一、生物质直燃发电的基本原理
生物质能发电主要有两条工艺技术路线，即气化发电和直接燃烧发电，其系统构成和工艺过程有很大的差别。气化发电由于工艺过程复杂,难以适应大规模应用，主要用于较小规模的发电项目。生物质直接燃烧发电则是目前实现规模化应用唯一现实的途径，也是本文讨论的重点。
生物质直燃发电的基本原理是由生物质锅炉利用生物质直接燃烧后的热能产生蒸汽，再利用蒸汽推动汽轮机发电系统进行发电，在原理上与燃煤锅炉火力发电十分类似。通常燃烧发电系统的构成包括生物质原料收集系统、预处理系统、储存系统、热利用系统和烟气处理系统。
生物质燃烧电厂的流程图如图1所示，生物质原料从附近各个收集点运送至电站，经预处理(破碎、分选、压实)后存放到原料存贮仓库，仓库容积至少保证可以存放5天的发电原料量;然后由原料输送装置将预处理的生物质送入锅炉燃烧，通过锅炉换热，利用生物质燃烧后的热能把锅炉给水转化为蒸汽，为汽轮发电机组提供汽源进行发电。生物质燃烧后的灰渣落入出灰装置，由输灰机送到灰坑，进行灰渣处理。烟气经过处理系统后由烟囱排放入大气中，其蒸汽发电部分与常规的燃煤电厂的蒸汽发电部分基本相同。
二、锅炉设备简介
本文以内蒙古西方能源有限公司生物质热电(2×12MW)新建工程为例，介绍生物质直燃发电锅炉的燃烧控制。
该生物质热电厂锅炉型式为单炉排横梁式正转链条角管式锅炉，全膜式壁结构，固态排渣。
锅炉采用单锅筒，横向布置于炉顶前部;炉膛水冷壁分成4个流程，分别为前墙水冷壁、两侧前水冷壁、两侧后水冷壁、隔墙水冷壁。炉膛出口的水平烟道中和尾部烟道中，将过热器分成三级，第一级为高温过热器，第二级第三级为低温过热器。减温型式为喷水减温。尾部采用光管式省煤器及管式空气预热器。锅炉排渣分别经设在每台锅炉两侧的冷渣机冷却后连续排至渣斗，定时排入设在渣斗下的仓泵或发送器，通过正压气力输送系统输送至灰渣仓。
上料及给料系统、燃烧系统是生物质直燃发电厂与常规火电厂在工艺系统上的最大区别。本工程锅炉采用木材点火。锅炉给料分为上下两层炉前给料，上层给料量约为锅炉所需燃料量的2/3，下层给料量约为锅炉所需燃料量的1/3。本工程一台炉设置1个储料仓，9台螺旋给料机，上层6台，下层3台，每台出力为1～3t/h。锅炉主要参数及燃料成分如表1、表2所示。
三、生物质直燃发电锅炉燃烧控制。
3.1 燃料调节系统
为了保证机组满足负荷需求，燃料调节系统的任务是为达到此目的提供合适的燃料，维持锅炉安全经济燃烧。
协调控制系统机理基于直接能量平衡(DEB)控制。锅炉燃料量的测量采用传统的热量信号测量方法。锅炉侧主汽压力调节器经多平衡输出环节去控制炉前给料变频电动机螺旋输送机，通过控制9台炉前给料变频电动机螺旋输送机的开度维持所需的沙柳料的进料量，沙柳料进料量的控制实现自平衡无扰手动/自动切换，每台炉前给料变频电动机螺旋输送机设有M/A控制站，确保系统安全可靠。
当炉前给料变频电动机螺旋输送机的M/A站处于手动状态时，该台炉前给料变频电动机螺旋输送机的开度反馈到多输出平衡环节，使该台炉前给料变频电动机螺旋输送机经手动控制后，总的反馈信号最终等于炉前给料变频电动机螺旋输送机的开度，实现自平衡无扰手/自动切换。
燃料和风量之间设有交叉控制，增负荷先增风再增燃料，减负荷先减燃料后减风量。
3.2 送风自动调节系统
送风调节系统的任务是供给炉膛内燃烧的燃料以合适的风量，保证燃料的合理经济燃烧。其控制机理是通过调节系统控制两台送风机风门的开度，改变进入炉内的总风量。
3.2.1 风量信号的测量与处理
在甲、乙炉膛前风道上装设风量测量装置，经温度补偿计算后作为进入锅炉的总风量信号。
3.2.2 烟气氧量信号
氧量信号采用双支氧化锆进行测量。烟气中的氧量客观地反映了锅炉燃料量和空气量之间的匹配平衡关系。由于进入炉内风量变化到锅炉尾部氧量信号的反映需要较长的时间，而且是一个变化的动态过程，故需对氧量的测量信号进行补偿，系统中是以积分器实现其氧量信号的动态补偿。
烟气中含氧量的大小与负荷有关，负荷变化时，最佳含氧量也随之变化，故系统中取代表蒸汽负荷经过函数 修正的值作为氧量调节的定值，经氧量调节器始终维持烟气氧量为最佳值，从而有效地保证燃烧的经济性。
3.2.3 风量控制
(1)一次风量调节系统
总风量调节系统发出的一次风量指令作为一次风量调节系统的给定值，与一次风量的测量值一起送入PID中进行运算，运算结果去调节一次风机进口风门，以调节送入炉膛的一次风量。一次风量测量值是在考虑了温度修正和压力修正后才送入PID中进行运算的。一次风量指令在进行处理时，需要考虑燃料的特性及负荷变化情况。燃料特性不同时，助燃空气量会有所不同。同时，负荷变化时一次风量占总风量的比例也会发生变化。由于一次风对锅炉床温具有调节作用，故在构造一次风量调节系统时也考虑了床温修正。如果床温偏高，在一定范围内可减少一次风量;如果床温偏低，在一定范围内可增大一次风量。由于床温主要靠燃料供给量及返料来调节，一次风量不作为调节床温的主要手段，故在一次风量调节系统中床温信号仅作为修正信号。
(2)二次风量调节系统
二次风量调节系统采用串级调节系统。烟气含氧量测量值与给定值一起送入主调中进行PID运算，运算结果与总风量调节系统发出的二次风量指令一起进行函数处理后作为副调的给定值，与二次风量测量值进行PID运算，运算结果分为两路作为上部二次风流量和下部二次风流量的调节指令。由于燃料量变化到烟气含氧量变化需要一段时间，故在二次风量调节系统中直接对燃料量进行处理，把其结果作为前馈信号加到调节输出中，以提高调节系统的快速响应性。在对给料量进行处理的 函数中，考虑了负荷指令及一次风量等因素，其运算结果直接叠加到PID运算的输出上。
3.2.4 引风(炉膛负压)调节系统
炉膛压力控制系统的任务是通过调节引风机进口风门的开度，与送风系统相配合，使锅炉压力保持在允许范围内。
为提高系统的可靠性，炉膛压力采用三个变送器优选值。为控制小幅度高频偏差信号引起引风机风门的频繁变化调节，模块设有死区限值器进行处理。为改善炉膛压力的动态响应特性，系统中比例引入送风量指令信号进行前馈控制。此外，在发生燃料跳闸，由于灭火炉膛压力此时将有大幅度的下降，容易引发内爆事故，为了防止由此引起的炉膛内爆事故的发生，控制系统中除设计了与送风指令成比例的前馈信号，通过加法器控制引风机风门，此外，还考虑了较为有效的超弛控制策略。当发生锅炉燃料跳闸时，斜坡发生器立即投入运行，产生一个可调的上升斜坡信号，通过加法器快速降低引风机转速，减少抽出的烟气量，经过一定的延时时间后，斜坡信号自动下降，直到为零，使引风机风门恢复正常运行。为防止炉膛压力变化过大，系统中还设计了方向闭锁控制，当炉膛压力过高时，自动闭锁引风机进口风门的进一步关小。当炉膛压力过低时，自动闭锁引风机进口风门进一步开大。
当炉膛压力变送器故障或风门位置偏大时，发信号报警。
当执行机构均处于非自动状态时，引风调节系统切跟踪，相应地切送风自动控制为跟踪状态。
当下列条件满足时，系统可投入自动。
1)炉膛负压偏差不大
2)输出端无故障
3)输入端无故障
4)无MFT
3.3 报警和联锁
(1)当三个炉膛压力变送器中有一个故障时，自动切换为二选一，并发出报警;一个以上故障时，系统不允许投自动并发出报警。
(2)炉膛的防内爆外爆控制一直是大型锅炉设计控制方案时需要考虑的问题，控制系统应作周密的考虑。当锅炉发生MFT时，炉内压力将会产生瞬间的急剧降落，此时通过设定的函数发生器产生一个斜坡信号，去降低引风机风门，经预定的时间后再恢复正常的控制。
(3)在一定工况下，控制系统能直接闭锁引风机控制。炉膛压力低至极限时，闭锁引风量增大;炉膛压力高至定值时，闭锁引风量减小。
(4)引风机跳闸，保持档板位置不变。
(5)MFT动作时，引风机风门开度关小，并切手动。
(6)吸风自动切手动时，送风自动退出至手动。
