一、前言

杭州優穩自動化系統有限公司（UWNTEK）在循環流化床（CFB）鍋爐控制方面進行了大量的研究并積累了豐富的現場實施經驗，針對各種規模的流化床鍋爐設計出了適用的控制方案，并已在多個生產現場成功實施。

二、工藝流程簡介

作為近年來的新一代燃燒鍋爐，循環流化床因具有燃料適應性廣、燃料效率高、負荷調節范圍大、燃燒技術潔凈等技術特點而得到越來越廣泛的應用。

循環流化床鍋爐主要由燃燒系統、氣固分離循環系統、對流煙道三部分組成。如下圖所示，其中燃燒系統包括風室、布風板、燃燒室、爐膛、給煤系統等幾部分；氣固分離循環系統包括物料分離裝置和返料裝置兩部分；對流煙道包括過熱器、省煤器、空氣預熱器等幾部分。

煤和脫硫劑被送入爐膛后，迅速被爐膛內存在的大量惰性高溫物料（床料）包圍，著火燃燒。燃燒所需的一次風和二次風分別從爐膛的底部和側墻送入，物料在爐膛內呈流態化沸騰燃燒。在上升氣流的作用下向爐膛上部運動，對水冷壁和爐內布置的其他受熱面放熱。大顆粒物料被上升氣流帶入懸浮區后，在重力及其他外力作用下不斷減速偏離主氣流，并最終形成附壁下降粒子流，被氣流夾帶出爐膛的固體物料在氣固分離裝置中被收集并通過返料裝置送回爐膛循環燃燒直至燃盡。未被分離的極細粒子隨煙氣進入尾部煙道，進一步對受熱面、空氣預熱器等放熱冷卻，經除塵器后，由引風機送入煙囪排入大氣。

三、循環流化床鍋爐的控制難點

• 循環流化床鍋爐屬于低溫燃燒，床溫要參與控制；至少有五大因素影響床溫；由于爐膛底部溫度較高，磨損嚴重，因此測量床溫的熱電偶壽命不長，更換頻繁。必須采用智能化程度比較高的DCS軟件才能控制好床溫。

• 循環灰濃度控制是CFB鍋爐良好運行的關鍵問題之一。DCS供應商必須了解循環灰濃度重要作用和控制技術，并制定出相應的控制方案，才能取得良好的控制效果。

• 在天氣不好的情況下，常常會發生落料管堵塞的現象。DCS必須認真考慮對策。

• 如果采用三曲線機翼式風量測量裝置，必須保證直管段的長度。

• 由于“料腿”比較長，容易發生堵塞或者發生二次燃燒現象，因此，鍋爐廠設計方案中必須充分考慮防止這種狀況的發生。

• 混燒煤氣的CFB鍋爐必須充分考慮進入循環流化床鍋爐的煤氣量和風量以及煤粒直徑、灰的濃度和顆粒直徑，以確保鍋爐帶負荷的能力和流態化燃燒的實現。

• 配置高壓羅茨風機是美國FW公司最成功的經驗之一。優穩DCS對高壓羅茨風機的特點和功能有深入的了解和豐富的控制經驗，因此可以提供良好的高壓羅茨風機DCS解決方案。

• 混燒煤氣的CFB鍋爐點火時存在爐膛爆炸危險；DCS必須充分考慮必要的安全控制方案。

• 循環流化床鍋爐燃燒系統與常規煤粉爐相比，增加了旋風分離器、U型閥返料裝置、布風板和風帽等，燃燒系統滯后大，各參數（如床溫、床壓）和負荷間耦合更緊密，從控制角度看，屬于大滯后、多變量、強耦合系統。

• 做為DCS供應商，優穩自動化公司對各家鍋爐廠CFB鍋爐的工藝結構特點進行了了解分析，掌握了各參數內部的耦合性和各控制對象工藝結構上的差異；從而有針對性地制定更加優化的控制方案。

四、循環流化床鍋爐的控制軟件

• 主蒸汽母管壓力控制軟件

• 建立智能化的負荷分配系統；

• 以主蒸汽壓力穩定為核心，調節燃料量和風量；

• 床溫主要依靠煤量和風量來調節；

• 主蒸汽壓力的偏差對調節回路加以修正。

• 床層溫度控制軟件

• 床層壓力控制軟件

• 主汽壓力控制軟件

• 一次風量控制軟件

  CFB鍋爐一次風至少發揮了4個方面的作用：

  （1）流化狀態的建立取決于一次風量；                                       

  （2）床溫的高低受到一次風量變化的明顯影響；

  （3）床料在密相區內實現良好的流態化燃燒取決于一次風量;

  （4）床壓的高低受到一次風量一定程度的影響。

  UWNTEK系統對于一次風控制的解決方案是:

  （1）根據負荷指令來確保一次風量和給煤量匹配，并且實現雙交叉燃燒控制，即加負荷時先加風后加煤，減負荷時先減煤后減風。

  （2）采用專家智能控制系統軟件小范圍內調節床溫（一般為風量的0-5%范圍內），既確保鍋爐穩定燃燒，又確保床溫控制在850-950℃范圍內。

• 二次風量控制軟件

  二次風要確保從密相區逸出的可燃物在稀相區（懸浮段）得到進一步的富氧燃燒。

  UWNTEK系統對二次風控制的解決方案是：

  （1） 確保煙氣含氧量在3—5%范圍內；

  （2） 包括一、二次風在內的總風量應當和料量匹配，同時滿足負荷指令的要求。并且要求二次風以實現雙交叉控制：實現加負荷時先加風后加料；減負荷時先減料后減風。

• 播煤風風量控制軟件

• 爐膛壓力控制軟件

• 石灰石流量控制軟件

• 啟動點火控制軟件

  目前，大多數CFB鍋爐采用了先進的床下點火技術：在左右一次風室各設置一支油槍；通常設置冷卻風來把油槍出口溫度控制在850°C以下；為了安全，應當設置點火油槍的火焰監視系統。

  UWNTEK系統對CFB鍋爐點火控制的解決方案是：

  在保證爐膛負壓為50—100pa的條件下，啟動一次風機，由UWNTEK系統控制一次風門開度使得床料逐步流化。然后按照預定的點火溫升曲線，投油燃燒。當爐膛溫度超過500-550°C以上時,可以投料燃燒。

• 汽包水位控制軟件

• 主蒸汽溫度控制軟件

實施先進的“信息化帶動工業化”戰略，“全廠一體化”解決方案：

• 模擬量控制系統（MCS）的控制軟件

• 順序控制系統（SCS）的控制軟件

  根據工藝系統的運行方式，通過DCS組態環境，實現了爐、機各輔助設備的啟停順序和連鎖功能，從而大大提高了機組運行的可靠性和降低運行人員的勞動強度。由于循環流化床鍋爐和汽輪發電機組各輔助系統的運行方式日益成熟，已基本形成了特定的運行方式，所以DCS系統在實現爐、機各輔助設備順控也已常規化。

• 數據采集系統（DAS）的控制軟件

  DAS系統通過I/O卡直接從過程對象中獲取數據，也可以從其它子系統如MCS、SCS站采集和處理所有與機組有關的測點信號及設備狀態信號。在操作站上進行生產過程的集中監視和操作, DAS系統具有顯示、記錄、性能計算、歷史數據存儲和檢索等功能。

• 爐膛安全監視系統（FSSS）的控制軟件

  FSSS包括燃料安全系統（FSS）和燃燒器控制系統(BCS)。

  FSS包括下列爐膛吹掃、鍋爐冷態啟動、鍋爐熱態啟動、燃料跳閘四個功能；

  BCS包括下列鍋爐點火準備、點火槍點火、燃油槍點火、煤燃燒控制四個功能，對給煤機及相關的風門擋板的啟／停和開／關、跳閘進行程控和監視。

• 汽機數字式電液調節系統（DEH）的控制軟件

• 汽機保護系統（ETS）的控制軟件

  汽機緊急跳閘系統是汽輪發電機組危急情況下的保護系統，包括汽機的緊急跳閘、油系統投入、抽汽逆止門的控制（信號包括：汽機超速、潤滑油壓低、軸向位移大、凝汽器真空低、汽機軸瓦溫度高、汽機軸承回油溫度高、手動停機）。優穩公司可根據不同汽輪機廠家的設備和用戶的特殊要求提供配套成熟的保護控制方案。

• 電氣控制系統（ECS）的控制軟件

• 全廠實時監控系統（SIS）的控制軟件

鍋爐控制系統畫面

汽機控制系統畫面

UW500 DCS體系架構

循環流化床鍋爐的測量點數（以35t/h為例）

• DCS系統配置

  1. 主控制柜一臺；

  2. 輔助控制柜一臺；

  3. 工程師站一臺，操作臺兩臺；

  4. 打印機一臺；

  5. 配套UPS電源；

  6. 根據測點配置模塊，可增減控制柜

五.典型業績清單