300mw循环流化床机组协调系统控制毕业论文(编辑修改稿)

300mw循环流化床机组协调系统控制毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

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中国矿业大学徐海学院 2020 届本科 生 毕业论文 7 电效率，脱硫成本比烟气脱硫低 50％以上， 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。 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 XDAPC 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。 中国矿业大学徐海学院 2020 届本科 生 毕业论文 8 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。 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。 中国矿业大学徐海学院 2020 届本科 生 毕业论文 9 2 循环流化床锅炉简介及基本控制系统 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 所示，是循环流化床锅炉的主要设备和基本工作流程。 由图 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。 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 850℃ ～ 950℃ 最佳脱硫温中国矿业大学徐海学院 2020 届本科 生 毕业论文 10 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 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。 中国矿业大学徐海学院 2020 届本科 生 毕业论文 11 循环流化床锅炉组成 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]。 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 850℃ ～ 900℃ ，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，故颗粒进入稀相区继续燃烧。 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。 中国矿业大学徐海学院 2020 届本科 生 毕业论文 12 图 锅炉结构简图 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。 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，它的形式及数中国矿业大学徐海学院 2020 届本科 生 毕业论文 13 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。 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，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。 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。 中国矿业大学徐海学院 2020 届本科 生 毕业论文 14 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，用来吸收烟气中的热量，来提高热利用率，同时降低排烟温度。 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]。 中国矿业大学徐海学院 2020 届本科 生 毕业论文 15 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。 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。