【正文】 環(huán)流化床鍋爐 的 發(fā)展 現(xiàn)狀 循環(huán)流化床鍋爐是近十幾年發(fā)展起來的一項高效、低污染清潔燃燒技術(shù)。優(yōu)質(zhì)煤集中在華北、西北，劣質(zhì)煤多分布在中南、西南地區(qū)。 關(guān)于 鍋爐 自動控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 八十年代初從美國成套引進(jìn)大容量電站鍋爐控制設(shè)備之前，我國的電站控制水平是非常低的，控制設(shè)備基本上是以 DDZⅠ、 DDZⅡ和 DDZⅢ型等電動單元組合式儀表及繼電器實現(xiàn)的保護(hù)邏輯為主。在 當(dāng)時的國務(wù)院重大辦的領(lǐng)導(dǎo)下，在中央領(lǐng)導(dǎo)同志的直接關(guān)懷下，參加單位本著學(xué)習(xí)、引進(jìn)、消化、吸收，最終實現(xiàn)國產(chǎn)化的原則開始了各方面工作。在硬件方面， CCS 選用的是美國FOXBORO 公司的 SPEC200 組件式儀表， FSSS 選用的是美國 CE 公司的雙列直 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 插式 CMOS 集成電路構(gòu)成的邏輯組件，吹灰控選用了美國 CV公司的以 INTEL8085單板機(jī)為中心的控制系統(tǒng)，爐膛火焰和汽包水位 TV 都是美國 DIAMOND 公司的產(chǎn)品。在國外，美國、日本以及歐洲一些國家的幾十個儀表或計算機(jī)公司在生產(chǎn) DCS，并已成功地應(yīng)用在包括電力行業(yè)在內(nèi)的工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域。因此，該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、 成本低， 可靠性高等特點。流化過程用于燃料燃燒，即為流化燃燒，其爐子稱為流化床鍋爐。第二部分為對流煙道，布置有 過熱器、再熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器等，與其它常規(guī)鍋爐相近。二次風(fēng)從燃燒室中下部補(bǔ)入，以提供進(jìn)一步燃盡所需的空氣。調(diào)節(jié)裝有中溫過熱器的回料錐形閥， 用于調(diào)節(jié)鍋爐料床溫度。同時通過調(diào)節(jié)灰渣的排放量，來控制鍋爐 料床的高度，滿足運(yùn)行的安全，經(jīng)濟(jì)性要求。這樣的溫度遠(yuǎn)低于普通煤粉爐中的溫度水平，并低于一般煤的灰熔點，這就免去了灰熔化帶 來的種種煩惱。循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)燃料的燃盡度很高，通常，性能良好的循環(huán)流化床鍋 爐燃燒效率可達(dá) 95～ 99％以上。 圖 固體物 料流態(tài)化循環(huán)過 (3)高強(qiáng)度的熱量、質(zhì)量和動量傳遞過程 在循環(huán)流化床鍋爐中，大量的固體物料在強(qiáng)烈湍流下通過爐膛，通過人為操作可改變物料循環(huán)量，并可改變爐內(nèi)物料的分布規(guī)律，以適應(yīng)不同的燃燒工況。因此，加到床中的新鮮煤顆粒被相當(dāng)于一個 “大蓄熱池”的灼熱灰渣顆粒所包圍。循環(huán)流化床鍋爐燃燒效率高是因為有下述特點：氣固混合良好； 燃燒速率高，其次是飛灰的再循環(huán)燃燒。而鼓泡流化床鍋爐，脫硫效率要達(dá)到 85～90％ ，鈣硫比要達(dá)到 3～ 4，鈣的消耗量大一倍。循環(huán)流化床鍋爐 NOX 排放低是由于以下兩個原因：一是低溫燃燒，此時空氣中的氮一般不會生成 NOX ；二是分段燃燒，抑制燃料中的氮轉(zhuǎn)化為 NOX ，并使部分已生成的 NOX 得到還原。 (6)負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大，負(fù)荷調(diào)節(jié)快 當(dāng)負(fù)荷變化時，只需調(diào)節(jié)給煤量、空氣量和物料循環(huán)量，不 必像鼓泡流化床鍋爐那樣采用分床壓火技術(shù)。 (7)易于實現(xiàn)灰渣綜合利用 循環(huán)流化床燃燒過程屬于低溫燃燒，同時爐內(nèi)優(yōu)良的燃盡條件使得鍋爐的灰渣含炭量低（含炭量小于 1％ ），屬于低溫?zé)福子趯崿F(xiàn)灰渣的綜合利用，如作為水泥摻和料或做建筑材料。 (9)燃料預(yù)處理系統(tǒng)簡單 循環(huán)流化床鍋爐的給煤粒度一般小于 13mm，因此與煤粉鍋爐相比，燃料的制備破碎系統(tǒng)大為簡化。 方案一：采用單片機(jī)進(jìn)行控制。近年來，單片機(jī)的使用壽命在延長，運(yùn)行速度也在加快，噪聲在降低，可靠性技術(shù)在加強(qiáng) 。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 PLC廠家都生產(chǎn)配套的 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。用 PLC 實施控制，其實質(zhì)是按一定算法進(jìn)行輸入 /輸出變換，并將這個變換給以物理實現(xiàn)，應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場。并且，由于風(fēng)機(jī)長期在額定轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下運(yùn)行 ，電動機(jī)組軸承容易損壞，維修量和維修費(fèi)用較大。隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷增大，作為動力和熱源的鍋爐，也向著大容量、高參數(shù)、高效率的方向發(fā)展。燃燒控制系統(tǒng)又包括 :蒸汽壓力控制系統(tǒng)、 爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)燃燒控制系統(tǒng)。反之在降低時，應(yīng)先降低燃料量后減少空氣量，以保證空氣的完全燃燒。 由于 傳統(tǒng) 鍋爐為非節(jié)能型燃燒方式，控制風(fēng)量靠人工操作風(fēng)道擋板，蒸汽壓力單靠人工控制燃燒不好。通常根據(jù)主蒸汽壓力的變化控制給煤量并控制爐排轉(zhuǎn)速來控制煤在爐膛中的燃燒時間，當(dāng)給煤量變化時，要相應(yīng)地改變一次風(fēng)和二次風(fēng)，使不完全燃燒損失和排煙損失之和為最小，即鍋爐燃燒效率為最高。另外可按智能控制和專家控制的方法自動尋找最佳的燃燒工況。 PLC 輸出信號給執(zhí)行器件，通過控制電磁閥的開度、和電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，對整個燃燒過程進(jìn)行控制。 床溫 的測定一般采用不銹鋼套管熱電偶作一次元件，布置在距布風(fēng)板 200500mm 左右燃燒室密相層中，插入爐墻深度 1525mm，數(shù)量不得少于 2 只。 2. 料層差壓 料層差壓是一個反映燃燒室 床高 的參數(shù)。一般來說，料層差壓應(yīng)控制在 70009000Pa 之間。 另一方面，返料量的多少與鍋爐分離裝置的分離效率有著直接的關(guān)系，也就是說，分離器的分離效率越高，分離出的煙氣中的灰量就越大，從而鍋爐對負(fù)荷的調(diào)節(jié)富裕量就越大，操作運(yùn)行相對就容易一些。對二次風(fēng)量的調(diào)整主要是依據(jù)煙氣中的含氧量多少，通常以過熱器后的氧量為準(zhǔn)，一般控制在 35%左右，如含氧量過高 ，說明風(fēng)量過大，會增加鍋爐的排煙熱損失；如過小 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 又會引起燃燒不完全，增加化學(xué)不完全燃燒損失和機(jī)械不完全燃燒損失。當(dāng)鍋爐的燃燒系統(tǒng)發(fā)生故障或異常時，最先將在爐膛負(fù)壓上反映出來，而后才是火檢 、火焰等的變化，其次才是蒸汽參數(shù)的變化。負(fù)壓太大，爐膛漏風(fēng)量增加，排煙損失增加，引風(fēng)機(jī)電耗增加。典型的小型機(jī)有 SIEMENS公司的 S7200系列、 OMRON公司的 CPM2A系列、 MITSUBISHI公司的 FX 系列和 AB 公司的 SLC500 系列等整體式 PLC 產(chǎn)品。整體式結(jié)構(gòu)餓特點是將 PLC 的基本部件，如 CPU 板、輸入板、輸出板、電源板等緊湊地安裝在一個標(biāo)準(zhǔn)機(jī)殼內(nèi)，構(gòu)成一個整體，組成 PLC 的一個基本單元（主機(jī)）或擴(kuò)展單元。各模塊的功能是獨(dú)立的，外型尺寸是統(tǒng)一的，可根據(jù)需要靈活配置。 一般的 PLC 廠商都提供具有模擬量采集、處理過程和開關(guān)量輸入 /輸出功能的不同型號和規(guī)格的產(chǎn)品，所以選擇的范圍很廣泛。 S7200 具有緊湊的設(shè)計、良好的擴(kuò)展性、低廉的價格以及強(qiáng)大的指令、豐富的 CPU 類型和電壓等級，使其可以近乎完美地滿足小規(guī)模的控制要求，解決用戶的工業(yè)自動化問題 ,具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。 2 路最大可達(dá) 20kHz 的高頻脈沖輸出，可用以驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)以實現(xiàn)準(zhǔn)確定位任務(wù)。 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 圖 圖 是 CPU224 的輸入輸出單元的接線圖。 滿足數(shù)字量的輸出，但需要擴(kuò)展模擬量輸入輸出模塊。 EM232 模塊上部共有 6 個端子，每 3 個點為一組可作 為一路模擬量的輸出通道，共 2 組，對于電壓負(fù)載用兩個端子（如 M0、 V0），電流負(fù)載用 2 個端子（如M0、 I0），模塊下部左端 M、 L+兩端應(yīng)接入 DC24V 電源。 熱電阻雖然在工業(yè)中應(yīng)用也比較廣泛，但是由于他的測溫范圍使他的應(yīng)用受到了一定的限制，熱電阻的測溫原理是基于導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨著溫度的變化而變化的特性。 方案二：采用 熱電偶溫度傳感器 。 閉合回路中產(chǎn)生的熱電勢有兩種電勢組成：溫差電勢和接觸電勢。而剩下的幾個則稱為廉價金屬熱電偶。不同的熱電偶需要不同的補(bǔ)償導(dǎo)線，其主要作用就是與熱電偶連接，使熱電偶的參比端遠(yuǎn)離電源，從而使參比端溫度穩(wěn)定。 經(jīng)過對以上兩種傳感器的比較，設(shè)計選用熱電偶來對溫度進(jìn)行測量。耐急冷急熱性非常好，常溫加熱到 900℃ ，水冷至常溫需 800 次才破裂。 表 ： CFB 鍋爐熱電偶技術(shù)特性： 類 別 代號 分度號 測量范圍（ ℃ ） 允 差 鎳鉻－鎳硅 WRN K 0～ 1200 或 %t 因為熱電偶不能輸出直流的標(biāo)準(zhǔn)信號，設(shè)計還需要為熱電偶選擇合適的溫度變送器將，熱電偶輸出的信號經(jīng)變送器轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)的直流信號后，輸出到 PLC 得模擬模塊輸入端子，實現(xiàn)對溫度參數(shù)的自動控制。 HD01 系列溫度變送器是一種將溫度傳感器 (熱電阻和熱電隅信號 )，經(jīng)全隔離放大轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)直流信號， 從而實現(xiàn)對被測信號精確測量的儀器。 %FS 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 圖 EM235接線圖 壓力檢測儀表 的選型 差壓變送器可以用來把差壓被測參數(shù)轉(zhuǎn)換成為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號，然后將此統(tǒng)一信號輸 入到 PLC 的模擬量擴(kuò)展模塊 ，以實現(xiàn) 對壓差的 自動控制。此時 。 差壓變送器的選擇應(yīng)考慮如下幾方面：技術(shù)性能、量程、防腐材料。 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 量程比比是指變送器最大測量范圍和最小測量范圍之 比，它是變送器的一個重要指標(biāo)。 B0600 系列數(shù)顯微壓、微差壓變送器是利用固態(tài)壓阻微壓傳感器和專用電路組成。100pa ～ 177。此型氧傳感器將氧化鋯燒結(jié)成管狀，并與內(nèi)層與外層涂上白金 (Pt)，這就是氧化觸媒的作用，當(dāng)氧離子移動時即會產(chǎn)生電動勢，而電動勢的大小是依氧化鋯兩側(cè)的白金所接觸到的氧而定，最外層則覆蓋一層保護(hù)殼。 ●采用相變增韌技術(shù)，氧化鋯固體電解質(zhì)管強(qiáng)度高，抗冷熱急變性好。 ●氧量表有 010mA,420mA DC 兩 路隔 離 模擬量輸出。可以對諸多的工業(yè)爐窯、站鍋爐所排放煙氣中的氧量作快速準(zhǔn)確在線檢測分析為及時調(diào)正空燃比提供可靠的技術(shù)參數(shù)，最終達(dá)到經(jīng)濟(jì)燃燒和減少煙氣排放保護(hù)環(huán)境目的。特別采用相變增韌技術(shù)和超細(xì)顆粒注漿成型工藝所生和的電解質(zhì)管壁薄，致密，抗熱沖擊性能好，是等靜壓成型制品所不能媲美的。儀表有氧量 “ O(2) ” ,氧電勢 “ E ” ，溫度 “ ℃ ” 顯示，還具有 010mA,420mA 雙路隔 離 模擬量輸出，帶負(fù)載能力大。 調(diào)節(jié)閥 屬于執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括氣動、電動和液動三大類，但是液動執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用較少，同時氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)中使用最廣泛的是氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)，因此執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇主要是指氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇 。 變頻器 的選型 在 PLC 控制引風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)爐膛負(fù)壓的控制系統(tǒng)中，爐膛負(fù)壓是鍋爐燃燒系統(tǒng)重要的調(diào)節(jié)量，它的好壞影響著燃燒質(zhì)量的好壞以及生產(chǎn)生活的安全， PLC 是一種可編程的控制器，通過它對引風(fēng)機(jī)的控制來調(diào)節(jié)爐膛負(fù)壓，進(jìn)而實現(xiàn)了系統(tǒng)的可靠運(yùn)行， 通過控制柜面板 引 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié) 引 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速 ,在 鼓風(fēng)量 一定的前提下 ,引風(fēng)量隨著爐堂負(fù)壓值的變化自動調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速 ,使鍋爐處于微負(fù)壓下運(yùn)行 。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制 4 個部分組成。例如出廠時設(shè)置 DIN1 為正向運(yùn)行， DIN2 為反向運(yùn)行等，根據(jù)需要通過修改參數(shù)可以改變功能。變頻器提供了三種頻率模擬設(shè)定方式：外接電位器設(shè)定、 010V 電壓設(shè)和 420mA 電流設(shè)定。其功能也是可編程的，如故障報警狀態(tài)指示等?？梢詫崿F(xiàn)對變頻器的遠(yuǎn)程控制，包括運(yùn)行 /停止及頻率設(shè)定控制，也可以與端子控制進(jìn)行組合完成對變頻器的控制。 變頻器有兩種工作方式手動方式與自動方式，由于要實現(xiàn)鍋爐風(fēng)煤比隨鍋爐負(fù)荷變化的自動調(diào)，變頻器采用自動方式。指示燈 HG1 和 HG2 同時點亮以 指示變頻器當(dāng)前工作狀態(tài)， FR 為電動機(jī)熱繼電器常閉觸點。 當(dāng)指示燈 HG1 點亮?xí)r表明 風(fēng)量 波動較大 ， 電動機(jī)轉(zhuǎn)速過 高 不宜長時間運(yùn)行 。對引風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī) 采用閉環(huán)控制，將風(fēng)室的壓力作為反饋量，用變頻器本身具有的 PID 功能組成兩個簡單的閉環(huán)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的給定量又 PLC 經(jīng)過計算后輸出。在運(yùn)行中如直接采用空氣系數(shù)α能比較正確地反應(yīng)燃燒經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)。但是 CO2分析儀表的測量滯后太大，根本不能作為自動控制信號之用，而且煙氣中 CO2的含量和過?？諝庀禂?shù)α之 間的關(guān)系也不是固定不變的，通過實踐認(rèn)識到，比較好的方法是利用氧化鋯直接測量煙氣中的含氧量，一則氧化鋯氧量計滯后時間和慣性小，二則煙氣中的含氧量和過剩空氣系數(shù)之間的關(guān)系比較穩(wěn)定。在這個控制系統(tǒng)中，燃料調(diào)節(jié)器保證經(jīng)濟(jì)燃燒 。分離器分離下來的高溫物料一部分直接返回爐膛 ,另一部分進(jìn)入外置式換熱器 ,外置換熱器入口設(shè)有錐型閥 ,通過調(diào)整錐型閥的開度來控制外置換熱器和回料閥的循環(huán)物料分 配。 900℃ 左右的高溫物料通過外置式換熱器換熱后 ,返回爐膛時基本上只有 400℃ 到 500℃ ,低溫物料進(jìn)入爐膛 ,能降低爐膛內(nèi)床溫 ,將床溫控制在840℃ 左右 ,既能減少爐膛內(nèi)的低溫結(jié)焦和高溫結(jié)焦 ,還能控制氮氧化物的生成量 ,同時 ,在此床溫下 ,通過加入石 灰石粉與爐膛內(nèi)產(chǎn)生的二氧化硫反應(yīng) ,生成硫酸鈣 ,大大降低了二氧化硫的排放量。通常將所測得的風(fēng)室與燃燒室上界面之間的壓力差值作為料層差壓的監(jiān)測數(shù)值，在運(yùn)行都是通過 監(jiān)視料層差壓值來得到 床高 大小的。應(yīng)根據(jù)