CN107388244B - 一种多流程卧式循环流化床锅炉及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种多流程卧式循环流化床锅炉及其控制方法，锅炉设置床压压力变送器、主燃室差压变送器、副燃室差压变送器和燃尽室差压变送器。主燃室第一取压点和第二取压点垂直距离h1为1~5m，副燃室第一取压点和第二取压点垂直距离h2为1~3 m；燃尽室第一取压点和第二取压点垂直距离h3为1~3 m；主燃室第一取压点距布风板的最小高度h4≥3m。通过差压变送器的读数绝对值∣dpi∣和公式ρi=∣dpi∣/h1/9.8分别计算主燃室、副燃室和燃尽室内床料浓度为ρi（i=1,2,3）。当锅炉负荷发生变动导致ρ1或ρ2或ρ3发生变化时，调节回料风阀开度来调节ρ1或ρ2或ρ3到预定值，一次风室的压力Pbed通过除渣机转速调节。本发明具有简单实用、有效提高“床质量”的优点。

Description

一种多流程卧式循环流化床锅炉及其控制方法

技术领域

本发明涉及循环流化床锅炉的控制方法，尤其涉及一种多流程循环流化床床压和多回路物料循环的控制方法，特别适合于工业锅炉的循环流化燃烧的相应控制。

背景技术

目前我国国内的煤炭、固体废弃物、污泥、生物质等固体燃料的主要燃烧设备是链条炉、水冷振动炉排锅炉和循环流化床锅炉等，根据不同的燃料选择不同的炉型、不同的炉型具有各自的特点。

循环流化床锅炉是近年来发展起来的高效清洁的燃烧技术，燃料适应性广，可燃用优质煤、劣质煤、固体废弃物、生物质等燃料。由于其燃烧效率高，能同时进行炉内脱硫、脱硝等污染控制操作，具有低NO_x和SO_x排放等优点，因而在电力市场得到了迅速的发展，正在向大型化方向发展，600MWe的循环流化床锅炉已投入商业运行。同时，在工业锅炉领域，由于工业锅炉的蒸发量小、运行灵活、检修方便，劣质煤、固体废弃物、生物质等燃料等日益受到青睐，这些燃料非常适合采用循环流化床技术燃烧。中国专利CN1786565A公布了一种卧式循环流化床燃烧设备及其循环燃烧方法，采用外置分离器、将传统立式锅炉的炉膛分为三个部分，从而有效降低了炉膛高度。中国专利CN102537943A公布了一种带有水平旋风分离器的卧式循环流化床锅炉，采用水平布置的旋风分离器，使得结构布置更加紧凑，特别适用于工业锅炉。

无论锅炉型式如何，都涉及到锅炉的自动控制，锅炉常见的控制内容包括：负荷控制、炉膛含氧量量控制、炉膛负压控制、锅筒水位控制、过热蒸汽温度控制、供水温度控制、床压控制。对专利CN102537943A、CN1786565A等公布的循环流化床锅炉来说，由于主燃室、副燃室、燃尽室、一次回料器、二次回料器内具有复杂的物料循环，其“床质量”深受床内的物料粒度、密度、床层厚度等影响。如果床内的细物料不足，则整个床内的物料浓度将降低；如果床内的大颗粒较多，则无效床料增多，床压上升。可见，如果物料量控制不当，不但影响燃烧、传热，而且会增加一次风的风压，导致运行成本上升。由于循环回路复杂，其物料循环和床压控制是一个挑战，现有的关于传统循环流化床锅炉的控制方法不适用于多流程卧式循环流化床锅炉。

发明内容

针对现有技术存在的不足和缺陷，本发明充分考虑多流程卧式循环流化床锅炉内的物料流动、传热特点，提出一种多流程卧式循环流化床锅炉的控制方法。采用本方法可降低运行成本，节约能源，充分挖掘设备的最大潜能，提高运行可靠性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种多流程卧式循环流化床锅炉，包括一次风机、二次风机、罗茨风机、一次风室、给料装置、主燃室、副燃室、燃尽室、分离器、一次回料器、二次回料器、除渣机；所述一次风机通过一次风管与一次风室相连；所述一次风室上方设置布风板；所述二次风机通过二次风管、二次风联箱与二次风喷管相连；所述主燃室、副燃室、燃尽室的侧面分别是主燃室侧水冷壁、副燃室侧水冷壁、燃尽室侧水冷壁；所述布风板上设置排渣口，所述排渣口通过排渣管与所述除渣机相连；其特征在于：

所述锅炉还包括床压压力变送器以及主燃室差压变送器、副燃室差压变送器和燃尽室差压变送器中的至少一个；

所述一次回料器通过第一回料风管与罗茨风机连接，所述第一回料风管上设置有第一回料风阀；所述二次回料器通过第二回料风管与罗茨风机连接，所述第二回料风管上设置有第二回料风阀；所述第一回料风管和所述第二回料风管与罗茨风机的出口为并联连接；

所述一次风室设置有与床压压力变送器相连的一次风室取压点；

所述主燃室、副燃室和燃尽室中至少一个的侧水冷壁上设置有与对应的所述主燃室差压变送器、副燃室差压变送器和燃尽室差压变送器中的至少一个相连的第一取压点和第二取压点，所述第一取压点与第二取压点之间垂直距离为h。

上述技术方案中，所述主燃室侧水冷壁上设置有与主燃室差压变送器相连的主燃室第一取压点和主燃室第二取压点，所述主燃室第二取压点设置在主燃室第一取压点的上方，垂直距离为h1；

所述副燃室侧水冷壁上设置有与副燃室差压变送器相连的副燃室第一取压点和副燃室第二取压点，所述副燃室第二取压点设置在副燃室第一取压点的上方，垂直距离为h2；

所述燃尽室侧水冷壁上设置有与燃尽室差压变送器相连的燃尽室第一取压点和燃尽室第二取压点，所述燃尽室第一取压点设置在燃尽室第二取压点的上方，垂直距离为h3。

上述技术方案中，所述主燃室第二取压点和所述主燃室第一取压点的垂直距离h1为1~5m；所述副燃室第二取压点和所述副燃室第一取压点的垂直距离h2为1~3m；所述燃尽室第一取压点与所述燃尽室第二取压点的垂直距离h3为1~3m；所述主燃室第一取压点距布风板的最小高度h4≥3m。

一种多流程卧式循环流化床锅炉的控制方法，其采用如上述技术方案所述的一种多流程卧式循环流化床锅炉，所述方法包括：

读取主燃室差压变送器、副燃室差压变送器和燃尽室差压变送器中的至少一个的读数dp并取绝对值∣dp∣，通过公式ρ=∣dp∣/h/9.8计算所述主燃室、副燃室和燃尽室的至少一个室内床料浓度为ρ；

当锅炉的负荷发生变动导致ρ发生变化时，通过调节第一回料风阀、第二回料风阀的开度调节ρ回复到设定值；

读取床压压力变送器测量的一次风室内的压力Pbed，通过调节所述除渣机的转速来调节和控制Pbed，当所述Pbed升高时增加所述除渣机的转速。

上述技术方案中，所述压力Pbed的控制回路包括PID调节器PIC、手操器A/M和切换器T，所述调节器PIC的比例带δ为100%~300%，积分时间I为0.4~3min。

上述技术方案中，所述切换器T上连接超弛信号01，当主燃室床料密度ρ1小于设定值tsp时触发超弛信号01，此时除渣机转速SP设置为0%。

上述技术方案中，所述主燃室床料密度ρ1的设定值tsp在2.0~30.0kg/m³之间。

上述技术方案中，所述副燃室内床料浓度ρ2与燃尽室内床料浓度ρ3之比为r，r=ρ2/ρ3，通过调节第一回料风阀、第二回料风阀的开度使得r为10~20。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：①利用差压信号定量估计物料浓度，简单实用。②利用单回路PID通过除渣机控制风室内压力，控制回路简洁。③利用主燃室内物料浓度作为超弛，当物料浓度降低到一定程度后强制终止排渣，可有效保证床内的传热过程。

附图说明

图1为本发明所涉及的一种多流程卧式循环流化床锅炉示意图。

图2为本发明所涉及的一种多流程卧式循环流化床锅炉A-A主燃室压力测点布置示意图。

图3为本发明所涉及的一种多流程卧式循环流化床锅炉B-B副燃室压力测点布置示意图。

图4为本发明所涉及的一种多流程卧式循环流化床锅炉C-C燃尽室压力测点布置示意图。

图5 为本发明所涉及的一种多流程卧式循环流化床锅炉床压超弛控制示意图。

图中：1－一次风机；2－一次风管；3－一次风室； 4－布风板；5－二次风管；6－二次风联箱；7－给料装置；8－二次风喷管；9－主燃室第一取压点；10－主燃室第二取压点；11－主燃室；12－副燃室；13－副燃室第一取压点；14－副燃室第二取压点；15－燃尽室；16－分离器；17－燃尽室第一取压点；18－燃尽室第二取压点；19－罗茨风机；20－第一回料风阀；21－第二回料风阀；22－一次回料器；23－二次回料器；24－第一回料风管；25－第二回料风管；31－主燃室侧水冷壁；32－副燃室侧水冷壁；33－燃尽室侧水冷壁；34－主燃室差压变送器；36－副燃室差压变送器；38－燃尽室差压变送器；40－床压压力变送器；41－一次风室取压点；42－二次风机；43－排渣管；44－除渣机；45－排渣口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式及工作过程作进一步的说明。

本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。

如图1所示，一种多流程卧式循环流化床锅炉，包括一次风机1、二次风机42、罗茨风机19、一次风室3、给料装置7、主燃室11、副燃室12、燃尽室15、分离器16、一次回料器22、二次回料器23、除渣机44。主燃室11、副燃室12和燃尽室15为水平连接布置的三个燃烧室。以燃料和烟气流向为前后方向，主燃室11在前，燃尽室15在后。主燃室11、副燃室15和燃尽室15彼此间不接触的炉墙为各燃烧室的侧面。主燃室11、副燃室12、燃尽室15的侧面分别是主燃室侧水冷壁31、副燃室侧水冷壁32、燃尽室侧水冷壁33。所述主燃室11底部设置所述一次风室3，所述一次风机1通过一次风管2与一次风室3相连。一次风室3上方设置布风板4。布风板4上设置排渣口45，所述排渣口45通过排渣管43与所述除渣机44相连。所述主燃室11中上部设置二次风喷管8，二次风机42通过二次风管5、二次风联箱6与二次风喷管8相连。所述给料装置7设置在主燃室11前与主燃室11下部连接。

所述副燃室12和燃尽室15下部形成惯性分离器，惯性分离器底部设置一次回料器22。燃尽室15出口连接分离器16底部料腿连接二次回料器23。一次回料器22和二次回料器23与主燃室11下部连接。罗茨风机19作为回料风风机，一次回料器22通过第一回料风管24与罗茨风机19连接，第一回料风管24上设置有第一回料风阀20。二次回料器23通过第二回料风管25与罗茨风机19连接，第二回料风管25上设置有第二回料风阀21。第一回料风管24和所述第二回料风管25与罗茨风机19的出口为并联连接。

锅炉还包括床压压力变送器40、主燃室差压变送器34、副燃室差压变送器36和燃尽室差压变送器38。一次风室3设置有与床压压力变送器40相连的一次风室取压点41。

如图2所示，同一侧面的主燃室侧水冷壁31上设置有与主燃室差压变送器34相连的主燃室第一取压点9和主燃室第二取压点10，主燃室第二取压点10设置在主燃室第一取压点9的上方，两个取压点的垂直距离为h1，h1为1~5m，其中一个实施例取h1=2m。布风板4往往倾斜布置，主燃室第一取压点9距布风板4的最小高度h4≥3m，其中一个实施例取h4=3.5m。

如图3所示，同一侧面的副燃室侧水冷壁32上设置有与副燃室差压变送器36相连的副燃室第一取压点13和副燃室第二取压点14，副燃室第二取压点14设置在副燃室第一取压点13的上方，两个取压点的垂直距离为h2，h2为1~3m，其中一个实施例取h2=2.5m。

如图4所示，同一侧面的燃尽室侧水冷壁33上设置有与燃尽室差压变送器38相连的燃尽室第一取压点17和燃尽室第二取压点18，所述燃尽室第一取压点17设置在燃尽室第二取压点18的上方，两个取压点的垂直距离为h3，h3为1~3m，其中一个实施例取h3=1m。

该多流程卧式循环流化床锅炉的运行控制是通过如下方法实现的：

读取主燃室差压变送器34、副燃室差压变送器36和燃尽室差压变送器38中的至少一个的读数dp并取绝对值∣dp∣，通过公式ρ=∣dp∣/h/9.8计算所述主燃室11、副燃室12和燃尽室15中的至少一个室内床料浓度为ρ；

当锅炉的负荷发生变动导致ρ发生变化时，通过调节第一回料风阀20、第二回料风阀21的开度调节ρ回复到设定值。

当采用3个取压点控制达到较优控制时，方法如下：

读取主燃室差压变送器34的读数dp1并取绝对值∣dp1∣，通过公式ρ1=∣dp1∣/h1/9.8计算主燃室内床料浓度为ρ1；读取副燃室差压变送器36的读数dp2并取绝对值∣dp2∣，通过公式ρ2=∣dp2∣/h2/9.8计算副燃室内床料浓度为ρ2；读取燃尽室差压变送器38的读数dp3并取绝对值∣dp3∣，通过公式ρ3=∣dp3∣/h3/9.8计算燃尽室内床料浓度为ρ3；

当锅炉的负荷发生变动导致ρ1、ρ2、ρ3发生变化时，通过调节第一回料风阀20、第二回料风阀21的开度调节ρ1、ρ2、ρ3的变化。

读取床压压力变送器40测量的一次风室3内的压力Pbed，通过调节所述除渣机44的转速来调节和控制Pbed，当Pbed升高时增加除渣机44的转速。如图5所示，压力Pbed的控制回路包括PID调节器PIC、手操器A/M和切换器T，所述调节器PIC的比例带δ为150%，积分时间I为0.8min。所述切换器T上连接超弛信号01，当主燃室床料密度ρ1小于设定值tsp时触发超弛信号01，此时除渣机转速SP设置为0%。所述主燃室燃料密度ρ1的设定值tsp为7.0kg/m³。

副燃室内床料浓度ρ2与燃尽室内床料浓度ρ3之比r为ρ2/ρ3，通过调节第一回料风阀20、第二回料风阀21的开度使得r为12~18。

采用上述方法对多流程卧式循环流化床锅炉进行控制后，主燃室、副燃室、燃尽室内的“床质量”提高，物料循环和浓度分布有利于燃烧和传热过程，可以提高燃烧效率和降低污染排放；床压适当，有利于降低运行成本。

Claims (8)

1.一种多流程卧式循环流化床锅炉，包括一次风机（1）、二次风机（42）、罗茨风机（19）、一次风室（3）、给料装置（7）、主燃室（11）、副燃室（12）、燃尽室（15）、分离器（16）、一次回料器（22）、二次回料器（23）、除渣机（44）；所述主燃室（11）底部设置所述一次风室（3），所述一次风室（3）上方设置布风板（4）；所述一次风机（1）通过一次风管（2）与所述一次风室（3）相连；所述二次风机（42）通过二次风管（5）、二次风联箱（6）与二次风喷管（8）相连；所述主燃室（11）、副燃室（12）、燃尽室（15）的侧面为侧水冷壁，且分别是主燃室侧水冷壁（31）、副燃室侧水冷壁（32）、燃尽室侧水冷壁（33）；所述布风板（4）上设置排渣口（45），所述排渣口（45）通过排渣管（43）与所述除渣机（44）相连；其特征在于：

所述锅炉还包括床压压力变送器（40）以及主燃室差压变送器（34）、副燃室差压变送器（36）和燃尽室差压变送器（38）中的至少一个；

所述一次回料器（22）通过第一回料风管（24）与罗茨风机（19）连接，所述第一回料风管（24）上设置有第一回料风阀（20）；所述二次回料器（23）通过第二回料风管（25）与罗茨风机（19）连接，所述第二回料风管（25）上设置有第二回料风阀（21）；所述第一回料风管（24）和所述第二回料风管（25）与罗茨风机（19）的出口为并联连接；

所述一次风室（3）设置有与床压压力变送器（40）相连的一次风室取压点（41）；

所述主燃室（11）、副燃室（12）和燃尽室（15）中至少一个的侧水冷壁上设置有与对应的所述主燃室差压变送器（34）、副燃室差压变送器（36）和燃尽室差压变送器（38）中的至少一个相连的第一取压点和第二取压点，所述第一取压点与第二取压点之间垂直距离为h。

2.按照权利要求1所述的一种多流程卧式循环流化床锅炉，其特征在于：

所述主燃室侧水冷壁（31）上设置有与主燃室差压变送器（34）相连的主燃室第一取压点（9）和主燃室第二取压点（10），所述主燃室第二取压点（10）设置在主燃室第一取压点（9）的上方，垂直距离为h1；

所述副燃室侧水冷壁（32）上设置有与副燃室差压变送器（36）相连的副燃室第一取压点（13）和副燃室第二取压点（14），所述副燃室第二取压点（14）设置在副燃室第一取压点（13）的上方，垂直距离为h2；

所述燃尽室侧水冷壁（33）上设置有与燃尽室差压变送器（38）相连的燃尽室第一取压点（17）和燃尽室第二取压点（18），所述燃尽室第一取压点（17）设置在燃尽室第二取压点（18）的上方，垂直距离为h3。

3.按照权利要求2所述的一种多流程卧式循环流化床锅炉，其特征在于：所述主燃室第二取压点（10）和所述主燃室第一取压点（9）的垂直距离h1为1~5m；所述副燃室第二取压点（14）和所述副燃室第一取压点（13）的垂直距离h2为1~3m；所述燃尽室第一取压点（17）与所述燃尽室第二取压点（18）的垂直距离h3为1~3m；所述主燃室第一取压点（9）距布风板（4）的最小高度h4≥3m。

4.一种多流程卧式循环流化床锅炉的控制方法，其采用如权利要求1所述的一种多流程卧式循环流化床锅炉，其特征在于：所述方法包括

读取主燃室差压变送器（34）、副燃室差压变送器（36）和燃尽室差压变送器（38）中的至少一个的读数dp并取绝对值∣dp∣，通过公式ρ=∣dp∣/h/9.8计算所述主燃室（11）、副燃室（12）和燃尽室（15）中的至少一个室内床料浓度为ρ；

当锅炉的负荷发生变动导致ρ发生变化时，通过调节第一回料风阀（20）、第二回料风阀（21）的开度调节ρ回复到设定值；

读取床压压力变送器（40）测量的一次风室（3）内的压力Pbed，通过调节所述除渣机（44）的转速来调节和控制Pbed，当所述Pbed升高时增加所述除渣机（44）的转速。

5.按照权利要求4所述的一种多流程卧式循环流化床锅炉的控制方法，其特征在于：所述压力Pbed的控制回路包括PID调节器PIC、手操器A/M和切换器T，所述PID调节器PIC的比例带δ为100%~300%，积分时间I为0.4~3min。

6.按照权利要求5所述的一种多流程卧式循环流化床锅炉的控制方法，其特征在于：所述切换器T上连接超弛信号01，当主燃室床料密度ρ1小于设定值tsp时触发超弛信号01，此时除渣机转速SP设置为0%。

7.按照权利要求6所述的一种多流程卧式循环流化床锅炉的控制方法，其特征在于：所述主燃室床料密度ρ1的设定值tsp在2.0~30.0kg/m³之间。

8.按照权利要求4所述的一种多流程卧式循环流化床锅炉的控制方法，其特征在于：所述副燃室内床料浓度ρ2与燃尽室内床料浓度ρ3之比r为ρ2/ρ3，通过调节第一回料风阀（20）、第二回料风阀（21）的开度使得r值在10~20之间。