摘要：循環流化床供热锅炉是一种分布式参数、非线形、时变、大滞后、多变数紧密耦合作用的对象，由于循环流化床供热锅炉具备对燃料适应性较广，锅炉燃烧有效率，负载调节适用范围较广等优势，现在也已作为供热公司新增热源的优选炉型。但目前由于其锅炉燃烧流程的复杂性和特点，使得对非流化床锅炉行之有效的常规控制方式难以确保单循环流化床锅炉床温温度控制指标的完成。基于此，本文研究了唐山巴高克锅炉有限公司生产的QXX 58-1.6/150/90M型循环流化床锅炉，对其控制系统提出了一些改进措施。
关键词：循环流化床供热锅炉;床温控制系统;改进措施
引言：床层温度是单循环流化床锅炉设备制造运行中的关键参数，会影响汽轮机组的运行可靠性和效益。由于循环流化床锅炉设备床温对象度存在着大惯性，大迟延，强相互耦合等特性，其控制器的设计与改进优化一直是供热过程领域的难点问题。因此本文利用对供热负荷控制系统的改造，对高压锅炉设备运行热负荷的大小作出了预报，从而能够迅速调节锅炉设备运行供热负荷，缩短了滞后时限，适应热网用户要求，大大改善了循环系统流化床供热锅炉运行设备的运营管理，并达到了很好的效益。
一、循环流化床锅炉的基本工作过程
循环流化床锅炉的结构简图如图1所示：
图中，1为燃烧室，2为分离器，3为外部热交换器，4为布风装置，5为过热器，6为省煤器，7为空预器，8为除尘器，9为回料装置。
与煤粉炉相似，循环流化床锅炉的工作过程和煤粉炉是非常相像的，一次风都是从炉底吹送，二次风是从侧面吹送，在炉膛中，一旦煤和脱硫剂进入后，会很快和存于炉膛的惰性物料进行反应，燃烧时进行脱硫，炉膛四周的水冷壁或者其他受热面能够快速吸收燃烧和反应的热，在燃烧产生的大量上升的气流的作用下，其中的一部分气粉混合物会从炉膛进入高温旋风分离器，较大的固体材料会通过返料装置返回炉膛再一次进行反应，而那些没有被分离出来的较为细小的颗粒，则和废气进入排烟管道，依次通过过热器、再热器、省煤器、空气预热器和除尘器，最后被排入大气。
二、锅炉床温控制系统的改进
循环流化床锅炉的控制系统必须承担比普通锅炉设备更复杂的温度控制任务。同时，由于锅炉出口温度与床温的极强耦合特性，也导致了循环流化床控制器的产品设计相对比较麻烦。目前大多数的控制系统中已考虑了这个问题，虽然其中一些已广泛应用于锅炉的控制系统或具有较好的工程技术应用前景，但由于循环流化床锅炉的技术复杂性和特点，仍无法满足锅炉众多的复杂控制因素，而控制对象的非线性特性也使得控制器的参数设置相对复杂。于是，在本文中对热负荷控制器、床温自动控制器、一次风量自动控制器、氧量控制器、炉膛负压控制器、送风量控制系统等做出了系列改进。
2.1负荷控制器改进
相对燃煤系统中的燃煤锅炉，出水温度和床温的调控都是重要难点。原因之一，就是由于床内煤粉颗粒燃烧时放出热能带有滞后，和床中具有大的蓄热能力导致了锅炉出水温度和床温对给煤量和给水的反应都有明显的迟延，而且运行参数随运行工况的不同而改变。第二因素则是给煤量和给水量同样直接影响了锅炉的出水温度和床温，使二者紧密耦合。对热网而言，当外界的热用户供热要求发生变化时，应当同时改变锅炉给水温度，所以，热负荷控制器就是通过改变给煤机的频率来调整给煤量，并以此进行对锅炉出水温度的调整。
改进负荷控制器如图2所示。由于在循环流化床锅炉中，给煤量转速的改变既影响到燃煤锅炉床温，又影响到锅炉的出水温度，而这二个环节都存在很大的延迟和滞后，于是在本文中引入了床温变量，作为锅炉出水温度主调节器的输出补偿变量，以防止床温超温，保护锅炉的正常运行。具体调节方式为：在床温过高时降低给煤机的转速，或在床温过低时提高给煤机的转速。同时，因为对床温的调节只规定在温度允许的范围内，所以采用阙值调节的比例调节器，并把比例调节器的输出作用于热负荷控制器的输出补偿，将比例控制器和负荷调节器的输出之和作为给煤机变频转速的给定。
2.2床温控制器改进
循环流化床锅炉的床体温度大多在850-950℃.的范围内，此温度范围也是炉内进行脱硫的最佳温度，同时NOx（氮氧化物）的排放也相当小。床温过高和过低对锅炉的运行都会带来危害。在本控制系统中，通过控制罗茨风机转速来调节锅炉的床体温度。循环流化床锅炉的床温的稳定值随锅炉负荷发生变化而改变，本改进的控制系统中用负荷来修正床温给定值，使床温最终控制在与负荷对应的最佳温度范围内。本控制系统中的阀值控制，是为了维持一定的罗茨风量，从而保证循环流化床锅炉进行必要的物料循环。改进后的床温控制器原理如图3所示。
2.3一次风控制器改进
一次风控制器是控制炉膛内燃料所需的入炉风量，从而保证炉中的煤粉进行更加充分的燃烧，同时不能产生超调，所以燃料量和一次风量需有一个合理的比例，才能改善控制品质而不产生超调。本文对一次风量控制器进行了相关改进，以给煤量为前馈，将风煤比作为一次风控制器的给定值，通过控制一次风机转速来完成一次风量的调节。下图为基于风煤比设定的一次风控制器的改进原理图。
2.4送风控制器改进
送风机为燃料燃烧提供足够的风量和氧量，为确保锅炉的安全和煤粉的充分燃烧，需要对送风量进行精确的调节和控制。本文对风量调节控制器的改进思路是：首先修正锅炉风量/煤量的比例，与送风机出口压力设定值作偏差后经送风控制器调节得到送风机转速信号，与一、二、三次风风量前馈信号进行比较，得到最终的送风机转速值，送风控制器采用PI调节原理，原理图如图5所示。
3结语
本文对QXX 58-1.6/150/90M型循环流化床锅炉床温相关控制系统进行了改进，改进后锅炉的燃烧运行状况明显得到改善，其中炉膛负压、一次风量、送风量、床温等运行参数的波动大大减少，不仅能够保证热网用户的供热需求，供水温度也稳定在给定值的0.5℃左右范围内，极大地提高了锅炉的燃烧效率，减少了运行人员的手动操作频率和监盘强度。
参考文献
[1] 窦瑾.循环流化床锅炉床温控制系统的研究[J].仪器仪表用户，2016，23（12）：13-15.
[2] 常太华，张琦，高明明.循环流化床锅炉燃烧系统床温优化控制[J].自动化技术与应用，2017，36（06）：22-25.
[3]毛新红，郭生泰.循环流化床供热锅炉床温控制系统的优化[J].陕西电力，2015，43（01）：90-93.