對循環(huán)流化床鍋爐床溫影響因素的仿真3

1、對循環(huán)流化床鍋爐床溫主要影響因素的仿真劉愛君 蔡寶玲 劉孝國 魏湘西安熱工研究院有限公司，陜西西安710032摘要：維持正常的床溫是循環(huán)流化床鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，本文基于北方聯(lián)合 電力蒙西發(fā)電廠300MW1環(huán)流化床（CFB機(jī)組仿真系統(tǒng)，介紹了床溫控制策略, 并對影響床溫的幾點(diǎn)主要因素進(jìn)行了試驗(yàn)分析。關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐床溫控制仿真中圖分類號：文獻(xiàn)標(biāo)識碼：文章編號：simulation for main influencing factors to CFBB bed tempertatureAbstract : Keep the normal bed tempertature is the m

2、ost important thing for CFBB .the paper based on the simulation system for Mengxi 300MWCFB plant,introduced the controlstrategy for CFBEbed temperature and an alysed mai n in flue ncing factors to CFBB bed tempertature.Key worsd : CFBB bed temperature control ； simulator1研究背景循環(huán)流化床鍋爐（CFBB）燃燒是一種新型高效、低

3、污染的清潔燃煤技術(shù)，其主要特點(diǎn)是循環(huán)流化床鍋爐在燃燒過程中，爐膛內(nèi)大量的物料被煙氣攜帶到爐膛上部，經(jīng)過爐膛出口的分離器將物料與煙氣分開，并經(jīng)過非機(jī)械式回送閥將物料回送至床內(nèi)，多次循環(huán)燃燒。它具有燃料適應(yīng)性廣、燃燒效率高、氮氧化物排 放低等突出優(yōu)點(diǎn)，但循環(huán)流化床鍋爐燃燒自動控制尚未得到很好 的解決，限制了其大規(guī)模推廣應(yīng)用。 影響循環(huán)流化床鍋爐燃燒穩(wěn) 定的主要因素有料層差壓、流化風(fēng)量、床層溫度等，其關(guān)鍵因素 是控制床溫。循環(huán)流化床床溫控制比煤粉爐燃燒控制復(fù)雜，被調(diào)對象呈現(xiàn)多輸入、多輸出的特性，干擾因素多，調(diào)節(jié)難度大。通常影響循環(huán)流化床鍋爐床溫控制的主要因素包括給煤量、煤含碳量（煤質(zhì)）、一次風(fēng)量、二

4、次風(fēng)量、煤粒徑、循環(huán)灰量等，其 中影響較大的因素是給煤量、一次風(fēng)量和循環(huán)灰量。2試驗(yàn)平臺西安熱工研究院為北方聯(lián)合電力蒙西發(fā)電廠研制的300MW循環(huán)流化床（CFB ）機(jī)組仿真培訓(xùn)系統(tǒng)已于 2008年上半年正式 投入使用。蒙西300MW循環(huán)流化床鍋爐為亞臨界壓力中間一次 再熱循環(huán)流化床鍋爐，由褲衩型爐膛、4個旋風(fēng)分離器、4個回 料器、外置換熱器和尾部對流煙道組成。在外置換熱器的循環(huán)灰 進(jìn)口布置有循環(huán)灰控閥，主要作用是控制冷熱循環(huán)灰的比率，進(jìn)而達(dá)到控制床溫的目的。仿真系統(tǒng)的支撐軟件選用芬蘭Fortum公司的仿真軟件APROS在該軟件平臺下，依照蒙西發(fā)電廠一期工程1#機(jī)組的工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行資料，基于實(shí)際

5、物理機(jī)理的原則建立各系統(tǒng)模型， 并根據(jù)機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的修正、補(bǔ)充，基本完全復(fù)現(xiàn)實(shí)際機(jī)組的工藝流程和設(shè)備邏輯關(guān)系。仿真結(jié)果顯示過程現(xiàn)象逼真， 循環(huán)流化床特有的床溫床壓變化、旋風(fēng)分離、循環(huán)回料、內(nèi)外置 床燃燒、流化送粉、排渣除渣、石灰石脫硫、床體加料等燃燒特 征均與實(shí)際機(jī)組相符。3 CCS下床溫控制策略該該CFB鍋爐床溫以爐膛下部分差腿三個床溫測點(diǎn)的指示 為準(zhǔn)，鍋爐床溫與鍋爐負(fù)荷、總風(fēng)量大小、床壓高低等有關(guān)，影 響CFB床溫控制的三個主要因素，煤量、一次風(fēng)量、循環(huán)灰量。鍋爐主控投入自動且鍋爐變負(fù)荷時(shí)， 鍋爐主控指令通過（X） 函數(shù)給定燃料量設(shè)定值，根據(jù)實(shí)際燃料量反饋通過 PID調(diào)節(jié)器得出給煤

6、量指令，作用到各個給煤機(jī)，原理框圖如下圖一所示:圖一給煤量指令鍋爐主控變負(fù)荷時(shí)，一次風(fēng)量必需跟隨給煤量的變化而變化 以保持合適的風(fēng)煤配比。一次風(fēng)量的設(shè)定值由燃料量設(shè)定值和實(shí) 際燃料量指令分別經(jīng)過F（ X）后和最小風(fēng)量進(jìn)行大選產(chǎn)生，如圖 二所示，該邏輯滿足先加風(fēng)后加煤，先減煤后減風(fēng)，并保證一次 風(fēng)量不小于循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行的最小風(fēng)量。一、二次風(fēng)的調(diào)整原則是：一次風(fēng)調(diào)整流化、爐膛溫度和料 層差壓，二次風(fēng)控制總風(fēng)量。在一次風(fēng)滿足流化、爐溫和料層差 壓的前提下，總風(fēng)量不足時(shí)，可開大二次風(fēng)門，維持爐膛穩(wěn)定燃 燒和氧量值在正常范圍內(nèi)。圖二一次風(fēng)量指令CFB床溫控制的床溫設(shè)定值隨機(jī)組負(fù)荷的變化而不同，床溫測

7、量值取分差腿下部溫度， 通過PID調(diào)節(jié)，并疊加與總?cè)剂狭肯?關(guān)的前饋信號得出灰量調(diào)節(jié)閥指令，通過控制返回爐膛的循環(huán)灰 量作為控制床溫的輔助手段，其邏輯圖如下圖三所示：圖三灰量調(diào)節(jié)閥指令4床溫控制的仿真與分析針對影響CFB床溫控制的三個主要因素，以蒙西300MW機(jī) 組仿真模型為試驗(yàn)平臺，對仿真機(jī)組在額定負(fù)荷下進(jìn)行單向擾動 仿真試驗(yàn)，并對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析。4.1 煤量變化對床溫控制的影響在蒙西300MW機(jī)組仿真模型額定負(fù)荷工況下，將設(shè)計(jì)煤 量由設(shè)計(jì)參數(shù)218.2t/h減少10%，保持一次風(fēng)量，循環(huán)灰量及媒 質(zhì)不變，床溫隨煤量減少的變化曲線如下圖四所示。橫坐標(biāo)為時(shí) 間（單位分鐘），縱坐標(biāo)為溫度（單

8、位C），紅色曲線表示床溫， 綠色曲線表示煤量。床溫由 871 C緩慢降低到838C。當(dāng)其他因 素不變，煤量發(fā)生變化時(shí)，對床溫的影響很大，煤量增加，床溫 升高，煤量減少，床溫降低。圖四床溫隨煤量變化曲線4.2次風(fēng)量變化對床溫控制的影響循環(huán)流化床中的一次風(fēng)有兩個作用，一是作為流化風(fēng)，二是作為 燃燒風(fēng)。相應(yīng)地一次風(fēng)對床溫的影響也有兩個方面，風(fēng)量大，煙氣從 密相區(qū)帶走的熱量多，造成床溫下降；同時(shí)氣固紊合更加劇烈，提供給 碳粒燃燒的氧量上升，燃燒放熱量增加，造成床溫上升閃。風(fēng)量小， 煙氣從密相區(qū)帶走的熱量小，造成床溫上升；同時(shí)提供給碳粒燃燒的 氧量下降，燃燒放熱量減少，造成床溫下降。試驗(yàn)如下：保持煤質(zhì)，

9、煤量和循環(huán)灰量不變，當(dāng)一次風(fēng)量由設(shè)計(jì)值372kNm3/h減少5%，即352.3 kNm3/h，床溫的變化曲線如下圖五所 示，紅色曲線表示床溫，綠色曲線表示一次風(fēng)量。此時(shí)床溫由于 冷質(zhì)的減少而急劇升高，而后由于風(fēng)量的減少使得下部的燃燒份 額減少，床溫又開始降低，最后穩(wěn)定在一個比原溫度略高的值上， 即溫度由871C上升到878C，總體來說一次風(fēng)量作為流化用風(fēng) 作用對床溫影響的更明顯些。圖五床溫隨一次風(fēng)量變化曲線4.3循環(huán)灰量對床溫控制的影響保持煤質(zhì)煤量及一次風(fēng)量不變，通過調(diào)節(jié)灰控閥的開度來改變循環(huán)灰量，研究循環(huán)灰量對床溫的影響。如下圖六所示，紅色 曲線代表床溫，綠色曲線代表循環(huán)冷灰量，循環(huán)冷灰量減

10、少 50kg/s，床溫升高10C，反之，循環(huán)冷灰量增加，床溫降低。區(qū)庫盟馳縮環(huán)灰墨的孌化仙線9O.02213.32圖六循環(huán)冷灰量降低床溫變化曲線通過以上實(shí)驗(yàn)分析，可以得出如下結(jié)論：(1) 煤量和一次風(fēng)量對床溫的影響較大，煤量增加，床溫升高；煤量減少，床溫降低；一次風(fēng)量增大，床溫降低；一次風(fēng)量減少，床溫 升高。要保持床溫的穩(wěn)定，必須保證一定的風(fēng)煤比。實(shí)際 DCS邏輯設(shè) 計(jì)中，一次風(fēng)量的設(shè)定值由煤量指令對應(yīng)函數(shù)來給定，在最小風(fēng)量基礎(chǔ)上隨煤量增加而增加，保持一定的風(fēng)煤比，既滿足循環(huán)流化床內(nèi)良 好的流化狀態(tài)，又保證足夠的燃燒用風(fēng)，有利于床溫穩(wěn)定。(2) 循環(huán)灰量能在一定范圍內(nèi)控制床溫。當(dāng)煤量和風(fēng)量都滿

11、足設(shè)計(jì) 要求，風(fēng)煤比合適的情況下，循環(huán)灰量變化會引起床溫變化，循環(huán)冷 灰量增加，床溫降低；循環(huán)冷灰量減少，床溫升高。所以當(dāng)機(jī)組處在 變負(fù)荷狀態(tài)時(shí)，可以通過調(diào)節(jié)循環(huán)灰量來控制床溫。以上分析了對循環(huán)流化床床溫影響的幾種主要因素，在現(xiàn)場實(shí)際機(jī)組運(yùn)行中，當(dāng)煤量發(fā)生變化時(shí)，一次風(fēng)量將跟隨煤量相應(yīng)發(fā)生變 化，通過改變循環(huán)灰量的方法能夠有效的調(diào)節(jié)床溫。在蒙西300MW循環(huán)流化床仿真模型上也得到了很好的驗(yàn)證，當(dāng)鍋爐主控指令由 100%，降低到90%時(shí)，對應(yīng)煤量和風(fēng)量相應(yīng)減少，床溫由循環(huán)灰控 閥的開度變化，即改變冷熱循環(huán)灰的比例來自動控制， 床溫變化曲線 見圖七。圖七中暗綠線表示煤量，亮綠線表示循環(huán)灰量，深藍(lán)色代表 一次風(fēng)量，土黃色表示二次風(fēng)量，棕紅色曲線表示床溫。由圖七可知， 盡管煤量和風(fēng)量減少約10%，但是通過改變循環(huán)灰量，床溫可以一直 控制在871 C左右，說明了灰控閥調(diào)節(jié)作用顯著。圖七協(xié)調(diào)方式下的床溫控制曲線5結(jié)語通過在300MW循環(huán)流化床機(jī)組仿真機(jī)上對影響床溫的主要因素