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【摘 要】 循环流化床锅炉和循环流化床锅炉配套系统均存在一定的煤种适应范围（即燃用规定范围内的煤种，应该达到设计效率、保证低负荷稳燃、以及符合安全性和NOx排放等参数的要求），但对于我国的大部分火力发电厂，由于煤种变化大，燃用煤质普遍较差，再加之循环流化床锅炉实际运行中，设备改造、变负荷运行、热力试验间隔时间长等原因，存在循环流化床锅炉燃烧达不到最佳的现象，因此迫切需要通过优化运行，在一定范围内提高机组经济性、安全性和环保性能。在这方面，对循环流化床锅炉燃烧进行优化调整是最有效最直接的手段，所以研究电站循环流化床锅炉燃烧优化技术已成为一项重要的课题。
【关键词】 循环流化床；燃烧优化；节能；改造
一、研究背景
环流化床锅炉采用流态化的燃烧方式，这是一种界于煤粉炉悬浮燃烧和链条炉固定燃烧之间的燃烧方式，即通常所讲的半悬浮燃烧方式。所谓的流态化是指固体颗粒在空气的作用下处于流动状态，从而具有许多流体性质的状态。在循环流化床锅炉炉内存在着大量的床料（物料），这些床料在锅炉一次风、二次风的作用下处于流化状态，并实现炉膛内的内循环和炉膛外的外循环，从而实现锅炉不断的往复循环燃烧。与其他锅炉相比，循环流化床锅炉增加了高温物料循环回路部分即分离器、回料阀。
由于设计原因循环流化床锅炉辅助设备、风机较多，且多属于高压头风机，风机选型余量大，耗电量高，是造成循环流化床机组厂用电率居高不下的主要原因，低负荷时表现更为突出，节流损失大。
因此本文根据机组实际运行情况，专题研究，摸索改进，逐步对系统进行改造优化。
二、相关原理
从循环流化床锅炉燃烧优化技术角度看循环流化床锅炉燃烧优化技术可以分为三类：第一类通过在线检测影响循环流化床锅炉燃烧的重要参数，如一二次风量、烟气含氧量、给煤量、煤质成分、飞灰含碳量、火焰强度等参数实现锅炉的燃烧优化。我国许多火电厂安装了一次风量风速、氧化锆氧量计、飞灰含碳量检测装置等产品，运行人员通过实时的监测烟气氧量、飞灰含碳量、一次风等参数调节锅炉燃烧实现锅炉高效、经济燃烧。这类燃烧优化技术现已占据了主导地位。第二类燃烧优化技术在DCS层面，通过采用先进的控制逻辑、控制算法或人工智能技术实现锅炉的燃烧优化。第三类燃烧优化技术在设备层面，通过燃烧器的优化设计，改造实现锅炉的燃烧优化调整。
先从控制策略方面，建立优化控制规则的寻优与挖掘分析系统。以燃烧状态的检测数据为支撑，形成完整的锅炉运行实时/历史数据库，基于运行数据、试验数据进行寻优和规则挖掘，找出每种工况下最佳一二次风的配风方案，并可根据机组实际运行情况动态自动或手动修正。
该燃烧优化控制系统以实时监测、数据挖掘、性能计算为支撑，通过控制这座桥梁完成对相关系统的控制，最终所有点和算法都交由控制在PLC或者DCS测实现。
首先，离线对电厂历史数据进行挖掘分析，按照负荷、煤质、磨运行情况等进行工况划分，把电厂的实际运行情况划分为若干个区间。然后给出该工况下的最优风门开度形状作为指导，对于挖掘找不到的最优形状的工况，可通过现场燃烧调整试验寻找该工况下的最优形状。PLC侧用于实现塑形，如标准的束腰型开度、正塔型开度、倒塔型开度以及其他结合实际的自定义开度。同时在PLC侧增加一些安全和无扰切换考虑后把满足某一形状的风门开度指令送到DCS，通过DCS控制风门相应挡板开度。当完成某一工况的优化控制过程时，采集数据计算锅炉效率和NOx，并且监视锅炉和汽机运行的相关状态参数，如烟气含氧量、飞灰含碳量、排烟温度、CO浓度、火焰强度、主汽温度、主汽压力、再热蒸汽温度、再热蒸汽压力、总风量、总煤量、一次风量、一次风压等经济性和安全性参数。在满足经济性和安全性约束的前提下，观察锅炉效率否达到期望的优化目标，如果没有达到，继续动态地自动或者手动修正配风，直到满足要求为止。
对风量的调整原则是根据历史优化数据在一次风量满足流化的前提下，相应地调整二次风和返料风量。因为一次风量的大小直接关系到流化质量的好坏，循环流化床锅炉在运行前都要进行冷态试验，在运行时以此作为风量调整的下限，如果风量低于此值，料层就可能流化不好，时间稍长就会发生结焦。对二次风量的调整主要是依据烟气中的含氧量多少，通常以过热器后的氧量为准，一般控制在5-6%左右，如含氧量过高，说明风量过大，会增加锅炉的排烟热损失q2；如过小又会引起燃烧不完全，增加化学不完全燃烧损失q3和机械不完全燃烧损失q4。如果在运行中总风量不够，应逐渐加大风量，满足燃烧要求，并不断调节一、二次风量和返料风量，使锅炉达到最佳的经济运行指标
三、优化控制系统执行的流程是
（1）首先进行工况识别，在线识别当前的煤质、负荷变化等情况，确定锅炉运行在哪个工况区域；
（2）在线计算和监测锅炉热效率、NOx排放等燃烧性能参數，看是否满足目标值，如果满足目标值则不需要调整，如果不满足则执行第三步；
（3）根据工况识别和性能监测结果，动态调整各风风门开度。
（4）再次检查锅炉效率是否满足目标，状态参数是否在经济安全范围内。如果不满足继续循环执行（2）（3）步，直到满足要求为止。
四、结束语
采用优秀历史数据的控制策略充分发挥了DCS技术与功能的优势，确保循环流化床锅炉控制系统在各种工况下都具备自动投运的能力。这就为热电厂高智能化控制和高效率化管理提供了强有力的支撑，从而为供热运营带来可观的经济效益、社会效益和环保效益。
【关键词】 循环流化床；燃烧优化；节能；改造
一、研究背景
环流化床锅炉采用流态化的燃烧方式，这是一种界于煤粉炉悬浮燃烧和链条炉固定燃烧之间的燃烧方式，即通常所讲的半悬浮燃烧方式。所谓的流态化是指固体颗粒在空气的作用下处于流动状态，从而具有许多流体性质的状态。在循环流化床锅炉炉内存在着大量的床料（物料），这些床料在锅炉一次风、二次风的作用下处于流化状态，并实现炉膛内的内循环和炉膛外的外循环，从而实现锅炉不断的往复循环燃烧。与其他锅炉相比，循环流化床锅炉增加了高温物料循环回路部分即分离器、回料阀。
由于设计原因循环流化床锅炉辅助设备、风机较多，且多属于高压头风机，风机选型余量大，耗电量高，是造成循环流化床机组厂用电率居高不下的主要原因，低负荷时表现更为突出，节流损失大。
因此本文根据机组实际运行情况，专题研究，摸索改进，逐步对系统进行改造优化。
二、相关原理
从循环流化床锅炉燃烧优化技术角度看循环流化床锅炉燃烧优化技术可以分为三类：第一类通过在线检测影响循环流化床锅炉燃烧的重要参数，如一二次风量、烟气含氧量、给煤量、煤质成分、飞灰含碳量、火焰强度等参数实现锅炉的燃烧优化。我国许多火电厂安装了一次风量风速、氧化锆氧量计、飞灰含碳量检测装置等产品，运行人员通过实时的监测烟气氧量、飞灰含碳量、一次风等参数调节锅炉燃烧实现锅炉高效、经济燃烧。这类燃烧优化技术现已占据了主导地位。第二类燃烧优化技术在DCS层面，通过采用先进的控制逻辑、控制算法或人工智能技术实现锅炉的燃烧优化。第三类燃烧优化技术在设备层面，通过燃烧器的优化设计，改造实现锅炉的燃烧优化调整。
先从控制策略方面，建立优化控制规则的寻优与挖掘分析系统。以燃烧状态的检测数据为支撑，形成完整的锅炉运行实时/历史数据库，基于运行数据、试验数据进行寻优和规则挖掘，找出每种工况下最佳一二次风的配风方案，并可根据机组实际运行情况动态自动或手动修正。
该燃烧优化控制系统以实时监测、数据挖掘、性能计算为支撑，通过控制这座桥梁完成对相关系统的控制，最终所有点和算法都交由控制在PLC或者DCS测实现。
首先，离线对电厂历史数据进行挖掘分析，按照负荷、煤质、磨运行情况等进行工况划分，把电厂的实际运行情况划分为若干个区间。然后给出该工况下的最优风门开度形状作为指导，对于挖掘找不到的最优形状的工况，可通过现场燃烧调整试验寻找该工况下的最优形状。PLC侧用于实现塑形，如标准的束腰型开度、正塔型开度、倒塔型开度以及其他结合实际的自定义开度。同时在PLC侧增加一些安全和无扰切换考虑后把满足某一形状的风门开度指令送到DCS，通过DCS控制风门相应挡板开度。当完成某一工况的优化控制过程时，采集数据计算锅炉效率和NOx，并且监视锅炉和汽机运行的相关状态参数，如烟气含氧量、飞灰含碳量、排烟温度、CO浓度、火焰强度、主汽温度、主汽压力、再热蒸汽温度、再热蒸汽压力、总风量、总煤量、一次风量、一次风压等经济性和安全性参数。在满足经济性和安全性约束的前提下，观察锅炉效率否达到期望的优化目标，如果没有达到，继续动态地自动或者手动修正配风，直到满足要求为止。
对风量的调整原则是根据历史优化数据在一次风量满足流化的前提下，相应地调整二次风和返料风量。因为一次风量的大小直接关系到流化质量的好坏，循环流化床锅炉在运行前都要进行冷态试验，在运行时以此作为风量调整的下限，如果风量低于此值，料层就可能流化不好，时间稍长就会发生结焦。对二次风量的调整主要是依据烟气中的含氧量多少，通常以过热器后的氧量为准，一般控制在5-6%左右，如含氧量过高，说明风量过大，会增加锅炉的排烟热损失q2；如过小又会引起燃烧不完全，增加化学不完全燃烧损失q3和机械不完全燃烧损失q4。如果在运行中总风量不够，应逐渐加大风量，满足燃烧要求，并不断调节一、二次风量和返料风量，使锅炉达到最佳的经济运行指标
三、优化控制系统执行的流程是
（1）首先进行工况识别，在线识别当前的煤质、负荷变化等情况，确定锅炉运行在哪个工况区域；
（2）在线计算和监测锅炉热效率、NOx排放等燃烧性能参數，看是否满足目标值，如果满足目标值则不需要调整，如果不满足则执行第三步；
（3）根据工况识别和性能监测结果，动态调整各风风门开度。
（4）再次检查锅炉效率是否满足目标，状态参数是否在经济安全范围内。如果不满足继续循环执行（2）（3）步，直到满足要求为止。
四、结束语
采用优秀历史数据的控制策略充分发挥了DCS技术与功能的优势，确保循环流化床锅炉控制系统在各种工况下都具备自动投运的能力。这就为热电厂高智能化控制和高效率化管理提供了强有力的支撑，从而为供热运营带来可观的经济效益、社会效益和环保效益。