1、中国矿业大学徐海学院本 科 生 毕 业 论 文姓 名： 学 号： 学 院： 中国矿业大学徐海学院 专 业： 热能与动力工程 论文题目：300MW 循环流化床机组协调系统控制 策略研究 专 题： 指导教师： 职 称： 2015 年 6 月 徐州中国矿业大学徐海学院毕业论文任务书专业年级 学号 学生姓名 任 务 下 达 日 期 ： 2014 年 12 月 20 日毕业论文日期：2015 年 1 月 20 日至 2015 年 6 月 10 日毕业论文题目：300MW 循环流化床机组协调系统控制策略研究毕业论文专题题目： 毕业论文主要内容和要求：内容： 300MW 循环流化床机组协调系统及实例分析要求
2、： 对 300MW 循环流化床锅炉做简单介绍对协调控制系统做基本介绍电厂协调系统实例分析指导教师签字：摘 要循环流化床锅炉(Circulating Fluidized Bed Boiler，简称 CFBB 或 CFB 锅炉)作为高效、低污染、燃料适应性广、负荷调节性能好的洁净燃煤技术，在全世界受到广泛重视，正在成为燃煤技术的主力军。本文以 300MW 循环流化床锅炉作为研究对象，对循环流化床锅炉的结构、特点、组成、控制系统等做了简要的说明，其中对其协调控制系统做了简要分析。根据理论基础和现场实例，对协调控制系统的原理、组成、功能、分类做了阐述。尤其对协调系统的几个重要组成部分，如主汽压力设定值
3、、锅炉主控、汽机主控、燃料主控进行单独分析说明。关键词：循环流化床； 协调控制； 锅炉主控； 汽机主控ABSTRACTCFBB (Circulating Fluidized Bed Boiler) has many advantages, such as little pollution to the environment, strong fuel adaptability, high boiler thermal efficiency and so on. CFBB becomes one of the best chosen technology for power plant and
4、thermoelectric plant, its proved reliable clean coal burning technology and people regard it.In this paper, 300MW circulating fluidized bed boiler as an object of study, circulating fluidized bed boiler structure, characteristics, composition and control system gives a brief description of its coord
5、inated control system in which a brief analysis. According to the theoretical basis and field examples of coordinated control system theory, composition, function, classification made elaborate. In particular, several important part of the coordination of the system, such as main steam pressure setp
6、oint, the master boiler, the steam machine control, fuel master analyzed separately described.Keywords: circulating fluidized bed; coordinated control; boiler master; steam machine control目 录1 绪论 .11.1 循环流化床锅炉概述 .11.2 循环流化床锅炉发展 .31.2.1 国内外循环流化床锅炉发展趋势 .31.2.2 循环流化床锅炉技术发展趋势 .41.2.3 循环流化床机组结构特点 .51.2.4
7、 循环流化床机组性能特点 .51.3 300MW 循环流化床机组 .61.4 CFB 锅炉协调控制策略的研究现状 .71.5 本章小结 .82 循环流化床锅炉简介及基本控制系统 .92.1 循环流化床锅炉的工艺流程简介 .92.2 循环流化床锅炉组成 .112.2.1 布风装置 .112.2.2 密相区 .112.2.3 稀相区 .112.2.4 床内受热面 .122.2.5 气固分离装置 .122.2.6 返料装置 .132.2.7 排渣装置 .132.2.8 尾部受热面 .142.3 CFB 锅炉协调系统 .142.4 CFB 锅炉燃烧系统 .152.5 CFB 锅炉汽水系统 .152.6
8、 控制系统中的主要控制方式 .152.6.1 单回路控制系统 .152.6.2 串级控制系统 .162.6.3 前馈控制系统 .172.6.4 比值控制系统 .182.7 本章小结 .193 循环流化床机组的协调控制 .193.1 协调控制系统的基本概念 .193.2 协调控制系统的主要功能 .203.3 协调控制系统的原理 .213.4 协调控制系统的组成 .233.5 协调系统的分类 .243.5.1 以炉跟机为基础的协调控制 .243.5.2 以机跟炉为基础的协调控制 .253.5.3 按指令间接平衡的协调控制（DIB） .273.5.4 按指令直接平衡的协调控制（DEB） .303.6
9、 本章小结 .324 300MW 循环流化床机组协调控制系统实例 .324.1 机组负荷指令处理回路 .334.1.1 机组负荷指令处理回路的工作方式 .354.1.2 机组最大可能出力和最小可能出力 .364.1.3.负荷指令的变化速率限制 .364.1.4 负荷指令生成回路 .364.1.5 负荷限制回路 .374.2 压力设定值形成回路 .374.3 锅炉主控制系统 .414.4 汽机主控 .444.5 燃料主控 .474.6 本章小结 .485 结论与展望 .485.1 本文主要研究成果 .485.2 目前存在的问题及下一步研究内容 .49参考文献 .50翻译部分 .52英文原文 .5
10、2中文译文 .61致 谢 .68中国矿业大学徐海学院 2015 届本科生毕业论文01 绪论中国是以煤炭为主的能源消费大国，高效清洁地利用煤炭是国家的基本能源政策，循环流化床（Circulating fluidized bed 以下简称 CFB）燃烧技术作为一种清洁煤燃烧技术，因对优化电力产业结构、降低污染物排放具有重要意义而受到国家的高度重视。近几年来，循环流化床锅炉用于燃煤电站的步伐不断加快，机组大型化势在必行。1.1 循环流化床锅炉概述锅炉是将燃料的化学能转换为热能的装置，锅炉通过燃烧将煤的化学能转换为热能，锅炉按照燃烧方式可分为层燃、煤粉燃烧和流化床燃烧三种方式，相应的锅炉称为层燃炉、煤
11、粉炉和流化床炉 1。流化床锅炉炉膛内气固两相流所采用的流态介乎层燃炉与煤粉炉之间，即流态介于固定床与气力输送状态之间。总体上，随着气体流速的提高，颗粒床层依次从处于固定床状态逐渐转入鼓泡流化床，进而随着气固扰动的进一步加剧而使床层进入湍动流化床状态，随后过度到与鼓泡流化床循环流化床锅炉是在鼓泡流化床锅炉技术的基础上发展起来的新炉型，它与鼓泡床锅炉的最大区别在于炉内流化风速较高（一般为 48m/s），在炉膛出口加装了气固物料分离器，将分离下来的固体颗粒，通过回送装置再次送入炉膛燃烧。CFB 锅炉的工作流程为，煤经由运送皮带等相关传送设备送入然料仓，经破碎机破碎成直径小于 6mm 的颗粒后，与脱硫
12、剂分别由给煤机和给料机从流化床燃烧室布风板上部加入炉膛，并迅速与燃烧室大量高温惰性物料混合，着火燃烧（由于受脱硫最佳温度的限制，炉膛内温度一般保持在850左右），燃烧同时还进行脱硫反映，煤和脱硫剂混合颗粒在较高烟气流速的作用下向炉膛上部运动，在运动过程中，对水冷壁和炉内布置的屏中国矿业大学徐海学院 2015 届本科生毕业论文1式过热器或屏式再热器等受热面放热，粗大粒子进入悬浮区后在重力及外力作用下偏离主气流，贴壁下流，还有大量固体颗粒被烟气流带出燃烧室，由旋风分离器分离出来送回炉膛，再次进行循环燃烧，未被分离的细小粒子随烟气进入尾气烟道，对流式过热器、省煤器和空气预热器进行加热，最后经过布袋除
13、尘器或静电除尘器除尘后，排至大气。循环流化床燃烧过程中，被流化风携带离开炉膛的颗粒进入分离器之后大部分被分离下来，经过回料系统，返送回炉膛形成循环燃烧，这延长了燃料在炉膛内燃烧停留的时间。由于循环燃烧的特点，循环流化床燃烧方式可以在相对较低的燃烧温度下获得与煤粉锅炉较高燃烧温度下同等燃尽水平。CFB 锅炉炉膛内温度一般在 850-920，这样的温度远低于普通煤粉炉中的温度水平，而且低于一般煤的灰熔点，这就免去了灰熔融带来的一系列问题。这种低温燃烧的好处甚多，炉内结渣及碱金属析出均比煤粉炉中要改善很多，对灰特性的敏感性降低，高温灰冷却无需很大空间，氮氧化物生成量低，可于炉内组织廉价高效的脱硫工艺
14、。从燃烧反应动力学角度看，CFB 锅炉内的燃烧反应属于动力控制燃烧区内，相对来说，由于炉内温度不高，并有大量固体颗粒强烈混合，燃料的燃烧速率主要取决于化学反应速率，也就是决定于温度水平，而扩散与质量传递过程不再是控制燃烧速率的主导因素，CFB 锅炉燃料的燃尽度很高，通常情况下，性能良好的 CFB 锅炉燃烧效率可达 98%-99%以上。CFB 锅炉存在由炉膛、分离器和回料系统组成的外循环系统以及循环物料（包括燃料、底渣、循环灰、石灰石及脱硫副产品等）构成的物料外循环过程。而与此同时，炉膛内还存在大量固体物料构成的内循环，即炉膛中心区域颗粒在流化风的作用下向上运动，当达到一定高度后，颗粒沿四周贴壁
15、向下运动构成物料循环过程。整个燃烧过程以及脱硫过程都是在两种形式的循环运动的动态过程中逐步完成的。由于两种循环过程的存在，CFB 锅炉炉内的物料浓度也大大高于普通煤粉锅炉的浓度，这在带来更佳的传热、传质与燃烧特性的同时，也会大大增加对炉内受热面的磨损 2。中国矿业大学徐海学院 2015 届本科生毕业论文2在 CFB 锅炉中，不再有鼓泡床那样清晰的界面，固体颗粒充满整个炉膛，大量的固体物料在强烈湍流下通过炉膛，炉膛内的固体颗粒浓度比较高，而且颗粒不断成团、分解，并向各个方向运动。因此，循环流化床中气固两相的混合比较充分。在这种流动方式下，炉内的热量、质量和动量传递过程是十分剧烈的，并使整个炉膛高
16、度的温度分布变的均匀，通过人为操作改变物料循环量以及炉内固体物料的分布规律，可以改变炉内热量、质量和动量传递过程，从而适应不同燃烧工况的需要。1.2 循环流化床锅炉发展1.2.1 国内外循环流化床锅炉发展趋势近 30 年来，循环流化床锅炉技术在国外得到了快速的发展，国外循环床锅炉的生产主要集中在 FosterWheeler、Ahlstrom 公司和 Asltom 公司旗下的几个子公司。目前，循环流化床锅炉的检验规程和安全规程已列入美国ASME 标准，这是其技术成熟的一个重要标志。 近年来，国外循环流化床锅炉技术快速地往大型化和高参数方向发展。250MW 循环流化床锅炉已于1996 年投入运行，
17、300MW 级的循环流化床锅炉已于 2002 年投入运行，更高容量的 460MW 级、600MW 级超临界循环流化床锅炉已进入设计阶段。我国的循环流化床燃烧技术分为自主开发、国外引进及引进技术的消化吸收三个主要来源。90 年代以来，我国循环流化床锅炉数量和单台容量逐年增加。目前，我国已成为世界上循环流化床锅炉台数最多和总蒸发量最大的国家，总运行台数已超过世界其它地区所有循环流化床锅炉的总和。近年来，在吸收和消化引进技术的基础上，我国自主开发的循环流化床锅炉技术水平有了长足进步，并已在一些核心技术上取得了突破。浙江大学、清华大学等都做出了成功的示范。目前，我国 130t/h 及以下的循环流化床锅炉技术水平已达到或领先于世界先进水平，其他级别的循环流化床锅炉通过消化引进技术和结合自己研发经验的基础上，已基本掌握了设计和制造技术。与世界先进技术水平相比，差距正在逐步缩小。
