循環(huán)硫化床控制策略.doc

循 環(huán) 硫 化 床 控 制 策 略 探 討河北電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 熱控 田松石家莊熱電廠 熱工專責(zé) 張宏彪摘 要 ： 隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求的日益提高，循環(huán)硫化床鍋爐在國(guó)內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，然而國(guó)內(nèi)的控制領(lǐng)域?qū)τ谘h(huán)硫化床的控制仍然是薄弱環(huán)節(jié)，因此如何加深對(duì)生產(chǎn)流程的了解、完善控制策略就進(jìn)入了人們的意識(shí)日程。本文結(jié)合國(guó)內(nèi)第一臺(tái)投運(yùn)的450r/h循環(huán)硫化床鍋爐保定熱電廠工程探討了循環(huán)硫化床床鍋爐的工藝流程及控制策略。關(guān) 鍵 詞 ：硫化床鍋爐(CFB)、床溫、床壓、控制策略一 循環(huán)硫化床鍋爐的發(fā)展及在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用狀況國(guó)外于上世紀(jì)八十年代逐步發(fā)展循環(huán)流化床技術(shù)，其主要特點(diǎn)在于燃料及脫硫劑在爐膛內(nèi)經(jīng)多次循環(huán)，反復(fù)的進(jìn)行低溫燃燒和脫硫反應(yīng)，爐內(nèi)湍流運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，使燃料的燃盡率達(dá)到97%以上。再者，循環(huán)流化床鍋爐具有燃料適用性廣，負(fù)荷調(diào)節(jié)性能好，灰渣利于綜合利用等優(yōu)點(diǎn)，因此在國(guó)際上得到廣泛應(yīng)用。經(jīng)過近二十年的迅速發(fā)展，國(guó)外循環(huán)流化床鍋爐的技術(shù)已趨于成熟。國(guó)外在CFB鍋爐的發(fā)展過程中也形成了幾種技術(shù)流派，比較有代表性的有芬蘭奧斯龍公司（Ahlstrom，現(xiàn)被福斯特惠勒公司并購(gòu)）的Pyroflow型循環(huán)流化床鍋爐；德國(guó)魯奇公司開發(fā)的Lurgi型循環(huán)流化床鍋爐；德國(guó)巴布科克公司的Circofluid型循環(huán)流化床鍋爐；福斯特惠勒公司的整體化換熱床（Intrex）；美國(guó)貝特爾實(shí)驗(yàn)室（Battele）的多固體型（Multisolid）循環(huán)流化床鍋爐等等。我國(guó)鍋爐行業(yè)采用自主開發(fā)和引進(jìn)技術(shù)兩種方式，經(jīng)過幾年的引進(jìn)、開發(fā)、消化和吸收基本形成了以幾大鍋爐廠為首的幾大流派?；揪邆淞?10t/h及以上大容量循環(huán)流化床鍋爐的國(guó)產(chǎn)化能力，國(guó)內(nèi)掌握大型循環(huán)流化床鍋爐制造技術(shù)的有：東方鍋爐廠：引進(jìn)消化芬蘭奧斯龍公司大型循環(huán)流化床鍋爐的生產(chǎn)技術(shù)。參考燃燒系統(tǒng)圖哈爾濱鍋爐廠：1999年開始部分引進(jìn)ALSTOM公司循環(huán)流化床鍋爐的技術(shù)。參考燃燒系統(tǒng)圖上海鍋爐廠:引進(jìn)ALSTOM公司包括FLEXTECH循環(huán)流化床鍋爐的全套技術(shù)。武漢凱迪電力股份有限公司：在國(guó)內(nèi)外已投運(yùn)的大型CFB鍋爐的基礎(chǔ)上自主開發(fā)，形成自己的CFB核心技術(shù)。參考燃燒系統(tǒng)圖近年來我國(guó)加強(qiáng)了燃煤污染控制的環(huán)境保護(hù)法規(guī)，污染排放罰款力度加大，使我國(guó)循環(huán)流化床鍋爐市場(chǎng)蘊(yùn)涵巨大的商機(jī)，從某種意義上來說，對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益嚴(yán)格的要求促進(jìn)了國(guó)內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐的迅速發(fā)展。近年來隨著各個(gè)鍋爐廠的不斷引進(jìn)吸收和自主開發(fā)，在國(guó)內(nèi)占領(lǐng)了絕大部分市場(chǎng)，截至到目前400t/h以上的循環(huán)硫化床鍋爐已有多臺(tái)投入運(yùn)行。二 循環(huán)硫化床鍋爐的工藝特點(diǎn)和控制過程各個(gè)鍋爐廠由于引進(jìn)技術(shù)的不同在設(shè)計(jì)上各有特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn),但總的來說燃燒和硫化過程基本相同，控制原理也基本相似?，F(xiàn)結(jié)合我院設(shè)計(jì)并成功投運(yùn)的保定工程（2X440T/H 東方鍋爐廠循環(huán)流化床鍋爐），石家莊熱電廠工程（4X410T/H 東方鍋爐廠循環(huán)流化床鍋爐）的控制部分的設(shè)計(jì)和控制策略的設(shè)置對(duì)大型循環(huán)流化床的控制策略進(jìn)行初步的探討。CFB鍋爐的燃料一般由煤和石灰石兩部分組成，物料（煤粒和石灰石）由給料口進(jìn)入爐膛密相區(qū)下部后，被高溫物料包圍而迅速著火，并在燃燒室中伴以高速風(fēng)流在沸騰懸浮狀態(tài)下進(jìn)行燃燒。同時(shí)，高溫?zé)煔鈹y帶爐料和大部分未燃燼的煤粒飛逸出燃燒室頂部，經(jīng)旋風(fēng)分離器分離出的未燃燼燃料由返料器返送回爐膛底部，再次進(jìn)入爐膛循環(huán)燃燒。通常循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行溫度在850900，影響爐內(nèi)運(yùn)行工況的主要因素有一、二次風(fēng)比，給煤量，給石灰量以及排渣量等，其中一、二次風(fēng)比是通過控制密相區(qū)的氧量（還原氣氛）和流化程度進(jìn)而調(diào)節(jié)床溫，一、二次風(fēng)比增加，則床溫降低，反之亦然；其它三個(gè)因素則是通過控制燃燒率及床料粒度構(gòu)成達(dá)到調(diào)節(jié)床溫和床壓的目的。從控制角度講大型循環(huán)流化床鍋爐具有多參數(shù)、非線性、時(shí)變和多變量緊密耦合的特點(diǎn)，而且，CFB煤粉鍋爐比普通鍋爐具有更多的輸入/輸出變量，耦合關(guān)系也更為復(fù)雜。最終的投運(yùn)的好壞可能與控制水平和運(yùn)行人員的經(jīng)驗(yàn)有很大的關(guān)系?？刂苹芈吩O(shè)置是否適當(dāng)、參數(shù)設(shè)置是否合適、合理設(shè)置各參數(shù)間的耦合關(guān)系是大型循環(huán)流化床鍋爐高效安全運(yùn)行的主要因素。從控制角度講循環(huán)流化床鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)調(diào)節(jié)回路：鍋爐負(fù)荷控制調(diào)節(jié)主汽壓調(diào)節(jié)床溫調(diào)節(jié)料床差壓調(diào)節(jié)給煤量調(diào)節(jié)石灰石量調(diào)節(jié)總風(fēng)量調(diào)節(jié)一次風(fēng)量調(diào)節(jié)二次風(fēng)量調(diào)節(jié)二次風(fēng)壓調(diào)節(jié)高壓風(fēng)壓力調(diào)節(jié)啟動(dòng)燃燒器風(fēng)量調(diào)節(jié)爐膛壓力調(diào)節(jié)底灰壓力、溫度調(diào)節(jié)下面將具有代表性的幾個(gè)主要的調(diào)節(jié)控制回路加以說明：1 石灰石量調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)給石灰石量的目的是滿足鍋爐SO2排放量的要求。該系統(tǒng)的目的是控制進(jìn)入爐床的石灰石量，是石灰石的碳酸鈣與煤中的硫份起化學(xué)反應(yīng)生成硫酸鈣，以達(dá)到脫硫的目的。石灰石量與燃料量成一定比例（鈣硫比）進(jìn)行控制。控制回路一般設(shè)計(jì)采用串級(jí)調(diào)節(jié)方式。上級(jí)調(diào)節(jié)器為SO2調(diào)節(jié)器，下級(jí)調(diào)節(jié)器為石灰石量調(diào)節(jié)器，當(dāng)SO2變化時(shí)，調(diào)節(jié)給石灰石旋轉(zhuǎn)給料機(jī)的轉(zhuǎn)速，使進(jìn)入爐膛石灰石量相應(yīng)變化。在這個(gè)調(diào)節(jié)回路中，總給煤量作為前饋信號(hào)加入給石灰石量調(diào)節(jié)器。鍋爐入爐煤量變化時(shí)，SO2肯定也要相應(yīng)變化，將給煤量作為前饋信號(hào)，使石灰石量先根據(jù)煤量變化，然后再根據(jù)SO2信號(hào)進(jìn)行校正，可以減少調(diào)節(jié)延遲。當(dāng)煤種或煤的濕度發(fā)生變化則系統(tǒng)還應(yīng)根據(jù)鍋爐出口煙道測(cè)得的SO2來控制鈣/硫比設(shè)定值。當(dāng)煙氣中的SO2含量高時(shí)，則加大鈣/硫比率。石灰石量調(diào)節(jié)SAMA圖2 風(fēng)量調(diào)節(jié)一次風(fēng)可分為兩路。在燃燒過程中，一路一次風(fēng)由爐膛下部的一次風(fēng)箱進(jìn)入，通過布風(fēng)板進(jìn)入燃燒室，擾動(dòng)由煤和石灰石組成的床料使之流化，并攜帶床料向上移動(dòng)通過整個(gè)燃燒室。另一路一次風(fēng)（又稱為下二次風(fēng)，也可以由二次風(fēng)總管送入）和二次風(fēng)分別從爐膛的不同高度上進(jìn)入燃燒室，補(bǔ)充懸浮區(qū)燃燒需用的空氣量，使燃料在上升的過程中實(shí)現(xiàn)分級(jí)燃燒。燃燒所需的一、二次風(fēng)從不同高度進(jìn)入爐膛助燃，形成分級(jí)燃燒，使得CFB鍋爐爐膛內(nèi)的溫度比較低，減少了NOX的排放，同時(shí)也減少了結(jié)渣的機(jī)會(huì)。二次風(fēng)由爐膛密相區(qū)上部四周爐墻分層給入，確保煤粒在懸浮段充分燃燒。同時(shí)為啟動(dòng)燃燒器提供燃燒風(fēng)。一部分二次風(fēng)（一般為一次風(fēng)的35%）還可作為播煤風(fēng)和正壓輸煤系統(tǒng)的密封風(fēng)。一次、二次風(fēng)率一般設(shè)計(jì)為1:16:4。而一次風(fēng)壓一般為1013KPa，二次風(fēng)壓為68.5KPa。風(fēng)量控制包括總風(fēng)量控制和一、二次風(fēng)比率的控制?？傦L(fēng)量根據(jù)燃料指令獲得，并根據(jù)過?？諝庀禂?shù)校正，形成總風(fēng)量指令，這與常規(guī)煤粉爐是一樣的，把氧量信號(hào)和燃料量信號(hào)進(jìn)行比較，取其高值作為空/燃比控制的設(shè)定值，其目的是當(dāng)燃燒比率上升時(shí)使風(fēng)量先于燃料量增加，當(dāng)燃燒比率下降時(shí)使風(fēng)量后于燃料量減少。通過這種方法，始終保持燃燒區(qū)內(nèi)混合物中的燃料不會(huì)過剩。所不同的是一次風(fēng)和二次風(fēng)的分配。為了保證正常流化，一次風(fēng)的流量一般有一個(gè)設(shè)定的下限值。而且，一、二次風(fēng)的比例還要受到床溫控制回路的校正。一二次風(fēng)量調(diào)節(jié)SAMA圖3 床溫調(diào)節(jié)及料床差壓調(diào)節(jié)在鍋爐穩(wěn)定情況下，床溫控制在850-900之間，即鈣流反應(yīng)的最佳溫度，同時(shí)NOX排放量最低。以煤和石灰石量作為系統(tǒng)的前饋信號(hào)去控制冷渣器的排放量，當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，爐床排出比率則增加，通過控制系統(tǒng)加大爐床的物料排放量，使床溫控制在設(shè)定范圍內(nèi)。對(duì)于某一負(fù)荷而言，當(dāng)爐床料位達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，床溫也應(yīng)在設(shè)定的范圍內(nèi)。如果不在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)，則床料排出比率被系統(tǒng)修正，使溫度維持在設(shè)定點(diǎn)。當(dāng)負(fù)荷減少時(shí)，則做相反的修正。CFB鍋爐底部的床料是由灰、渣及大顆粒的燃料組成，料層的厚度不僅影響床溫，而且對(duì)鍋爐運(yùn)行影響很大，料層差壓過高時(shí)會(huì)使布風(fēng)板阻力增加；差壓過低時(shí)負(fù)荷又帶不上去。通過測(cè)量一次風(fēng)室與稀相區(qū)的差壓及一次風(fēng)量可以測(cè)算出料層厚度，通過控制排渣量來實(shí)現(xiàn)對(duì)料層厚度的控制。 床溫、床壓調(diào)節(jié)SAMA圖三 結(jié)束語 循環(huán)流化床的控制是一個(gè)多變量，多耦合關(guān)系的復(fù)雜控制系統(tǒng)。經(jīng)過保定熱電廠半年多的成功商業(yè)運(yùn)行石家莊電廠順利通過72小時(shí)，大型硫化床鍋爐的控制策略已經(jīng)由起步的摸索階段步入成長(zhǎng)、成熟期。相信在業(yè)內(nèi)人士的共