循环流化床锅炉优化控制系统应用

循环流化床锅炉优化控制系统应用

高强

云南能投红河发电有限公司 云南省红河州开远市 661600

摘要：目前，我国的工业化进程有了很大进展，对锅炉的应用也越来越广泛。当今时代，社会与国家愈发注重生态环保等相关问题。火电厂行业作为污染较重的行业之一，其治污减排措施优化刻不容缓，需要通过先进技术实现火电厂循环流化床锅炉的超低排放。对此，对未来在实际工作中推行循环流化床锅炉超低排放技术的发展具有现实性意义。

关键词：循环流化床锅炉；多变量控制；优化控制系统

引言

在循环流化床锅炉设计和制造完成后，必须进行调试运行，以验证其性能、确保安全运行，并满足环境排放标准，调试运行是锅炉工程项目的关键阶段，也是确保设备正常运行的重要步骤，通过遵循安全、性能、环保和可靠性的原则，可以确保循环流化床锅炉在投入正式生产时运行顺利和高效稳定。

1锅炉热效率核算方法

锅炉热效率核算方法主要有正平衡法和反平衡法两种，由于正平衡法误差较大，且不利于对影响锅炉效率的因素进行分析，因此，目前行业内普遍采用反平衡法，即：锅炉热效率=(1－各项损失之和/输入热量)×100%。锅炉热损失主要由以下几项组成：排烟热损失，机械不完全燃烧热损失，化学不完全燃烧热损失，灰渣物理热损失，飞灰热损失及炉本体散热损失，其中最大的是排烟热损失。

2锅炉热损失主要影响因素

2.1机械不完全燃烧热损失

机械不完全燃烧热损失是燃煤锅炉主要热损失之一，仅次于排烟热损失。影响这项损失的原因是多方面的，其中主要因素有燃烧方式、炉膛结构及运行工况。循环流化床锅炉物料在炉内呈流化态，需要保证相对稳定的床压，通过连续排出炉渣来保证床压稳定。锅炉排渣时，少量未完全燃料的物料随着炉渣排出炉外，造成机械不完全燃烧热损失。该电厂每台锅炉设计有两台滚筒式水冷冷渣器，一般情况下，两台冷渣器连续运行，变频调整转数增减负荷。中低负荷时，投煤量相对不大，渣量也不大，两台冷渣器转数适中，机械不完全燃烧热损失相对较小；锅炉大负荷时，投煤量大，燃料在炉内燃烧不充分，随着排渣夹带出的不完全燃烧物料较多，造成机械不完全燃烧热损失较大。另外，燃料在炉膛燃烧时，常常有一部分固体可燃物和飞灰一起被带出炉外，还有一部分固体可燃物则落到灰斗中随灰渣一起排走，也是造成机械不完全燃烧热损失的原因之一。炉膛结构设计不合理，宽度、深度不够，同样会增加机械不完全燃烧热损失。

2.2温度对脱硝的影响

相比于火电厂传统的锅炉，循环流化床锅炉超低排放技术的应用对催化剂没有显著需求，却对温度要求严苛。因而，在实际研究中，可以将温度看作为能够直接影响氮氧化物转化率的核心因素。通过实践数据可知，SNCR脱硝技术的应用需要在合适的温度范围内，环境温度如果不满足反应要求，则会降低转化率。此时，NH3和NO的浓度较高，如果环境温度超过了要求温度范围，则会出现NH3氧化现象，导致锅炉中出现大量NO，从而降低NO的转化率。根据以往实践了解到，当锅炉内环境温度超过最适合的温度范围时，便会产生变换、颠倒化学反应的相关问题，致使NH3的氧化反应成为焦点和重点。不仅如此，尿素在反应中分解出的氨会与氧气发生反应，生成氨水，而非与氮氧化物进行还原反应。由此可知，温度对SNCR脱硝技术应用效果的影响极为显著。结合相关实验数据资料可知，当循环流化床锅炉内部的温度达到850～1250℃时，能够保证以氨为反应剂的脱硝效率远远高于以尿素为反应剂的脱硝效率，而当温度大于1250℃时，则以尿素为反应剂的脱硝效率会高于以氨为反应剂的脱硝效率。由此可知，在相同的实验环境中，尿素的反应需要拥有更高温度的环境。

2.3机械不完全燃烧热损失

机械不完全燃烧热损失是燃煤锅炉主要热损失之一，仅次于排烟热损失。影响这项损失的原因是多方面的，其中主要因素有燃烧方式、炉膛结构及运行工况。循环流化床锅炉物料在炉内呈流化态，需要保证相对稳定的床压，通过连续排出炉渣来保证床压稳定。锅炉排渣时，少量未完全燃料的物料随着炉渣排出炉外，造成机械不完全燃烧热损失。该电厂每台锅炉设计有两台滚筒式水冷冷渣器，一般情况下，两台冷渣器连续运行，变频调整转数增减负荷。中低负荷时，投煤量相对不大，渣量也不大，两台冷渣器转数适中，机械不完全燃烧热损失相对较小；锅炉大负荷时，投煤量大，燃料在炉内燃烧不充分，随着排渣夹带出的不完全燃烧物料较多，造成机械不完全燃烧热损失较大。另外，燃料在炉膛燃烧时，常常有一部分固体可燃物和飞灰一起被带出炉外，还有一部分固体可燃物则落到灰斗中随灰渣一起排走，也是造成机械不完全燃烧热损失的原因之一。炉膛结构设计不合理，宽度、深度不够，同样会增加机械不完全燃烧热损失。

3锅炉优化控制系统建设

3.1风量测量装置标定调试要点

在冷态试验中，风量测量装置的标定调试是确保其准确性和可靠性的关键步骤，开始标定调试前，必须对风量测量装置进行全面检查，确保其设备完好无损，传感器、仪表和控制系统正常运行；根据锅炉设计参数和性能要求，明确标定的标准和目标，包括所需的气体流量范围、精度要求和稳定性要求等；提前准备好标定所需的气体源，确保气体的质量和流量稳定，进行标定时，应按照选定的标定方法和标准，逐步调整风量测量装置，记录相关数据，包括实际测量值和标定值；如果标定结果与标准值不符，必须进行校正和调整，包括传感器零点和满度的调整，以确保测量准确性；在标定调试过程中，必须准确记录所有关键数据，包括标定参数、环境条件、设备状态等信息；完成初始标定后，应定期重复检验，以确保风量测量装置的稳定性和准确性。

3.2协同控制方案的确定　

通过应用DMC模块来控制烟气中氧气体积分数，炉膛出口压力会随二次风机频率的调节发生波动。炉膛出口压力须控制在稳定范围内，保证锅炉的稳定性、安全性和经济性。目前控制炉膛出口压力的主要手段是调节引风机频率，但传统方法利用人工观测调节压力存在较大的滞后性。DMC模块可以实时预测烟气中氧气体积分数的变化趋势，根据烟气中氧气体积分数的目标值确定二次风机的控制增量，实现烟气中氧气体积分数的稳定控制，根据烟气中氧气体积分数的实测值进行实时反馈校正。通过DMC模块，可以获取未来二次风机频率调控量，将其用作炉膛负压控制模块的输入。在动态工况下，通过建立线性回归模型分析一次风机频率变化量、二次风机频率变化量与引风机频率的关系，提前调节引风机频率。在静态工况下，利用最小二乘法对PID控制器进行参数辨识，确定PID控制器的初始参数值，提前给出引风机的控制指令，确保炉膛负压稳定。

3.3完善锅炉浇注料及保温

锅炉运行时间长，浇注料、保温或多或少都有破损现象。浇注料如果破损掉到炉膛里，轻则流化不良结焦、堵下渣管，严重时将被迫停炉。另外，浇注料、保温破损，将增加锅炉散热损失；因此，浇注料要按照时限进行更换，每次锅炉检修时要重点检查炉本体保温情况，不完善的地方要及时修复，确保散热损失降至最低。该厂旋风分离器外表面温度较高，散热损失较大，目前，也在探讨是否需要增加保温降低散热损失。

3.4循环灰的催化作用

在将氮喷射至循环流化床锅炉的过程中，循环灰发挥着难以替代的积极作用，主要表现为其能够在适合的条件下协助N2O与NO发生反应，还能够扮演催化剂的角色，提升二者的反应效率，最终实现超低限度的氮氧化物排放标准。鉴于此，相关人员应加强对循环灰的研究，使其在未来的发展中真正实现充分利用。总体而言，在将NH3喷射到火电厂循环流化床锅炉中时，脱硝反应的过程中循环灰的浓度较高，固体与气体之间的碰撞、反应能够促使循环灰中所含有的活性成分直接与NH3、NO等成分进行接触、反应，通过循环灰，能够大大提升脱硝反应整体的转化率，有助于降低氮氧化物的排放量。在反应开始前，将循环灰视为床料，不仅能有效提升转化率，还能降低气体中NH3的整体含量，促进超低排放氮氧化物的实现。

3.5床温控制调试要点

在床温控制调试前，需要确保温度传感器的准确性和稳定性。检查传感器的校准和定期维护是必要的，且需要确保传感器的位置适当，不受干扰和污染；在启动循环流化床锅炉前，必须初始化床温控制系统，包括将温度控制器设置为适当的初始参数，以便在启动过程中能够实现平稳的床温上升。床温控制调试需要制定合理的调节策略，包括设定目标床温和调节速度，通常情况下初次启动时，床温应从低温逐渐升至工作温度，在床温接近目标温度时，应逐渐减小控制器的调节幅度，以避免过冲和振荡；在床温控制调试过程中，要实时监测床温的变化，并记录关键数据，如床温、供热介质温度、燃料供给率等，数据对于分析性能和故障排除非常重要。床温控制系统运行良好后，应对其性能进行评估，可以通过模拟负载变化或改变燃料供给率来测试系统的稳定性和响应速度，根据测试结果，可以进一步优化控制策略。

3.6加强锅炉回用水指标监督

加强锅炉回用水指标监管，指标波动时，要及时分析查找原因，不合格坚决不能让步回收，确保回用水指标合格。一旦回用水指标不合格，造成炉水指标波动，锅炉需要加大排污来保证指标合格，将造成排污热损失。据测算，排污率每增长1%，就会造成燃料损耗0.3%～1%。该厂由于直接回用装置区供汽回水，因此经常造成炉水指标波动，虽然采取了许多措施，但没有从根本上解决，增加装置区回水处理装置事在必行，该厂现已提上日程。

3.7实时监测和远程控制

引入现代化的监测系统和远程控制技术，可以实时监测锅炉性能，及时发现问题并采取措施，以保持高效稳定地运行。引入远程监控系统允许操作人员通过互联网或专用网络实时访问锅炉的运行数据，系统提供了直观的界面，显示锅炉各个参数、状态和趋势图，操作人员可以从远程地点监控锅炉的运行情况，及时发现问题并采取措施。

结语

总体来说，火电厂作为存在较重污染的行业之一，其所排放的污染物总量备受社会各界的关注。随着时代的发展，人们的环保意识逐步增强，国家也针对污染物排放作出了相应的要求与规定，社会各界对此抱有无限期待。循环流化床锅炉是火电厂中重要的工作设备之一，也需要满足超低排放标准，有效减少污染物的排放，为环境保护工作贡献力量。本文重点介绍了循环流化床锅炉的相关工艺，并对SNCR脱硝技术进行了系统分析，旨在为相关研究人员与单位提供新的研究思路，推进脱硫脱硝技术的进一步完善，提升工作效率。

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