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1、 循環流化床鍋爐特點
循環流化床鍋爐（Circulating Fluidized Bed Boiler）(以下簡稱CFB）是一種高效率、低污染、清潔燃燒鍋爐，其主要特點是通過爐內強烈的喘流運動，使燃料和脫硫劑經過多次循環，反復地進行低溫分段燃燒和脫硫反應，從而達到約90%的脫硫效果，燃燒效率接近煤粉爐。CFB不但燃燒完全，Nox的排放量低，而且燃料適應性廣，可以燒劣質煤、廢料、垃圾等。CFB鍋爐由布風裝置、密相區、稀相區、爐內受熱面、氣固物料分離裝置、返料裝置、尾部受熱面及床外熱交換器等部分組成。
CFB比起其它類型鍋爐，其燃燒過程比較復雜，不但需要控制的參數多，而且參數之間相互關聯，使得操作難度加大。如果操作不當，非但不能發揮CFB的優點，反而會造成鍋爐結焦、熄火和停產等不良后果。因此如何采取先進的控制方案對CFB運行的重要參數如床溫、一次風、二次風、給煤量和返料量協調控制，是CFB成功運行的關鍵。
多年來，我們一起致力于CFB燃燒模型的研究，同時吸取了我們在沸騰爐和35t/h CFB控制的成功經驗，設計了75T/h CFB自控系統方案，并在行業內得到成功應用。該裝置由數據采集系統DAS，模擬量調節系統，順序控制系統SCS，爐膛安全監控系統FSSS等組成。
2、自控系統方案說明
2.1數據采集系統DAS
DAS系統連續采集機組的模擬量、開關量等信息，將運行參數、輸入輸出狀態、操作信息和異常情況等數據實時地提供給運行人員，指導他們安全可靠地操作，同時還進行數據記錄和儲存，供事故分析。
2.1.1信號處理
由FB-2000NS 現場控制站實現所有I/O信號的采樣、濾波、工程單位換算、累積等。本系統可處理包括4～20mA（含兩線制變送配電器）、0～5Vac、熱電阻、熱電偶等模擬信號和有源（包括直流和交流）觸點和無源觸點信號。
2.1.2顯示
ControlX HMI軟件基于Windown NT/2000。該軟件采用了最先進的軟件設計技術，具有豐富的動畫功能和圖形庫，采用ControlX HMI作圖軟件可畫出直觀的工藝流程圖、棒圖、控制回路圖、趨勢圖等。用戶可在畫面中任意定義和繪制操作按鈕，畫面中每個按鈕都可定義相應的熱鍵，可通過鼠標點擊式鍵盤熱鍵操作，每個操作按鈕都可定義其操作權限。可通過打開新畫面、彈出式嵌入新窗口來調顯不同畫面，可對畫面進行縮放和改變各種風格。操作員可通過各種風格的按鈕、滑動桿、旋轉指針等進行直觀的參數修改操作。
ControlX HMI是基于OPC標準的客戶端軟件，畫面中可顯示任何支持OPC標準的設備的動態數據。
2.1.3報警事件指示和管理
ControlX HMI報警事件管理軟件是基于OPC報警事件標準的客戶端應用軟件，可對任何來自OPC報警事件服務器的報警、事件進行管理。
FB-2000NS報警事件服務器提供各種類型的報警和事件監視，提供多達1000個的報警優先級，可將系統分成任意區域構成，各監控操作站可按報警事件類型、優先級、報警點或區域等有選擇進行篩選和響應。
報警事件管理軟件提供靈活的檢索、篩選和打印等功能。同時可按不同的報警點和/或不同優先級設置不同聲音文件，通過操作計算機配置的多媒體音響進行語音報警。
2.1.4歷史數據存取、顯示
ControlX HMI歷史服務器也是OPC的客戶端軟件，可實現數據的周期采集記錄，定時采集記錄和事件觸發記錄等。
2.2模擬量調節系統
循環流化床鍋爐控制部分的控制框圖如圖1。
2.2.1 幾個主要的控制回路
2.2.1.1 鍋爐主控
鍋爐主控的調節框圖如圖2。
圖中符號說明如下:
Pr:鍋爐壓力給定值;
Gc:反饋調節器的傳遞函數;
Gf:擾動通道的傳遞函數;
Gd:前饋補償裝置的傳遞函數;
Go:控制通道的傳遞函數;
λ(x):鍋爐主控的擾動函數;
Y:復合調節系統的輸出函數;
由控制框圖可知,循環流化床鍋爐的主控采用前饋加反饋的控制方式(復合調節系統)。在反饋調節系統中加入對于主要擾動λ(x)的前饋調節,構成了前饋-反饋調節系統,當擾動λ(x)發生后,前饋調節的作用是及時地補償擾動對被調量的影響,而反饋調節的作用則是保證調節量的偏差在允許的約定范圍內,這樣,系統即使在大而頻繁的擾動下,依然可以獲得優良的控制品質。
2.2.1.2 燃煤主控
燃煤主控的調節框圖如圖3。
圖中符號說明如下:
BTU:BTU補償器;
Gc:反饋調節器的傳遞函數;
由控制框圖可知燃煤主控是一個典型的反饋調節回路,由于調節系統是按被調量與給定值的偏差進行調節的,因此,在調節對象受到擾動作用時,只有在被調量出現偏差后才開始調節,調節只為盡快地消除偏差。
另外,在燃燒控制中,為了提高循環流花床鍋爐燃燒效率,在燃燒控制策略中運用了雙交叉燃燒控制和氧量修正調節相結合的控制方法。
雙交叉燃燒控制
雙交叉燃燒控制系統是根據主蒸汽負荷對鍋爐的燃燒系統進行調節，以達到穩定蒸汽母管壓力的目的。具體包括燃料調節和風量調節兩個控制部分，這兩部分分別由各自的調節器及高低選擇器組成并以流量為基準信號。
燃料調節控制：
自風量主控系統的總風量需求與鍋爐爐主控的燃料量指令經過低選與BTU補償后燃料量通過PID運算去控制所有鍋爐燃料設備。其中最主要的是兩臺給煤機，通過控制給煤機的傳動速度來調節給煤量。而經過低選的燃料控制需求量與爐燃料指令的偏差假如其值小于1%，則去限制氧量修正調節器，設置氧量修正調節器PID的偏差為0，使調節器維持原來的狀態。如果大于1%，則燃料控制系統的限制功能就不起作用。這個具體的限制值可以根據實際的工況和要求自己設定。氧量調節系統控制站的結果就進一步去調節風主控，控制總風量。其工作的基本原理如下：
風量調節控制
燃料主控系統的總燃料需求量與鍋爐爐主控的風量指令經過高選，與經氧量修正調節系統解耦后的需求量，通過PID調節控制風量主控。而經高選后的值與爐主控指令的偏差如果小于0%，則去限制氧量修正調節器，使其維持原狀，不起作用。假如大于0%，氧量調節器就去控制二次風調節風門，間接的控制總風量。其工作的基本原理如下：
爐主控的燃料指令、風量指令都是經過對主蒸汽壓力與主蒸汽流量函數調節運算后得出的，然后直接與燃料主控、風主控相連，調節通道短。但是由于燃料主控控制的設備相對較多，反應的時間就相對較長。所以從風量控制系統、燃料控制系統工作原理可看出，當負荷增加時，首先提高風量主控的給定值。風量流量增加，然后燃料流量調節器的給定值才隨著上升；當負荷下降時，燃料流量的設定值首先下降，流量減小，爾后風主控流量的設定值隨之下降。同時燃料、風量進一步控制的氧量修正系統反過來又控制風主控系統，層層相扣。正是通過鍋爐主蒸汽壓力與流量相互交叉作用燃料、流量控制部分的。
交叉控制系統自動的投入也是如此，首先必須投入風主控自動，然后是燃料主控，最后才是爐主控。當發生故障，使得風主控撤出自動，爐主控、燃料主控隨之撤出自動。
雙交叉控制的好處在于：即使負荷不穩定，燃料流量信號干擾大，燃燒仍能維護在無黑煙狀態，同時提高了系統的負載響應。因此雙交叉燃料控制系統無論在負荷上升或下降時，能滿足“負荷增加時，先增加風量，后增加燃料量；負荷減少時先減少燃料量，后減少空氣量”的工藝要求。
雙交叉燃燒控制系統是根據主蒸汽負荷對鍋爐的燃燒系統進行調節，以達到穩定蒸汽母管壓力的目的。它具體又分為雙交叉燃料調節和雙交叉風量調節兩個控制部分。
從雙交叉燃料和風量調節框圖我們可以看出采用雙交叉控制的好處在于:即使負荷不穩定,燃料流量信號干擾大,燃燒仍能維護在無黑煙狀態，同時提高了系統的負載響應。因此雙交叉燃料控制系統無論在負荷上升或下降時，能滿足“負荷增加時，先增加風量，后增加燃料量；負荷減少時先減少燃料量，后減少空氣量”的工藝要求。而循環流化床鍋爐控制策略中運用氧量修正調節是為了能夠更平穩的控制燃燒系統,使控制更加精確,而且使鍋爐的風燃比一直保持在一定的范圍,保證了燃料燃燒的更徹底。
氧量修正調節：
燃燒控制系統中，增加的氧量修正調節系統為了能夠更平穩的控制燃燒系統，使控制更加精確，而且使鍋爐的風燃比一直保持在一定的范圍，保證了燃料燃燒的更徹底。
從引風機送往大氣的煙氣中，檢測出氧量大小，O2量過大，說明風量過剩，會導致能量不必要的損失，造成床溫過低；氧量過小，會引起燃料不完全燃燒，嚴重的引起鍋爐熄火。所以O2溶度的高低是衡量鍋爐熱效率的重要指標之一，而且通過對O2溶度的檢測和控制是實現節能的主要手段。
從鍋爐的燃燒過程來看，空氣進入爐膛與燃料一起燃燒后，經過爐膛、對流層、過熱器和空氣預熱器后，再經煙道由煙囪排入大氣。
當空氣流量出現擾動后，需經過較長的滯后時間才能反映在O2溶度分析儀上，其特征是：純滯后時間長，調節通道長而干擾通道短。對于這種特征的控制對象，若采用常規PID進行調節，易波動，達不到平穩控制的工藝要求。為此，采用直接插入型氧化鋯O2溶度分析儀和采用采樣PI控制的方式及實行燃料、風量相互交叉限制氧量調節器。
氧量控制采用采樣PI控制方法可以克服純滯后對系統調節品質的影響，采用PI控制法是指在每一個采樣周期內，控制作用只在周期開始時的短時間內動作的一種控制方式，采樣值PI的動作如圖2。
通常為了減小超調，希望采樣周期ST取大一點，如果加于生產過程的主要干擾的最短周期小于采樣周期ST時，則不能有效地抑制擾動，因此采樣PI控制的限制條件是采樣周期ST須小于主要干擾最短周期，具體限制值依實際運行情況而定。
鍋爐維持在最佳燃燒狀態，需一個合理的理論風燃比系數和最低的過剩空氣率（μ）：
1KG燃料燃燒的實際空氣量 21
過剩空氣率（μ）= =
1KG燃料燃燒的理論空氣量 21-[O2]
[O2]是指排煙中的O2含量
由上式可看出過剩空氣率（μ）與[O2]有明確的函數關系，所以μ則由O2量調節器進行控制，通過對氧量調節器輸出的修正，得到空氣過剩率（μ），然后補正空氣流量調節器的給定值即實際風量=理論風量+過剩風量。有了這個實際風量值，就能夠確定一個相對恒定的風燃比。為了鍋爐的安全運行在開環控制邏輯中，增加了風燃比低低引起MFT（主燃料跳閘）的保護。而且還設定了風燃比低報警信號，允許運行人員有2分鐘的時間處理，避免引起MFT。通過氧量修正，對整個燃燒控制系統實行微調。
2.2.1.3 風量主控
風量控制調節框圖如圖6。
風量主控也是一個典型的反饋調節系統。在這個反饋調節系統中利用鍋爐主控的輸出指令作為給定值,用整個鍋爐的風量作為反饋信號來進行調節,當鍋爐負荷有增大時,鍋爐主控輸出也相應增大,因而,風量主控的偏差也增大,風量主控的輸出也增大,導致鍋爐的相關風門也開大,直到最后達到新的平衡點,反之依然。
2.2.2 其它調節系統
2.2.2.1 給水和減溫水調節系統
給水調節系統采用常規的串級三沖量調節系統,減溫水系統也是采用常規的串級調節系統。
2.2.2.2石灰石調節系統
石灰石調節系統的框圖如圖7所示。
此調節系統的功能是為燃燒室提供足夠的石灰石,以保持二氧化硫的排放量在允許的環境要求內,并提供床的物料。
此調節系統也是一個典型的負反饋調節系統,不同的只是給定值,它的給定值是用燃煤主控的輸出乘以石灰石和煤的比率系數確定的。
2.2.3床溫調節系統
2.2.3.1影響床溫的主要因素及床溫設定值
CFB鍋爐的最佳運行床溫為850℃——950℃。影響床溫的主要因素是密相區燃料濃度和燃料的熱值。由于燃料品質的不穩定性，在燃料量不變的情況下，也會引起床溫變化。此外返料量的變化也直接影響床溫。流化床鍋爐在運行中隨著床料的增加，在一次風風量不變的情況下，密相區濃度增加，床溫因此會升高，所以方案中主要采用調節一次風風量和對燃料量進行校正來調節床溫，同時根據負荷指令，在一定范圍內修正床溫給定值，使系統盡快達到平衡點。
2.2.4引風量調節系統
通過調節引風機擋板，使爐膛壓力穩定在設定值上。引風量調節系統設有前饋，把一次風量和二次風量之和作為前饋信號加到PID調節的輸出，以提高一、二次風量變化時，引風量調節系統的響應速度。
2.3順序控制系統SCS
對鍋爐的輔機及閥門等設備進行集中控制，實現輔機設備、閥門及其它輔助系統（除渣、吹灰、燃燒器點火等）的順序啟停，從而提高機組運行的可靠性，降低運行人員的勞動強度。
根據現場運行情況，對鍋爐、汽機、除氧器等設備及其它輔助設備設計程序啟動、停止和手動，以滿足有關設備的起、停聯鎖邏輯。
順序控制部分的聯鎖的保護指令具有最高優先級，手動控制指令的優先級次之，自動控制指令的優先級最低。對同一設備的開關指令之間設計成相互閉鎖，不允許同時發出。為防止運行人員的誤操作，重要的手操指令設有確認按鈕。
2.4爐膛安全監控系統（FSSS）
執行點火程序，并對供風系統、引風系統、爐膛壓力、汽包水位等進行監視，對出現的危險情況進行報警、執行相應的聯鎖程序，記錄事故前后的相關數據。
2.4.1點火啟動
點火啟動步驟：
a.確認所有閥門、風機風門、鍋爐門孔、鎖氣裝置處于關閉狀態；
b.燃油系統泄漏試驗；
c.執行爐膛和煙道吹掃程序（吹掃風量為滿負荷風量的25%，吹掃時間20分鐘）；
d.煤倉上煤，給水管送水，打開汽包和過熱器排汽閥；
e.將配好的底料填入流化床，底料靜止高度300——400mm；
f.啟動一次風機，投入聯鎖，并緩慢增大風量，使床層達到微流化狀態；
g.啟動點火油泵，執行點火程序；
h.待底料預熱到400——500℃時，緩慢增大風量，使床層達到穩定流化狀態；
i.當到600——700℃時，可往爐內投入少量引燃煤，增大風量，使床層充分流化；
j.當到800℃時，啟動給煤/料機給料，當給料開始2分鐘后確認膛氧濃度已下降，而床溫度上升10℃以上，表明給料已著火。調整投料量和風量使床溫穩定在設定值（850——950℃）上；
k.投入二次風機和返料機構，穩定工況；
l.對蒸汽母管進行暖管，準備鍋爐并列。
2.4.2爐膛安全監控
鍋爐起停和正常運行時，一旦檢測到危及系統安全的條件時，立即進行MFT動作，切斷主燃料，切斷高溫旋風分離器下的返料，指出首次跳閘原因，并給出聲光報警信號，進行有關的聯鎖和順控動作，以保證鍋爐的安全。當出現以下情況時，燃燒系統停止。
a.燃燒用供風故障；
b.引風機故障或煙氣通道阻塞；
c.爐膛壓力過高或過低；
d.汽包水位低于下限；
e.過熱器出口溫度高于上限；
f.按下緊急按鈕（MFT）。
2.5其它控制系統
2.5.1固體物料回送控制
通過調節返料風量，將分離器分離出來的高溫固體顆粒穩定地送回爐膛燃燒室內，自動調節平衡返料流量，以適應鍋爐運行工況變化的要求。
2.5.2排渣
為了控制床內存料和保持適當的料層厚度，防止大渣沉積，保持良好的流化條件，避免結焦，控制排渣時機和流量是很關鍵的。當料層差壓過高時（一次風室壓力過高），加大排渣，當料層差壓過低時，減少排渣。
2.5.3 汽機聯鎖保護系統
對汽機軸向位移，凝汽器真空，潤滑油壓，推力瓦塊溫度，一級抽汽壓力等，以及汽機超速、發電機停機、用電負荷保護動作和保護電源消失等信號進行監視，并實現聯鎖保護快速動作。
汽輪機緊急跳閘聯鎖保護：
·汽機超速
·潤滑油壓低
·軸向位移大
·推力瓦塊溫度高
·凝汽器真空低
·一級抽汽壓力低
·軸承油溫高
·發電機跳閘
·主蒸汽溫度低保護
·手動緊急停車按鈕
2.5.4輔助設備的控制
包括除氧器水位和壓力調節回路、凝汽器水位調節回路、減溫減壓器溫度、壓力調節回路等。
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