循環流化床（CFB，Circulating Fluidized Bed）鍋爐作為一種高效且環保的燃燒設備，在發電廠和工業供熱領域得到了廣泛應用。它通過在爐膛內構建高速流動的顆粒床層，實現燃料的高效燃燒，并且具備處理多種燃料的能力，涵蓋劣質煤、生物質等。為保障燃燒過程的高效與環保，精準控制煙氣中的氧含量顯得非常關鍵。

燃燒控制系統的特性

對循環流化床鍋爐的燃燒系統進行分析可知，該系統具有多輸入、多輸出以及滯后性顯著等非線性時變特征，各參數在強耦合狀態下相互作用，具體表現如下：
其一，在控制某一參數時，往往受到多個條件變量的影響。例如，在控制煙氣含氧量時，需對一級風量、二級風量、燃燒量等多個參數進行協同操作與調節。
其二，一個參數的調整又會對其他多個參數產生影響。比如，調節一次風量時，會波及床溫、煙氣含氧量等參數。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之間的強耦合性。一般的自動控制系統難以勝任此任務，需采用有效方法對參數的過度變化情況進行控制。

循環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流化床鍋爐的燃燒效率，進而實現節能減排。而要提升鍋爐的燃燒效率，關鍵在于確保燃料量與空氣量達到最佳配比。若配比比例不當，無論是過大還是過小，都會降低鍋爐的燃燒效率。
當空氣比例過大時，會產生額外的能量損耗。由于空氣中氮氣占比達 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，還會產生氫氣和一氧化碳等有毒可燃氣體，對大氣環境造成污染。因此，在確保爐膛內燃料充分燃燒的前提下，需有效控制鍋爐爐膛的總風量，而煙氣氧含量正是衡量空氣是否不足或過剩的重要指標。

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. 環保要求：氧含量過高會導致氮氧化物（NOx）生成量增加，而氧含量過低則可能引發一氧化碳（CO）和其他不完全燃燒產物的增多。

3. 經濟性：優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，通常可采用以下方法：

氧傳感器監測

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），以實時監測煙氣中的氧含量。

2. 數據采集與分析：將傳感器采集的數據傳輸至控制系統，進行實時監控與分析。

自動調節系統

1. 風量控制：依據氧含量反饋信息，自動調節一次風和二次風的比例與流量，以維持理想的氧含量。

2. 變頻器控制：利用變頻器調節送風機和引風機的轉速，從而精確控制空氣供給量。

燃燒優化

1. 燃料與空氣配比：優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。

2. 分級燃燒技術：采用分級燃燒技術，通過分階段供風，減少局部高溫區域，降低 NOx 的生成。

閉環控制

1. PID 控制器：運用 PID（比例 - 積分 - 微分）控制器，根據設定的氧含量目標值與實際測量值之間的偏差，自動調整進風量。

2. 自適應控制：結合機器學習算法，實現對不同工況下的自適應控制，進一步提升控制精度和響應速度。