1、 循環(huán)流化床鍋爐特點 循環(huán)流化床鍋爐（Circulating Fluidized Bed Boiler）（以下簡稱CFB）是一種高效率、低污染、清潔燃燒鍋爐，其主要特點是通過爐內(nèi)強烈的喘流運動，使燃料和脫硫劑經(jīng)過多次循環(huán)，反復(fù)地進(jìn)行低溫分段燃燒和脫硫反應(yīng)，從而達(dá)到約90%的脫硫效果，燃燒效率接近煤粉爐。CFB不但燃燒完全，Nox的排放量低，而且燃料適應(yīng)性廣，可以燒劣質(zhì)煤、廢料、垃圾等。CFB鍋爐由布風(fēng)裝置、密相區(qū)、稀相區(qū)、爐內(nèi)受熱面、氣固物料分離裝置、返料裝置、尾部受熱面及床外熱交換器等部分組成。 CFB比起其它類型鍋爐，其燃燒過程比較復(fù)雜，不但需要控制的參數(shù)多，而且參數(shù)之間相互關(guān)聯(lián)，使得操作難度加大。如果操作不當(dāng)，非但不能發(fā)揮CFB的優(yōu)點，反而會造成鍋爐結(jié)焦、熄火和停產(chǎn)等不良后果。因此如何采取先進(jìn)的控制方案對CFB運行的重要參數(shù)如床溫、一次風(fēng)、二次風(fēng)、給煤量和返料量協(xié)調(diào)控制，是CFB成功運行的關(guān)鍵。 多年來，我們一起致力于CFB燃燒模型的研究，同時吸取了我們在沸騰爐和35t/h CFB控制的成功經(jīng)驗，設(shè)計了75T/h CFB自控系統(tǒng)方案，并在行業(yè)內(nèi)得到成功應(yīng)用。該裝置由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS，模擬量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，順序控制系統(tǒng)SCS，爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)FSSS等組成。 2、自控系統(tǒng)方案說明 2.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS DAS系統(tǒng)連續(xù)采集機組的模擬量、開關(guān)量等信息，將運行參數(shù)、輸入輸出狀態(tài)、操作信息和異常情況等數(shù)據(jù)實時地提供給運行人員，指導(dǎo)他們安全可靠地操作，同時還進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄和儲存，供事故分析。 2.1.1信號處理 由FB-2000NS 現(xiàn)場控制站實現(xiàn)所有I/O信號的采樣、濾波、工程單位換算、累積等。本系統(tǒng)可處理包括4～20mA（含兩線制變送配電器）、0～5Vac、熱電阻、熱電偶等模擬信號和有源（包括直流和交流）觸點和無源觸點信號。 2.1.2顯示 ControlX HMI軟件基于Windown NT/2000。該軟件采用了最先進(jìn)的軟件設(shè)計技術(shù)，具有豐富的動畫功能和圖形庫，采用ControlX HMI作圖軟件可畫出直觀的工藝流程圖、棒圖、控制回路圖、趨勢圖等。用戶可在畫面中任意定義和繪制操作按鈕，畫面中每個按鈕都可定義相應(yīng)的熱鍵，可通過鼠標(biāo)點擊式鍵盤熱鍵操作，每個操作按鈕都可定義其操作權(quán)限。可通過打開新畫面、彈出式嵌入新窗口來調(diào)顯不同畫面，可對畫面進(jìn)行縮放和改變各種風(fēng)格。操作員可通過各種風(fēng)格的按鈕、滑動桿、旋轉(zhuǎn)指針等進(jìn)行直觀的參數(shù)修改操作。 ControlX HMI是基于OPC標(biāo)準(zhǔn)的客戶端軟件，畫面中可顯示任何支持OPC標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備的動態(tài)數(shù)據(jù)。 2.1.3報警事件指示和管理 ControlX HMI報警事件管理軟件是基于OPC報警事件標(biāo)準(zhǔn)的客戶端應(yīng)用軟件，可對任何來自O(shè)PC報警事件服務(wù)器的報警、事件進(jìn)行管理。 FB-2000NS報警事件服務(wù)器提供各種類型的報警和事件監(jiān)視，提供多達(dá)1000個的報警優(yōu)先級，可將系統(tǒng)分成任意區(qū)域構(gòu)成，各監(jiān)控操作站可按報警事件類型、優(yōu)先級、報警點或區(qū)域等有選擇進(jìn)行篩選和響應(yīng)。 報警事件管理軟件提供靈活的檢索、篩選和打印等功能。同時可按不同的報警點和/或不同優(yōu)先級設(shè)置不同聲音文件，通過操作計算機配置的多媒體音響進(jìn)行語音報警。 2.1.4歷史數(shù)據(jù)存取、顯示 ControlX HMI歷史服務(wù)器也是OPC的客戶端軟件，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的周期采集記錄，定時采集記錄和事件觸發(fā)記錄等。 2.2模擬量調(diào)節(jié)系統(tǒng) 循環(huán)流化床鍋爐控制部分的控制框圖如圖1。 2.2.1 幾個主要的控制回路 2.2.1.1 鍋爐主控 鍋爐主控的調(diào)節(jié)框圖如圖2。 圖中符號說明如下: Pr:鍋爐壓力給定值; Gc:反饋調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù); Gf:擾動通道的傳遞函數(shù); Gd:前饋補償裝置的傳遞函數(shù); Go:控制通道的傳遞函數(shù); λ（x）:鍋爐主控的擾動函數(shù); Y:復(fù)合調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸出函數(shù); 由控制框圖可知,循環(huán)流化床鍋爐的主控采用前饋加反饋的控制方式（復(fù)合調(diào)節(jié)系統(tǒng)）。在反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)中加入對于主要擾動λ（x）的前饋調(diào)節(jié),構(gòu)成了前饋-反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng),當(dāng)擾動λ（x）發(fā)生后,前饋調(diào)節(jié)的作用是及時地補償擾動對被調(diào)量的影響,而反饋調(diào)節(jié)的作用則是保證調(diào)節(jié)量的偏差在允許的約定范圍內(nèi),這樣,系統(tǒng)即使在大而頻繁的擾動下,依然可以獲得優(yōu)良的控制品質(zhì)。 2.2.1.2 燃煤主控 燃煤主控的調(diào)節(jié)框圖如圖3。 圖中符號說明如下: BTU:BTU補償器; Gc:反饋調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù); 由控制框圖可知燃煤主控是一個典型的反饋調(diào)節(jié)回路,由于調(diào)節(jié)系統(tǒng)是按被調(diào)量與給定值的偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)的,因此,在調(diào)節(jié)對象受到擾動作用時,只有在被調(diào)量出現(xiàn)偏差后才開始調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)只為盡快地消除偏差。 另外,在燃燒控制中,為了提高循環(huán)流花床鍋爐燃燒效率,在燃燒控制策略中運用了雙交叉燃燒控制和氧量修正調(diào)節(jié)相結(jié)合的控制方法。 雙交叉燃燒控制 雙交叉燃燒控制系統(tǒng)是根據(jù)主蒸汽負(fù)荷對鍋爐的燃燒系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到穩(wěn)定蒸汽母管壓力的目的。具體包括燃料調(diào)節(jié)和風(fēng)量調(diào)節(jié)兩個控制部分，這兩部分分別由各自的調(diào)節(jié)器及高低選擇器組成并以流量為基準(zhǔn)信號。 燃料調(diào)節(jié)控制： 自風(fēng)量主控系統(tǒng)的總風(fēng)量需求與鍋爐爐主控的燃料量指令經(jīng)過低選與BTU補償后燃料量通過PID運算去控制所有鍋爐燃料設(shè)備。其中最主要的是兩臺給煤機，通過控制給煤機的傳動速度來調(diào)節(jié)給煤量。而經(jīng)過低選的燃料控制需求量與爐燃料指令的偏差假如其值小于1%，則去限制氧量修正調(diào)節(jié)器，設(shè)置氧量修正調(diào)節(jié)器PID的偏差為0，使調(diào)節(jié)器維持原來的狀態(tài)。如果大于1%，則燃料控制系統(tǒng)的限制功能就不起作用。這個具體的限制值可以根據(jù)實際的工況和要求自己設(shè)定。氧量調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制站的結(jié)果就進(jìn)一步去調(diào)節(jié)風(fēng)主控，控制總風(fēng)量。其工作的基本原理如下： 風(fēng)量調(diào)節(jié)控制 燃料主控系統(tǒng)的總?cè)剂闲枨罅颗c鍋爐爐主控的風(fēng)量指令經(jīng)過高選，與經(jīng)氧量修正調(diào)節(jié)系統(tǒng)解耦后的需求量，通過PID調(diào)節(jié)控制風(fēng)量主控。而經(jīng)高選后的值與爐主控指令的偏差如果小于0%，則去限制氧量修正調(diào)節(jié)器，使其維持原狀，不起作用。假如大于0%，氧量調(diào)節(jié)器就去控制二次風(fēng)調(diào)節(jié)風(fēng)門，間接的控制總風(fēng)量。其工作的基本原理如下： 爐主控的燃料指令、風(fēng)量指令都是經(jīng)過對主蒸汽壓力與主蒸汽流量函數(shù)調(diào)節(jié)運算后得出的，然后直接與燃料主控、風(fēng)主控相連，調(diào)節(jié)通道短。但是由于燃料主控控制的設(shè)備相對較多，反應(yīng)的時間就相對較長。所以從風(fēng)量控制系統(tǒng)、燃料控制系統(tǒng)工作原理可看出，當(dāng)負(fù)荷增加時，首先提高風(fēng)量主控的給定值。風(fēng)量流量增加，然后燃料流量調(diào)節(jié)器的給定值才隨著上升；當(dāng)負(fù)荷下降時，燃料流量的設(shè)定值首先下降，流量減小，爾后風(fēng)主控流量的設(shè)定值隨之下降。同時燃料、風(fēng)量進(jìn)一步控制的氧量修正系統(tǒng)反過來又控制風(fēng)主控系統(tǒng)，層層相扣。正是通過鍋爐主蒸汽壓力與流量相互交叉作用燃料、流量控制部分的。 交叉控制系統(tǒng)自動的投入也是如此，首先必須投入風(fēng)主控自動，然后是燃料主控，最后才是爐主控。當(dāng)發(fā)生故障，使得風(fēng)主控撤出自動，爐主控、燃料主控隨之撤出自動。 雙交叉控制的好處在于：即使負(fù)荷不穩(wěn)定，燃料流量信號干擾大，燃燒仍能維護(hù)在無黑煙狀態(tài)，同時提高了系統(tǒng)的負(fù)載響應(yīng)。因此雙交叉燃料控制系統(tǒng)無論在負(fù)荷上升或下降時，能滿足“負(fù)荷增加時，先增加風(fēng)量，后增加燃料量；負(fù)荷減少時先減少燃料量，后減少空氣量”的工藝要求。 雙交叉燃燒控制系統(tǒng)是根據(jù)主蒸汽負(fù)荷對鍋爐的燃燒系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到穩(wěn)定蒸汽母管壓力的目的。它具體又分為雙交叉燃料調(diào)節(jié)和雙交叉風(fēng)量調(diào)節(jié)兩個控制部分。 從雙交叉燃料和風(fēng)量調(diào)節(jié)框圖我們可以看出采用雙交叉控制的好處在于:即使負(fù)荷不穩(wěn)定,燃料流量信號干擾大,燃燒仍能維護(hù)在無黑煙狀態(tài)，同時提高了系統(tǒng)的負(fù)載響應(yīng)。因此雙交叉燃料控制系統(tǒng)無論在負(fù)荷上升或下降時，能滿足“負(fù)荷增加時，先增加風(fēng)量，后增加燃料量；負(fù)荷減少時先減少燃料量，后減少空氣量”的工藝要求。而循環(huán)流化床鍋爐控制策略中運用氧量修正調(diào)節(jié)是為了能夠更平穩(wěn)的控制燃燒系統(tǒng),使控制更加精確,而且使鍋爐的風(fēng)燃比一直保持在一定的范圍,保證了燃料燃燒的更徹底。 氧量修正調(diào)節(jié)： 燃燒控制系統(tǒng)中，增加的氧量修正調(diào)節(jié)系統(tǒng)為了能夠更平穩(wěn)的控制燃燒系統(tǒng)，使控制更加精確，而且使鍋爐的風(fēng)燃比一直保持在一定的范圍，保證了燃料燃燒的更徹底。 從引風(fēng)機送往大氣的煙氣中，檢測出氧量大小，O2量過大，說明風(fēng)量過剩，會導(dǎo)致能量不必要的損失，造成床溫過低；氧量過小，會引起燃料不完全燃燒，嚴(yán)重的引起鍋爐熄火。所以O(shè)2溶度的高低是衡量鍋爐熱效率的重要指標(biāo)之一，而且通過對O2溶度的檢測和控制是實現(xiàn)節(jié)能的主要手段。 從鍋爐的燃燒過程來看，空氣進(jìn)入爐膛與燃料一起燃燒后，經(jīng)過爐膛、對流層、過熱器和空氣預(yù)熱器后，再經(jīng)煙道由煙囪排入大氣。 當(dāng)空氣流量出現(xiàn)擾動后，需經(jīng)過較長的滯后時間才能反映在O2溶度分析儀上，其特征是：純滯后時間長，調(diào)節(jié)通道長而干擾通道短。對于這種特征的控制對象，若采用常規(guī)PID進(jìn)行調(diào)節(jié)，易波動，達(dá)不到平穩(wěn)控制的工藝要求。為此，采用直接插入型氧化鋯O2溶度分析儀和采用采樣PI控制的方式及實行燃料、風(fēng)量相互交叉限制氧量調(diào)節(jié)器。 氧量控制采用采樣PI控制方法可以克服純滯后對系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)的影響，采用PI控制法是指在每一個采樣周期內(nèi)，控制作用只在周期開始時的短時間內(nèi)動作的一種控制方式，采樣值PI的動作如圖2。 通常為了減小超調(diào)，希望采樣周期ST取大一點，如果加于生產(chǎn)過程的主要干擾的最短周期小于采樣周期ST時，則不能有效地抑制擾動，因此采樣PI控制的限制條件是采樣周期ST須小于主要干擾最短周期，具體限制值依實際運行情況而定。 鍋爐維持在最佳燃燒狀態(tài)，需一個合理的理論風(fēng)燃比系數(shù)和最低的過?？諝饴剩é蹋?KG燃料燃燒的實際空氣量=21 過?？諝饴剩é蹋? 1KG燃料燃燒的理論空氣量 21-[O2] [O2]是指排煙中的O2含量 由上式可看出過?？諝饴剩é蹋┡c[O2]有明確的函數(shù)關(guān)系，所以μ則由O2量調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制，通過對氧量調(diào)節(jié)器輸出的修正，得到空氣過剩率（μ），然后補正空氣流量調(diào)節(jié)器的給定值即實際風(fēng)量=理論風(fēng)量+過剩風(fēng)量。有了這個實際風(fēng)量值，就能夠確定一個相對恒定的風(fēng)燃比。為了鍋爐的安全運行在開環(huán)控制邏輯中，增加了風(fēng)燃比低低引起MFT（主燃料跳閘）的保護(hù)。而且還設(shè)定了風(fēng)燃比低報警信號，允許運行人員有2分鐘的時間處理，避免引起MFT。通過氧量修正，對整個燃燒控制系統(tǒng)實行微調(diào)。 2.2.1.3 風(fēng)量主控 風(fēng)量控制調(diào)節(jié)框圖如圖6。 風(fēng)量主控也是一個典型的反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在這個反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)中利用鍋爐主控的輸出指令作為給定值,用整個鍋爐的風(fēng)量作為反饋信號來進(jìn)行調(diào)節(jié),當(dāng)鍋爐負(fù)荷有增大時,鍋爐主控輸出也相應(yīng)增大,因而,風(fēng)量主控的偏差也增大,風(fēng)量主控的輸出也增大,導(dǎo)致鍋爐的相關(guān)風(fēng)門也開大,直到最后達(dá)到新的平衡點,反之依然。 2.2.2 其它調(diào)節(jié)系統(tǒng) 2.2.2.1 給水和減溫水調(diào)節(jié)系統(tǒng) 給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用常規(guī)的串級三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng),減溫水系統(tǒng)也是采用常規(guī)的串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 2.2.2.2石灰石調(diào)節(jié)系統(tǒng) 石灰石調(diào)節(jié)系統(tǒng)的框圖如圖7所示。 此調(diào)節(jié)系統(tǒng)的功能是為燃燒室提供足夠的石灰石,以保持二氧化硫的排放量在允許的環(huán)境要求內(nèi),并提供床的物料。 此調(diào)節(jié)系統(tǒng)也是一個典型的負(fù)反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng),不同的只是給定值,它的給定值是用燃煤主控的輸出乘以石灰石和煤的比率系數(shù)確定的。 2.2.3床溫調(diào)節(jié)系統(tǒng) 2.2.3.1影響床溫的主要因素及床溫設(shè)定值 CFB鍋爐的最佳運行床溫為850℃——950℃。影響床溫的主要因素是密相區(qū)燃料濃度和燃料的熱值。由于燃料品質(zhì)的不穩(wěn)定性，在燃料量不變的情況下，也會引起床溫變化。此外返料量的變化也直接影響床溫。流化床鍋爐在運行中隨著床料的增加，在一次風(fēng)風(fēng)量不變的情況下，密相區(qū)濃度增加，床溫因此會升高，所以方案中主要采用調(diào)節(jié)一次風(fēng)風(fēng)量和對燃料量進(jìn)行校正來調(diào)節(jié)床溫，同時根據(jù)負(fù)荷指令，在一定范圍內(nèi)修正床溫給定值，使系統(tǒng)盡快達(dá)到平衡點。 2.2.4引風(fēng)量調(diào)節(jié)系統(tǒng) 通過調(diào)節(jié)引風(fēng)機擋板，使?fàn)t膛壓力穩(wěn)定在設(shè)定值上。引風(fēng)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)有前饋，把一次風(fēng)量和二次風(fēng)量之和作為前饋信號加到PID調(diào)節(jié)的輸出，以提高一、二次風(fēng)量變化時，引風(fēng)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的響應(yīng)速度。 2.3順序控制系統(tǒng)SCS 對鍋爐的輔機及閥門等設(shè)備進(jìn)行集中控制，實現(xiàn)輔機設(shè)備、閥門及其它輔助系統(tǒng)（除渣、吹灰、燃燒器點火等）的順序啟停，從而提高機組運行的可靠性，降低運行人員的勞動強度。 根據(jù)現(xiàn)場運行情況，對鍋爐、汽機、除氧器等設(shè)備及其它輔助設(shè)備設(shè)計程序啟動、停止和手動，以滿足有關(guān)設(shè)備的起、停聯(lián)鎖邏輯。 順序控制部分的聯(lián)鎖的保護(hù)指令具有最高優(yōu)先級，手動控制指令的優(yōu)先級次之，自動控制指令的優(yōu)先級最低。對同一設(shè)備的開關(guān)指令之間設(shè)計成相互閉鎖，不允許同時發(fā)出。為防止運行人員的誤操作，重要的手操指令設(shè)有確認(rèn)按鈕。 2.4爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS） 執(zhí)行點火程序，并對供風(fēng)系統(tǒng)、引風(fēng)系統(tǒng)、爐膛壓力、汽包水位等進(jìn)行監(jiān)視，對出現(xiàn)的危險情況進(jìn)行報警、執(zhí)行相應(yīng)的聯(lián)鎖程序，記錄事故前后的相關(guān)數(shù)據(jù)。 2.4.1點火啟動 點火啟動步驟： a.確認(rèn)所有閥門、風(fēng)機風(fēng)門、鍋爐門孔、鎖氣裝置處于關(guān)閉狀態(tài)； b.燃油系統(tǒng)泄漏試驗； c.執(zhí)行爐膛和煙道吹掃程序（吹掃風(fēng)量為滿負(fù)荷風(fēng)量的25%，吹掃時間20分鐘）； d.煤倉上煤，給水管送水，打開汽包和過熱器排汽閥； e.將配好的底料填入流化床，底料靜止高度300——400mm； f.啟動一次風(fēng)機，投入聯(lián)鎖，并緩慢增大風(fēng)量，使床層達(dá)到微流化狀態(tài)； g.啟動點火油泵，執(zhí)行點火程序； h.待底料預(yù)熱到400——500℃時，緩慢增大風(fēng)量，使床層達(dá)到穩(wěn)定流化狀態(tài)； i.當(dāng)?shù)?00——700℃時，可往爐內(nèi)投入少量引燃煤，增大風(fēng)量，使床層充分流化； j.當(dāng)?shù)?00℃時，啟動給煤/料機給料，當(dāng)給料開始2分鐘后確認(rèn)膛氧濃度已下降，而床溫度上升10℃以上，表明給料已著火。調(diào)整投料量和風(fēng)量使床溫穩(wěn)定在設(shè)定值（850——950℃）上； k.投入二次風(fēng)機和返料機構(gòu)，穩(wěn)定工況； l.對蒸汽母管進(jìn)行暖管，準(zhǔn)備鍋爐并列。 2.4.2爐膛安全監(jiān)控 鍋爐起停和正常運行時，一旦檢測到危及系統(tǒng)安全的條件時，立即進(jìn)行MFT動作，切斷主燃料，切斷高溫旋風(fēng)分離器下的返料，指出首次跳閘原因，并給出聲光報警信號，進(jìn)行有關(guān)的聯(lián)鎖和順控動作，以保證鍋爐的安全。當(dāng)出現(xiàn)以下情況時，燃燒系統(tǒng)停止。 a.燃燒用供風(fēng)故障； b.引風(fēng)機故障或煙氣通道阻塞； c.爐膛壓力過高或過低； d.汽包水位低于下限； e.過熱器出口溫度高于上限； f.按下緊急按鈕（MFT）。 2.5其它控制系統(tǒng) 2.5.1固體物料回送控制 通過調(diào)節(jié)返料風(fēng)量，將分離器分離出來的高溫固體顆粒穩(wěn)定地送回爐膛燃燒室內(nèi)，自動調(diào)節(jié)平衡返料流量，以適應(yīng)鍋爐運行工況變化的要求。 2.5.2排渣 為了控制床內(nèi)存料和保持適當(dāng)?shù)牧蠈雍穸龋乐勾笤练e，保持良好的流化條件，避免結(jié)焦，控制排渣時機和流量是很關(guān)鍵的。當(dāng)料層差壓過高時（一次風(fēng)室壓力過高），加大排渣，當(dāng)料層差壓過低時，減少排渣。 2.5.3 汽機聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng) 對汽機軸向位移，凝汽器真空，潤滑油壓，推力瓦塊溫度，一級抽汽壓力等，以及汽機超速、發(fā)電機停機、用電負(fù)荷保護(hù)動作和保護(hù)電源消失等信號進(jìn)行監(jiān)視，并實現(xiàn)聯(lián)鎖保護(hù)快速動作。 汽輪機緊急跳閘聯(lián)鎖保護(hù)： ·汽機超速 ·潤滑油壓低 ·軸向位移大 ·推力瓦塊溫度高 ·凝汽器真空低 ·一級抽汽壓力低 ·軸承油溫高 ·發(fā)電機跳閘 ·主蒸汽溫度低保護(hù) ·手動緊急停車按鈕 2.5.4輔助設(shè)備的控制 包括除氧器水位和壓力調(diào)節(jié)回路、凝汽器水位調(diào)節(jié)回路、減溫減壓器溫度、壓力調(diào)節(jié)回路等。