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[摘 要]近年来，国际上发展起来新一代高效、低污染的清洁燃烧锅炉----循环流化床锅炉.我国工业锅炉量大面广，平均容量小，且以燃煤为主。锅炉容量小于35t/h的约占工业锅炉总量的98.9%，其中2～10t/h的占75%，锅炉平均容量不到3t/h。燃煤工业锅炉占工业锅炉总量的80%以上，燃油气锅炉约占15%，电加热锅炉占1%左右，其余的以沼气、黑液、生物质等为燃料的锅炉。
[关键词]循环流化床 循环流化床控制 燃烧系统 旋风分离器 DCS操作
中图分类号：TP255 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）13-0031-01
由于气压被控对象在燃料量扰动的动态响应较快，所以燃料量调节原则上可以采用以气压作为被调量的单回路控制系统。但对燃煤锅炉来说，运行中的煤量自发性扰动是经常容易出现的，所以在设计燃煤锅炉燃料控制时，必须考虑使系统具有快速消除燃料自发性扰动的措施，在这里引入燃料量的负反馈，并达到副调节器构成串级控制系统[1]。采用这个方案，如果燃料能直接准确的测量，可以消除燃料的自发性扰动，使该燃料控制系统还具有带固定负荷和变动负荷的功能。但是由于燃料量的直接测量问题没有解决，对于采用钢球磨煤机中储式制粉系统的锅炉均通过改变给粉机的转速的方法来改变燃料量。用给粉机转速之和作为总燃料量反馈信号，并进入副调机器与燃料量的给定值既锅炉负荷要求指令进行比较，对其偏差进行运算，副调节器根据偏差的大小去调节燃料量的数值。稳态时锅炉负荷要求指令与给煤机转速反馈信号平衡[2]。给煤机转速只能反映燃料量的大小而不能反映燃料品质的变化，为此，引入燃料品种校正信号。当改换煤种时，相应的调整校正系数的值，经乘法器修整燃料反馈信号，以消除煤种变化的系统的影响。为了消除燃料侧的自发性扰动，系统引入了汽包壓力的微分信号有助于尽快消除内扰。稳态时汽包压力的微分信号消失不影响副调节器入口的平衡关系。送风调节的任务在于保证燃烧的经济性，具体说，就是保证在燃烧过程中有合适的燃料与风量比例，送风调节对象近似比例环节。因此通常采用保持燃料量与送风量成比例关系的送风控制系统。在实际运行中，送风量和燃料量的最佳比例值K不是常数，K是随不同的负荷和燃料品种变化的。而送风量V和燃料量B的最佳比例K是随不同负荷、不同燃料品种而变化的。因此，可以选用随负荷、燃料品种变化而修正送风量的送风控制系统。这个系统是用乘法器构成的单闭环比值送风控制系统，燃料量的修正值作为送风量的给定值，实现B与V的比例控制。根据负荷、燃料品种的变化去修正最佳风煤比例系数K，此系统结构简单、整定投运方便，但负荷和燃料品种的修正系数在实际的应用中较难确定。对于负压燃烧锅炉，如果炉膛压力接近与大气压力，则炉烟往外冒出，影响设备与工作人员的安全；反之，如果炉膛压力太低，又会使大量的冷空气漏入炉膛内，降低了炉膛温度，增加了引风机负荷和排烟带走的热量损失。一般炉膛压力维持在比大气压力低20-50Pa左右。引风控制的任务是保持炉膛的负压在规定的范围内。由于引风调节对象的动态响应快，测量也容易，所以引风控制一般只需采取炉膛负压作为被调节的单回路控制系统。由于送风量的变化时引起负压波动的主要原因，为了能使引凤量快速的跟踪送风量，以保持二者的比例，可将送风量作为前馈引入引凤调节器[3]。这样当送风控制系统动作时，引风控制系统立即跟着动作。而不是炉膛负压偏离给定值后再动作，从而能使炉膛负压基本不变。所以引风控制系统引入送风前馈信号以后，将有利于提高引风控制系统的稳定性和减小炉膛负压的动态偏差。
由于循环流化床锅炉工作过程的特殊性，使得对它的控制比对其他锅炉要复杂，尤其是在燃烧系统的控制上，它不仅对负荷剂炉膛负压进行控制，而且还要对炉膛温度进行控制。由于床温是影响Ca/S、NOX以及CO排放量的最主要因素，因而要求其炉膛温度必须保持在850℃左右，而且循环流化床锅炉工作在沸腾状态，如温度过高（超过1100℃），易引起物料结焦，如过低则因其炉膛灭火，所以，对炉膛温度的控制是非常重要的。在具体的操作上，燃烧控制系统可分为三个回路：给煤、送风和引凤。由于在调解过程中，送风对炉膛温度的调节要比给煤调节快，因此对炉膛温度这个大滞后对象主要采用送风来进行控制，而采用给煤控制来适应负荷变化。但是，在调节负荷时，改变给煤量也将直接影响炉膛温度，而在调节床温时，改变送风量也将改变气流速度，改变炉内的传热系数，从而影响到负荷。因而，给煤与送风是两个耦合非常紧密的回路，在控制中必须协调好。
可看出，其燃烧系统是一个复杂的三输入三输出对象，而且各控制量之间存在着紧密的耦合关系，如图3-2所示。
图3-2 各控制量之间的关系
在现场运行中我们发现，炉膛负压主要受引凤和一次风的影响，而其它量对它的影响都比较小，因此可以把引凤回路设计为以炉膛负压为主控参数、带风前馈的单回路控制系统。
根据对燃烧系统的运行分析，在负荷变化时，应及时调节给煤量保证蒸汽压力的稳定，对炉膛温度主要采取调节送风量来控制，利用一次风调节温度的快速性防止床内结构或者灭火。但是，为了保持炉膛内气固两相良好地运行，保证锅炉燃烧的经济性，还必须使炉膛内氧量的变化紧跟媒量的变化。这样，设计的一次风控制回路应包括两个方面，一方面维持炉膛内最佳风煤比；另一方面以炉膛温度作为校正量，在炉膛温度偏差大于一定的范围是产生调节，使炉膛温度快速趋向给定值。给煤量的变化最终也将影响炉膛温度变化，因此，设计给煤回路时也必须考虑两个方面，一方面以蒸汽压力作为主控参数进行调节，保证负荷稳定；另一方面在炉膛温度偏差超出允许的范围时相应的做出调整，保证锅炉安全运行。总的来说设计燃料系统的目的就是要在炉膛温度允许的变化范围内保证蒸汽压力的稳定。
参考文献
[1] 俞静涛著，直流调速传动：整流和调节技术的实际应用.北京：煤炭工业出版社，1980.
[2] 拉希德，陈建业，杨德刚编著，电力电子技术手册。北京：机械工业出版社，2004.6.
[3] 王兆安，黄俊主编，电力电子技术。北京：机械工业出版社，2009.
[关键词]循环流化床 循环流化床控制 燃烧系统 旋风分离器 DCS操作
中图分类号：TP255 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）13-0031-01
由于气压被控对象在燃料量扰动的动态响应较快，所以燃料量调节原则上可以采用以气压作为被调量的单回路控制系统。但对燃煤锅炉来说，运行中的煤量自发性扰动是经常容易出现的，所以在设计燃煤锅炉燃料控制时，必须考虑使系统具有快速消除燃料自发性扰动的措施，在这里引入燃料量的负反馈，并达到副调节器构成串级控制系统[1]。采用这个方案，如果燃料能直接准确的测量，可以消除燃料的自发性扰动，使该燃料控制系统还具有带固定负荷和变动负荷的功能。但是由于燃料量的直接测量问题没有解决，对于采用钢球磨煤机中储式制粉系统的锅炉均通过改变给粉机的转速的方法来改变燃料量。用给粉机转速之和作为总燃料量反馈信号，并进入副调机器与燃料量的给定值既锅炉负荷要求指令进行比较，对其偏差进行运算，副调节器根据偏差的大小去调节燃料量的数值。稳态时锅炉负荷要求指令与给煤机转速反馈信号平衡[2]。给煤机转速只能反映燃料量的大小而不能反映燃料品质的变化，为此，引入燃料品种校正信号。当改换煤种时，相应的调整校正系数的值，经乘法器修整燃料反馈信号，以消除煤种变化的系统的影响。为了消除燃料侧的自发性扰动，系统引入了汽包壓力的微分信号有助于尽快消除内扰。稳态时汽包压力的微分信号消失不影响副调节器入口的平衡关系。送风调节的任务在于保证燃烧的经济性，具体说，就是保证在燃烧过程中有合适的燃料与风量比例，送风调节对象近似比例环节。因此通常采用保持燃料量与送风量成比例关系的送风控制系统。在实际运行中，送风量和燃料量的最佳比例值K不是常数，K是随不同的负荷和燃料品种变化的。而送风量V和燃料量B的最佳比例K是随不同负荷、不同燃料品种而变化的。因此，可以选用随负荷、燃料品种变化而修正送风量的送风控制系统。这个系统是用乘法器构成的单闭环比值送风控制系统，燃料量的修正值作为送风量的给定值，实现B与V的比例控制。根据负荷、燃料品种的变化去修正最佳风煤比例系数K，此系统结构简单、整定投运方便，但负荷和燃料品种的修正系数在实际的应用中较难确定。对于负压燃烧锅炉，如果炉膛压力接近与大气压力，则炉烟往外冒出，影响设备与工作人员的安全；反之，如果炉膛压力太低，又会使大量的冷空气漏入炉膛内，降低了炉膛温度，增加了引风机负荷和排烟带走的热量损失。一般炉膛压力维持在比大气压力低20-50Pa左右。引风控制的任务是保持炉膛的负压在规定的范围内。由于引风调节对象的动态响应快，测量也容易，所以引风控制一般只需采取炉膛负压作为被调节的单回路控制系统。由于送风量的变化时引起负压波动的主要原因，为了能使引凤量快速的跟踪送风量，以保持二者的比例，可将送风量作为前馈引入引凤调节器[3]。这样当送风控制系统动作时，引风控制系统立即跟着动作。而不是炉膛负压偏离给定值后再动作，从而能使炉膛负压基本不变。所以引风控制系统引入送风前馈信号以后，将有利于提高引风控制系统的稳定性和减小炉膛负压的动态偏差。
由于循环流化床锅炉工作过程的特殊性，使得对它的控制比对其他锅炉要复杂，尤其是在燃烧系统的控制上，它不仅对负荷剂炉膛负压进行控制，而且还要对炉膛温度进行控制。由于床温是影响Ca/S、NOX以及CO排放量的最主要因素，因而要求其炉膛温度必须保持在850℃左右，而且循环流化床锅炉工作在沸腾状态，如温度过高（超过1100℃），易引起物料结焦，如过低则因其炉膛灭火，所以，对炉膛温度的控制是非常重要的。在具体的操作上，燃烧控制系统可分为三个回路：给煤、送风和引凤。由于在调解过程中，送风对炉膛温度的调节要比给煤调节快，因此对炉膛温度这个大滞后对象主要采用送风来进行控制，而采用给煤控制来适应负荷变化。但是，在调节负荷时，改变给煤量也将直接影响炉膛温度，而在调节床温时，改变送风量也将改变气流速度，改变炉内的传热系数，从而影响到负荷。因而，给煤与送风是两个耦合非常紧密的回路，在控制中必须协调好。
可看出，其燃烧系统是一个复杂的三输入三输出对象，而且各控制量之间存在着紧密的耦合关系，如图3-2所示。
图3-2 各控制量之间的关系
在现场运行中我们发现，炉膛负压主要受引凤和一次风的影响，而其它量对它的影响都比较小，因此可以把引凤回路设计为以炉膛负压为主控参数、带风前馈的单回路控制系统。
根据对燃烧系统的运行分析，在负荷变化时，应及时调节给煤量保证蒸汽压力的稳定，对炉膛温度主要采取调节送风量来控制，利用一次风调节温度的快速性防止床内结构或者灭火。但是，为了保持炉膛内气固两相良好地运行，保证锅炉燃烧的经济性，还必须使炉膛内氧量的变化紧跟媒量的变化。这样，设计的一次风控制回路应包括两个方面，一方面维持炉膛内最佳风煤比；另一方面以炉膛温度作为校正量，在炉膛温度偏差大于一定的范围是产生调节，使炉膛温度快速趋向给定值。给煤量的变化最终也将影响炉膛温度变化，因此，设计给煤回路时也必须考虑两个方面，一方面以蒸汽压力作为主控参数进行调节，保证负荷稳定；另一方面在炉膛温度偏差超出允许的范围时相应的做出调整，保证锅炉安全运行。总的来说设计燃料系统的目的就是要在炉膛温度允许的变化范围内保证蒸汽压力的稳定。
参考文献
[1] 俞静涛著，直流调速传动：整流和调节技术的实际应用.北京：煤炭工业出版社，1980.
[2] 拉希德，陈建业，杨德刚编著，电力电子技术手册。北京：机械工业出版社，2004.6.
[3] 王兆安，黄俊主编，电力电子技术。北京：机械工业出版社，2009.