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(dòng)的顆粒床層，實(shí)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(duì)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(shí)變特征，各參數(shù)在強(qiáng)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(shí)，往往受到多個(gè)條件變量的影響。例如，在控制煙氣含氧量時(shí)，需對(duì)一級(jí)風(fēng)量、二級(jí)風(fēng)量、燃燒量等多個(gè)參數(shù)進(jìn)行協(xié)同操作與調(diào)節(jié)。
其二，一個(gè)參數(shù)的調(diào)整又會(huì)對(duì)其他多個(gè)參數(shù)產(chǎn)生影響。比如，調(diào)節(jié)一次風(fēng)量時(shí)，會(huì)波及床溫、煙氣含氧量等參數(shù)。因此，要重視并加強(qiáng)對(duì)鍋爐燃燒效率的分析，首先需著重研究各參數(shù)之間的強(qiáng)耦合性。一般的自動(dòng)控制系統(tǒng)難以勝任此任務(wù)，需采用有效方法對(duì)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(shí)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(huì)降低鍋爐的燃燒效率。
當(dāng)空氣比例過大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生額外的能量損耗。由于空氣中氮?dú)庹急冗_(dá) 79%，而氮?dú)鉄o法參與燃燒，且在燃燒過程中會(huì)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(yùn)行過程中空氣比例過小，燃料將無法充分燃燒，不僅會(huì)造成燃料中熱量的損失，還會(huì)產(chǎn)生氫氣和一氧化碳等有毒可燃?xì)怏w，對(duì)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

1. 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。

2. 環(huán)保要求：氧含量過高會(huì)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。

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

控制策略

為有效控制煙氣中的氧含量，通常可采用以下方法：

氧傳感器監(jiān)測

1. 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(shí)時(shí)監(jiān)測煙氣中的氧含量。

2. 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(shí)時(shí)監(jiān)控與分析。

自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)

1. 風(fēng)量控制：依據(jù)氧含量反饋信息，自動(dòng)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。

2. 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

1. 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(shí)，避免氧氣過剩。

2. 分級(jí)燃燒技術(shù)：采用分級(jí)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

1. PID 控制器：運(yùn)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(shí)際測量值之間的偏差，自動(dòng)調(diào)整進(jìn)風(fēng)量。

2. 自適應(yīng)控制：結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)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。