串级调节系统。

SO2含量测量值与给定值一起送入主调节器，在其中进行PID运算后把运算结果与燃料量调节系统中得到的石灰石给定量指令一起进行函数处理。

上述处理结果送入副调中与石灰石给料量测量值进行PID运算，运算结果经限幅处理后调节石灰石给料机的执行机构，以调节进入循环流化床锅炉中的石灰石量，从而达到调节SO2排放量的目的。

2．2．11点火增压风机风量调节系统

总风量调节系统发出的点火风量指令作为点火增压风机风量调节系统的给定值，与点火风量测量值一起送入PID中进行运算，运算结果去调节点火风的执行机构，以使点火风量满足运行要求。

2．2．12床层厚度调节

对于某一特定的锅炉，床层厚度与床压具有一一对应关系。

因此，床层厚度调节可以通过调节床压来实现。

在床压调节系统中床压测量值与床压给定值一起进行PID运算，运算结果调节排渣机构，以使床压满足运行要求。

床压给定值是在综合考虑锅炉负荷、燃用煤种等因素后得到的。

2．2．13炉膛压力调节

　　在炉膛压力调节系统中，炉膛负压测量值经过惯性延滞处理后与给定值一起送入PID中进行运算，运算结果动作引风机执行机构，从而调节炉膛负压满足机组运行要求。

在炉膛负压测量点有多点的情况下，可以采取多点取中值的办法进行处理。

由于一次风量和二次风量发生变化时，需经过一段时间炉膛负压才发生变化，故在上述调节方案中直接把总风量的微风量作为前馈信号送入PID调节输出中，以提高一、二次风量变化时调节系统响应的快速性。

2．2．14给水调节

　　循环流化床锅炉给水调节系统在低负荷时采用单冲量调节系统。

为克服“虚假水位”现象对给水调节系统造成的不利影响，在蒸汽参数稳定、给水流量允许的情况下给水调节系统可自动或手动切换到三冲量调节系统。

负荷大于30％时一般采用由汽包水位、给水流量和蒸汽流量组成的三冲量串级调节系统来调节给水阀，以使汽包水位满足机组运行要求。

在给水调节三冲量调节系统中汽包水位信号经汽包压力补偿后作为主调的输入，蒸汽流量信号经温度、压力修正后与给水流量信号一起作为副调的反馈输入。

给水流量为加入喷水流量信号后的总给水流量。

无论是单冲量调节系统还是三冲量调节系统，测量汽包水位的变送器均为三重冗余。

经过压力补偿后的汽包水位信号采取三取中的处理方法，当至少有一路水位信号故障时也可由运行人员决定采用哪路信号进行调节运算。

　　为保证给水自动调节系统的有效工作，针对不同负荷、不同水位偏差值及水位偏差的变化情况从多组PID参数中选择一组参数进行调节。

在异常情况下系统自动切至手动操作。

　　通过调节给水泵转速来保证给水母管压力，给水母管压力调节采用单回路调节系统。

2．2．15主蒸汽温度调节

主蒸汽温度调节系统由两级减温调节组成：

一级过热蒸汽温度调节系统通过改变一级减温水调节阀开度使一级过热器出口蒸汽温度满足运行要求，二级过热蒸汽温度调节系统通过改变二级减温水调节阀开度使二级过热器出口蒸汽温度满足运行要求。

一级过热蒸汽温度调节系统和二级过热蒸汽温度调节系统调节方案基本相同。

主汽温度调节系统采用由主汽温度、喷水减温器出口温度及主汽流量等参数组成的串级调节系统。

在主汽温度调节系统中主汽温度测量值作为主调的反馈输入值，与主汽温度设定值进行PID运算后送入副调，在副调中与减温器出口汽温进行调节运算，其结果经限幅后由手操器输出至执行机构，调节喷水减温的调节阀。

由于主汽流量变化时，喷水量应相应地发生变化，故在主汽温度调节系统中把主汽流量信号以前馈形式引入调节系统中。

为保证主汽温度调节系统的有效工作，针对不同负荷、不同温度偏差值及温度偏差的变化情况从多组PID参数中选择一组参数进行调节。

当温度偏差较大时选积分时间较小的一组参数，当温度偏差较小时则选取积分时间较大的一组参数，在异常情况下系统自动切至手动操作。

2．2．16冷渣器排渣温度调节系统

冷渣器排渣温度给定值与测量值一起送入PID中进行运算，运算结果去调节相应的执行机构，使排渣温度满足运行要求

2．2．17床层排渣管风量调节

床层排渣管风量给定值与测量值一起送入PID中进行运算，运算结果去调节相应的执机构，使床层排渣管风量满足运行要求。

　2．3循环流化床锅炉安全保护（FSSS）

炉膛安全监视系统的主要作用是实现锅炉燃烧系统的有序管理,炉膛安全监视系统（FSSS）设有炉膛吹扫、主燃料跳闸（MFT）、油燃烧器管理等功能。

当各允许条件满足时,控制燃烧器启动和停止及保持锅炉稳定运行，当允许条件不满足时，执行预先设计的保护逻辑，对锅炉实施必要的保护性措施，以确保人员、设备的安全。

MFT动作条件：

　　1）床温不允许（沸下温度≥990℃并持续5分钟，6取4）

　　2）高压风无效（高压风机出口压力低于设定值）

　　3）炉膛压力高高（≥3.6KPa）

　　4）汽包水位高高（≥200）mm）

　　5）汽包水位低低（≤280mm）

　　6）引风机均跳闸

　　7）一次风机均跳闸

　　8）一次风量小于最小流化风量（一次风总风量≤80000）

　　9）手动MFT

MFT动作：

1）切断主燃料2）关闭减温水电动门3）指出首次跳闸原因

资料来源：

1）罗克韦尔自动化电厂流化床DCS解决方案

2）工控网贴子

3）循环硫化床控制策略探讨（机电之家（））