循環(huán)流化床鍋爐燃燒控制系統(tǒng)管窺

王春梅

摘 要：隨著工業(yè)科技的發(fā)展，循環(huán)流化床鍋爐也隨之發(fā)展起來，這是一種先進(jìn)的燃煤鍋爐，它具有燃燒效率高、污染低的特點(diǎn)，也因此具有較高的經(jīng)濟(jì)效益，在業(yè)內(nèi)來講是被很多技術(shù)人員看好的具有很好地發(fā)展前景的一種鍋爐。但是在其燃燒過程中，主要的難點(diǎn)是燃燒的控制。文章就此問題進(jìn)行分析，通過將系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐；燃燒控制系統(tǒng)；意義；方案

前言

當(dāng)今社會面對的環(huán)境和能源問題相當(dāng)棘手。在人口和經(jīng)濟(jì)不斷增長的背景下，人類社會對于能源的需求在不斷增大致使環(huán)境受到嚴(yán)重污染。面對這樣的問題，我們需要尋求一種既能降低環(huán)境污染還能推動我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的方法來應(yīng)對。在能源方面的問題，主要是煤的能源結(jié)構(gòu)在短期內(nèi)改變不會很大。眾所周知煤炭燃燒會產(chǎn)生大量的二氧化硫，所以我們在煤炭方面亟待解決的問題就是煤炭的清潔利用，而設(shè)計新型的燃燒鍋爐是解決問題的最為有效地方式。循環(huán)流化床鍋爐（簡稱CFB鍋爐）是一種能夠高效利用能源的燃燒鍋爐，雖然它具有適應(yīng)性強(qiáng)、可以有效脫硫等優(yōu)點(diǎn)，但是在其燃燒過程中卻很難做到自動控制，從而使該系統(tǒng)不能有效地得到利用，導(dǎo)致優(yōu)化燃燒和協(xié)調(diào)控制的進(jìn)一步提高得不到保證。現(xiàn)如今通過改善自動控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)機(jī)組的安全運(yùn)行是十分必要的，這樣才能實(shí)現(xiàn)能源的節(jié)約和高效燃燒，使企業(yè)的成本大大降低，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1 CFB鍋爐工藝優(yōu)點(diǎn)

循環(huán)流化床燃燒技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的，由于該技術(shù)具有低污染、高效率等諸多優(yōu)點(diǎn)，在能源缺乏的今天受到廣大業(yè)內(nèi)人士的歡迎。將這種技術(shù)運(yùn)用在鍋爐上，能夠使煤炭等能源得到充分的燃燒，使能源的利用更為徹底，所以自其發(fā)展起來之后得到了廣泛的應(yīng)用。CFB鍋爐的主要優(yōu)點(diǎn)是：

1.1 燃燒效率高

CFB鍋爐在燃燒過程中，燃燒速率比較高，因其具有的特殊系統(tǒng)可以將燃燒產(chǎn)生的飛灰再次送入鍋爐內(nèi)部進(jìn)行再次燃燒，這種循環(huán)系統(tǒng)可以使燃燒的效率達(dá)到97.5%到99.5%之間。此外與常規(guī)鍋爐不同的是CFB鍋爐能夠?qū)崿F(xiàn)在很大的運(yùn)行區(qū)間內(nèi)持續(xù)高效的燃燒。

1.2 燃料適應(yīng)性廣

CFB鍋爐具備簡單的燃燒裝置和供料設(shè)備，并且又有區(qū)別于其他過程的流體動力，所以在燃燒過程中，無論何種混合型的燃料都能得到充分的燃燒。鍋爐膛內(nèi)部的燃料能夠迅速并且高效的得到燃燒，此外還能保持床體溫度的平衡。

1.3 污染物排放較低

CFB鍋爐能夠有效的將燃燒產(chǎn)生的氣體例如二氧化硫和氮氧化物進(jìn)行控制。在鍋爐進(jìn)行燃燒過程中膛內(nèi)的溫度一般在850到900攝氏度之間，這個區(qū)間的溫度能夠有效的進(jìn)行脫硫反應(yīng)，加之在這個過程中能夠多次反復(fù)利用脫硫劑，也能使原料得到節(jié)省。

1.4 經(jīng)濟(jì)效益好

相比較而言，CFB鍋爐的投資和運(yùn)行費(fèi)用要高于常規(guī)的鍋爐，但是脫硫裝置和常規(guī)鍋爐相比要低15%到20%，此外CFB鍋爐能夠高效的利用煤炭資源，對于環(huán)境產(chǎn)生的污染很小，在燃料燃燒時產(chǎn)生的灰渣還能得到再次利用，所以總體來講，CFB鍋爐產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益要高于常規(guī)鍋爐。

2 改造CFB鍋爐的必要性

一些企業(yè)在將CFB鍋爐投入使用后，暴露出很多問題來，例如在燃燒過程中，由于諸多因素造成的DSC不能自動控制風(fēng)量和燃料，從而降低了自動投入率。面對當(dāng)今社會能源匱乏的局面，提高能源的利用效率是解決問題的有效途徑之一，而改善鍋爐的燃燒過程才能實(shí)現(xiàn)能源的清潔燃燒，從而為企業(yè)降低成本，帶來更高的效益。但是在實(shí)際的操作過程中，由于操作技術(shù)人員在操作系統(tǒng)方面的水平參差不齊，從而使得機(jī)組不能實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定的運(yùn)行，然而，如果采用手動操作能源消耗會比較高。提高CFB鍋爐的運(yùn)行水平，才能使得能源得到清潔燃燒，從而為企業(yè)降低投入成本，在節(jié)能的基礎(chǔ)上推動經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，所以改造CFB鍋爐是很有必要的。

3 項(xiàng)目改造的可行性

CFB鍋爐的燃燒機(jī)理相比較常規(guī)鍋爐來講是很復(fù)雜的。為了優(yōu)化CFB鍋爐的控制裝置，我們必須抓住重點(diǎn)來解決相關(guān)的問題。在燃燒過程中，CFB鍋爐的膛內(nèi)表征燃燒狀況的重要參數(shù)是其粒子濃度，只有合適的粒子濃度才能實(shí)現(xiàn)CFB鍋爐對于燃料的高效燃燒，此外我們也知道影響傳熱效率的重要因素也是粒子濃度。所以對于技術(shù)人員來說合理的控制粒子濃度才能使CFB鍋爐的燃燒過程保持其高效性。但是在實(shí)際操作過程中，粒子濃度是不能得到測量的，所以技術(shù)人員要根據(jù)對于CFB鍋爐的燃燒過程進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，從而通過模型進(jìn)行粒子濃度的觀測，接著進(jìn)一步將系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。而達(dá)到要求指標(biāo)的主要是其一，當(dāng)工況或者燃煤品質(zhì)發(fā)生改變時，在不調(diào)整控制參數(shù)的條件下，控制系統(tǒng)也可以維持閉環(huán)控制。其二，在改造后能夠使蒸汽壓力、蒸汽溫度、堂內(nèi)溫度等主要的控制目標(biāo)大于常規(guī)鍋爐的控制指標(biāo)。其三，在改造之后可以使鍋爐高效的運(yùn)行，運(yùn)行效率一般要大于99%，從而使系統(tǒng)的安全性得到保證。其四，在實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的優(yōu)化后，要將節(jié)能效率與手動控制相比至少提高1%。

4 改造方案的論證

運(yùn)用XD-APC優(yōu)化控制組態(tài)軟件包為基礎(chǔ)來優(yōu)化控制系統(tǒng)。在實(shí)施優(yōu)化之前需要為系統(tǒng)增加硬件設(shè)備，例如XD-APC優(yōu)化控制組態(tài)軟件的控制機(jī)、網(wǎng)卡等網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備，此外在進(jìn)行改造時還需要保證設(shè)備正常運(yùn)行，正常使用執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。在自行開發(fā)的循環(huán)流化床的控制基礎(chǔ)上，對循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行優(yōu)化，技術(shù)人員可以根據(jù)裝置的具體特點(diǎn)采用相應(yīng)的實(shí)施方案進(jìn)行優(yōu)化改造。對于系統(tǒng)的優(yōu)化，主要優(yōu)化風(fēng)控制回路、引風(fēng)控制回路、主汽壓力控制回路等，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的指標(biāo)是能夠在沒有任何現(xiàn)場設(shè)備障礙的情況下，使需要優(yōu)化的控制回路都能實(shí)現(xiàn)自動控制，為機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供保證。DCS系統(tǒng)上可以加掛一種XD-APC上位軟件，這種軟件與現(xiàn)場設(shè)備不會發(fā)生直接的聯(lián)系，通過DCS系統(tǒng)進(jìn)行輸出和輸入數(shù)據(jù)運(yùn)行，從而可以在不更改硬件設(shè)備的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)取得設(shè)備在工作時的現(xiàn)場數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)上可以采用OPC的通訊方式，由于其具有安全可靠的特點(diǎn)，技術(shù)人員一般采用這種方式進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。因?yàn)椴挥酶淖兤湎到y(tǒng)的原有組態(tài)，所以在優(yōu)化過程中DCS的功能也不會受到很大的影響。

5 改造后得到的效果

在改造后CFB鍋爐能夠自動調(diào)節(jié)其內(nèi)部的蒸汽結(jié)構(gòu)和負(fù)荷；在發(fā)生煤質(zhì)變化等情況下，CFB鍋爐也能正常的維持正常的負(fù)荷和蒸汽壓力，無論是工況穩(wěn)定還是變化比較大，負(fù)荷誤差都可以在允許的范圍內(nèi)進(jìn)行變化。在改造后鍋爐能夠根據(jù)需要對所需風(fēng)量進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，也能使膛內(nèi)維持合適的含氧量，從而使膛內(nèi)壓力很穩(wěn)定。這樣也能保證優(yōu)化系統(tǒng)可以合理的實(shí)現(xiàn)控制的需求。此外設(shè)備在改造之后能夠自行對故障進(jìn)行診斷，并根據(jù)診斷的結(jié)果實(shí)現(xiàn)自動切換的功能，一旦系統(tǒng)內(nèi)部的設(shè)備發(fā)生故障或者主要儀表出現(xiàn)問題時，系統(tǒng)可以切換到DCS的手動狀態(tài)，從而保證系統(tǒng)以后工作的順利進(jìn)行。如果設(shè)備或者系統(tǒng)沒有任何故障或者問題時，CFB鍋爐能夠?qū)⒆詣油哆\(yùn)的效率實(shí)現(xiàn)為100%，對能源的利用更為有效。與優(yōu)化前相比CFB鍋爐能夠更加節(jié)能環(huán)保，將污染降到最低。

6 結(jié)束語

面對能源的匱乏問題，提高能源的利用效率是最為有效地解決辦法。作為新興的燃煤鍋爐，雖然CFB鍋爐具有效率高、污染低、經(jīng)濟(jì)效益高的特點(diǎn)，但是在具體投入使用后還是會因?yàn)楦鞣N因素的影響出現(xiàn)一些問題，只有采取有效的措施，才能使CFB鍋爐更好的發(fā)揮它的功能，有效地推動社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

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