循环流化床锅炉运行问题分析及节能降耗优化探究

循环流化床锅炉运行问题分析及节能降耗优化探究

丁钰山 

伊犁川宁生物技术股份有限公司   835000

摘要：循环流化床锅炉的燃烧是在燃料的流化状态下进行的，是一个多变量耦合、大滞后的非线性系统，它的各个变量之间相互影响，另外还有飞灰循环造成的影响，导致其燃烧为较复杂的过程。因此采取常规的控制手段及人为的操作干预都难以保证其各项控制指标的实现。基于上述问题产生了针对循环流化床锅炉燃烧特性的优化控制系统，它的产生及发展对于循环流化床锅炉的经济安全运行有着至关重要的意义。

关键词：循环流化床锅炉；优化控制系统；节能降耗及优化操作

引言

企业在经营发展的过程中，最本质的目的是追求最大化的经济效益，因此，延长循环流化床锅炉运行周期具有重要意义。在循环流化床锅炉运行的过程中，确保其稳定运行对保证企业员工安全同样具有重要意义。延长循环流化床锅炉的运行周期不仅能够改进其生产技术，还能够提升锅炉的燃烧效率。循环流化床是新工业时代的一种产物，只有通过不断地对其进行优化调整，才能充分地发挥出循环流化床的优势，才能让相关的工作人员对循环流化床的运行规律进行深入了解，延长锅炉运行周期的关键技术被越来越多的企业所使用，为企业创造出更多的经济效益。

1设备及系统简介

某电厂锅炉为哈尔滨锅炉厂生产的480t/h循环流化床锅炉。锅炉采用中间排渣方式，配套3台出力为30t/h的滚筒冷渣器，灰渣比为1:1，前墙给煤方式，低温动力控制燃烧技术。系统流程如图1所示。输煤系统：输煤系统对于CFB锅炉是最重要的组成部分，分为输送、破碎、筛分等3个过程，将合格的燃煤粒度输送至煤仓通过给煤系统进入炉膛密相区进行燃烧，其燃煤颗粒在一、二次风的作用下与空气产生气固两相流态化破碎燃烧过程，燃煤粒度越小，燃烧速度越快越充分。烟风系统：一次风保证物料流化的同时要保证密相区成为氧分还原区，二次风保证物料燃烧所需要的氧气及炉膛过渡段的穿透力，高压流化风保证返料装置正常流化及返料所需的压头和风量。送风系统的节能优化主要考虑空预器的漏风情况及炉内物料颗粒质量的状态，物料质量的好坏直接影响密相区床压，而床压的高低直接影响风机的电耗率。汽水系统：该系统经济运行参数的稳定是保障机组长期高效运行的重要指标之一。主燃烧系统及烟气系统：该系统节能减排主要考虑燃烧效率对锅炉整体效率的影响、环保数据控制，通过燃烧优化调整达到环保超低排放的要求。

2循环流化床锅炉运行节能降耗优化探究

2.1用烟煤替代无烟煤

为降低煤炭消耗成本，龙宇煤化工开始尝试掺烧烟煤。烟煤相较于无烟煤，其发热量有明显下降，煤中含碳量少，挥发分多，燃点低。因此，无烟煤中掺烧烟煤会使得床温升高，可能导致锅炉超温结焦。由于原来用的是当地的无烟煤三级末煤，燃煤的颗粒度较小，而掺烧烟煤后煤中可能存在较大的颗粒矸石，导致锅炉渣管堵塞，床面流化不好，锅炉结焦。且烟煤较无烟煤灰分增大，煤中的水分增大，也可能导致锅炉给煤系统异常，锅炉灭火。具体实施下列优化措施。（１）优化设备，对锅炉排渣口进行改造，对冷渣机进口进行密封。升级筛破一体机，保证锅炉给煤系统稳定运行，煤炭颗粒度要控制在０～１０ｍｍ。筛破一体机升级后，不仅在烟煤掺烧中起到巨大的作用，还可实现锅炉小颗粒的矸石添加，经济效益显著。（２）控制锅炉给煤量上限，不能超过正常给煤量的１１０％，如果需要加大给煤量，则有两个要求：第一，一次风机电流在１３５～１４０Ａ之间；第二，在２台冷渣机正常运转的情况下，锅炉料层不能超过１３ｋＰａ。正常应该保持在１１．５～１２ｋＰａ之间。2.2锅炉优化控制系统实现方法循环流化床锅炉燃烧是一个非常典型的多变量耦合的被控对象，由于对循环流化床锅炉燃烧系统的研究还不够系统完善，因此实现循环流化床锅炉燃烧的自动控制单靠PID控制算法是难以实现的。要想实现自动化控制，引入先进控制理念至循环流化床锅炉的燃烧控制系统（即模糊控制）至关重要。通过大量实践表明，模糊控制能够有效对非线性、时变性和复杂的被控对象进行控制。通过应用模糊控制的理论方法对常规PID控制进行改进，将常规PID控制与模糊控制有机结合，形成一种“综合性控制方案”，再配合多种前馈控制方案，继而应用于循环流化床锅炉燃烧系统这一非线性、多变量耦合的复杂被控对象，实现较为满意的控制效果。循环流化床锅炉燃烧控制的实现必须要理清各个变量之间的关系，即煤与负荷、床温之间的关系；负荷与床层温度之间的关系；炉膛吸热量与煤、床层温度之间的关系。通过采用模糊控制的方法并结合DCS控制功能来实现锅炉燃烧控制目的。因此引入模糊控制可以实现较为理想的燃烧控制，模糊控制的基本方法是通过控制系统算法来模仿人的经验思维，继而通过理论计算的方法进行进一步的校正，最后再通过DCS控制系统来实现自动控制的目的。

2.3循环流化床锅炉启动运行时的故障及应对措施

区别于传统锅炉，循环流化床锅炉采用电子点火枪来启动，通过床上、床下热烟气的方式点火。循环流化床锅炉启动运行时的故障有：a)由电子点火枪喷射出热油燃烧所产生的热烟气形成加热床料，此时，由于温度急剧增大，锅炉内部的耐热壁受热不均匀，从而可能导致脱落。b)向循环流化床锅炉中投放燃料时，对燃料的投入量控制不当，导致锅炉内O2消耗过快，燃烧床温度过高，从而需要在鼓风口增加鼓风强度来补充锅炉内部O2。总结了一些经验之后，根据循环流化床锅炉与传统锅炉的区别，制定出一套较为可靠的方案：a)为了使得锅炉内部耐火材料受热均匀而不至于脱落，结合循环流化床锅炉投放燃料的特点，从常温下开始加热，大致需要4～6h锅炉可达到稳定温度；b)考虑到锅炉中燃料投放的量及鼓风强度不太好控制，等锅炉内部的整体情况稳定后再开始投料，并对内部温度及内部O2的浓度进行实时监测，根据不同的情况来设置鼓风强度；c)应结合“互联网+”技术进行远程监测及控制，从而有效应对锅炉点火时的故障。

2.4合理进行参数调整

基于循环流化床锅炉的燃烧机理，应对炉膛差压、料层差压、流化、风量、循环倍率、蒸发量等参数进行优化调整。比如，在循环流化床锅炉运行的过程中，造成炉膛内差压过低的原因可能是返料量不足，分离效率低。炉膛差压过低会导致尾部受热面损坏加快，最终造成过热器、省煤器等部件出现严重的泄露问题。如果料层差压值过小，则意味着炉膛内的蓄热量较小，此时，如果如煤量出现问题，则极易出现灭火问题。反之料层差压值过高，则表明流化风量需求大，需要消耗较多的动力，同样加剧了磨损程度。

结语

循环流化床锅炉的燃烧优化控制系统与原有的完全依赖于DCS操作人员的经验而进行的人为干预相比，循环流化床锅炉的燃烧优化控制系统无论是在确保锅炉各设备运行的协调性，还是提高设备运行管理水平和降低设备运维成本上都有明显优势。循环流化床锅炉的燃烧优化控制系统在保证设备主要运行参数稳定、锅炉充分燃烧的基础上，实现锅炉排烟热损失降低，实现了节能降耗、环保减排，实现了长周期自动投运，该优化控制系统可有效提升循环流化床锅炉的自动化水平，实现设备的安全、稳定、经济运行目标。

参考文献

［1］李浩麒，庞正斌.探究电厂锅炉运行与维护［J］.中国科技博览，2014(28)：106.

［2］张全胜，吴志.440t/h循环流化床锅炉试运行中暴露出的问题及改进方法［J］.节能技术，2006，24(3)：270-275.