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循環流化床鍋爐（Circulating Fluidized Bed Boiler,CFB）作為近年來國際上發展起來的新一代高效、低汙染清潔燃燒鍋爐，具有燃料適應性廣、負荷調節性能好、灰渣綜合利用等優點，因此在電力、城市供熱、工廠蒸汽生產中得到越來越廣泛的應用。但由於循環流化床鍋爐的燃燒及汽水變化過程十分複雜，受影響的因素多，給煤、一、二次風，返料耦合性強，而且燃燒與汽水也存在複雜的耦合關係。此外，過程的非線性和大滯後也使對象更加複雜，難於建立精確的數學模型，這樣對控製就提出了更為嚴格的要求。這包括兩層意義：一是控製係統要有很高的可靠性；二是控製方案要有很好的控製實效。基於這樣兩點，CFB鍋爐一般都選擇先進的DCS控製係統，特別是運用先進的控製方案，能夠實現鍋爐燃燒的完全自控。

一、35t/h循環流化床鍋爐工藝流程

本工藝流程的主要設備如下：

101循環流化床鍋爐、102一次風機、103二次風機、104引風機、105螺旋給煤機、114電除塵器、115一次風機進口消聲器、116二次風機進口消聲器、117密封式煤鬥閘門

二、35t/h 循環流化床鍋爐的自動控製係統

35t/h CFB鍋爐的自動控製係統主要包括以下幾個控製子係統：

1. 燃燒自動控製子係統

2. 爐膛負壓控製子係統

3. 汽包水位控製子係統

4. 主汽溫度控製子係統

5. 汽水協調控製子係統

6. 料層差壓控製子係統

7. 鍋爐安全聯鎖保護子係統

下麵將針對以上幾個控製子係統進一步的描述：

1、燃燒自動控製

燃燒控製的目標首先是保證鍋爐安全燃燒且主汽壓力應穩定在設定值，其次是經濟燃燒（體現為空氣過剩係數恰當），對循環流化床來說安全燃燒尤為重要。安全燃燒的一個主要指標是爐膛溫度分布，特別是料床溫度應穩定在900～1000℃，防止床溫過高結焦或床溫過低熄火事故。CFB鍋爐燃燒控製手段通常是給煤、一次風、二次風及二次返料。一般35t/h CFB鍋爐采用高溫返料方式，二次返料量對爐膛溫度影響不大，故不作為控製手段。控製方案采用基於人工操作經驗的專家智能控製係統，較好地解決了燃燒過程的強耦合、大滯後、時變性等難題。

a、專家智能控製方案的思想

料床溫度的平衡是通過給煤量和一次風的調節來實現的。對同一台鍋爐來說，一定的負荷在一定的壓力下，要穩定料床溫度必須要有相應的給煤量對應，且這個給煤量相對較穩定。當然這時一次風量又必須和給煤量相匹配。據此我們可以根據負荷及主汽壓力來設定給煤量――粗調，再由料床溫度來細調給煤量；根據給煤量來設定一次風量――粗調，再由料床溫度來細調一次風。二次風主要用於保證燃料充分燃燒，在鍋爐平穩燃燒的基礎上，二次風單獨作為一個調節量去糾正煙氣氧含量，用單回路即可較好地達到經濟燃燒的目標。

整個方案主要由兩部分組成：一是狀態推理的產生；二是現場規則庫（專家知識）的建立。狀態推理是核心，規則庫的建立是重點，專家知識的合理性直接影響控製的效果。

b、狀態推理

負荷、主汽壓力模糊化為3個量：高（H）、平穩（M）、低（L）。主汽壓力模糊化為3個量：高（H）、平穩（M）、低（L）。料床溫度、爐膛出口溫度模糊化為5個量：超高（HH）、高（H）、中（M）、低（L）、超低（LL）。其中高、中、低為正常控製狀態，超高、超低為緊急事故狀態。爐膛出口溫度模糊化為3個量：高（H）、中（M）、低（L）。求取料床溫度變化率並模糊化為5個量：快升（FR） 、慢升（SR）、平穩（ST）、慢降（SD）、快降（FD）。其中快升、快降為緊急事故狀態，其餘為正常控製狀態。所有設定均可以在DCS組態上實時在線修改。

c、控製規則庫的建立

規則庫設計如下圖所示。

針對CFB燃燒控製特點，把控製規則庫的規則分為兩類：

(1)故障判斷及事件處理規則

主要應付工藝設計不佳帶來的堵煤、堵灰及意外工況可能帶來的熄火和結焦，規則處理一般為計算機控製加報警，以引起操作人員的足夠重視。

(2)正常狀態控製規則

正常控製狀態下，按照料床溫度（高、中、低），爐膛出口溫度（高、中、低），床溫變化率（快升、慢升、平穩、慢降、快降），組成15x15控製規則表，表格中每項代表燃燒過程的一個狀態。例如：狀態112表示料床溫度中、爐膛出口溫度中、床溫變化率平穩、出口溫度變化率平穩。每個狀態給出一個控製輸出值，包括給煤，一次風、二次風。所有規則的表達方式均采用產生式規則，即每個規則都是一獨立知識塊，從而易於建立和修改；且每個規則的形式一致並與專家表述的方法相同，從而易於表達與理解。所有規則都以規則表形式存放，規則表內的參數可以在DCS流程圖上實時在線修改。

d、規則庫知識的獲取

所有規則來自3個方麵：CFB燃燒過程運行理論；運行工程師與熟練操作人員的操作經驗；工業現場實際經驗摸索（一般至少需要2～3個月現場蹲點）。另在運行過程中需不斷完善規則。

2、爐膛負壓控製

合適的爐膛負壓是鍋爐安全燃燒的保證，爐膛負壓的控製是鍋爐燃燒控製的一部分，但其具有相對的獨立性，可以從燃燒控製中分散出來作為一個回路來實現。爐膛負壓控製是一個快過程，隻要PID參數整定合適，一般單回路即可以達到目的。其控製的品質受鼓風量的影響較大，而現場沒有風量測量裝置，間接取鼓風擋板開度作為前饋量，這樣存在一定的非線性，但負壓無須控製在某一定值，而隻需在一定範圍內，故問題也不大。

考慮到引風電動機的抗衝擊性，負壓控製也引入一調節死區，在該負壓範圍內保持上次的輸出。一般這個範圍為控製目標的±2Pa。

3、汽包水位控製

經典三衝量串級前饋控製在各種鍋爐汽包水位的自動調節中已得到廣泛應用。但我們在現場鍋爐水位的投運中發現三衝量方案不能很好地克服以下兩種情況引起的鍋爐水位變動。

(1)鍋爐負荷的大擾動。這種情況下鍋爐出力會在2～3min內突增或突減5～6t/h，帶來很嚴重的虛假水位現象。三衝量控製不能使給水控製閥正確、及時地快速跟進負荷的變化。

(2)鍋爐汽包的不定期人工排汙。這時候往往造成控製係統失效，現場需司爐工不停地進行手/自動切換，這也影響了汽包水位的投運效果。

上述兩點在以供汽為主的鍋爐上是普遍存在的。在現場投運的過程中我們引入負荷變化率（ff）和汽包水位變化率（fw）兩個變量，正常水位調節時ff和fw均在某一限值之內，當出現上述異常時，其值會超過這兩個變量的閾值，這時我們改用一定的調節規則強行上拉或下拉水位控製閥，以保證汽包水位在安全範圍之內。待水位恢複平穩之後，再切入三衝量方案。

我們稱該方案為三衝量+規則調水方案，經現場投運驗證，控製效是較好。

此外，鍋爐汽包水位的實際投運中應注意兩點：

(1)閥位的保持。在水位控製目標的±3mm以內，應保持閥位不動，不致於因閥位的動作頻繁而影響給水控製閥的使用壽命。

(2)閥位輸出補償。現場給水控製閥在高開度時線性不好，做一閥位輸出補償，由軟件實現。

4、主汽溫度控製

主汽溫度控製我們仍采用串級前饋方案，一般希望用減溫器出口溫度作為前饋以彌補主蒸汽溫度的大滯後，但工藝上安裝有困難，所以考慮用爐膛出口溫度作為前饋。現場使用的效果還可以。

5、汽水協調控製

由於工藝管道的原因，汽包水位控製和主汽溫度控製是互相製約的。小鍋爐為了節省投資，通常減溫水和汽包給水共用一根管道。

工藝上的這種設計造成了汽包水位和主汽溫度調節時互相搶水，二次給水自動控製閥就充當起協調的任務。根據水量平衡原則，二次給水閥的動作由如下公式決定：

Y=1-KX

Y----二次給水閥的閥位

X----減溫水閥的閥位

K----二次給水閥流通能力/減溫水閥能力

當兩閥型號、管徑一致時，則有：

k=1

y=1-x

這實質是一個比值分程調節係統。

6、料層差壓控製

如果鍋爐采取間隙排渣工藝，方案采用計算機報警提示的人工放渣手段。

負荷分為高、平穩、中、低4段，不同的負荷段有不同的高、低報警值。這根據工藝條件及操作經驗取得，可以在流程圖上進行修改。

另一方麵，如果鍋爐采用連續排渣，我們就使用鍋爐的料層差壓來控製出渣器的轉速，這樣來控製排渣量。

7、鍋爐安全聯鎖保護

鍋爐安全聯鎖保護主要考慮兩個因素：

(1)汽包水位的安全保護

鍋爐汽包水位低於極限值時極易導致幹鍋，應停一次風機、二次風機、引風機、給煤機。

(2)一次風機、二次風機、引風機、給煤機的聯鎖保護。

啟動順序為：引風機→一次風機→二次風機→給煤機。

停順序為：給煤機→二次風機→一次風機→引風機。

如果一次風機、二次風機、引風機、給煤機中的任何一台出現跳閘，均應聯鎖停止相應的電機。

三、35t/h 循環流化床鍋爐的測量點數：

35t/h 循環流化床鍋爐的大概點數如下：

類 型
設計需求
實際配置
備 注

AI
4-20mA
67
71


熱電阻
15
23


熱電偶
21
32


AO
4-20mA
10
12


DI

56
64


DO

24
28


點數小計
193
230