循环流化床锅炉高压风系统的优化

发布时间：2021-02-02

　　循环流化床锅炉中离开炉膛的物料和大部分未燃尽的煤颗粒经分离器分离，物料通过分离器底部的高压风(即返料风)返送炉膛底部，实现循环燃烧功能，因此，优化返料系统成为降低能耗、提高经济效益的关键环节。

　　一、循环流化床锅炉优点

　　1、燃料适应性广。这是循环流化床锅炉的主要优点之一。在循环流化床锅炉中按重量计，燃料仅占床料的1～3%，其余是不可燃的固体颗粒。因此，加到床中的新鲜煤颗粒被相当于一个“大蓄热池”的灼热灰渣颗粒所包围。由于床内混合剧烈，这些灼热的灰渣颗粒起到了“理想拱”作用，把煤料加热到着火温度而开始燃烧。在加热过程中，所吸收的热量只占床层总热容量的千分之几，因而对床层温度影响小，而煤颗粒的燃烧，又释放出热量，能使床层保持一定的温度水平，这也是流化床一般着火无困难，且煤种适应性广的原因所在。

　　2、燃烧效率高。循环流化床锅炉的燃烧效率较高，通常在95～99%范围内。其燃烧效率高是因以下特点：气固混合良好;燃烧速率高;飞灰的再循环燃烧。

　　二、返料风系统的工艺方案

　　1、原系统及存在的缺陷。循环流化床锅炉仅配有一台返料风机,除提供返料风外,还充当返料风机,并且除灰用气也是从该风机的出口母管引出,而返料风机只能通过操作站设定期望流量值传递给就地PLC控制,无法直接预知进入炉底布风板的流量,操作员站仅能监视高压返料风压。当锅炉除灰系统需用气时,往往导致返料风流量、压力的下降;加之高压风机跳闸时无任何备用手段，也会致使该系统风压力急剧降低,从而引发锅炉MFT动作。

　　因而,该系统明显存在威胁锅炉连续、安全运行的因素:①高压返料风机无任何备用手段;②高压返料风机出口流量无实时的流量显示,而且无法预知进入锅炉的风量;③返料风压力这一关系到锅炉运行安全的参数无实现自动控制。因此，对以前的设计方案实施了补救性改动。

　　2、现有系统布置。考虑到设备布置场地的实际情况,机组只能按原来设计的方案配置1台高压返料风机。幸运的是,在返料风机出口母管附近有高压工厂风母管(额定工作压力为150kPa),工厂风是由空压机房送来,并且工厂风的设计有足够的裕量。

　　经相关公式计算,在满足锅炉返料风流量的前提下,可从工厂风母管上利用管径为15cm的风管将高压压缩空气引至高压返料风机出口母管,以作为现有返料风的备用风源。为了提高系统的可靠性,压缩空气在接入原来系统前还装设了一个体积大约为4m3的中间容器,以保证系统在突然失去高压返料风时,系统的风压不至于快速而且长时间越过低限而导致锅炉MFT动作。

　　经改进,一方面利用工厂风弥补了单一返料风机运行的不可靠性,切实可行地提高了锅炉设备连续运行的可靠性;另一方面如何克服高压的压缩空气“阻滞”返料风机出口流量而使风机发生喘振是保证系统能实施的前提条件。显然,必须在系统上配套安置一返料风压力控制回路,以平衡返料风机出口空气同压缩空气间的压力。

　　三、优化方案

　　1、优化方案1。为保证系统的快速性,在原有控制方案的基础上增加阀门预开的控制策略,即当控制回路触发投自动时,阀门先打开至某位置(如30%左右),随后阀门的开度由PID控制算法来确定，并且将控制回路参数整定得具有更大的稳定裕度。

　　当高压返料风机停止后,返料风压力控制器立即投入自动,并且阀门预先打开了30%左右。接着,阀门的开度由PID算法确定。此过程压力并无突然下降,原因在于阀门的预开使工厂风能快速补充进入系统;随后,由于实际风压大于设定值,使阀门马上关下,压力值一直下降到41kPa才慢慢上升至设定值。试验表明:该优化控制方案克服了原有控制对象过程参数波动较大的缺点,而且能保证返料风突然失去时,通过高压工厂风的及时补充使返料风压力在较短时间内达到预先给定值,整个控制过程返料风压力平稳变化不低于停炉值。保证了锅炉不发生MFT同时,确保了床料的流化效果持续稳定。

　　2、优化方案2。对优化方案1而言,调节过程中存在一个压力快速下降的区段,其原因在于预开阀门后,压力迅速上升,PID偏差计算后,实际上阀门正在朝关小的方向前进。为进一步提高系统的可靠性,可通过保持阀门的开度,将返料风压力在相当长一段时间内控制在较高的水平上运行,而不下降至停炉值附近,确保锅炉不发生MFT。

　　在优化方案1的基础上作了以下适当的修改:①将阀门的预开值定为25%(该值由试验确定,即当返料风全部由工厂风提供时,阀门开度在25%时压力可保持在55kPa附近);②当返料风机跳闸或压力将至40kPa以下,压力控制回路投自动并保持阀门10s钟左右在25%的开度。

　　试验结果控制效果表明,打开返料风机出口防喘电磁阀卸压后,当压力下降到40kPa后,压力调节阀快速开至25%,此时压力立即由40kPa回到54kPa附近,阀门并维持在25%开度共10s左右。随后,阀门的开度通过回路PID运算进行调整,最后控制系统将压力稳定在55kPa。

　　3、优化方案比较。首先,2种方案均可满足运行要求。但相对锅炉运行而言,优化方案2可靠性明显高于方案1。主要表现在:①方案2可保证压力不会发生二次回落至锅炉停炉定值附近;②方案2中采用阀门10s左右的开度保持,可确保返料风失压发生后,通过工厂风的持续稳定补充,在相当长一段时间内将返料风系统压力维持在较高的水平运行,提高了运行的可靠性。

　　此外，方案2也存在不足之处。在运行中,当除灰用气门打开时,而运行人员未及时将返料风机的远程流量设定值抬高,导致风机出口压力降至40kPa以下,此时,调门打开,使高压工厂风“阻滞”了返料风机出口流量,导致高压返料风机喘振跳闸。虽然压力可马上稳定在55kPa附近,但对高压返料风机的运行存在潜在的安全隐患。为此,可将触发工厂风投入的条件之一“高压返料风压力越过低限”中的低限值整定得更小一点,且该值可通过试验获取。——论文作者：冯丽艳 1 吕先芃 2

　　相关期刊推荐：《热力发电》杂志由中国华能集团公司、中国大唐集团公司、中国华电集团公司、中国国电集团公司、中国电力投资集团公司联组的西安热工研究院有限公司与中国电机工程学会主办。主要报道国内热能动力科学技术的基础研究和热力发电(火力、核能、地热及其它可再生能源发电)技术的开发利用，包括：化石燃料及其清洁燃烧、热力设备及热力系统、电站辅机、电站自动控制、电厂化学、电厂金属材料、电力环境保护及综合利用等 《热力发电》杂志为我国热能动力学科和热力发电技术重要刊物，主要报道国内热能动力技术科学的基础研究和热力发电(火力、核能、地热及其它可再生能源发电)技术的开发利用，包括：化石燃料及其清洁燃烧、热力设备及热力系统、电站辅机、电站自动控制、电厂化学、电厂金属材料、电力环境保护及综合利用，以及电厂信息化、状态评价、技术监督、启动调试、设备性能鉴定等，并适时报道国外热能动力科学技术的发展动态。