前言
循環流化床鍋爐(CirculatingFluidizedBedBoiler,以下簡稱CFB鍋爐)是一種潔凈煤燃燒技術,它可以將煤礦挑選剩下的煤矸石、劣質煤、煤泥作為燃料來發電,并且可以利用矸石的自身含鈣量進行自脫硫(如媒質含鈣量較低,需再加入少許的石灰石控制zui終的煙氣含硫量),減少對環境的污染。
我國對循環流化床鍋爐的研究是從50年代末在中科院化學冶金研究所開始的。進入80年代中科院工程物理所、清華大學、浙江大學、華中理工大學和相關鍋爐廠,相繼研究開發了10t/h、20t/h、35t/h、75t/hCFB鍋爐。進入90年代后,東方鍋爐廠、哈爾濱鍋爐廠和上海鍋爐廠等分別通過與美國福斯特·惠勒公司和美國PPC公司引進技術或合作生產的方式,開始生產制造130t/h、220t/h的CFB鍋爐。近幾年來,由于國家對環保的重視,對國家電力建設的相關政策進行了相應的調整,因此電力市場相繼上馬了一系列440t/h等級的CFB鍋爐項目,該等級的CFB鍋爐是以上三大鍋爐廠在對220t/hCFB鍋爐消化的基礎上,對容量進行放大國產化的CFB鍋爐。
CFB鍋爐控制特點
江蘇大屯矸石電廠工程采用的是東方鍋爐廠生產的440t/hCFB鍋爐,為前墻給煤、一次中間再熱超高壓鍋爐,配有兩臺風冷旋風分離器,兩臺風水聯合冷渣器。本文結合該工程對CFB鍋爐的控制特點進行介紹。
1.給煤量控制
CFB鍋爐與煤粉爐不同,它不需要制粉系統,僅設有破碎系統,煤經破碎合格達到一定的粒度要求后,經給煤機由播煤風直接送入爐膛。本工程為前墻給煤,共設有六臺33.3%給煤機,三臺運行三臺備用,給煤機選用徐州賽摩拉姆齊的變頻稱重式給煤機,設有1臺增壓播煤風機。
CFB鍋爐對燃料的控制,主要是通過對給煤機的控制來實現的。給煤機的控制指令主要受負荷指令和風-燃料交叉連鎖信號控制。首先根據負荷指令計算出要求的燃料量,然后根據風-燃料比的要求,依據在動態過程中先加風后加煤、先減煤后減風的原則,根據風量計算出允許的zui大燃料量,低選后得到zui終的燃料量,去控制給煤機。氧量信號仍作為燃燒的一個校正信號。
2.石灰石量控制
由于CFB鍋爐的特點,它主要以煤礦挑選剩下的煤矸石、劣質煤、煤泥作為燃料,燃料中含硫量很高,在煤質自身含鈣量無法滿足自脫硫時,需要在鍋爐中加入石灰石進行脫硫,以達到二氧化硫排放的環保要求,減少對環境的污染。根據工程的具體情況不同,有的工程采用直接購買石灰石粉,將石灰石粉存儲于石灰石粉倉,經石灰石風機送入爐膛;有的工程采用購買塊狀石灰石,再通過研磨設備制成石灰石粉,通過輸送系統送入石灰石粉倉,經石灰石風機送入爐膛。一般情況下,石灰石制備、輸送系統(該部分本身與鍋爐關聯較少)采用PLC控制。而石灰石的送入部分納入DCS控制。本工程采用*種方式。
石灰石的控制回路一般采用串級調節方式,上級調節器為SO2調節器,當煙氣中的SO2含量變化時,上級調節器將改變其輸出;下級調節器為石灰石量調節器,下級調節器的設定值根據給煤量的變化而變化。石灰石量的調節主要是通過改變石灰石旋轉給料機的轉速實現的。為減少控制系統的延遲,一般將給煤量信號作為石灰石量調節的前饋信號。
3.風量控制
CFB鍋爐的風系統比常規煤粉爐復雜,主要由一次風、二次風、J閥風、播煤風、點火風等組成。總風量的控制是通過一個PID調節器來實現的,各個風系統的風量累加計算出總的實際風量與負荷指令及燃料量相平衡,依據先加風后加煤、先減煤后減風的原則,計算出所需風量,根據一次風、二次風的配比(約為60%:40%)計算出一次風、二次風指令,送至一次風、二次風控制回路。
1)一次風控制
一次風由兩臺一次風機提供。兩路一次風分別送入點火風道,經爐膛下風室通過布風板直接送入爐膛,實現床料的流化,并攜帶床料向上通過整個爐膛,這是CFB鍋爐*的送風方式。由此可見,對一次風壓的控制十分重要,風壓過大會減少燃料在爐膛內的停留時間,造成燃燒不充分,風壓過低床料流化不*,影響鍋爐的動態平衡,容易造成結焦。
一次風壓的調節主要通過一次風機入口導葉進行調節。一次風還為啟動燃燒器、點火風機、播煤風機、冷渣器提供風源。至冷渣器的一次風經冷渣器后由回料管返回爐膛。一次風量的控制主要通過調節至爐膛風室的兩個調節擋板來實現的。根據總風量控制器來控制指令和床溫的修正,減去點火增壓風量,產生一次風量給定,與實際測量值比較經調節器運算,輸出控制調節擋板以調節一次風量。同時還設有氧量校正回路,以確保爐膛內有合適的一次風量。如果床溫超限,可以適當加大一次風量給定。
2)二次風控制
二次風由兩臺二次風機提供。二次風分為四層由二次風環型風箱送入爐膛。上兩層二次風環型風箱由空預器出口經爐膛左右兩側兩個上部二次風門接入,下兩層二次風環型風箱由空預器出口經爐膛左右兩側兩個下部二次風門接入,二次風量的控制是通過調節二次風門來實現的。
二次風控制采用串級調節,主調節器接受總風量來控制指令與鍋爐負荷指令平衡,給出總二次風量,經平衡器分配后,通過各個副調節器去控制二次風擋板,以控制各層二次風量。同時還設有氧量校正回路,以確保爐膛內有合適的二次風量。如果床溫超限,可以適當減少二次風量給定。二次風壓的控制主要是通過二次風機入口導葉來實現的。
3)J閥風控制
J閥風系統,又稱為高壓回料風系統,設有三臺風機,兩臺工作,一臺備用。J閥風采用簡單的單回路調節,以回料器底部起密封作用的物料高度為被調量,調節各層回料風的流量,維持旋風筒立管的料位在一定高度,保證物料能順利的回到爐膛。
4)播煤風控制
本工程設有一臺播煤增壓風機,六個播煤口,每個播煤口設有三路播煤風。播煤風采用單回路調節,調節每一路播煤風在一定的流量、壓力,保證燃料能夠順利進入爐膛,并保證煙氣不能反串至給煤管道系統。
5)點火風控制
本工程設有一臺點火風機,主要為油燃燒器提供燃燒風,點火風采用單回路調節器,根據燃油流量來調節點火風量。
4.爐膛壓力控制
循環流化床鍋爐爐膛壓力調節與煤粉爐的調節方式基本一樣,主要是通過調節引風機擋板來實現的。*有區別的是循環流化床鍋爐下部床面為微正壓,在低負荷時爐膛負壓點較低,隨著負荷的升高,負壓點逐步上移,滿負荷時,負壓點位于爐膛出口處。因此爐膛負壓的設定值為鍋爐負荷的一個函數。爐膛壓力控制采用單回路調節。為減少控制系統的延遲,將一、二風量信號作為前饋信號,預先動作引風機調節擋板,可以起到良好的效果。
5.床溫控制
床溫控制系統是循環流化床鍋爐*的十分重要的控制系統,床溫的控制直接影響鍋爐的正常運行。影響床溫的因素比較多,如煤種、燃料的粒徑、床料量、一次風量、二次風量、返料量等。因此相對應的床溫調節方法也較多,如調整一、二風比例、調節給煤量、調節回料風壓力等。本工程主要以調節給煤量為主,其它為輔助手段。本工程共設有24只床溫熱電偶,平均后作為zui終的床溫信號,分別送至各控制系統,校正各控制系統的參數,達到控制床溫的目的。
6.床壓控制
床壓控制系統即床層厚度控制,也是循環流化床鍋爐*的十分重要的控制系統,床層的厚度不僅影響床溫,而且對鍋爐的經濟運行影響也很大。循環流化床鍋爐爐膛內本身是一種流化狀態,并沒有明顯的料位高度,但是仍有密相區和稀相區之分,床層的厚度主要是通過爐膛一次風室與稀相區的壓差及一次風量計算出來的。床壓的控制是通過調節冷渣器出口排渣閥來實現的。床壓控制采用單回路調節。
結束語
本文針對東方鍋爐廠的CFB鍋爐對控制特點進行了介紹,其它鍋爐廠如哈爾濱鍋爐廠、上海鍋爐廠工藝系統與該鍋爐有所區別,但是主要系統的控制思想是一致的,大家可以參考。