135 MW 机组 440t/h CFB 循环流化床锅炉 DCS 系统 技术交流资料

2. 135 MW机组 440t/h CFB 循环流化床锅炉DCS系统 技术交流资料 编辑：郭 敏 张小辉 （内部资料 注意保密） 和利时工业自动化事业部

3. 目 录 一、循环流化床锅炉简介 二、哈锅440t/h CFB锅炉的主要特点 三、CFB-DCS控制系统简介 四、模拟量控制系统（MCS） 五、顺序控制系统（SCS） 六、锅炉监控和保护系统（FSSS）

4. 一、循环流化床锅炉简介

5. 1、循环流化床锅炉(CFBB)应用背景 ◆ 能源问题：循环流化床锅炉对不同煤种的适应范围广 ◆ 环保问题：国家对环保要求的不断提高 ◆ CFBB燃烧技术为洁净燃烧提供了条件： ☆ 石灰石脱硫 ☆ 低温分段燃烧脱氮 ◆ 国家政策

6. 2、循环流化床锅炉系统组成 ◆ 炉膛（ 布风装置、 密相区、 稀相区、 炉内受热面） ◆ 气固物料分离装置 ◆ 返料装置 ◆ 尾部受热面 ◆ 床外热交换器

7. 3、循环流化床锅炉的优缺点 （1）、CFBB优点 ◆ 对燃料的适应性好（高灰分煤、高硫煤、高氮煤、低热量煤） ◆ 燃烧效率高，可大95%～98% ◆ 热强度高 ◆ 脱硫效果好 ◆ NOX排放含量低 ◆ 负荷调节范围大25%～120%MCR。 ◆ 灰渣可重复利用

8. （2）、CFBB缺点 ◆风机电耗大 ◆热惯性大、负荷响应特性慢、启动时不能超过 7%MCR/min、 ◆漏灰严重

9. 4、国内引进流化床技术的主要类型和特点 主要类型： (1).芬兰奥斯龙技术（如东锅等） (2).德国EV&T技术（如哈锅等） 主要特点： (1).分离器技术（百叶窗，单/双旋风筒、一或二次分离） (2).分离器几何形状分：圆型、方型、异型水冷 (3).返料技术（自平衡式返料器，J阀返料器） (4).放渣（灰）技术（L阀技术）、（锥型阀技术） (5).前墙/后墙给煤技术 (6).给煤与返料混合后进料 (7).小流化态除渣/风水冷渣技术 (8).外部换热器技术

10. 5、国内循环流化床锅炉的现状 （1）.CFB锅炉负荷： 35-440t/h， CFB运行压力； 超高压、高压、中压、低压等参数锅炉。 （2）.使用燃料种类；烟煤、次烟煤、贫煤、无烟煤、 褐煤、矸石、煤泥+矸石、 烟煤+矸石、烟煤+瓦斯气， （3）.适应燃料热值；变化范围为 8400-24300 kJ／kg ( 2000-5800 kcal／kg )，并可燃烧各 种挥发分的燃料。

11. 1、 (4).分离器种类； 分离器：有高温、中温分离器，旋风分离器、 惯性分离器。 根据冷却方式的不同可分为；风冷分离器、水 冷分离器、汽冷分离器、绝热分离器。 根据几何形状的不同可分为；圆型、方型、 异型分离器

12. (5).返料器: “J”型阀返料器、“U”型自平衡式返料器 (6).配风系统：高压风机、增压风机、罗茨风机、一次风机、 二次风机、引风机、流化风机、密风风机。 (7).给料系统: 皮带给煤机、螺旋给煤机、刮板给煤机。 (8).给料方式: 前墙给煤、后墙给煤、回料与给煤混和后再给煤。

13. 二、哈锅CFB锅炉的主要特点

14. 一、锅炉整体布置　 1、440t/h CFB锅炉采用超高压参数中间再热机组设计，与135MW等级轮发电机组相匹配，可配合汽轮机定压(滑压)启动和运行。锅炉采用循环流化床燃烧技术，循环物料的分离采用高温绝热旋风分离器。锅炉采用平衡通风。 2、锅炉主要由炉膛、高温绝热旋风分离器、双路回料阀、尾部对流烟道和冷渣器组成。 3、燃烧室(炉膛)蒸发受热面采用膜式水冷壁，水循环采用单汽包、自然循环、单段蒸发系统。采用水冷布风板，大直径钟罩式风帽，具有布风均匀、防堵塞、防结焦和便于维修等优点。燃烧室内布置双面水冷壁来增加蒸发受热面，燃烧室内布置屏式Ⅱ级过热器和末级再热器，以提高整个过热器系统和再热器系统的辐射传热特性，使锅炉过热汽温和再热器汽温具有良好的调节特性。 4、锅炉采用2个高温绝热分离器，布置在燃烧室与尾部对流烟道之间，外壳由钢板制造，内衬绝热材料及耐磨耐火材料,分离器上部为圆筒形，下部为锥形，回料为自平衡式，流化密封风用高压风机单独供给。

15. 二、物料热循环回路 煤与石灰石在燃烧室内完成燃烧及脱硫反应。经过分离器净化过的烟气进入尾部烟道。尾部对流烟道中布置Ⅲ级、Ⅰ级过热器、冷段再热器、省煤器、空气预热器。过热蒸汽温度由在过热器之间布置的两级喷水减温器调节，减温喷水来自于给水泵出口，高加前。冷段再热器和热段再热器中间布置有一级喷水减温器，减温水来自于给水泵中间抽头。Ⅲ级、Ⅰ级过热器、冷段再热器区域烟道采用的包墙过热器为膜式壁结构，省煤器、空气预热器烟道采用护板结构。

16. 三、燃烧方式 循环流化床采用低温燃烧（883℃）以降低热力NOx的生成；燃烧用风分级送入燃烧室，以降低燃料中的NOx的生成量，除从布风板送入的一次风外，还从燃烧室下部锥段分三层不同高度引入二次风。脱硫剂采用石灰石，以气力输送方式直接从回料阀斜腿上给入。 锅炉启动采用床上和床下结合的启动方式。床下布置有两只风道燃烧器，床上布置四只启动燃烧器。 六台给煤机可根据煤种挥发份的大小，从前墙或后墙给煤。

17. 四、配风系统 一次风道上并联有风道点火器、通过风道进入炉膛 一次风通过前、后墙上的一次风环管进入燃烧室 从炉膛底部风室，通过风帽进入炉膛，形成流化风

18. 热风到播煤风口 通过上二次风室进入炉膛 二次风热风 通过中二次风室进入炉膛 通过下二次风室进入炉膛 备注；给煤机以及炉膛有专用的密封风机

19. 五、操作及控制特点: (1).一、二次风配比为55-50% 比45-50%， 高负荷高床温、低负荷低床温。 (2).选择合适的二次风量以控制炉膛内温度场的梯度分布和控制尾部烟道 的含氧量，弥补在密相区由于氧的大量消耗而造成稀相区氧的不足影 响燃烧效率，含氧量的大小同时反映应了尾部烟道的过剩空气系数的 大小，反映应了尾部烟道烟气流速对受热面的冲刷和磨损情况。 (3).过剩空气系数按1.2考虑，硫钙比按2.2考虑。 (4).给煤口和炉膛有密封风机密封，炉膛的平衡点在炉膛出口，负压控制 为-50-100Pa。 (5).返料风量由高压风机提供，由于回料器采用U型自平衡式回料器，炉静 态试验时返料风档板调好后一般不动。 (6).采用“L”阀或“锥型阀”风、水冷除渣、冷渣器。除渣靠流化风机和密封 风机到炉排渣管根部的风量来控制除渣量进而控制床压。冷渣靠流化 风 量和冷凝水量来进行。

20. 六、哈锅床下启动燃烧器的配风（风道燃烧器）六、哈锅床下启动燃烧器的配风（风道燃烧器） 第一级为点火风；点火风要随油枪负荷的大小来调节 第二级为混合风；经予燃室内、外筒之间的风道进入予燃室内，其作用是 为了防止油枪点火时油火焰贴壁使予燃室内筒壁过热。 第三级为一次漏风；（一次风）第一、二级为冷风，也称启动风，第三级 是热风，启动成功后，启动风全部关闭，打开三级风。

21. CFB锅炉介绍小结 (1).一次风的配风： 哈锅、无锡锅炉厂配有一次环风管，对流化床进行横向搅拌，东锅没有一 次环风管，流化的均匀性差一些。 (2).旋风分离器的冷却形式： 哈锅：绝热式分离器，无锡锅炉厂：方型水冷式，东锅圆型汽冷式， 从分离效果来看，目前还没有一个统一的结论。 (3).回料器的形式： 哈锅、无锡锅炉厂采用的是“U”型自平衡式回料器。 东锅采用的是“J”阀型回料器。 (4).次高压、高压、高稳分离CFB的操作原则： 以风定荷、以煤定温。 (5).二次风的操作原则： 根据悬浮段差压及炉膛出口温度的高低来调整炉膛温度场的分布，烟气含 氧做参考量。

22. (6).回料器结焦常见原因： 返料风压太高，造成回料器反串，特别要注意返料风压梯度分部由下而上 逐步减小，一要防止在上部形成强氧化区，二要防止比较大的粒径在回料 器底部结焦。 (7).流化床结焦常见原因： 床温过高或过低、流化床流化不均匀，主要表现在密相区差压偏差大、密 相区上部压力偏差大，形成床漏而造成局部结焦。

23. 三、CFB-DCS控制系统介绍

24. 1.简介 流化床锅炉控制的难点：如何解决 超大惯性问题 煤粉炉燃烧惯性时间一般在；40-60S 流化床锅炉的燃烧过程； 煤进入炉膛--吸热--放出挥发份--加热升稳--燃烧 由于煤的颗粒较大，所以流化床锅炉燃烧惯性时间大约在150-180S 对超大惯性对象的处理决定了能否将燃烧系统投入闭环运行的关 键，到目前为止北京和利时公司已经将给煤燃烧控制、一次风量控制 、二次风量控制、炉膛负压控制、汽包水位控制、和喷水减温控制系 统等投入自动调节的有； (1).山东威海热电厂220t/h CFB (无锡锅炉厂） (2).山东临清运河热电厂2Ⅹ130t/h CFB (济南锅炉厂） (3).山东埠村热电厂75t/h CFB (济南锅炉厂） (4).安徽滁州热电厂2Ⅹ75t/h CFB (北京锅炉厂）

25. 负荷状态 稳态 慢速变化 快速变化 (甩负荷试验） 每分钟平均变化低于MCR（%） 1 3 5 蒸汽压力偏差（MPa） ±0.06 ±0.09 +0.15 –0.13 炉膛压力偏差（Pa） ±20 ±20 ±40 氧量低于偏差（%） ±0.2 ±0.4 ±0.8 汽包水位偏差（mm） ±10 ±25 ±32 过热汽温偏差（℃） ±3.0 ±5.0 ±8.0 床温偏差（℃） ±5.0 ±5.0 ±10.0 2.220t/h CFB自动调节系统主要技术指标 山东威海热电厂220t/h CFB (无锡锅炉厂）自动调节技术指标

26. 3.CFB锅炉几个主要经济性指标 (1).排烟温度： 在MCR%下排烟温度一般为：145-150℃，一般情况下，排烟温度增加 10℃锅炉效率降低1%，排烟温度增加20℃锅炉效率至少降低2%。排 烟温度的高低与锅炉的结构、受热面积的大小、锅炉的操作运行方式 有关。 (2).飞灰含碳量： 飞灰含碳量的高低也是锅炉的主要经济性指标之一，飞灰含碳量的高 低影响到锅炉效率的高低，飞灰含碳量的高，带走的可燃物多，锅炉效 率降低，飞灰含碳量的高低与煤种的挥发份、灰份、锅炉的操作运行方 式、锅炉的结构，特别是旋风分离器的型式有关，在MCR%和设计煤种的 情况下，飞灰含碳量一般为5-6%。

27. (3).灰渣的含碳量： 灰渣含碳量的高低也是锅炉的主要经济性指标之一，灰渣含碳量高， 燃烧不充分，锅炉效率低，在MCR%和设计煤种的情况下，灰渣的含 碳量一般为1-2%。灰渣含碳量的高低与煤种的挥发份、灰份、锅炉 的操作运行方式、特别是床压控制的高低有关，床压控制比较高的 话，有助于降低灰渣的含碳量，但是由于提高床压后阻力增大，电 耗增加，如床压比设计压力提高2000Pa，电耗增加0.5-1%， (4).稳定性： 稳定性是指：CFB锅炉在不同的负荷下都能够稳定的燃烧，或着说处 于一种新的动态平衡状态，稳定性好的CFB锅炉，在50%MCR情况以下 应该能够处于一种稳定的燃烧工况，如果主汽压力、沸腾床温度、 烟气含氧量、炉膛负压这四个主要参数能够在50%MCR情况以下处于相 对稳定的运行状态的话，那么这台CFB锅炉的稳定性就好。

28. 四、模拟控制系统（MCS）

30. 1、超高压带中间再热440t/h CFB锅炉的控制系统和控制方案的特点： CFB锅炉循环流化床锅炉具有多变量、强耦合、惯性大的特点，煤的粒径与煤粉炉相比粒径较大，特别是在密相区处于低温欠氧燃烧状态，燃烧过程为：先吸热——放出挥发份——加热升温——燃烧，燃烧燃烧惯性比较大，一般为150~180S，虽然CFB锅炉循环流化床锅炉具有负荷适应范围广的特点，但是负荷调整时与煤粉炉相比要慢得多，在调整负荷时还要考虑床层温度的变化和适当的调整床压，否则的话，负荷很可能带不上去，所以对CFB锅炉的控制有许多的特殊性，这也是CFB锅炉本身的特性所决定的，下面就几个方面的问题进行说明： （A）、CFB锅炉在CCS控制方式时的控制策略： 汽机侧：以调功为主，通过机前压力差对其进行负荷限制，此外还要对负荷调整时的调节变化率进行限制，负荷调整时的变化率不大于5-7MCR%； 锅炉侧：以调压为主，通过功率指令前馈调压，燃料量和一次风量对其进行一级校正，床层温度对其进行二级校正，调节框图如下所示。

31. 图1.1 CFB锅炉在CCS控制方式时的控制策略

32. （B）超高压带中间再热440CFB锅炉的炉侧控制策略：（B）超高压带中间再热440CFB锅炉的炉侧控制策略： 超高压带中间再热，高温分离的CFB锅炉的控制原则为：以风定荷、以煤调温（床温）、送风调氧（二次风和烟气含氧量）、引风调压（炉膛负压），同时还要明确以下几个控制原则： 床温控制原则：床温是负荷的函数，高负荷高床温，低负荷低床温，负荷变化时平均床温应控制在880-920℃。 床压控制原则：床压是负荷的函数，高负荷高床压，低负荷低床压，随着负荷的变化，床压应控制在9.0-10Kpa，对超高压带中间再热440CFB锅炉来说，应采用高床压运行方式，同时床压每提高1 Kpa，渣的含碳量可降低0.5-1%。 烟气含氧量控制原则：氧量是负荷的函数，高负荷低氧量，低负荷高氧量，否则的话，很难找到动态平衡点。 超高压带中间再热440CFB锅炉调节框图如下所示：

33. 锅炉主控制器 解 耦 负荷控制指令 给煤机负荷调节 一次风量调节 二次风量调节 床压调节 图1.2 CFB锅炉主控制器调节框图

34. 负荷控制指令 主控制单元 负荷氧量函数F(x)1 氧量校正调节F(x)2 床温校正调节F(x)3 校正调节 负荷变化率校正 负荷积分器控制 负荷平衡器控制 给煤机给煤量控制 （C）超高压带中间再热440CFB锅炉给煤控制策略： 图1.3 CFB锅炉给煤机负荷调节框图

35. 给煤机负荷调节系统 • 引入专家系统F(x)1, F(x)2, F(x)3 • 调整负荷 • 维持床温在一定范围内 • 控制给煤量、燃油量 • 能量供给与能量需求相平衡 • 多级调节系统 • 考虑床温影响 • 烟气含氧量快速校正

36. 负荷控制指令 主控制单元 负荷校正调节F(x)4 床温校正调节F(x)1 校正调节1 校正调节2 床压校正调节F(x)5 负荷变化率校正 负荷平衡器控制 一次风量控制执行机构* （D）超高压带中间再热440CFB锅炉一次风量控制策略： 图1.4 CFB锅炉一次风量调节框图

37. 一次风量调节系统 • 引入专家系统 • 负荷随动 • 维持流化风量 • 控制和调整一次风量 • 串级调节系统 • 考虑床温影响 • 考虑床压影响

38. （E）超高压带中间再热440CFB锅炉控制策略简述：（E）超高压带中间再热440CFB锅炉控制策略简述： (1).一、二次风配比为55% 比45%，选择合适的一次风量以控制锅炉负荷和沸下温度，沸下温度范围880-930℃（平均床温），调整负荷时以调整锅炉给煤量和一次风量为主，床温高时以调整一次风量为主，以调整给煤量为辅，调整一次风量能够加快烟气对流换热速度，快速提负荷，同时还有降低床温的作用，床温低时以调给煤量为主，以调整一次风量为辅。 (2).选择合适的二次风量以控制炉膛内温度场的梯度分布和控制尾部烟道的含氧量，弥补在密相区由于氧的大量消耗而造成稀相区氧的不足影响燃烧效率，含氧量的大小同时反映应了尾部烟道的过剩空气系数的大小，反映应了尾部烟道烟气流速对受热面的冲刷和磨损情况，烟气含氧量过高时造成飞灰含碳量高，锅炉效率降低。 (3).给煤口和炉膛有密封风机密封，炉膛的平衡点在炉膛出口，负压控制为-50-100Pa。 (4).返料风量由高压风机提供，（哈锅）由于回料器采用U型自平衡式回料器，炉静态和热态试验时返料风档板调好后一般不动，在热态试验和调整时要注意返料风压不能太高以防止反窜和形成氧化区造成二次燃烧,返料风压四个风口梯度分布

39. 自下而上逐步减小，特别要注意下部松动风压过低容易造成回料器 底部结焦。 (5).高负荷运行时应适当的提高床压，以增加热容量，床压太薄时当负荷 变化较大时床容易破，灰浓度低负荷带不高，由于灰量不足造成床温 和反料温度高，难于控制。 (6).采用锥型阀风、水冷除渣、冷渣器。除渣靠流化风机和密封风机到炉 排渣管根部的风量来控制除渣量进而控制床压。冷渣靠流化风量和冷 凝水量来进行。

40. 2、从再热器中间联箱上抽0-80T/H蒸汽供热方式时的控制方案：2、从再热器中间联箱上抽0-80T/H蒸汽供热方式时的控制方案： 从再热器中间联箱上抽0-80T/H蒸汽供热方式时容易造成末级再 热器超温，另外当抽汽量突变时要注意防止汽轮机中压联合汽门前 压力过低，下面就几个方面的问题进行说明： （A）.当抽汽供热负荷较大时容易造成末级再热器超温，比较好的方 法是用：抽汽供热负荷修正锅炉总风量，对CFB锅炉来说，锅炉总风 量主要由一次风量、二次风量、返料风量组成，但减小一次风量或 返料风量可能造成床温升高或返料不畅，实际上对CFB锅炉来说，只 能对二次风量进行修正，另外再热器温度控制采用喷水减温时机组 负荷对再热汽温度设定值应进行修正F（X），方案如下：

41. 二次风量调节系统 • 送入燃料燃烬所需空气量 • 维持烟气含氧量 • 考虑炉膛温度场梯度分布 • 考虑回料温度 • 考虑再热器温度的影响 • 控制二次风量 • 多级调节 • 。 影响因素：煤种、负荷、床温、炉温、床压

42. 烟气含氧量 氧量校正调节F(x)3 主控制单元 负荷氧量函数F(x)2 温度场梯度校正F(x)1 校正调节 再热器抽汽负荷校正F（X）4 给煤负荷前馈调节 给煤负荷 负荷变化率校正 二次风量控制执行机构* 二次风量调节系统 图2.1 再热器抽汽负荷对二次风量校正调节框图

43. 再热器温度 再热器温度给定 机组负荷修正F（X） 主控单元1 再热器喷水流量 高旁开超驰 主控单元2 ≮ ≯ 再热器汽温低闭锁开 再热器喷水控制执行机构* 再热器温度调节 图2.2 再热器温度调节框图

44. （B）当抽汽供热负荷较大或当抽汽量突变时要注意防止汽轮机 中压联合汽门前压力过低，供热负荷一般情况下经减温减 压后进入热网，所以当汽轮机中压联合汽门前压力过低时 应对减压阀进行闭锁，另外还要考虑当高旁作保护动作时 应超驰开抽汽系统的减压阀，方案如下：

45. 图2.3 再热器抽汽系统与高旁协调控制框图

46. 3、高压旁路的控制策略： a.高压旁路的阀位控制： 高压旁路进行阀位控制时，高旁阀位设定45-50%，锅炉进行暖管和热态清 洗，高旁压力为0.4Mpa左右。 b.高压旁路的升压控制（滑压方式）： 锅炉暖管结束后，高旁控制方式进行切换，高旁转入升压控制，高旁压力 设定为3-4Mpa，高旁升压控制器的升压速率控制器进行予设定，以限制升 压速率，高压旁路阀开度逐步减小，高旁压力进入滑压状态。 c.高压旁路的定压控制： 高旁压力达到设定值后，高压旁路的控制进入定压运行方式，汽轮机开始 进汽，进入低速暖机状态。 d.高压旁路的第二次升压控制（滑压方式）： 低速暖机结束，汽轮机内外缸壁温差满足条件，缸胀满足条件后，高旁控 制方式进行切换，高旁转入第二次升压控制，高旁压力设定为7-9Mpa，大 约为额定压力的70%左右，高旁升压控制器的升压速率控制器进行予设定 ，以限制升压速率，高压旁路阀开度逐步减小，高旁压力进入滑压状态。

47. 高压旁路的定压控制： e.高旁压力达到设定值后，高压旁路的控制进入定压运行方式，汽轮机增大进汽 量，汽轮机提速后进入高速暖机状态。 f.高压旁路的滑压运行方式： 高速暖机结束后，高压旁路的控制进入滑压运行方式，高旁压力设定值为 (额 定压力+0.4Mpa), 高旁升压控制器的升压速率控制器可进行予设定(可选择)， 高压旁路阀开度逐步减小，高旁压力进入滑压状态，在同时汽轮机进行冲转、 阀切换、并网、升负荷等各项操作。 g.保护动作时与再热器抽气系统的协调控制： 对单元制机组来说，当油开关跳闸、主汽门关闭等保护动作时应对高旁联动， 高旁进入超驰控制状态，同时高旁开应超驰再热器抽汽系统的抽汽压力调节阀 ，进行联动（如果有低旁的话也应联动低旁）。 h.与高旁喷水之间的协调控制： 高旁阀开应超驰高旁喷水阀开（超驰作用保持2分钟），并将高旁喷水温度调 节系统强制在自动状态（而不管原先处于什么状态），同时高旁阀位开度的变 化率作为高旁喷水温度调节系统的微分信号，高旁喷水温度调节系统的调节方 式为：D+PI控制。

48. 4、炉膛压力调节系统 • 维持炉膛负压 • 控制引风机入口档板 • 送风量作为前馈

49. FT FT PT LAG + - + A △ K ∫ ∑ ≮ ≯ TR A/M T ZT f(x) 一次风量 二次风量 炉膛负压 炉膛负压调节系统

50. 5、汽包水位调节系统 汽包水位是机组运行的重要参数 反映给水量与供汽量的动态平衡 低负荷时采用单冲量调节系统 高负荷时采用三冲量调节系统 “虚假水位”现象 多组PID参数