烟气氧含量的控制通过调节风燃比来控制，而风燃 比的控制一般是通过炉膛的总送风量进行调节。因为循环 流化床锅炉的燃料量随蒸汽负荷变化而变化，当燃料量随 负荷变化时，单单通过氧含量来调节总送风量，往往太过 滞后，同时因为煤质的变化和燃烧工况的不同，燃烧系统 的最佳风燃比并不是一成不变的，合适的方案是以负荷变 化指令为主，来间接地平衡风燃比，然后通过烟气氧含量

  有众多的控制回路。如燃料量控制回路、各类风量控制回 路、炉膛负压控制回路以及料床温度和高度的控制回路等。

  通过分析这些控制回路的相关参数发现，与别的类型 锅炉一样，其典型特征除了多参数、时变、非线性等难点 外，更具有多变量紧密耦合的特性 [5]。表 1 是循环流化床 锅炉的参数耦合关系表，不难发现，其多变量强耦合的特 性涉及燃烧控制管理系统中的各个参数，能够说是牵一发而动 全身。

  5）确保流化效果和循环倍率。返料量和回料量的控制 将会对循环流化床锅炉的循环倍率产生直接影响。

  6）保持合理的料床高度。料床高度与锅炉的安全连续 运行紧密关联，合适的料层厚度，既能使炉料达到完全的 流化状态，又不会让一次风吹灭炉火。

  1.2 燃烧控制管理系统的耦合性 循环流化床锅炉燃烧控制管理系统为实现以上功能，拥

  1.1 燃烧控制管理系统的基本功能 循环流化床锅炉燃烧自动化控制最基本的作用是使燃

  料产生的热量满足锅炉蒸汽负荷的需要。当锅炉负荷需求 改变时，通过改变燃料量来动态地适应负荷的变化。而这 个过程中，还需保证锅炉安全、经济和稳定地运行 [4]。燃 烧控制管理系统主要有以下几个功能 ：

  热强度大、炉膛体积小、负荷调节范围大、灰渣易于实现 综合利用等优点，大范围的应用于工业生产的方方面面 [1]。循 环流化床锅炉的燃料是有一定颗粒度的煤，燃烧过程是处 于流化状态下的，这也是与别的类型锅炉最主要的区别。

  收稿日期：2020-03-16 作者简介：夏车奎（1986-），男，浙江宁波人，硕士，工程师，从事石油化学工业自动化设计工作。

  摘 要 ：循环流化床锅炉（CFBB）具有燃煤效率高、燃料适应性广等诸多优点而大范围的应用于电厂及其他工业生产 过程中。通过一系列分析循环流化床锅炉的燃烧任务与控制特点，发现锅炉燃烧系统是一个具有多参数、非线性的、时变 且多变量紧密耦合的系统，其中烟气氧含量控制的好坏更是提高锅炉燃烧效率，节能环保的关键。为使锅炉运行始 终保持在最佳燃烧点，能够使用带有氧量校正的串级送风调节系统或带氧量校正的送风调节系统。同时在负荷变化 的过程中，为保证送风量始终略大于燃料量，采用燃料、送风的双交叉限制措施。最后，通过在某热岛中心项目所 用的 490t/h 循环流化床锅炉上实施，验证了此烟气氧含量控制方案。

  量可以同时影响主汽压力、过热蒸汽温度、床温、炉膛负 压、烟气含氧量、料层高度、汽包水位等参数。

  因此，锅炉燃烧效率的关键指标，烟气氧含量与其它 参数的这种强烈耦合，造成了锅炉负荷变化时，常规的自 动控制系统很难投入。

  烟气氧含量控制的目的是为了更好的提高循环流化床锅炉的 燃烧效率，进而达到节能减排的效果。然而，为提高锅炉 的燃烧效率，就需要保证燃料量和空气量的最佳配比 。 [8,9] 空气量和燃料量的比例过大或过小，都会降低锅炉的燃烧 效率。空气比例过大，会造成额外的能量损耗，是因为空 气中的 N2 占 79%，而这些 N2 又不参与燃烧，吸收燃烧过 程中的热量后，在排入大气的同时，也带走了热量。虽然 这种能量损耗是不可避免的，但是能设法降低。反之， 空气比例过小，就不能够确保燃料的充分燃烧，不但损失燃 料的热量，燃烧过程中产生的大量 CO，H2 等有毒可燃气 体也会造成大气环境的污染。所以，在保证炉膛中燃料能 够充分燃烧利用的前提下，尽可能地减少进入锅炉炉膛的 总风量是提高循环流化床锅炉燃烧效率的有效方法，而烟 气氧含量就是衡量空气过剩还是不足的较好指标。

  信号来进行修正和微调，以维持炉内燃烧的经济性。如图 2 所示的用烟气氧含量信号校正总送风量反馈信号的控制 方案。

  1.3 燃烧控制管理系统的特点 通过一系列分析循环流化床锅炉的燃烧系统，发现具备滞后

  大、耦合强、多输入多输出的非线]。其强 耦合性在各个参数之间的相互影响，体现在两个方面 ：

  1）一个参数同时受到多个调节变量的影响，以烟气含 氧量为例，其可以用燃料量、一次风量、二次风量、引风 量、排渣量等多个调节变量进行调节。

  1）保持主汽压力平稳。一旦主汽压力发生明显的变化，就表 明锅炉的产汽量和耗汽量不相适应，一定要通过调节燃料量 来改变锅炉的产汽量。

  3）确保锅炉运行的经济性。锅炉燃料量的改变，相应 地应调节锅炉的总风量。

  4）保证脱硫脱硝的效果。为保证锅炉的脱硫效率和较 低的 NO2 排放，需合理地控制料床温度。

  图 1 为能量损失与烟道气成分的关系图。由图可知， 过剩空气越多，能量的损失就越大 ；空气越不足，能量的 损失也会增大。而空气不足还会产生大量的有毒可燃气体， 不但加大能量损失，还造成安全风险和环境污染，所以应 尽可能的避免这种工况。而衡量循环硫化床锅炉燃烧是否充分 的最优指标，就是烟气氧含量。如图 1 所示，只要将燃烧 不充分产生的可燃气体和烟气氧含量这两个参数通过函数 叠加后，会形成另一条曲线，这条曲线就是能量损失曲线。 其随着过剩空气量的增加，先变小后增大，能量损失的最 低点即是锅炉的最佳燃烧点。在这一点上，燃烧损失的能 量最小，效率最高。而实际过程中，由于燃烧是一个动态

  其燃料及脱硫剂经过多次循环，反复地进行燃烧，不但排 放低，也有着与煤粉炉相媲美的燃烧效率 [2]。

  但是，要保证循环流化床锅炉稳定经济地运行，完备 的自动化控制管理系统是不可或缺的。其控制管理系统最重要的包含以 下 3 个关键子系统 ：汽包水位控制子系统、蒸汽温度控制 子系统和燃烧控制子系统，而处于燃烧控制子系统中的烟 气氧含量控制是提高锅炉燃烧效率，节能环保的关键 [3]。

  的过程，很难把燃烧过程始终控制在最佳燃烧点上，它必 定会沿着曲线变化。于是在最佳燃烧点附近，划分出一个 区域，称为理想区域，使得锅炉燃烧效率相比来说较高。可以 利用氧分析仪，先测出烟气氧含量，从而计算出空气燃料 比，也可称之为风燃比或过剩空气系数。循环流化床锅炉 烟气氧含量控制的最终目的，是通过调节风燃比来控制锅 炉燃烧系统的燃烧点，使其尽可能地一直处在理想区域中。

  循环流化床锅炉（CFBB）以其具有燃煤效率高、燃料 适应性广、脱硫效率高、氮氧化物（NOX）排放低、燃烧