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CFB 锅炉控制特点

从CFB 锅炉构成看，与常规锅炉不同的是增加了分离器回料系统、石灰石给料系

统、冷渣器系统等。因而，有不同于常规锅炉的控制系统。

CFB 锅炉和煤粉炉在汽水系统方面的运行监视与调整是基本相同的，都设有汽包

水位调节、给水差压调节和汽温控制，而且原理和方法都相同。两者的差异主要

表现在燃烧系统上，相应的仪表监视和调节手段有较大的差异。因此，对CFB 锅

炉燃烧及调节机理的理解是设计监视仪表和自动控制系统的关键。

根据我公司在CFB 锅炉DCS 工程上取得的经验，床温、一次风量与料层差压是

CFB 锅炉运行监视与控制的关键。为了保证物料循环系统正常运行，还必须保证

返料风风压、风量正常，返料风是运行中的另一主要控制对象。另外，物料循环

系统还应辅助监视分离器温度与阻力和返料器温度。

下面对几个典型的CFB 锅炉控制回路进行说明。

床温控制

从燃烧反应动力学的角度看，CFB 锅炉内的燃烧反应控制在动力燃烧区或者过渡

区内。由于CFB 锅炉内相对来说温度不高，并有大量的固体颗粒的强烈混合，因

而其燃烧速率主要取决于化学反应速度，也就是取决于温度水平。换言之，床温

水平是控制燃烧速率的主导因素。这是床温控制的重要性的理论依据。

影响床温的主要因素有：煤种、煤量、一、二次风量、返料量和灰渣排放量等。

因而床温控制是一个典型的多变量控制回路。如果床温偏差大且经调整无效，应

限制锅炉负荷并处理床温。床温正常后再重新带负荷。

炉膛内要有效抑制NOX的生成和达到最佳脱硫效果，就必须将床温控制在一定的低

温范围内（根据煤种和主机厂推荐值确定）。研究指出，脱硫的最佳温度是850～

950℃。同时，由于采用了分级送风低温燃烧方式，抑制了NOX的生成。但是近期

的研究指出，低温燃烧时易生产N2O，其生产量随温度的上升而急剧下降，因此，

一般运行温度控制以安全运行范围内略高为宜。

根据清华大学和中国科学院的传热研究，CFB 锅炉中，粒子粒度小，浓度高，床

温高，传热增强；气流表观速度对CFB 锅炉的传热无明显作用，但是作为吸热介

质，风量对床温有明显影响。虽然给煤量、循环灰量也影响床温，但是其作用不

独立；风量是一个独立调节床温特别是密相区温度的变量。

在循环倍率和煤种一定的情况下，主要调节风量，控制床温。一般情况采用：

􀁺 调节一、二次风控制炉膛内氧的浓度，使炉膛燃烧稳定在一定的温度范围内；

􀁺 调节返料量（可以通过调节循环灰风量）大小以控制床温；

床温控制也可通过床料的粒径分布的调整而实现。调整床料的粒径分布即调整炉

膛上部和下部的压差比，是通过改变进入炉膛的煤、床料、石灰石的粒径来实现

的，有冷灰器的CFB 锅炉也可通过冷灰器的运行来调整床料粒径分布。具有烟气

再循环系统的CFB 锅炉中，通过改变再循环烟气量（类似于调整一、二次风比例）

可以调节床温，这种影响在负荷较低时作用更加明显。

在不同的负荷水平下床温控制亦有不同的特点。在低负荷时，风量、煤量均小，

床温容易控制，可以长期保持在某一温度线上；在高负荷时，由于一、二次风调

节裕量变小，煤对床温调节的作用增加。实际运行中表现为，燃用高热值、低挥

发份煤时，床温水平较高，排渣量明显减少；燃用低热值煤时，床温水平较低，

排渣量明显增加。一般情况下，当床温高时可适当地减小给煤量，经过一段时间

的延迟后，床温将下降；当床温低时适当地增加给煤量。用给煤量调整床温时，

必须注意此时系统的动态响应具有较大的延迟。

鉴于床温控制的非线性特性以及床温在CFB 锅炉安全稳定运行中的重要性，采用

常规的控制策略难以奏效，为此考虑采用如图1 所示的智能控制系统，以增强控

制系统的鲁棒性和实用性。

其中一些主要规则描述如下：

􀁺 当负荷稳定，床温偏差较小时，通过调整一、二次风比例控制床温；

􀁺 当负荷稳定，床温偏差较大时，通过调整返料量控制床温；

􀁺 当负荷稳定，床温偏差更大时，通过调整给煤量控制床温；

􀁺 低负荷时，主要依靠调整一、二次风比例控制床温；

􀁺 高负荷时，主要依靠调整给煤量和返料量控制床温；此时风量的调节裕量较小；

􀁺 变负荷时，主要依靠调整返料量控制床温；此时风量和给煤量主要随负荷变化，

只能在小范围内调整以适应床温。

在实际运行中，将根据实际运行情况对上述控制策略进行调整。根据CFB 锅炉的

实际运行情况，有可能并不需要三种控制方法，例如仅利用改变一、二次风比例

已可将床温控制在运行需要的温度范围内。

此外，对上述控制策略作如下说明：

􀁺 氧量也能表征炉膛内化学反应速度，且响应较床温灵敏，可用作床温响应的导

前信号；

􀁺 在正常运行中，床温可根据负荷，设定为一相应的目标值；

􀁺 床温的动态响应具有典型的迟延，因此在设计控制系统时必须考虑此因素。自

1998 年起我公司采用模糊控制应用于200MW 以上单元机组的大迟延对象控

制，取得了良好的效果，积累了丰富的经验。

风量控制

CFB 锅炉的风量控制包括总风量和一、二次风量比例的控制。在正常运行中，总

风量根据燃料信号获得，并自动根据过量空气系数修正。总风量的改变受到风煤

比的限制，这与常规煤粉炉是相同的，所不同的是一、二次风的配比。一、二次

风的配比是负荷和煤种发热量的函数。

根据CFB 锅炉的运行特点，主要是二次风机的运行特点，风量控制有两种不同的

设计方法，但是具有相同的原理。第一种情况是二次风机的投运时间较早；第二，

二次风机只有在负荷达到较高水平后才投运。

这里假设为第一种情况。风量分配系数、过剩空气系数和氧量修正与负荷的关系

见图2。

用于风量计

算的煤负荷

F(X)

F(X)

F(X)

F(X)

过量空气系数 1~1.4

氧量修正 0.5%~5%

二次风比例 0.2~0.6

下部二次风比例 0.2~0.8

图2 风量分配系数与负荷的关系曲线

运行人员可以在50％的范围内调节二次风量，这种大调节范围设计主要是为了通

过一、二次风的配比调节来控制床温。二次风又分为上部二次风和下部二次风，

这里也有一个分配系数的问题，改变这个分配系数可以控制CO、NOX、SOX的排

放。一、二次风及上、下二次风的配比系数都是负荷的函数。

CFB 锅炉的一次风量有一个下限值，在任何运行工况下一次风量都不能低于这个

下限值。在启动过程中，一次风量保持下限值不变，只有当开始投煤或者开始正

常运行带负荷时，才投入一次风量的控制。

二次风系统的控制回路设计成可以进行风量控制和压力控制，其中，下部二次风

控制风量，上部二次风控制风压。这种控制回路设计使得正常运行时煤的燃烧、

启动时油枪燃烧、油煤切换时所需空气都能控制自如。正常运行时，二次风压的

选择应使二次风系统与炉膛压差处于允许的最小值，以减小二次风机的电耗；而

在有燃烧器运行时，二次风系统与炉膛压差有一固定值，而风压的控制通过调节

上部二次风的挡板实现。二次风量是根据煤量和油枪状态及负荷计算得到的，二

次风量也有一个下限值，在控制回路中与煤的计算风量取最大值，从而实现在任

何工况下二次风量都不低于此下限值

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