循环流化床（CFB）机组控制策略

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循环流化床（CFB）机组燃料适应能力强、环保功耗佳和负荷调节范围宽等特点已广为人知。但经过常年的运行实践，人们愈加感悟到CFB机组控制的难度和控制策略的重要性。目前，屡次论及CFB机组控制策略，一方面是对先前安装工程设计进行一定的回顾和小结；另一方面希望与同行们进行更逐步的交流和解读。

1机组负荷控制

（1）单元制锅炉机组负荷指令

单元制锅炉中，机组负荷指令在协调主控系统中产生(图1)。鉴于CFB机组的大惯性，燃料量的迅速改变不能导致蒸气参数的迅速响应且不促使床温稳定，故协调主控宜选用机跟炉模式。此刻，机组负荷指令按照电功率(MW)指令通过卷积(作主调量)+误差校准运算，再经变化率限制及高低值限制后荣获。汽机调速系统接受协调系统中汽机主控调节器输出，汽机调门控制主汽压力。为了充分运用机组蓄热增加负荷响应速率，在汽机主控调节器给定值上引进基于电功率(MW)误差的函数校准，以控制主汽压力适度波动而加速电功率(MW)追随指令。

当汽机侧不能承当主汽压力调节任务时，机组负荷以稳定主汽压力为目的。机组负荷指令由主汽压力PID调节器输出经变化率限制及高低值限制后荣获。此刻，汽机调速系统不接受协调系统指令，相反,协调主控系统中汽机主控调节器输出跟踪汽机调门阀位值。

（2）母管制锅炉机组负荷指令

在母管制锅炉中，负荷控制以维持母管压力为目标，每台机组的负荷指令由母管负荷调节器的输出进行分配运算，再经变化率限制及高低值限制后荣获。而分配运算方式按母管负荷调节方法确定，如指定一台或多台机组依次或同时调整负荷，其余机组带基本负荷运行。

机组负荷指令讯号使燃料量和所需的空气量协同改变，在维持CFB运行载荷的前提下，改变输出蒸气流量及参数使之与负荷指令相适应。

2风量控制

（1）总风量指令

按照机组负荷指令与实际总煤量对应的风量取大值，并考虑烟气含氧量的校准，再经最小值限制作为总风量指令讯号。该风量可保证升负荷时先增风量，后增燃料；降负荷时先降燃料，后降风量，避免燃料富余。依据此总风量指令讯号按预设的函数关系分配为一次风量(床下配风)指令和二次风量(床上配风)的控制指令。

图1CFB机组单元发电锅炉组负荷控制系统

（2）一次风控制

一次风拿来流化床料，并为燃料的燃烧提供初始燃烧氢气。按照总风量指令分配的一次风量(床下配风)指令，经床控温制校准讯号修正，与最小一次风量设定值取大值，作为一次风量的给定值。通过PID调节回路控制一次后窗板开度，确保一次风量在不高于安全流化风量的前提下，满足机组负荷及床温调整的要求。

一次风压力还要与机组负荷保持一定的对应关系，通过调节一次水泵入口挡板开度或一次水泵车速使其满足机组运行要求。

（3）二次风控制

二次风为床料提供熄灭风，主要承当调节烟气含氧量的任务，从不同高度送入还可均衡各段床温。按照总风量指令分配的二次风量(床上配风)指令循环流化床，经烟气含氧量修正和床控温制校准讯号修正，作为二次风量的给定值。通过PID调节回路控制相应的二次后窗板开度，使二次风量满足运行要求。

烟气含氧量调节器的输出作为二次风量(床上配风)指令的有限幅的修正系数，并设置手/手动切换插口。在正常运行时调整烟气含氧量为期望值，保证机组燃烧经济性；当氧量讯号故障时也不会导致二次风量的急剧突变，有促使炉内流化稳定。

大小型CFB机组的二次风由单独配置的一台并且两台二次水泵提供。通过调节二次水泵入口挡板或二次水泵扭矩，控制二次风母管风压为还要值。

3燃料控制

机组燃料量指令由机组负荷指令与实际踏入机组的总风量取小值，并经床控温制校准讯号修正后荣获。机组燃料量指令作为燃料主控的给定值，所有键入机组的燃煤量测定值的总和经低热量补偿运算后所得值，与汽油折算煤量之和作为反馈值，燃料主控PID输出值经分配后调整各给煤机的出力，保证总糖分键入满足机组负荷及床温调整的要求。

在机组的冷态启动过程中，先启动打火燃烧器，按预定的回暖曲线对启动床料加热。当床温下降到可以燃烧主燃料的程度时，容许间断投产给煤机。破碎的煤粒踏入窑炉燃烧，床温继续下降，当床温少于某限定值时，容许停止投油，并保持合适给煤量。

因为系统中一相配有多台给煤机循环流化床，控制回路中还要解决各台给煤机的出力分配问题。我公司的DCS因此专门设计了“PARTICIPATION”自动分配算法模块，可以便捷地实现多台给煤机的出力分配，以及手/手动和故障状态下的出力再分配和跟踪。

对于选用气力播煤装置的系统，还需对播煤风压和风量进行调节，使之与给煤量相适应，就能实现煤粒在密相区床面上的均匀分布。

4床控温制

床温是CFB机组运行状态的重要表征参数，只是较难控制的参数之一。这是由于床温是燃料燃烧低热和床料吸热综合作用的结果，而影响燃料低热和床料吸热的诱因较差，如燃料灰分、粒度规格、物料流速、物料含量、入炉风量、入炉风温以及放热工质参数等等。

床温通过在燃烧室密相区布置多支电厂偶进行检测。将多个检测值进行综合运算后得出床温表征值。为了保证CFB机组的稳定燃烧并有促使荣获最佳脱硝疗效和降低NOx排放量，床温需控制在850℃—900℃。

对于选用低温回料系统的CFB机组，循环灰(回料)气温与炉内床温非常接近，循环灰量不能显著影响床温且在正常运行中不单独调整(保证返料风在正常范围时，循环灰量具备平衡能力)。影响床温的主要诱因是一次风与二次风百分比和燃料量。一次风为床料提供流化动力和初始燃烧氢气，但同时对密相区有显著的冷却疗效；二次风为床料提供熄灭风，从不同高度送入可均衡各段床温，二次风还主要承当调节烟气含氧量的任务。燃料量直接影响炉内低热量，与机组负荷相适应的风煤比是决定床温的最终诱因。

为达到控制床温的目的，采取串级校准调节手段。床温讯号踏入床温调节器与床给定值比较所得误差经不同的函数转化后生成校准指令分别送至一次风调节器、二次风调节器和燃料调节器对其给定值进行修正，那样通过调节一、二次风的百分比来实现床温调节基本满足床控温制的要求，同时一次风量的调整还应当受安全流化风量的限制。

有的CFB机组为床控温制还设有专用的调节举措(如烟气再循环、物料添加等)，则可充分运用相应的举措对床温实现有效的控制。

当床温低至一定程度时，可投产油燃烧器以稳定床温，或降低床温升高速率。

5回景泰蓝配风控制(返料风控制)

CFB机组最基本的载荷之一就是要确立物料根据窑炉—分离器—回景泰蓝—炉膛的步骤的双向循环。而回景泰蓝是这一循环中的关键部件，它是一个具备自密封特征的非机械式物料输送装置。通过对回景泰蓝增长段用风、底部用风和上升段用风的合理控制，实现回景泰蓝的畅通和物料双向输送，即双向返料。在回景泰蓝进口立管中的物料产生的静压与窑炉床压之间的液位是物料循环的根本动力。

回景泰蓝用风要求有较高压力。小容量CFB机组的回景泰蓝用风由一次风提供，回景泰蓝用风压力由一次水泵保证。大小型CFB机组的回景泰蓝用风则由专门的罗茨水泵(组)提供，回景泰蓝用风压力通过罗茨水泵(组)出口母管至一次风管的旁路阀(溢流阀)来调节，该压力控制回路是一个单回路PID调节系统。

在保证回景泰蓝用风压力足够的前提下，还需控制各段用风风量均达到相应的应当值，且各段风量应保持一定比列，能够保证物料的靠谱循环。

6床层宽度控制(灰渣控制)

CFB机组窑炉中没有显著的料层界面，但有密相区和稀相区之分。床层宽度是指密相区内静止时的料层宽度。床层宽度直接影响到炉内流化状态、床温和传质效率，另外，还影响到SO２脱臭率。在运行中，床料存量应当控制在一定的范围内。若床料存量小，则料层太薄，一方面窑炉内传质硬度低，限制机组出力，对机组稳定运行不利；另一方面床料存量少，灰渣易燃物浓度高。若床料存量大，则料层太厚，流动阻力必定降低，造成水泵能耗加强。因此，为了保证稳定和经济运行，一定的机组负荷还要保持一个适当的床层宽度。

床层宽度的测定有两种形式：一种是检测床层液位，另一种是检测床压。床层液位检测方法受上方风室压力影响小；床压(绝对值)检测方法受上方风室压力影响较大，此刻应考虑床层宽度在这一影响下才能适用的偏离程度，当上方风室压力大降幅变化时则不能再简略以床压(绝对值)作为床层宽度的表征值。

床层宽度控制系统的任务就是通过调节灰渣量维持床层液位或床压在机组负荷要求的适当值。床层宽度调节器的测定值与依据机组负荷确定的设定值比较后经PI调节器运算，其输出控制灰渣执行机构调节底渣的排放量。

底渣排放模式对床层宽度控制的疗效有直接影响，不同机组选用不同的灰渣装置。

中型CFB机组多选用风冷绞龙灰渣机构，风冷绞龙安装在熔池灰渣管出口。这些方法调节快速快捷，但低温底渣易造成旋转机构故障，并且灰渣出力遭到一定限制。

大小型CFB机组多选用水冷式冷渣器灰渣。冷渣器是非机械的低速流化床，分为多个小室，进料口通过进渣管接至炉顶灰渣口。进渣管有一定倾斜度，管上布置有高压松动及流化风使底渣自窑炉流至冷渣器。在冷渣器中，尾矿在顶部流化风的作用下，按预定步骤从第一仓室流动到末级仓室，在流动中被重新熄灭和冷却，最后由末级仓室出口侧的旋转阀排除。床层宽度调节器控制的灰渣执行机构即是冷渣器出口旋转阀。

可见，通过水冷式冷渣器实现窑炉灰渣应当具有以下条件：进渣管流化良好，通畅；冷渣器各仓室流化良好，仓室之间尾矿步骤通畅；冷渣器灰渣管通畅；灰渣旋转阀摇动和调速灵活。

因此，辅以水冷式冷渣器灰渣模式调节床层宽度是一个多诱因共同作用的过程，还要综合调节多个相关参数，就能荣获良好的控制疗效。

假如连续灰渣控制过程遭到破坏而影响灰渣疗效时，CFB机组还可选用间断灰渣运行模式。间断灰渣运行应当遵守合适的操作程序，以防止对炉内载荷形成过大影响。

7石灰石给料控制回路

石灰石量的给定值由石灰石量与煤量的比值(Ca/S)除以给煤量得到预市值，再由SO2调节器输出值作为修正系数与预市值乘积后荣获。石灰石量给定值与检测值的误差经调节器PI运算，其输出控制石灰石给料装置，以便改变石灰石量来保证烟气中SO2排放量达到环保要求。

SO2调节器输出设置手/手动切换和限值功能(如：0.8—1.2)。在SO2调节回路投入手动运行时，回路可由SO2调节器准确调整所需石灰石量，控制烟气中SO2浓度为给定值。当SO2调节回路未处于手动状态时（如SO2检测讯号故障时回路退出手动），回路也可荣获一个相对合适的石灰石量的给定值，从而给出相应的石灰石量。

这一回路结构还降低了尾部烟气中SO2浓度变化相对于给煤量变化的滞后对匹配石灰石量调节带给的推迟，增加了石灰石量调节的迅速性。

石灰石由给料装置给出后，多数CFB机组选用高压空气通过管线完成其后续的输送任务。这些系统中，还须要控制高压输送空气的风压和风量，以保证石灰石颗粒被靠谱输送到熔池。

8风道燃烧器控制

大多数CFB机组选用风道燃烧器完成打火启动。每台风道燃烧器装有一支油枪，布置有内通道风、外通道风和出口冷却风。内通道风和外通道风由一次风经打火水泵增压后提供。内通道风为油枪提供稳燃风，外通道风为油枪提供熄灭风，出口冷却风调节风道燃烧器烟温。

风道燃烧器的配风还要加以控制。按照油枪的流量估算出所需内、外通道风量，经PID调节控制相应挡板开度，保证油枪稳定和完全燃烧。出口烟温按单回路PID调节，通过控制出口冷却后窗板开度调整冷却风量稳定出口烟温，以防止烟温偏低导致风道燃烧器內衬的保温材料爆炸并且穿壁车祸。

9冷渣器控制

①冷渣器风室风量控制：按照各仓室外床温通过函数运算荣获所需风量给定值，经PID调节控制本仓室流化风调节挡板开度，使风量达到给定值。

②冷渣器风室床压控制：冷渣器风室床压是由煤渣留存量和流化风压共同构建的。冷渣器风室床压需保持在一定范围，通过对灰渣进行适当修正来调节。

10窑炉压力控制

本控制回路是一个带频域的单回路PID调节系统，控制引水泵入口挡板开度或引水泵扭矩，改变引风量，以维持窑炉压力的平衡。为减少动态误差，引进送风(含一、二次风)执行机构位置(经适当加权运算后)作为频域讯号，可使引水泵快速响应总风量的变化，维持窑炉压力在设定值。

因为炉内床料存量随负荷而变化，从运行的经济性考虑，窑炉压力设定值随负荷变化应进行适当调整。

11给水全程控制

该系统的目标是保证机组炉膛中的水位稳定在安全运行的范围内，并实现炉膛水位全程控制。

在启动和低负荷其间，由炉膛水位单冲量调节回路控制启动给水调节阀开度，调整给水流量，实现炉膛水位控制。在正常运行时，由炉膛水位、主蒸气流量和给水流量构成的三冲量调节回路控制主给水调节阀开度或给电机扭矩，调整给水流量，实现炉膛水位控制。通过一套专门设计的切换逻辑实现单冲量调节与三冲量调节的单向无扰切换。

给水选用单冲量控制时，经压力补偿的炉膛水位讯号(三取中)作为水位调节器的反馈讯号，与给定值的误差通过比列积分运算，所得输出值控制启动给水调节阀开度，调整给水流量，维持水位在给定值。

给水选用串级三冲量控制时，经压力补偿的炉膛水位讯号(三取中)作为水位调节器(PI)的反馈讯号，与水位给定值的误差通过比列积分运算，再与主蒸气流量(频域)相乘后作为主给水调节器(ID)的给定值。此给定值与作为反馈讯号的主给水流量的误差通过PID运算，所得输出值控制主给水调节阀开度或给电机扭矩，调整给水流量，维持水位在给定值。

12过热器蒸气湿度控制

典型的过热蒸气湿度控制分两级完成，通过串级手段控制一、二级喷水减温使机组的主蒸气湿度控制在容许范围内。

第一级喷水主调节器响应二级过热器出口水温和给定值(依据机组负荷估算确定)之间的误差，副调节器响应由主调节器更改的气温和一级减温器出口水温之间的误差。为了摆脱负荷扰动下的过热器喷水调节过程的滞后和惯性，还将代表负荷扰动的主蒸气流量作为卷积讯号加到副调节器的給定值。即便负荷发生变化，则提早调节减冷水流量，迅速清除扰动，维持二级过热器出口蒸气气温在期望值。

第二级喷水主调节器响应末段过热器出口蒸气气温和自动调节设定值之间的误差，副调节器响应由主调节器更改的气温和二级减温器出口水温之间的误差。为了摆脱负荷扰动下的过热器喷水调节过程的滞后和惯性，还将代表负荷扰动的主蒸气流量作为卷积讯号加到副调节器的給定值。即便负荷发生变化，则提早调节减冷水流量，迅速清除扰动，增加了控制质量，确保主汽气温稳定在严苛规定范围内。

13再热器蒸气气温控制

再热蒸气体温的准确控制一般是通过喷水减控温制来实现的。

控制回路选用串级模式，主调节器响应再热器出口蒸气气温和设定值之间的误差，副调节器响应由主调节器更改的气温和减温器出口水温之间的误差，调节减冷水流量，确保再热器蒸气气温稳定在严苛规定的范围内。

14暖风器控制

该控制系统适于控制末级空气预热器冷端体温，以保证这一气温低于烟气中氯化露点，进而避免冷端金属磨蚀。在空气踏入末级预热器前，调整踏入暖风器的蒸气量以保证踏入空气预热器的风气温足够高，并且空气预热器冷端烟气气温低于酸露点。

本系统选用单回路PID调节，辅以末级预热器空气入口风温和烟气体温的平均值为反馈值，通过控制加热蒸气调节阀开度调整加热蒸气流量，维持末段空气预热器冷端烟气气温在安全范围内。

15汽油压力控制

本系统选用单回路PID调节，通过控制水泵怠速或汽油压力调节阀，维持汽油母管压力为运行设定值。

16其它辅助控制

其它辅助控制系统与典型的褐煤机组相同，此处不再累述。

小结

CFB机组系统复杂，且不同制造商所提供设备的结构亦有所差别，因此，详细的CFB机组控制方案还要针对系统实际状况进行设计。

CFB机组控制系统中使用了较差函数(曲线)，这种函数(曲线)是依据过程特征构建的，而且还要在现场调试时给予准确校准。因此，了解过程特征和现场调试工作对斩获良好的控制疗效是极其重要的。之外，结合运行经验，针对复杂的控制回路(如床控温制、排渣控制等)研发专门的控制算法也很有必要。

作者北京手动化仪表股份有限公司郑祖坤版权归原作者