床温控制系统及其非线性关系分析与优化方案

一般来说，床温是通过布置在密相区和炉膛各处的热电偶来监测的。实际控制时将多个测点值经过多选或取均值后引入控制系统。为了降低不完全燃烧损失，提高传热系数，床温要尽可能高一些；然而从脱硫、降低氮氧化物排放和防止床内结焦来考虑，床温应选择低一些。通常将床温控制在850～950℃。

影响床温的因素很多，料层厚度、煤质、空气量、物料循环量、给煤量、负荷变化都会引起床温的波动，但主要因素是给煤量和空气量。负荷变化时，由于给煤量和空气量都随之变化，必然导致其他运行参数的改变。

1.给煤量对床温的影响

给煤量变化对床温的影响是直接和重要的，床温的变化归根到底是由给煤量的变化来影响的。若其他条件不变，给煤量增大或减少都会造成床温相应升高或降低。给煤量对床温的影响是一个有自平衡的过程，即给煤量发生改变以后，床温经过一段时间，总会达到一个新的平衡状态。因此，利用给煤量来调节床温是一个非常有利的手段。但是由于燃料占床料的比例很小 （3%～5%），导致给煤量扰动下的床温变化滞后比较明显；同时当煤粒被投入到处于热平衡状态的高温流化床中，煤粒着火前后的吸、放热也会破坏床内热量平衡，引起床温变化；而且若是改变给煤量来大范围调节床温，必将影响锅炉负荷，影响锅炉的经济运行，因此通常情况下不适用给煤量来调节床温。

2.空气量对床温的影响

在空气量满足锅炉经济运行、过量空气系数符合设计要求的前提下，炉膛温度将随空气量的增加而降低。这是因为在给煤量不变的情况下，冷空气总会起到冷却炉膛的作用。但是，一、二次风对炉膛温度分布的影响是不同的。

循环流化床锅炉中一次风对炉膛温度分布的影响比较复杂，下限是保证床层充分流化 （此时的风量被称为最小流化风量），并提供密相区燃料燃烧所需的部分氧气，以产生足够的热量来维持床温。一次风在炉膛内起到两个作用：一方面是增加空气量，促进燃烧，使得床温上升；另一方面是增加冷空气量，使得床温下降。在低风速时，密相区燃烧所需空气量严重不足，此时增加的一次风量主要用来提供燃料燃烧，而冷却的效果不明显，在这个过程中，一次风量的增加会使床温上升；当一次风量达到一定程度以后，尽管仍然能够促进燃烧，但增加床温的效果将弱于冷却效果，因此一次风量的增加反而会使床温降低。另外，若是保持锅炉整体风量不变，一次风量的增加势必会导致二次风量的减少，使得密相区的燃烧所占份额增加，影响炉膛整体的温度场分布，同时也会导致物料循环量和稀相区颗粒浓度增加，导致传热系数升高，从而影响负荷和床温。可见，一次风对炉膛温度分布的影响是非线性的，用一次风控制床温时应充分考虑这种非线性关系。(www.xing528.com)

二次风主要提供足量氧气使稀相区未燃尽的燃料继续燃烧。通过第二章的实验可以看出，二次风对流化床下部的影响很小，对炉膛出口温度影响较大。可以用二次风量控制炉膛出口温度，既保证了燃烧效率又提高了安全可靠性。

3.物料循环量对床温的影响

物料循环量增加使理论燃烧温度下降，特别是当循环物料温度较低时尤为显著。物料循环量对循环流化床锅炉的燃烧起着举足轻重的作用，因为它实质上是热的载体，它将燃烧室的热量带到炉膛上部，使炉膛内的温度分布均匀，并与水冷壁进行热量交换，相应降低了燃烧室的温度。可以使脱硫、脱硝控制在最佳反应温度。中低温分离器的循环流化床锅炉可以用改变返料量的办法来控制床温，床温升高时可增加返料量来维持床温不变，反之亦然。

目前调整床温的手段主要依靠一次风量。在一些配置了外置换热器的循环流化床锅炉中，也会通过改变外置换热器的灰量来调整床温。一次风量调整床温的控制系统结构如图4-5所示。

图4-5　一次风量调节床温的结构图

使用一次风量调节床温的控制系统中，通常采用单回路控制和双回路控制两种方案，床温的设定值依靠蒸汽负荷而定，控制系统中引入燃料量作为前馈补偿。