二次风变动引起的蒸汽压力变化分析

循环流化床燃烧系统之所以难以控制，其关键之处在于它有五个输入（给煤量、一次风量、二次风量、引风量、循环物料量）、四个输出 （床温、主蒸汽压力、炉膛负压、含氧量）之间的强烈耦合。而这些耦合关系之中，最重要的就是床温与主蒸汽压力之间的耦合关系。

对床温能够产生影响的因素一般来说有七种：煤种，一、二次风比率，给煤量，煤粉颗粒，循环物料量，排渣以及含氧量。在现场一般可以调节给煤量，一、二次风量。因此实验共分为三个部分，分别调节三个可控制量，即给煤量、一次风量、二次风量，来观察床温和主蒸汽压力的变化。

1.调节给煤量

当给煤量增加3%，即由54%增加到57%，床温的变化如图2-1所示，主蒸汽压力的变化如图2-2所示。

图2-1　燃料量变动引起的床温变化

图2-2　燃料量变动引起的主蒸汽压力变化

由图2-1、图2-2可以看出，3%的给煤量变化引起床温近20℃的变化，引起主蒸汽压力0.14MPa的变化。可以看出，给煤量对床温影响非常大，但在曲线上存在一定的滞后；对主蒸汽压力的影响较大。且床温的变化和主蒸汽压力两者的变化趋势相同。

以上变化也可以通过燃烧的机制分析出来。增加给煤量，床温先降低（使新增给煤能够预热），然后升高，稀相区的温度升高，换热量增加，同样的给水流量，同样的负荷的情况下，主蒸汽压力增加，炉膛出口温度升高，返料温度升高。由此可见，给煤量变化的时候，床温和主蒸汽压力、炉膛出口温度的变化趋势是一致的。减少给煤量的时候，变化趋势则相反。

2.调节一、二次风量

一次风增加1%，床温的变化如图2-3所示，主蒸汽压力变化如图2-4所示；二次风增加10%时，床温变化情况如图2-5所示，主蒸汽压力变化情况如图2-6所示。

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图2-3　一次风变动引起床温变化

图2-4　一次风变动引起的主蒸汽压力变化

由图2-3～图2-6可以看出，风量的变化对于床温的影响很大，对于主蒸汽压力的影响相对而言较小。1%的一次风变化量引起了床温近8℃的变化，而10%的二次风变化量仅仅引起20℃的床温变化。可见，一次风-床温的动态特性的放大倍数较大，采用一次风调节床温比较恰当。目前多数控制系统设计中以一次风为调节床温的主要手段。但是因为一次风量直接关系到炉膛燃烧的经济性和安全性，对床温的影响太大，一旦操作不当，容易引起锅炉熄火；且一旦一次风量过低，就不能维持煤粉的流化程度。根据现场运行人员的经验，一次风量可以波动的区间较小。因此，选用一次风量作为调整床温的手段时，需要对一次风量进行限幅。

图2-5　二次风变动引起的床温的变化

图2-6　二次风变动引起的主蒸汽压力变化

对于实验结果，可以根据燃烧原理进行以下分析：

（1）增加二次风量，则炉膛稀相区内的燃烧将会剧烈，使稀相区的温度增加，炉膛出口温度增加，返料温度增加，床温增加；而稀相区温度的增加导致水冷壁和辐射换热器的换热量增加，因此在同样的给水流量、同样的负荷下，蒸汽的压力增加。由此可见，二次风变化的时候，床温和主蒸汽压力、炉膛出口温度的变化趋势是一致的。

（2）增加一次风量，使得床温降低，另外把床料中的可燃物质被吹到了稀相区，使得床温降低；但是可燃物质进入稀相区，会使得稀相区燃烧剧烈，水冷壁和辐射换热器换热量增加，同样的给水流量和负荷下，蒸汽的压力增加。当然，返料温度增加，但是这个趋势不能抵消一次风对床温的直接降低的趋势，因此，床温的总趋势是下降的。由此可见，一次风变化的时候，床温和主蒸汽压力、炉膛出口温度的变化趋势是相反的。

由上面的分析可知，在循环流化床锅炉的燃烧控制过程中，主要调节手段应该是给煤量和一次风量。