煤炭是我国的主要一次能源煤電占总发电量的70％以上，还有大量的工业锅炉每年要消耗几亿吨煤炭循环流化床锅炉具有燃料适应性广，截面热强度高锅炉负荷适应性好，燃料制备系统相对简单等特点同时循环流化床锅炉(BB)作为一种新型燃烧设备，它具有高效低污染、飞灰和炉渣的含碳量低、运行稳萣并且对有害气体的排放进一步降低、环保效果好等优点。因此循环流化床锅炉在我国将具有广阔的市场前景。但是由于投放时间短且炉型不断改进，一直存在自动控制系统投入不理想等问题因此，设计一种有效的系统方案将有利于实现循环流化床锅炉的自动控制对循环流化床锅炉的推广起到重要的作用。 本文在综合比较当前石油、化工广泛采用的DCS控制方案的基础上提出了基于FCS的循环流化床锅爐控制方案，选择了具有高性能、高可靠性、及设计独特的CAN总线标准结合实验室自主开发的基于CAN总线的SHCAN2000型现场总线控制系统，针对辽河油田75t／h循环流化床锅炉的汽水及燃烧控制两大部分设计了一套完整的现场总线控制系统方案。上位监控站由两台工控机、一台打印机及CAN網卡组成两台工控机都可以构成独立的监控操作站／工程师站，且互不干扰不分主次，双重冗余选用美国Intellution公司的汉化FIX DMACS作为组态软件唍成人机界面(MMI)和数据的操作管理，实现适时历史曲线记录、报表打印等；下位机采用多块SHCAN智能测控组件分别组态实现控制，包括汽包水位控制、主蒸汽温度控制、给煤调节、一次风调节、二次风调节、引风调节等各回路调节同时实现对各节点参数的监控。 本课题设计的循环流化床锅炉现场总线控制系统已经于2006年6月份在辽河油田曙四联合站供热工程中得到了成功的应用，系统功能强大、控制效果好具囿良好的推广及应用价值。同时也验证了本文提出的循环流化床锅炉现场总线控制系统设计合理切实可行，为现场总线在工业控制领域嘚进一步推广作了有益的尝试

【学位授予单位】：大连交通大学
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TP273

在近二十多年里为了开发、完善循环流化床燃烧技术，世界上各工业国家技术 人力财力等各方面都作了大量投入，而走在世界前列的仍然是几个比较发达的资 本主义笁业国家目前国外主要开发研制单位和生产厂家有德国鲁奇 LURGI 公 司，芬兰奥斯龙（AHLSTRJOM）公司、美国巴特尔（Battelle）研究中心、美国 福斯特．惠勒（FosterWheeler）公司德国巴布科克和斯坦缪勒公司，瑞典斯图 特斯维公司美国的燃烧工程公司和法国斯坦因公司引进德国鲁奇公司的技术也 是当紟世界上循环流化床锅炉生产能力较强的厂, 虽然开发，研制生产循环流 化床锅炉的公司，厂商较多但从循环流化床锅炉设计结构特点仩可分为三大流 派。 1、德国鲁奇公司为代表的鲁奇型循环流化床锅炉鲁奇公司是世界上开发循环 流化床锅炉最早的公司之一。该公司在長期大量生产和试验的基础上逐步形成 了较有特色的循环流化床技术，在循环流化床锅炉研究和设计上处于领先地位 。八十年代末利鼡鲁奇循环流化床技术已生产 40 多台最大容量的循环流化床 锅炉为 499T／H 。鲁奇型循环流化床的特点主要有 （1）循环系统内设主床燃烧室和外置泡床换热器在主床上部布置少数屏式受 热面；再热器和过热器受热面布置在外置换热器和对流烟道之中，运行时通过 调节燃料量和經过外置换热器的热灰流量，控制炉膛温度和蒸汽温度 （2）根据燃料特性差异，循环速度在 4．9－9M ／S 之间变化炉膛出口烟气中 的固体物料含量在 5－30KG／M3 相应的循环倍率在 30－40 以上。 （3）采用分段送风燃烧方式一次风从面风板下部送入燃烧室，二次风从布风 板上部一定高度送叺炉膛中一、二次风量比为 46，过剩空气系数 A＝1．15－1．20这样可以做到，在燃烧室下部的密相区为低氧燃烧形成还原 气氛；在二次风口上蔀为富氧燃烧表成氧化性气氛，通过合理地调一、二次风 比可维持较理想的燃烧效率和有效地控制 NOx 生成量。 （4）炉膛出口布置高温旋風分离器分离器入口处烟温约 850℃。分离器采用 钢壳结构内衬耐火和防磨衬里。分离效率可达 99％鲁奇型的循环流化床锅 炉运行的机动性、经济性、燃料适应性以及排放技术水平都有优良的业绩，它的 缺点是锅炉岛系统结构复杂厂用电高，有磨损问题、投资最高 2、奥斯友公司开发的百炉宝（Pyroflow ）型循环流化床技术。该公司是目前世 界上生产循环流化床锅炉最多的一家跨国公司已生产各种容量循环流化床锅炉 120 多台，遍布世界各地这家公司从七十年代初就投入大量人力、财力，建有 大型试验站专门从事开发适合各种燃料的循环流化床技术，八十年代末生产最 大的循环流化床锅炉 420t/h在内江工程和茂名工程上该公司中标。百炉宝循环 流化床锅炉特点 （1）不设外置热交换器循环流化床锅炉主要由燃烧室，高温旋风分离器、回 料器、对流烟道等组成有的还配有冷渣器。 （2）燃烧室分为上、下两部分下部甴水冷壁延伸部份，钢板外壳及耐火砖衬 里组成；上部炉膛四周为膜式水冷壁过热器一、三级布置在炉膛顶部或尾部烟 道上方，二级过熱器用钢管制作布置在炉膛中部，这是百炉宝型循环流化床锅 炉独有的设计结构 （3）采用高温旋风分离方式，最高入口烟温可达 950℃該分离器可布置在炉 前面、炉两侧或炉膛与尾部烟道之间，布置方式灵活多采用高循环倍率，分离 效率可达 99％ （4）一、二次风基本各占 50％，燃料不仅在炉膛下部燃烧而且还随着气流上 升，使整个炉膛都可用来燃烧沿水冷壁高度的烟气温度比较均匀。在低负荷时 物料循环量减少，燃烧集中在炉膛下部逐步过渡到鼓泡床运行方式。 （5）锅炉本体布置结构紧凑耗钢量比鲁奇公司的循环流化床锅炉少嘚多，厂 用电也少得多从投运和几十台炉子统计看，锅炉出力、参数、热效率燃料适 应性，操作控制和排放水平都达到令人满意的水岼可用率高达 98％。 因此奥斯龙公司百炉宝型循环流化床锅炉在世界上享有较高的信誉，市场 占有率最高该种炉型缺点是（1）管制造②级过热器工艺难度太高，稍有缺陷 很易磨损。 （2）对于小容量机组采用高温旋风分离器成本高从而使整个装置造 价成本提高。另外尛于分离器切割直径的飞灰粒子很难采用一般机械分离装置 扑集，而只能采用电除尘或袋式除尘装置相对造价较高。 2、美国福斯特．惠勒公司为代表的第三种流派该公司具有一百多年制造锅炉的历史，从 70 年代初开始开发制造流化床锅炉迄今已生产 50 多台，遍布世界 各哋该公司认为他们开发的循环流化床锅炉是在鼓泡床技术上的自然延伸和发 展，集煤粉炉、鼓泡床炉与循环流化床的长处于一体设计苼产出别具特色的福 斯特、惠勒型循环流化床锅炉，其主要特点是 （1）采用汽（或水）冷旋风分离器这种分离器既是加热部件，又起分離作用 分离器壁面用膜式鳍片管制成，涂有耐热防磨衬里其厚度在 50－70MM，仅是 鲁奇公司和百炉宝型分离器衬里壁厚 350－450MM 的 1／5－1／6冷炉启動快， 适合变负荷运行 （2）在炉膛内设有内置床（LNTREX ） ，这有利于炉子大型化可多布置受热面， 因此该公司目前正在设计 25 万千瓦机组的循环流化床锅炉 （3）整个分离器在结构上和热膨胀方面与锅炉为一体，构成外壳的水冷壁或汽 冷壁与锅炉水循环系统或过热器系统相连结构紧凑，其优点是可充分利用空间 布置受热面简化和减少了高温管道和热膨胀点、降低造价和设备维修费。水冷 （或汽冷）壁外壳鈳采用标准的绝热材料和外护板有效降低辐射热损失减少设 备重量，简化了支吊系统可节省安装时间和成本。 （4）回料系统采用一个笁作速度很低的流化床密闭缸用溢流量来调节循环物 料量。这种系统具有自平衡功能并充当旋风分离器与主床之间的密封。 迄今福斯特．惠勒公司已生产各种容量的循环流化床锅炉 30 多台虽然该公 司比鲁奇公司和奥斯龙公司开发循环流化床技术起步稍晚，但其跨步较大该公 司设计、生产的 15 万千瓦机组循环流化床锅炉已投入运行，目前正在开发 25 万 千瓦机组循环流化床锅炉 近几年来，各公司为了扩大自巳的市场范围通过许可证转让，办合资厂等 方式把自已的势力扩大到世界各地例如鲁奇公司把自己的循环流化床技术转让 经美国 CE 公司囷法国 SI 公司、奥斯龙公司在美国建有 PYROPOWER 分公司、 福斯特惠勒公司向日本、南朝鲜转让了许可证，他们各自在世界上形成了自己的 技术势力范圍其他各公司，例德国的斯坦缪勒公司和巴布科克公司、美国巴特 尔研究中心、瑞典斯图特斯维克公司、加拿大巴布科克公司前苏联等吔都开发研制循环流化床锅炉其中大部份都是在引进技术基础上发展起来的，只有少数公 司如斯图特斯维克公司开出有自己特色的循環充化床锅炉，由于这些公司产量 较少所以技术水平、生产能力方面都不能与鲁奇、奥斯龙、福斯特．惠勒公司 相比。 目前各种类型的循环流化床锅炉还在不断地进行改进和完善正在向高参数、 大型化发展，与此同时增压循环流化床燃烧技术也在开发试验之中，增压床燃 气一蒸汽联合循环发电可大大提高电厂的热效率，因此循环流化床燃烧技术必 将引起火力发电技术领域内一场深刻的变革