300MW循环流化床机组协调系统控制毕业论文.doc

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1、中国矿业大学徐海学院本科生毕业论文姓 名： 学 号： 学 院： 中国矿业大学徐海学院 专 业： 热能与动力工程 论文题目：300MW循环流化床机组协调系统控制 策略研究 专 题： 指导教师： 职 称： 2015年 6 月 徐州中国矿业大学徐海学院毕业论文任务书专业年级 学号 学生姓名 任务下达日期：2014年12月20日毕业论文日期：2015年1月20日至 2015年6月10日毕业论文题目：300MW循环流化床机组协调系统控制策略研究毕业论文专题题目： 毕业论文主要内容和要求：内容： 300MW循环流化床机组协调系统及实例分析要求： 对300MW循环流化床锅炉做简单介绍 对协调控制系统做基本介

2、绍 电厂协调系统实例分析指导教师签字：郑 重 声 明本人所呈交的毕业论文，是在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本毕业论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本论文属于原创。本毕业论文的知识产权归属于培养单位。本人签名： 日期： 中国矿业大学徐海学院毕业论文指导教师评阅书指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答

3、辩等）：成 绩： 指导教师签字： 年 月 日中国矿业大学徐海学院毕业论文评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日中国矿业大学徐海学院毕业论文答辩及综合成绩答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字： 年 月 日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人： 年 月 日摘 要循环流化床锅炉(Circulatin

4、g Fluidized Bed Boiler，简称 CFBB 或 CFB锅炉)作为高效、低污染、燃料适应性广、负荷调节性能好的洁净燃煤技术，在全世界受到广泛重视，正在成为燃煤技术的主力军。本文以300MW 循环流化床锅炉作为研究对象，对循环流化床锅炉的结构、特点、组成、控制系统等做了简要的说明，其中对其协调控制系统做了简要分析。根据理论基础和现场实例，对协调控制系统的原理、组成、功能、分类做了阐述。尤其对协调系统的几个重要组成部分，如主汽压力设定值、锅炉主控、汽机主控、燃料主控进行单独分析说明。关键词：循环流化床； 协调控制； 锅炉主控； 汽机主控ABSTRACTCFBB (Circulati

5、ng Fluidized Bed Boiler) has many advantages, such as little pollution to the environment, strong fuel adaptability, high boiler thermal efficiency and so on. CFBB becomes one of the best chosen technology for power plant and thermoelectric plant, its proved reliable clean coal burning technology an

6、d people regard it.In this paper, 300MW circulating fluidized bed boiler as an object of study, circulating fluidized bed boiler structure, characteristics, composition and control system gives a brief description of its coordinated control system in which a brief analysis. According to the theoreti

7、cal basis and field examples of coordinated control system theory, composition, function, classification made elaborate. In particular, several important part of the coordination of the system, such as main steam pressure setpoint, the master boiler, the steam machine control, fuel master analyzed s

8、eparately described.Keywords: circulating fluidized bed; coordinated control; boiler master; steam machine control目 录1 绪论11.1循环流化床锅炉概述11.2循环流化床锅炉发展31.2.1国内外循环流化床锅炉发展趋势31.2.2循环流化床锅炉技术发展趋势41.2.3循环流化床机组结构特点51.2.4 循环流化床机组性能特点51.3 300MW循环流化床机组61.4 CFB 锅炉协调控制策略的研究现状71.5本章小结82 循环流化床锅炉简介及基本控制系统92.1循环流化床锅炉的工

9、艺流程简介92.2循环流化床锅炉组成112.2.1布风装置112.2.2密相区112.2.3稀相区112.2.4床内受热面122.2.5气固分离装置122.2.6返料装置132.2.7排渣装置132.2.8尾部受热面142.3 CFB锅炉协调系统142.4 CFB锅炉燃烧系统152.5 CFB锅炉汽水系统152.6控制系统中的主要控制方式152.6.1单回路控制系统152.6.2串级控制系统162.6.3前馈控制系统172.6.4比值控制系统182.7本章小结193 循环流化床机组的协调控制193.1 协调控制系统的基本概念193.2 协调控制系统的主要功能203.3 协调控制系统的原理213

10、.4协调控制系统的组成233.5协调系统的分类243.5.1以炉跟机为基础的协调控制243.5.2以机跟炉为基础的协调控制253.5.3按指令间接平衡的协调控制（DIB）273.5.4按指令直接平衡的协调控制（DEB）303.6本章小结324 300MW循环流化床机组协调控制系统实例324.1 机组负荷指令处理回路334.1.1机组负荷指令处理回路的工作方式354.1.2机组最大可能出力和最小可能出力364.1.3.负荷指令的变化速率限制364.1.4 负荷指令生成回路364.1.5负荷限制回路374.2 压力设定值形成回路374.3 锅炉主控制系统414.4汽机主控444.5燃料主控474.

11、6本章小结485 结论与展望485.1 本文主要研究成果485.2 目前存在的问题及下一步研究内容49参考文献50翻译部分52英文原文52中文译文61致 谢68中国矿业大学徐海学院2015届本科生毕业论文1 绪论中国是以煤炭为主的能源消费大国，高效清洁地利用煤炭是国家的基本能源政策，循环流化床（Circulating fluidized bed以下简称CFB）燃烧技术作为一种清洁煤燃烧技术，因对优化电力产业结构、降低污染物排放具有重要意义而受到国家的高度重视。近几年来，循环流化床锅炉用于燃煤电站的步伐不断加快，机组大型化势在必行。1.1循环流化床锅炉概述锅炉是将燃料的化学能转换为热能的装置，锅

12、炉通过燃烧将煤的化学能转换为热能，锅炉按照燃烧方式可分为层燃、煤粉燃烧和流化床燃烧三种方式，相应的锅炉称为层燃炉、煤粉炉和流化床炉1。流化床锅炉炉膛内气固两相流所采用的流态介乎层燃炉与煤粉炉之间，即流态介于固定床与气力输送状态之间。总体上，随着气体流速的提高，颗粒床层依次从处于固定床状态逐渐转入鼓泡流化床，进而随着气固扰动的进一步加剧而使床层进入湍动流化床状态，随后过度到与鼓泡流化床循环流化床锅炉是在鼓泡流化床锅炉技术的基础上发展起来的新炉型，它与鼓泡床锅炉的最大区别在于炉内流化风速较高（一般为48m/s），在炉膛出口加装了气固物料分离器，将分离下来的固体颗粒，通过回送装置再次送入炉膛燃烧。C

13、FB 锅炉的工作流程为，煤经由运送皮带等相关传送设备送入然料仓，经破碎机破碎成直径小于6mm 的颗粒后，与脱硫剂分别由给煤机和给料机从流化床燃烧室布风板上部加入炉膛，并迅速与燃烧室大量高温惰性物料混合，着火燃烧（由于受脱硫最佳温度的限制，炉膛内温度一般保持在850左右），燃烧同时还进行脱硫反映，煤和脱硫剂混合颗粒在较高烟气流速的作用下向炉膛上部运动，在运动过程中，对水冷壁和炉内布置的屏式过热器或屏式再热器等受热面放热，粗大粒子进入悬浮区后在重力及外力作用下偏离主气流，贴壁下流，还有大量固体颗粒被烟气流带出燃烧室，由旋风分离器分离出来送回炉膛，再次进行循环燃烧，未被分离的细小粒子随烟气进入尾气烟

14、道，对流式过热器、省煤器和空气预热器进行加热，最后经过布袋除尘器或静电除尘器除尘后，排至大气。循环流化床燃烧过程中，被流化风携带离开炉膛的颗粒进入分离器之后大部分被分离下来，经过回料系统，返送回炉膛形成循环燃烧，这延长了燃料在炉膛内燃烧停留的时间。由于循环燃烧的特点，循环流化床燃烧方式可以在相对较低的燃烧温度下获得与煤粉锅炉较高燃烧温度下同等燃尽水平。CFB锅炉炉膛内温度一般在850-920，这样的温度远低于普通煤粉炉中的温度水平，而且低于一般煤的灰熔点，这就免去了灰熔融带来的一系列问题。这种低温燃烧的好处甚多，炉内结渣及碱金属析出均比煤粉炉中要改善很多，对灰特性的敏感性降低，高温灰冷却无需很

15、大空间，氮氧化物生成量低，可于炉内组织廉价高效的脱硫工艺。从燃烧反应动力学角度看，CFB锅炉内的燃烧反应属于动力控制燃烧区内，相对来说，由于炉内温度不高，并有大量固体颗粒强烈混合，燃料的燃烧速率主要取决于化学反应速率，也就是决定于温度水平，而扩散与质量传递过程不再是控制燃烧速率的主导因素，CFB锅炉燃料的燃尽度很高，通常情况下，性能良好的CFB锅炉燃烧效率可达98%-99%以上。CFB锅炉存在由炉膛、分离器和回料系统组成的外循环系统以及循环物料（包括燃料、底渣、循环灰、石灰石及脱硫副产品等）构成的物料外循环过程。而与此同时，炉膛内还存在大量固体物料构成的内循环，即炉膛中心区域颗粒在流化风的作用

16、下向上运动，当达到一定高度后，颗粒沿四周贴壁向下运动构成物料循环过程。整个燃烧过程以及脱硫过程都是在两种形式的循环运动的动态过程中逐步完成的。由于两种循环过程的存在，CFB锅炉炉内的物料浓度也大大高于普通煤粉锅炉的浓度，这在带来更佳的传热、传质与燃烧特性的同时，也会大大增加对炉内受热面的磨损2。在CFB锅炉中，不再有鼓泡床那样清晰的界面，固体颗粒充满整个炉膛，大量的固体物料在强烈湍流下通过炉膛，炉膛内的固体颗粒浓度比较高，而且颗粒不断成团、分解，并向各个方向运动。因此，循环流化床中气固两相的混合比较充分。在这种流动方式下，炉内的热量、质量和动量传递过程是十分剧烈的，并使整个炉膛高度的温度分布变

17、的均匀，通过人为操作改变物料循环量以及炉内固体物料的分布规律，可以改变炉内热量、质量和动量传递过程，从而适应不同燃烧工况的需要。1.2循环流化床锅炉发展1.2.1国内外循环流化床锅炉发展趋势近30年来，循环流化床锅炉技术在国外得到了快速的发展，国外循环床锅炉的生产主要集中在FosterWheeler、Ahlstrom公司和Asltom公司旗下的几个子公司。目前，循环流化床锅炉的检验规程和安全规程已列入美国ASME标准，这是其技术成熟的一个重要标志。 近年来，国外循环流化床锅炉技术快速地往大型化和高参数方向发展。250MW循环流化床锅炉已于1996年投入运行，300MW级的循环流化床锅炉已于20

18、02年投入运行，更高容量的460MW级、600MW级超临界循环流化床锅炉已进入设计阶段。我国的循环流化床燃烧技术分为自主开发、国外引进及引进技术的消化吸收三个主要来源。90年代以来，我国循环流化床锅炉数量和单台容量逐年增加。目前，我国已成为世界上循环流化床锅炉台数最多和总蒸发量最大的国家，总运行台数已超过世界其它地区所有循环流化床锅炉的总和。 近年来，在吸收和消化引进技术的基础上，我国自主开发的循环流化床锅炉技术水平有了长足进步，并已在一些核心技术上取得了突破。浙江大学、清华大学等都做出了成功的示范。目前，我国130t/h及以下的循环流化床锅炉技术水平已达到或领先于世界先进水平，其他级别的循环

19、流化床锅炉通过消化引进技术和结合自己研发经验的基础上，已基本掌握了设计和制造技术。与世界先进技术水平相比，差距正在逐步缩小。 1.2.2循环流化床锅炉技术发展趋势大型化、超临界方向发展目前，世界上单台循环流化床锅炉机组的容量最大已达到600MW，300MW容量等级的机组也已商业运行。目前技术成熟的炉膛单元的容量为125MW，增加炉宽可以合成到250MW；采用加中间隔墙方式，合成为三炉室炉膛时，容量即达到300MW规模。国内外的研究测算认为，600MW将是未来主力发电机组的最低界限。因此，可以预见：今后我国循环流化床锅炉发展的一个趋势将是大力发展600MW以上超临界参数锅炉技术。 提高燃烧效率对

20、于难燃煤种，总的技术趋势是将床温提高到900，增加炉膛有效高度，延长一次停留时间，适当提高循环倍率。 深度脱硝 氮氧化物低温燃烧时生成率高，而高温燃烧时解离率高。燃烧氮转化生成氧化物的过程主要发生在密相区初始燃烧阶段。因而采用密相区微欠氧燃烧方式，可提高氧化物还原为氮气的解离率，从而控制氧化物生成。深度脱硫 目前循环流化床锅炉炉内脱硫的优点正受到了挑战。比如与湿法脱硫相比，循环流化床锅炉炉内脱硫尚有CaS摩尔比高，脱硫效率低等不足。因此，需要在技术层面上予以改进，这是循环流化床锅炉技术发展的内在要求。 能源综合利用主要体现在三个方面，一是循环流化床锅炉平台对一些低级能源资源综合优化利用；二是循

21、环流化床锅炉与其它能源或原材料加工系统整合从事能源高效利用，这是循环流化床锅炉技术今后应重点发展的一个方向；三是循环流化床锅炉燃烧后产生的灰渣综合利用，如考虑在源头上杜绝飞灰的产生。1.2.3循环流化床机组结构特点循环流化床锅炉最具代表性、大型化后至今仍具有较大生命力的主要有三种炉型，德国鲁奇公司开发的Lurgi型、原芬兰奥斯龙开发的Pyroflow型和美国FW公司开发的FW型。Lurgi型CFB锅炉的特点是在灰循环回路布置外置床换热器（EHE），并用机械式锥型阀控制循环灰向外置床的分流，Pyroflow型CFB锅炉不布置外置换热器，整体结构比较简单，但须将大量受热面布置在炉膛中，FW型CFB

22、锅炉采用独特结构的外置换热器INTREX，INTREX与炉膛联成一体，结构紧凑，此外，其分离器首先采用了汽冷旋风分离器。锅炉结构为（单）双锅筒横置式自然循环锅炉，炉膛出口配置有平行的高温旋风分离器，运行稳定，分离效率高。采用进口耐热钢制作的旋风喉管，耐高温、耐磨损。返料器采用两个小U型阀，实行双点回料，如炉回料分布均匀，不会形成在布风板上局部堆积而影响流化质量。U型返料器，进料量与回料量自动平衡，运行中无需人为调节。炉膛下部水冷壁管及烟窗管均缠绕耐热钢丝，确保受热面使用寿命。炉膛内部不布置埋管受热面，不存在埋管的磨损问题。流化床炉膛、旋风分离器等部位均采用流化床耐磨成型砖和流化床耐磨浇筑料，保

23、证锅炉长期安全运行。 1.2.4 循环流化床机组性能特点循环流化床锅炉通过直接向炉内添加石灰石，可有效脱除90%甚至更多的二氧化硫，技术与工艺流程相对简单，投资费用也较低，循环流化床锅炉采用较低的燃烧温度（850-920）和空气分级燃烧，其氮氧化物排放浓度很低（250mg/m），只有煤粉炉的四分之一，不需要设置额外的脱硝设备就能实现氮氧化物低排放，可以满足现行国家环保标准要求，循环流化床锅炉具有极佳的燃料适应性，几乎可以设计燃用任何化石燃料，循环流化床锅炉具有很好的调峰能力，可以在30%额定负荷下不投油稳定燃烧，循环流化床锅炉燃烧效率高，对不同煤种燃烧效率均可达97%-99.5%，循环流化床锅

24、炉燃烧强度高，炉膛截面积小，炉膛单位截面积的热负荷高，这有利于锅炉容量的放大和受热面的合理布置，循环流化床锅炉灰渣活性好，可以作为建筑填充材料、路基好水泥的生产原料等，CFB锅炉还具备传热系数高、可以压火运行、不存在炉内和受热面结渣、不会灭火放炮等优点3。 同样的，也应看到，虽然循环流化床技术具有一系列优点，但由于其发展时间尚短，相对于煤粉炉技术来说不够成熟，发展过程中也暴露了一些问题，如烟风阻力大，厂用电率高，一氧化二氮排放较高，需大量敷设耐磨耐火浇注料，飞灰含碳量高，底渣冷却系统问题，炉膛、分离器以及回料系统及其之间的膨胀和密封问题，炉膛温度偏高以及石灰石选择不合理导致脱硫效率降低问题等。

25、1.3 300MW循环流化床机组CFB锅炉自身的技术特点，特别适合于将超临界直流锅炉技术和CFB锅炉相结合。由于CFB锅炉炉内截面热负荷较低（约3.5 MWm2）、炉内燃烧温度较低（850900）且沿炉高分布均匀，炉内热流密度低于煤粉炉，热流密度较高区域对应于工质温度最低的炉膛下部，因此水冷壁管内出现膜态沸腾（DNB）和蒸干（DRO）现象的可能性大为减小，允许采用较小的质量流速（500700kg(m2s)）和较为简单的一次上升垂直管圈构成炉膛水冷壁。CFB锅炉炉内水冷壁由于灰颗粒的冲刷而较为清洁，无积灰和结渣，使水冷壁具有较好的传热性能，同样有利于避免发生两类传热危机。循环流化床锅炉的低温燃烧

26、使得炉膛内的温度水平低于一般煤灰的灰熔点，加上炉膛内较高的固体颗粒浓度，所以水冷壁上基本没有积灰结渣，保证了水冷壁的吸热能力。与煤粉炉相比，循环流化床锅炉炉膛内的温度非常均匀，尤其是宽度和深度方向上的热负荷分布比煤粉炉均匀得多，因而水冷壁沿宽度和深度方向的吸热也更加均匀。可见，循环流化床所具有的特性使其更适合与超临界循环相结合。随着循环流化炉床锅炉技术的日益成熟，超临界蒸汽循环和循环流化床燃烧技术相结合具有突出的优点。超临界循环流化床锅炉兼备了循环流化床燃烧技术和超临界压力蒸汽循环的优点，超临界循环流化床锅炉作为下一代循环流化床燃烧技术，由于可以得到较高的供电效率，脱硫成本比烟气脱硫低50以上

27、，很可能是一种适于在中国大量推广的高效洁净煤发电技术，其商业前途十分光明。1.4 CFB 锅炉协调控制策略的研究现状CFB 锅炉已经成为各个机构的研究重点，从传统控制、智能控制、现代控制等方面来研究 CFB 锅炉的协调控制系统。王付生4等人所著的135MW 循环流化床锅炉协调控制系统的设计与实施，根据现场经验和试验调试，在锅炉主控中加入前馈信号，优化了DEB公式，完善了 CFB 锅炉的协调控制策略。王俊杰5所著的循环流化床锅炉燃烧控制系统优化，结合了实际工程，利用XD-APC技术改进了CFB锅炉的控制效果，提高了控制精度。马宝萍6等人所著的基于遗传算法的循环流化床锅炉床温模糊控制系统，提出了新

28、型的床温控制策略，利用改进的遗传算法来设计床温模糊控制器。俞海斌7等人所著的CFB锅炉汽包水位的专家PID控制，把专家智能控制应用于CFB锅炉系统，实现了控制床温稳定以及在此基础上维持主蒸汽压力稳定的2个目标，试验证明控制效果良好。牛培峰8所著的循环流化床锅炉热工自动控制系统，提出了以 PID调节为主，辅助各种前馈、串级等控制策略，在75t/h CFB锅炉的燃烧控制和给水控制取得了一定的成果。赵日晖9等人所著的PID参数模糊自整定循环流化床床温控制系统，利用动态控制建模的方法，利用理论和经验建立出 410t/h CFB 锅炉床温动态特性的数学模型。郝勇生10等人所著的300MW 循环流化床锅炉

29、负荷、床温和床压的动态特性分析，基于300MWCFB锅炉现场数据，利用最小二乘法，拟合出在200MW和250MW工况下锅炉负荷、床压和床温的阶跃响应模型，并分析了动态响应特性，叙述了控制难点。李劲11所著的粤连发电厂440t/h循环流化床锅炉控制系统设计，结合440t/h CFB锅炉的工程实例，对燃料控制系统、风量控制系统和床压控制系统的控制策略和设计进行了详细的介绍。牛培峰12等人所著的两层模糊控制在循环流化床床温控制系统中的应用，设计了双层模糊控制系统对CFB床温进行控制，结合了PID控制器和模糊控制，改善了PID控制的不足，优化了动态性能，增加了抗干扰能力。潘维加13等人所著的循环流化床

30、与直吹式煤粉锅炉燃烧控制系统的对比分析，将CFB锅炉和普通煤粉炉的燃烧控制系统进行了对比，并对其控制策略进行分析。1.5本章小结本章节主要对循环流化床做了简单介绍，其中包括循环流化床的概述、循环流化床的发展、循环流化床机组的结构特点和性能特点。并单独着重的介绍了300MW循环流化床机组，以及循环流化床协调控制策略的研究现状，对循环流化床机组有了一个基本的认识，并对目前循环流化床机组的协调控制的研究现状有了基本了解。后文会对循环流化床机组做个更为详细的介绍，明白循环流化床的组成构造及其主要的控制系统，并对主要控制方式做简单介绍，了解基本控制策略，然后着重介绍了协调控制，包括协调系统的原理，组成和

31、功能等，并根据实例详细分析，更加全面深入的了解协调控制系统。2 循环流化床锅炉简介及基本控制系统2.1循环流化床锅炉的工艺流程简介流化床燃烧，就是床料在流化状态下进行的一种燃烧方式，循环流化床的燃料可以是化石燃料、工业、农业废弃物、生活废弃物以及各种生物质的燃料等。如图2.1所示，是循环流化床锅炉的主要设备和基本工作流程。由图2.1可知，煤先被制成一定粒度的宽筛分煤，再由给料机经给煤口送入循环流化床的密相区燃烧，其中有很多细颗粒物料进入稀相区继续燃烧，与此同时，有部分随烟气会飞出炉膛。飞出炉膛的大多数细颗粒由旋风分离器分离后经返料器送回炉膛再次燃烧。燃烧过程中会产生很多高温烟气，高温烟气会通过

32、过热器、再热器、省煤器、空气预热器等受热面，接着进入除尘器中，进行除尘处理，最后通过引风机排到烟囱流入大气。锅炉给水先进入省煤器，再进入汽包，然后通过下降管进入水冷壁。燃料燃烧而产生的热量会在炉膛内经过辐射和对流等传热方式传递给水冷壁，用来加热水冷壁内的给水，用来产生汽水混合物。产生的汽水混合物进入汽包，在汽包内进行汽水分离。分离出的水再流经下降管，参与水循环，分离出来的饱和蒸汽流经过热器，被继续加热成具有一定过热度的干蒸汽。锅炉产生的过热蒸汽流经汽轮机高压缸做功，把热能转化成汽轮机的机械能。在汽轮机高压缸内做完功的蒸汽，将进入锅炉再热器进行再次加热，再热后的蒸汽进入汽轮机中、低压缸继续做功。

33、在低压缸做完功的乏汽通过低压加热器加热，进入除氧器中进行除氧并进一步加热，经给水泵后，进入高压加热器继续加热给水，最后通过省煤器进入汽包。以上就是，给水到蒸汽，再到给水的汽水流程；燃烧系统的流程：原煤经过破碎、筛选后进入煤斗，经计量式给煤机进入燃料室底，与炉底供给的热一次混合成气、固流化物一起燃烧。热二次风从燃烧室中下部补入来提供进一步燃尽所需的空气量。石灰石粉经加料装置进入燃烧室主燃烧区，在850950最佳脱硫温度下与硫反应，生成较为稳定的硫化钙，去除煤中的硫，极大地减少烟气中SO2的排放。图2.1 循环流化床锅炉的主要设备燃烧室出口装有4组高温分离器，用来分离烟气与未燃尽的粗颗粒。分离出的

34、颗粒通过锥形阀，根据控制床温、再热汽温主参数的状况，调节直接返回锅炉的循环料量以及通过加热器返回锅炉料量的比例。在加热器中，尾部烟道布置包含末级过热器、低温再热器、省煤器和空气预热器，目的是吸收烟气的余热。烟气通过除尘器，由吸风机进入烟囱，排到大气。燃烧产生的灰渣，经过冷渣器冷却后排出。同时可以调节灰渣的排放量，用来控制锅炉料床的高度，满足运行的安全、经济性要求。2.2循环流化床锅炉组成2.2.1布风装置布风装置的组成结构是布风板、一次风室和风帽。一次风通过空气预热器加热后流入一次风室，再经过布风板上小孔与布风帽送到炉床上面，混合给煤及返料与之一起燃烧。床料通过布风板来支撑，一次风经过布风板对

35、床料、燃料和石灰石产生向上的推力，建立流化状态，使床料、燃料、石灰石在床层上强烈混合，进行剧烈的燃烧及传热过程。同时，一次风还可以提供燃料初期燃烧所必需的空气14。2.2.2密相区由布风板上部的床层到下部炉膛的空间被称作密相区。密相区中石灰石和煤的浓度很大，燃料与空气的反应大都在密相区发生。密相区的温度大都控制在 850900，目的是为了达到更好的脱硫效果。因为密相区中只送入一部分空气助燃，所以该区域的燃烧反应处于还原性气氛中。燃料中尺寸太大的物质在重力的作用下在密相应区进行上、下往复运动，不断地与空气发生反应。当颗粒尺寸减小到一定程度时，气流对颗粒的气动力大于颗粒的重力与运行阻力之和，故颗粒

36、进入稀相区继续燃烧。2.2.3稀相区床层上部的炉膛空间被称作燃烧稀相区，炉膛中的细小颗粒在床层表面被气流夹带进入稀相区。二次风在稀相区中被送入炉膛，使燃料在炉膛内形成强烈的气旋运动，气固两相流混合充分，燃料和空气发生剧烈的燃烧反应。在稀相区送入二次风，可以保证循环流化床锅炉内燃料在后期可以完全燃烧。燃烧放出的热量与炉膛中的换热面进行热量的传递与交换，使换热面中的工质逐步升温来满足运行要求。炉膛中同时还布置了水冷壁，有的循环流化床锅炉还布置了对流及辐射受热面。图2.2 锅炉结构简图2.2.4床内受热面床内受热面包含有膜式水冷壁和高低温过热器，是CFB锅炉吸收热量并把水变成蒸汽的主要结构。2.2.

37、5气固分离装置烟气从循环流化床锅炉的炉膛出来，其中含有许多未燃煤颗粒，若不把这些未燃的煤颗粒从烟气中分离出去，会在影响燃烧效率的同时，对尾部烟道及尾部受热面造成相当大程度的磨损。所以，循环流化床锅炉增加了气固分离装置及返料装置，用来把未燃颗粒从烟气中分离出去的同时，送回炉膛继续燃烧。气固分离装置是循环流化床锅炉的重要组成部分，它的形式及数量决定了锅炉整体布置的形式和紧凑性。它的性能对燃烧室的燃烧效率、循环倍率、传热特性、气动特性和锅炉出力等参数都有重要影响。并且气固分离装置的分离效果也同样影响循环流化床锅炉负荷的调节范围的大小。假如分离装置没有达到预定的分离效果，系统的负荷调节特性的预定要求将

38、很难满足。气固分离装置分为惯性分离器、百叶窗分离器、高温旋风分离器以及中温旋风分离器等许多形式。循环流化床锅炉还可以采用多级分离装置，来达到较高的分离效果。2.2.6返料装置从气固分离装置分离出的大颗粒经返料装置进入炉膛继续燃烧。有的循环流化床锅炉还可以用返料来调节床温。用返料装置控制床温，可以有效降低 NOX的生成量。燃烧过程的可控性及锅炉负荷的调节性能都依赖于返料装置的是否正常运行。返料装置用来回送返料的同时，还能避免流化床内高温烟气不通过送灰器而直接进入分离器。因此，返料装置不仅是一个锁气器，同时还是一个飞灰回送器。循环流化床锅炉中采用的返料装置大都是非机械式的，其中一种是自动调整返料器

39、，返料量随锅炉负荷变化自动发生变化，送风量不需调整。另外一种是阀型返料器，必须通过调整风量来达到改变返料量的目的，即锅炉负荷变化时必须改变返料送风量。2.2.7排渣装置循环流化床锅炉正常运行时要求必须保证一定的床层厚度，循环流化床锅炉是用排渣装置来控制床层厚度的，床层需要增厚，则增大排渣量，床层需要减薄，则减小排渣量。床层太薄很容易把床料及燃料吹走，床层无法形成。相反，床层太厚对燃料进入流化状态不利，同时还增加送风电耗。2.2.8尾部受热面从旋风分离器出来的烟气温度很高，若不采取措施加以利用则严重影响锅炉效率。因此，在锅炉尾部烟道中装有低温过热器省煤器、空气预热器等尾部受热面，用来吸收烟气中的

40、热量，来提高热利用率，同时降低排烟温度。2.3 CFB锅炉协调系统协调系统是通过电网负荷和机组的运行状况来调整机组的负荷指令、锅炉的负荷指令与汽轮机的负荷指令，从而控制锅炉的燃烧效率和汽轮机的调门开度。协调系统的作用就是既可以保证在满足电网负荷的情况下运行，又可以保证所运行的参数在合理的范围内。锅炉负荷指令的变化会影响锅炉侧风量、煤量、水量的变化，而汽轮机负荷指令的变化就会影响汽轮机对应调门的开度变化。与传统煤粉炉的动态特性相比，循环流化床锅炉存在较大差异，主要存在于其燃烧过程中，循环流化床的燃烧具有很大的热惯性和延迟性。就因为循环流化床在燃烧过程中存在较大的热惯性和延迟性，所以其自我调节就是

41、一个非线性、时变、多变量耦合的过程。并且比之寻常锅炉的非线性更加严重，耦合的复杂程度也更加复杂。循环流化床锅炉的协调系统的投入首先就要保证其燃烧系统的正常运行，但是燃烧系统的控制也是最为复杂的。燃料进入寻常的煤粉炉后，会快速的燃烧，在燃烧后很短的时间内，锅炉的主汽压力就会有明显的变化，但是对于循环流化床锅炉却不是这样，因为其燃烧的是煤颗粒，煤颗粒因为直径大小不同，在炉膛内的燃尽程度不同，未燃尽的煤颗粒会通过回料装置回到炉膛内继续燃烧，因此整个燃烧过程相对比较长，热容量也相对较大，锅炉的主汽压力会在燃烧后较长时间才会有所变化。尤其是循环流化床锅炉的延迟时间占据了其整个燃烧过程中的绝大部分。并且随

42、着对循环流化床锅炉容量变大的需求，其对应的床料也随之变大，热惯性就更会变庞大，对其燃烧的控制也就更加不利15。2.4 CFB锅炉燃烧系统炉膛、分离器、回料阀、换热器、空气预热器是循环流化床锅炉燃烧系统的主要组成部分。保证燃料在炉膛内的燃烧程度是燃烧系统的主要任务，燃烧的成功与否关系到供给热量的多少，直接影响锅炉的效率。2.5 CFB锅炉汽水系统汽包、下降管、水冷壁、过热器、再热器、省煤器、联箱是组成循环流化床锅炉汽水系统的主要部分，保证锅炉的汽水循环，即吸收燃烧过程中放出的热量，将锅炉给水加热后蒸发成蒸汽，然后继续加热成满足锅炉运行的过热蒸汽和再热蒸汽，这是锅炉汽水系统的主要作用。循环流化床锅

43、炉的汽水系统与寻常煤粉炉的区别在于受热面的布置，循环流化床锅炉受热面的布置在炉膛、循环回路、尾部烟道的相应位置。2.6控制系统中的主要控制方式2.6.1单回路控制系统调节控制器和被控对象是单回路控制系统的主要组成部分。从图2.3可知，调节控制器、执行控制器、被控对象、测量变送装置组成了一个单回路控制系统。图2.3 单回路控制系统该控制系统中，给定值经过比较器，求得偏差值，然后偏差值经过调节器的控制后，输出一个控制信号，控制信号通过执行器来操纵变量，从而作用于被控对象，外界同时也会给出一个扰动作用于被控对象，被控对象经过扰动和执行器的作用，输出一个被控变量，如果被控变量满足要求，则会输出该变量，

44、如果不满足要求，则经过测量变送装置，输出一个测量值，与比较器进行比较。调节控制器具有正作用和反作用两种，单回路系统能在闭环关系中使信号关系形成负反馈关系，这是因为有调节控制器正反作用的结果。测量变送单元的正反特性、被控对象的正反特性以及调节阀的形式，都能决定调节控制器的正反作用。组成单回路控制系统的各个环节的都是有极性的，对于被控对象来说，当其输入量增加，输出也增加时，则为其正特性，反之为其反特性，对于调节控制器而言，单回路系统的测量值减给定值为正值，并且其输出增加，则为其正特性，反之为反特性，对与测量变送单元来说，其正特性有两种表现，一是调节阀为开，一是当其输入增加，输出也增加，与之对应相反

45、的则是其反特性的两种表现16。2.6.2串级控制系统串级系统如图2.4所示，从图中可以轻易看出，其与简单控制系统的一个明显不同点，那就是在其结构中存在两个闭环，靠里的闭环称之为内回路或者副回路，靠外的闭环称之为外回路或者主回路。内回路的作用是对被调量进行初步调节，即粗调的作用，外回路则是对被调量进行细致调节，保证被调量经过调节后可以满足相应要求。副回路有其独自的被控对象、测量变送器、调节控制器，经其调节后输出的对象会被送到调节系统中去控制整个运转过程。主回路也有其独立的调节控制器、被控对象、测量变送器，被主调节控制器调节输出来的信号用来作为副调节控制器的给定值。串级系统之所以被广泛运用，因为其有以下优点：因为副回路的快速反应能力，串级系统能很好的克服副回路中的扰动因为副回路的存在，对被控对象的动态特性进行了改善，大大提高了系统的工作效率；因为副回路的存在，串级系统的自适应能力得到改善。图2.4串级控制系统2.6.3前馈控制系统负反馈系统是指根据给定值和被调量的偏差进行控制的系统，因为必须要在被控对象受到干扰，作用到被调量，使被调量也发生变化，产生偏差值后，系统才开始控制，所以这种控制远远落后