循環(huán)流化床（CFB，Circulating Fluidized Bed）鍋爐作為一種高效且環(huán)保的燃燒設(shè)備，在發(fā)電廠和工業(yè)供熱領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。它通過在爐膛內(nèi)構(gòu)建高速流動的顆粒床層，實現(xiàn)燃料的高效燃燒，并且具備處理多種燃料的能力，涵蓋劣質(zhì)煤、生物質(zhì)等。為保障燃燒過程的高效與環(huán)保，精準(zhǔn)控制煙氣中的氧含量顯得非常關(guān)鍵。

燃燒控制系統(tǒng)的特性

對循環(huán)流化床鍋爐的燃燒系統(tǒng)進(jìn)行分析可知，該系統(tǒng)具有多輸入、多輸出以及滯后性顯著等非線性時變特征，各參數(shù)在強耦合狀態(tài)下相互作用，具體表現(xiàn)如下：
其一，在控制某一參數(shù)時，往往受到多個條件變量的影響。例如，在控制煙氣含氧量時，需對一級風(fēng)量、二級風(fēng)量、燃燒量等多個參數(shù)進(jìn)行協(xié)同操作與調(diào)節(jié)。
其二，一個參數(shù)的調(diào)整又會對其他多個參數(shù)產(chǎn)生影響。比如，調(diào)節(jié)一次風(fēng)量時，會波及床溫、煙氣含氧量等參數(shù)。因此，要重視并加強對鍋爐燃燒效率的分析，首先需著重研究各參數(shù)之間的強耦合性。一般的自動控制系統(tǒng)難以勝任此任務(wù)，需采用有效方法對參數(shù)的過度變化情況進(jìn)行控制。

循環(huán)流化床鍋爐煙氣氧含量的控制

控制煙氣氧含量的主要目的在于提高循環(huán)流化床鍋爐的燃燒效率，進(jìn)而實現(xiàn)節(jié)能減排。而要提升鍋爐的燃燒效率，關(guān)鍵在于確保燃料量與空氣量達(dá)到最佳配比。若配比比例不當(dāng)，無論是過大還是過小，都會降低鍋爐的燃燒效率。
當(dāng)空氣比例過大時，會產(chǎn)生額外的能量損耗。由于空氣中氮氣占比達(dá) 79%，而氮氣無法參與燃燒，且在燃燒過程中會吸收一定熱量并排放到大氣中，導(dǎo)致這些熱量被帶走。盡管此類能量損耗難以完全避免，但可通過有效手段加以控制。反之，若運行過程中空氣比例過小，燃料將無法充分燃燒，不僅會造成燃料中熱量的損失，還會產(chǎn)生氫氣和一氧化碳等有毒可燃?xì)怏w，對大氣環(huán)境造成污染。因此，在確保爐膛內(nèi)燃料充分燃燒的前提下，需有效控制鍋爐爐膛的總風(fēng)量，而煙氣氧含量正是衡量空氣是否不足或過剩的重要指標(biāo)。

煙氣氧含量的重要性

燃燒效率：適宜的氧含量能夠確保燃料完全燃燒，提高燃燒效率，減少未燃盡的碳和其他污染物的排放。

環(huán)保要求：氧含量過高會導(dǎo)致氮氧化物（NOx）生成量增加，而氧含量過低則可能引發(fā)一氧化碳（CO）和其他不完全燃燒產(chǎn)物的增多。

經(jīng)濟(jì)性：優(yōu)化氧含量有助于減少燃料消耗，降低運行成本。

控制策略

為有效控制煙氣中的氧含量，通?？刹捎靡韵路椒ǎ?/p>

氧傳感器監(jiān)測

安裝位置：在鍋爐尾部煙道中安裝高精度氧傳感器（如氧化鋯氧傳感器），以實時監(jiān)測煙氣中的氧含量。

數(shù)據(jù)采集與分析：將傳感器采集的數(shù)據(jù)傳輸至控制系統(tǒng)，進(jìn)行實時監(jiān)控與分析。

自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)

風(fēng)量控制：依據(jù)氧含量反饋信息，自動調(diào)節(jié)一次風(fēng)和二次風(fēng)的比例與流量，以維持理想的氧含量。

變頻器控制：利用變頻器調(diào)節(jié)送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而精確控制空氣供給量。

燃燒優(yōu)化

燃料與空氣配比：優(yōu)化燃料與空氣的混合比例，在確保燃料充分燃燒的同時，避免氧氣過剩。

分級燃燒技術(shù)：采用分級燃燒技術(shù)，通過分階段供風(fēng)，減少局部高溫區(qū)域，降低 NOx 的生成。

閉環(huán)控制

PID 控制器：運用 PID（比例 - 積分 - 微分）控制器，根據(jù)設(shè)定的氧含量目標(biāo)值與實際測量值之間的偏差，自動調(diào)整進(jìn)風(fēng)量。

自適應(yīng)控制：結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法，實現(xiàn)對不同工況下的自適應(yīng)控制，進(jìn)一步提升控制精度和響應(yīng)速度。

適用于循環(huán)流化床鍋爐氧含量監(jiān)測的高精度氧化鋯氧傳感器：

工采網(wǎng)提供的英國SST 螺紋式高溫氧化鋯氧氣傳感器(O2傳感器) - O2S-FR-T2-18C用于燃燒監(jiān)視與控制，測量燃燒過程中煙氣的含氧濃度，提高燃燒裝置的燃燒效率、確定燃燒點，將有助于充分燃燒，減少CO2、SOx及NOx的排放，從而為防止全球變暖及空氣污染做出貢獻(xiàn)。

O2S-FR-T2-18C是氧化鋯氧氣傳感器，敏感元件是氧化鋯，采用兩個氧化鋯盤，在其中間是一個密封空間。其中一個盤起的功能是可逆氧氣泵，依次充滿樣品氣和抽空此小空間。另一個盤用于測量氧分壓差比率，得到相對應(yīng)的傳感電壓。氧化鋯盤作為氧氣泵運行時，需要的700°C的溫度由加熱元件產(chǎn)生(配套的電路板O2I-FLEX-092可以提供加熱和線性模擬量輸出功能。)。氧氣泵使小空間范圍內(nèi)達(dá)到額定的小值和大值壓力所花的時間和環(huán)境中氧分壓值具有對應(yīng)關(guān)系。

審核編輯 黃宇