浅析生物质直燃锅炉运行机理与控制策略

胡涛+王宏宇

摘要：随着我国对能源需求量的不断增长，石化能源消耗量与日俱增，使得近年来能源、电力供求趋紧，开发与综合利用生物质能等可再生能源显得尤为重要。我国生物质直燃锅炉投运时间不长，在运行控制方面还需要不断完善和发展。本文简单分析了生物质燃料特点及生物质直燃锅炉运行机理，并探讨了相关的运行控制策略。

关键词：生物质；锅炉；运行机理；控制策略、

引言

随着经济的快速发展，我国的资源和能源危机也在加剧，基于可再生能源的发展系统得到电力行业的开发和应用，大量的新能源发电系统得到开发，例如光伏发电系统和风力发电系统。生物质燃料也是一种重要的可再生能源，生物质能发电在可再生能源发电中能质较好，比风电和太阳能发电等发电更加可靠，因此，当前大力发展生物质发电具有重大的现实意义和经济意义。我国生物质电厂所采用的秸秆等生物质直燃发电技术绝大多数都是引进国外的技术，由于燃料特性的差别、锅炉适应性、燃料运行管理等问题，在生物质直燃锅炉运行过程中存在着一系列安全、稳定和经济性问题，因此，如何做好生物质直燃锅炉运行控制成为一种重要的研究课题。

1生物质直燃锅炉运行机理

1.1生物質燃料特点

生物质燃料主要特点为：第一，资源分布范围广而分散，且带有明显的季节性，常见的生物质燃料是农作物的秸秆和林木砍伐加工过程中被抛弃的枝、杆、根、叶、皮和木屑等；第二，燃料种类多，性质差异大，目前我国生物质发电普遍考虑使用多种燃料，经常出现同时使用以农作物秸秆为代表的黄色秸秆和林木枝杆为代表的灰色秸秆的情况，还可能混入稻壳、甘蔗渣等，在密度、水分、发热量、成分、灰熔点等性能方面存在差异；第三，燃料具有低灰分、低含硫量等特点，与煤炭相比，生物质燃料的灰分和硫含量非常低，因此，于烟尘和SO2排放量小；第三，燃料中碱金属及氯的含量又比较高，导致燃烧时产生的烟气有很强的腐蚀性。与此同时，生物质燃烧产生的灰分熔点也比较低，经常发生结焦的现象，因此在高温受热段，必须采取一定措施来防腐蚀、防结焦。

1.2锅炉运行机理

秸秆直接燃烧发电是目前生物质能发电的主要利用行式，其工艺流程是：生物质燃料经收购运送至电厂，经上料系统送入锅炉内进行燃烧。与一般电厂发电原理相同，燃烧后的残渣经过处理形成草木灰，返还农田。生物质燃料锅炉的运行过程图图1所示，需要将生物质燃料经螺旋给料机与播料风混合后推送入锅炉的燃烧室，在炉膛中分层燃烧；之后由给水泵加压后的除氧水加热，使之成为饱和的蒸汽；然后经过热器变成额定要求的高温高压的蒸汽，再汇集到蒸汽母管，推动汽轮机做功，在汽轮机内做完一部分功的蒸汽被抽出，送往工厂各生产热力车间。燃烧产生的烟气经过省煤器、空气预热器后，经烟囱排向大气。

2生物质直燃锅炉运行控制策略

2.1过热汽温度控制

根据运行中的经验，锅炉负荷的变化是造成主汽温度波动的主要原因，而锅炉负荷的变化又很快通过主蒸汽压力的变化反映出来。主蒸汽压力下降，一般是负荷增加，即使锅炉燃烧及时调整，主蒸汽温度暂时还会有所下降，所以应及时减少减温水；反之，主蒸汽压力上升，应增加减温水。所以，在普通的串级PID系统中引入主蒸汽压力设定值减去测量值作为前馈信号，PID串级控制由主、副两个控制回路组成。副控制回路中的调节器根据导前汽温的变化改变减温水量，消除减温系统的内部扰动，对主汽温度进行粗调。当主汽温度偏离给定值时，主调节器输出校正信号，不断调节减温水量，直到主汽温度恢复到给定值，对主汽温度起细调作用。

2.2给水控制策略

给水控制的任务是使给水量适应于锅炉的蒸发量，并维持锅筒水位在规定的范围内。控制汽包水位是通过控制电动给水泵转速和给水调整门开度来实现的，并在起动阶段和正常运行时采用不同的控制策略。在机组起动阶段过程中或负荷低于25%运行时，电动给水泵定速运行，通过电动给水调节阀节流来控制水位，喷水减温阀开度经过其控制回路与给水泵出口压力测量值求偏差作为压力调节器的输入。在机组负荷大于25%时，控制系统切至三冲量控制回路。此时，给水调整阀全开，通过控制给水泵转速来控制给水流量。汽包水位测量信号经过汽包压力校正，给水流量信号经过给水温度校正，蒸汽流量经过热蒸汽压力温度校正。

2.3生物质燃料量控制

锅炉生物质燃料量的控制实际上就是控制给料机的给料频率，当负荷改变时，相应改变给料机的频率，从而调节其送入炉膛内的燃料量。在燃料控制系统中由负荷指令设定和氧量控制信号来确定给料负荷指令，由给料负荷指令和给料机系数经函数运算输出给料设定值；给料设定值分别作用于每条给料线，控制给料机指令。其中，氧量校正信号的确定与负荷有关，由负荷指令设定的氧量设定值和省煤器入口氧量的偏差，经PID控制器调节。控制方案加入氧量校正信号是为保证燃烧时有一定的过量空气量，负荷增加时，先增加燃烧空气再增加燃料量，负荷减少时，先减少燃料再减少入炉的空气量。另外，由于给料设定值是平均分配到每条给料线的每台给料机上的，给料机出力均衡，因此，在控制方案中设计给料机系数这一指令，若个别给料机或某条给料线故障，其余的给料机则要平均承担故障部分的给料量，保持给料稳定。

2.4炉膛负压的控制

炉膛负压控制的目的是保证燃烧的经济性和工人的安全。炉膛负压过大，炉火将从观察孔冒出，同时造成环境污染；炉膛负压过小则会引起漏风量增大，增加引风机的负荷，同时把烟道热量带走，不利于节能。炉膛负压反映了引风量与送风量之间的平衡关系，锅炉烟道对象惯性很小，调节通道和扰动通道的特性都可近似地认为是一个比例环节，所以炉膛负压控制采用具有送风量动态前馈信号的前馈—反馈控制系统，通过调节引风机速度完成的。即用鼓风变频信号作为前馈信号，经动态补偿器运算后与PID调节器输出的矫正信号相加作为引风机的控制信号，以保证调节送风量时同步调节引风量，减少调节过程中炉膛负压的波动，保证炉膛压力平衡。例如，稻壳等生物质燃料难燃尽，要保证稻壳在炉膛内燃尽，应尽量延长其在炉膛内的停留时间，合理调节鼓、引风机的风量。鼓、引风量的大小以稻壳在炉排上呈半悬浮状态为宜，太大的风量会使未燃尽甚至未燃烧的稻壳直接飞出炉膛，反之太小的风量会影响稻壳的悬浮，从而使稻壳的底层无法燃烧，影响锅炉效率。

结束语

总而言之，生物质直燃锅炉运行系统十分复杂，为充分发挥生物质燃料直燃发电技术的优势，相关单位和技术人员需要在全面掌握锅炉燃烧运行原理的基础上，从各个环节加强生物质燃烧控制，进而提升可再生能源的利用效率，为我国新能源发电事业的发展奠定良好的基础。

参考文献

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