大唐保定熱電廠8、9號鍋爐是由四川東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限公司引進(jìn)美國福斯特·惠勒公司技術(shù)制造的國產(chǎn)DG450/9.81-1型單汽包、自然循環(huán)、半露天布置CFB鍋爐，其控制系統(tǒng)采用上海新華控制工程公司的XDPS—400分散控制系統(tǒng)，自2002年11月、2003年4月相繼投產(chǎn)以來，設(shè)備整體運(yùn)行基本正常。但由于各種原因，原床溫控制系統(tǒng)難以投入運(yùn)行，現(xiàn)主要依靠運(yùn)行人員手動調(diào)節(jié)。針對存在的問題，在分析原床溫控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提出負(fù)荷分段控制的思想，對原床溫控制系統(tǒng)進(jìn)行了新的現(xiàn)場組態(tài)與調(diào)試。運(yùn)行效果表明，系統(tǒng)改造后不但自動投運(yùn)率提高，在調(diào)節(jié)精度和快速性方面都有所提高，而且運(yùn)行更穩(wěn)定，多項經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)也有所改善。
　　
　　一、床溫運(yùn)行特性
　　
　　CFB鍋爐與煤粉爐在結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特性上差別zui大的就是燃燒系統(tǒng)。但現(xiàn)階段CFB鍋爐的燃燒特性尚未*了解，因此床溫控制水平及自動投運(yùn)率都很低。鍋爐燃燒控制的難點除了CFB鍋爐的燃燒過程是一個極其復(fù)雜的化學(xué)物理過程外，還有以下3點:（1）多變量、強(qiáng)藕合，當(dāng)負(fù)荷（外擾）或燃料量、返料量、給水量、一次風(fēng)量、二次風(fēng)量、引風(fēng)量等（內(nèi)擾）發(fā)生變化時，蒸汽溫度、蒸汽壓力、爐床溫度、床層差壓、爐頂溫度、汽包水位、爐膛負(fù)壓、煙氣含氧量等均會發(fā)生變化，只是變化程度不同，因此一般按單回路控制方案設(shè)計的控制系統(tǒng)難以實現(xiàn)有效控制;（2）CFB鍋爐是一個大熱慣性系統(tǒng)，爐內(nèi)的熱床料很多，熱容量很大，因此調(diào)節(jié)過程存在很大的延遲和慣性;（3）循環(huán)流態(tài)化是正常工作狀態(tài)，若偏離這一狀態(tài)，燃燒機(jī)理就會發(fā)生變化，控制規(guī)律就不再適用，則會表現(xiàn)出嚴(yán)重的非線性同。
　　
　　床溫是CFB鍋爐需要重點監(jiān)視的主要參數(shù)之一，它直接影響鍋爐能否安全連續(xù)運(yùn)行，并影響著鍋爐運(yùn)行中的脫硫效率及NOx的產(chǎn)生量，床溫的高低直接決定了整個鍋爐的熱負(fù)荷和燃燒效果。根據(jù)燃用煤種的不同，床溫一般在850~950℃范圍內(nèi)變化。對于揮發(fā)分較高的煤種，床溫可以適當(dāng)降低;對于揮發(fā)分較低的煤種，床溫可以適當(dāng)升高。一般床溫控制在850℃左右，此溫度是實現(xiàn)爐內(nèi)脫硫的*溫度，同時NOx的產(chǎn)生量也比較小，這樣，就能在保證較高燃燒效率的同時，降低煙氣污染物的排放量。床溫過低或過高對于CFB鍋爐的安全連續(xù)運(yùn)行都是不利的。床溫過低時，鍋爐效率下降，鍋爐運(yùn)行不穩(wěn)定容易滅火，脫硫效果下降，降低傳熱系數(shù)，嚴(yán)重時會使大量末燃燒的煤顆粒聚集在尾部煙道發(fā)生二次燃燒，密相區(qū)燃燒分額不夠會使床溫偏高而主汽溫度降低;床溫過高時，爐內(nèi)脫硫效率下降，NOx產(chǎn)生量大大增加，CFB鍋爐無法循環(huán)流化燃燒，損壞風(fēng)帽，易造成爐膛料床結(jié)焦而導(dǎo)致停爐。可見控制床溫相對穩(wěn)定是十分必要的。
　　
　　然而運(yùn)行中存在的各種擾動，如負(fù)荷升降、煤質(zhì)變化、給煤量和風(fēng)量變化、排渣不暢等都會造成床溫變化，故需運(yùn)行人員根據(jù)床溫調(diào)節(jié)規(guī)律進(jìn)行正確判斷并調(diào)整。影響床溫的可調(diào)因素包括給煤量、一次風(fēng)量、二次風(fēng)量、爐底排渣量等，但zui重要的是給煤量和一次風(fēng)量。在實際運(yùn)行中，運(yùn)行人員主要通過調(diào)節(jié)給煤量調(diào)節(jié)負(fù)荷，而通過調(diào)節(jié)經(jīng)過布風(fēng)板流化風(fēng)量的大小調(diào)節(jié)床溫。
　　
　　二、床溫控制系統(tǒng)
　　
　　2.1原床溫控制系統(tǒng)
　　
　　原床溫控制系統(tǒng)采用單回路系統(tǒng)，床溫偏差為主控信號，被控量是進(jìn)入爐膛底部的一次風(fēng)量。由于各種原因，該系統(tǒng)投入運(yùn)行后效果不明顯，床溫波動較大，難以達(dá)到穩(wěn)定，經(jīng)常要切手動，原設(shè)計思想未能得到很好體現(xiàn)。分析原因如下:（1）僅通過調(diào)節(jié)進(jìn)入爐膛底部的一次風(fēng)量調(diào)節(jié)床溫，調(diào)節(jié)手法單一，當(dāng)爐膛底部的一次風(fēng)門滿開度時，原床溫控制系統(tǒng)無法再調(diào)節(jié)，只能手動進(jìn)行微量調(diào)煤;（2）只有床溫偏差為控制信號，在燃燒工況發(fā)生變化時，不能及時有效地反映床溫的變化;（3）由于系統(tǒng)存在較大的延遲和慣性，原單回路控制的設(shè)計存在調(diào)節(jié)速度慢、動態(tài)偏差大的缺點。
　　
　　2.2改造后床溫控制系統(tǒng)
　　
　　2.2.1改造的總體方案
　　
　　改造后的床溫控制系統(tǒng)總體采用負(fù)荷分段控制:低負(fù)荷時采用一次風(fēng)控制;中、高負(fù)荷時需考慮執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)裕量，故當(dāng)一次風(fēng)門開度達(dá)到zui大后，若床溫仍未穩(wěn)定，則考慮用給煤量脈動快速調(diào)節(jié)，若還未達(dá)到預(yù)期效果就報警，zui后切到手動調(diào)節(jié)。根據(jù)運(yùn)行人員的經(jīng)驗，整個CFB鍋爐的燃燒過程按不同負(fù)荷可分為3個階段:低負(fù)荷階段（7OMW以下）、中負(fù)荷階段（70~9OMW）、高負(fù)荷階段（9OMW以上）。對應(yīng)不同負(fù)荷分段，床溫設(shè)定值的變化范圍為790~850℃、850~900℃、900~922℃。實際設(shè)計時，應(yīng)把各段范圍折中計算出床溫的設(shè)定值，把浮動范圍定為死區(qū)值。以低負(fù)荷階段為例:820℃為床溫設(shè)定值，死區(qū)值為-30~30℃記。由于上二次風(fēng)自動調(diào)節(jié)煙氣含氧量，因此在不同負(fù)荷下考慮固定下二次風(fēng)門開度（低負(fù)荷:50%;中負(fù)荷:80%;高負(fù)荷:）。
　　
　　為便于實現(xiàn)，不同負(fù)荷分段下可采用統(tǒng)一的控制器，只是引入偏差時，根據(jù)不同的分段，偏差乘以不同的比例系數(shù)。不同負(fù)荷下床溫設(shè)定值應(yīng)不同，因此需要對床溫的設(shè)定值進(jìn)行修正（利用原系統(tǒng)中現(xiàn)有的模塊進(jìn)行折線的擬合，使得不同負(fù)荷分段下有相應(yīng)的床溫設(shè)定值。床溫設(shè)定值的大小是根據(jù)運(yùn)行人員多年實際調(diào)節(jié)經(jīng)驗總結(jié)得到的），以滿足控制的要求。本方案采用的是主汽流量信號對床溫進(jìn)行修正，低負(fù)荷時床溫設(shè)置得較低，以保證穩(wěn)燃;中、高負(fù)荷時床溫設(shè)置得較高，以提高循環(huán)倍率，提高機(jī)組效率。
　　
　　總體上，若床溫偏差小于一定的范圍，控制系統(tǒng)不工作;若床溫偏差超出設(shè)定范圍，控制系統(tǒng)開始工作，調(diào)節(jié)幅度可依據(jù)床溫偏差和床溫變化率的大小來確定。
　　
　　2.2.2改造的具體方案
　　
　　（1）先通過調(diào)節(jié)進(jìn)人爐膛底部的一次風(fēng)量調(diào)節(jié)床溫，當(dāng)一次風(fēng)門滿開度沒有調(diào)節(jié)裕量時，引入給煤量的脈動調(diào)節(jié)。若一次風(fēng)門尚有調(diào)節(jié)裕量，則給煤量由原鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)子系統(tǒng)控制，即給煤量用于調(diào)節(jié)負(fù)荷。
　　
　　（2）一次風(fēng)和給煤量調(diào)節(jié)子系統(tǒng)都引入床溫變化率，作為速度反饋量。其原因在于當(dāng)燃燒工況發(fā)生改變時，床溫變化率比床溫偏差更能及時有效地反映床溫的變化，并能加快調(diào)節(jié)速度，減小動態(tài)偏差。通過對遲延時間的調(diào)整，可加大或減小速度反饋的強(qiáng)弱。現(xiàn)場床溫變化率較小，所以微分作用的介入不會造成執(zhí)行機(jī)構(gòu)的頻繁動作，對附著在床溫檢測信號上的高頻干擾信號增加了濾波功能，進(jìn)一步提高執(zhí)行機(jī)構(gòu)在調(diào)節(jié)過程中的穩(wěn)定性。
　　
　　（3）在一次風(fēng)調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，給煤量脈動調(diào)節(jié)子系統(tǒng)采用串級加前饋控制，系統(tǒng)穩(wěn)定性提高。改造后的系統(tǒng)如圖1所示。　　
　　三、系統(tǒng)仿真試驗
　　
　　3.1一次風(fēng)門有調(diào)節(jié)裕量的情況
　　
　　用一次風(fēng)調(diào)節(jié)時，數(shù)學(xué)模型為
　　
　　因為現(xiàn)場的風(fēng)量測量存在較大誤差，所以不采用風(fēng)量反饋。床溫偏差為主控信號，床溫變化率是引入的速度反饋量，被近代對象是一次風(fēng)機(jī)，被控量是一次風(fēng)機(jī)的風(fēng)門開度。　　
　　（1）階躍響應(yīng)。改造前、后的系統(tǒng)對幅值為10的階躍響應(yīng)信真曲線如圖2所示。由圖2可見，系統(tǒng)改造后超調(diào)量減小1.17%，上升時間縮短305s，峰值時間縮短615s，調(diào)節(jié)時間縮短350s，控制速度加快。　　
　　（2）抗擾性試驗。在300s時，對系統(tǒng)加幅值為10的階躍擾動，其信真結(jié)果如圖3所示。由圖3可見，系統(tǒng)改選后超調(diào)量減小0.5%,上升時間縮短455s，峰值時間縮短570s，調(diào)節(jié)時間縮短420s。而改造前的系統(tǒng)調(diào)節(jié)時間較長，超調(diào)量較大，影響了控制的精度和速度。　　
　　（3）魯棒性試驗。數(shù)學(xué)模型變?yōu)橛糜跈z驗控制系統(tǒng)的魯棒性，其仿真結(jié)果如圖4所示。由圖4可見，系統(tǒng)改造后超調(diào)量減小1.54%，上升時間縮短370s，峰值時間縮短450s，調(diào)節(jié)時間縮短380s。在精度和快速性方面均能滿足要求。
　　
　　3.2一次風(fēng)門沒有調(diào)節(jié)裕量的情況
　　
　　一次風(fēng)門沒有調(diào)節(jié)裕量時，可引入給煤量脈動快速調(diào)節(jié)。床溫偏差仍為主控信號，床溫變化率仍為引入的速度反饋量，給煤量、汽包壓力、主汽流量三者組成的熱量信號為前饋信號，用以消除煤質(zhì)變化帶來的內(nèi)擾。被近代對象是給煤機(jī)，被控量是進(jìn)入爐膛的總給煤量（低負(fù)荷時4臺給煤機(jī)；中、高負(fù)荷時6臺給煤機(jī)同時工作，則控制信號引至6臺給煤機(jī)），總之要使進(jìn)入爐膛的總給煤量達(dá)到要求。　　
　　對系統(tǒng)加幅值為10的階躍定值擾動，其階躍響應(yīng)住址曲線如圖5所示。由圖5可見，引入給煤量脈動調(diào)節(jié)后超調(diào)量減小0.26%，上升時間縮短180s，峰值時間縮短130s，調(diào)節(jié)時間縮短188s，不但控制精度提高，而且控制的速度加快。　　
　　四、現(xiàn)場支行結(jié)果分析
　　
　　根據(jù)改造前、后系統(tǒng)仿真試驗的結(jié)果，在原床溫控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行新的現(xiàn)場組態(tài)，并在穩(wěn)定工況和變工況下進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試（如圖6所示）。改造后的系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行近4個月，對比改造前、后的各項數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)不但系統(tǒng)運(yùn)行更穩(wěn)定，而且在調(diào)節(jié)的精度和快速性方面都有所提高，多項經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)也有所改善：即使煤質(zhì)變化較大，床溫仍控制得較好，爐內(nèi)燃燒狀況良好，燃燒充分，排渣量減少，因此原來冷渣器常堵的情況有很大改善；給水壓力有所提高，其波動范圍小于0.01Mpa，相當(dāng)于給水溫度提高2℃，折合煤耗下降0.3g/（kw.h）；對床溫的設(shè)定值修正后，使系統(tǒng)的靜態(tài)工作點隨負(fù)荷變化而變化，當(dāng)出現(xiàn)擾動時調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)不頻繁動作，在較小的變化范圍內(nèi)就能滿足調(diào)節(jié)需求，因此調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的磨損減小，延長了調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的使用壽命，耗電量減少，節(jié)約了發(fā)電成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益；改造前由于頻繁的手動操作，容易造成運(yùn)行人員的疲勞和麻痹，一旦調(diào)整不當(dāng)，就會造成床溫的大幅度變化，不利于系統(tǒng)的安全運(yùn)行，改造后系統(tǒng)的自動投運(yùn)率提高，運(yùn)行人員的勞動強(qiáng)度減小，系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高，而且節(jié)約了人力資源。
　　
　　五、結(jié)語
　　
　　一次風(fēng)和給煤量調(diào)節(jié)子系統(tǒng)中床溫變化率的引入，給煤量調(diào)節(jié)子系統(tǒng)中串級控制的設(shè)計、前饋信號的引入，床溫廟宇值的修正等方案在改善系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)、提高抗*力及對模型改變時的魯棒性等方面均比系統(tǒng)改選前要*，在實際應(yīng)用中有一定的參考價值。在長期運(yùn)行中，鍋爐本體特性會發(fā)生變化，因此，設(shè)計的控制器參數(shù)需進(jìn)一步優(yōu)化，以滿足控制要求，提高經(jīng)濟(jì)性。