300MW循環(huán)流化床鍋爐控制技術2

云南大唐國際紅河發(fā)電有限責任公司PAGE19300MW循環(huán)流化床鍋爐控制技術探討趙銀王壽福（云南大唐國際紅河發(fā)電有限責任公司，云南開遠661600）摘要：循環(huán)流化床(CirculatingFluidizedBed，以下簡稱CFB)鍋爐技術作為一種清潔燃煤技術，由于其排放污染低、燃料適應性廣、燃燒效率高及負荷適應性強等優(yōu)點，得到了迅猛的發(fā)展，使CFB鍋爐日趨大型化。然而CFB鍋爐的燃燒調節(jié)異常復雜和控制之困難也給CFB鍋爐的推廣起著嚴重的制約作用，所以迫切需要對CFB鍋爐的控制技術進行深入研究。關鍵字：CFB鍋爐燃燒風量煤量風煤比調節(jié)FSSSＭＣＳ一次風二次風高壓流化風爐膛１、前言CFB屬于低溫燃燒，氮氧化物排放遠低于煤粉爐。并可實現(xiàn)燃燒中直接脫硫，脫硫效率高且技術設備簡單和經濟，可以利用燃料自身含鈣量進行自脫硫（如煤質含鈣量較低,需再加入少許的石灰石控制最終的煙氣含硫量），減少對環(huán)境的污染，其脫硫的初投資及運行費用遠低于煤粉爐加FGD。排出的灰渣活性好，易于實現(xiàn)綜合利用，無二次灰渣污染。CFB鍋爐可以將煤礦挑選剩下的煤矸石、劣質煤、煤泥作為燃料來發(fā)電。大型CFB鍋爐的熱效率普遍達90%以上，如今目前300MWCFB鍋爐熱效率典型設計為92.8%。鍋爐負荷可在30%～100%內不投油穩(wěn)定運行，負荷變化響應速率可達5%～10%ECR/MIN，比常規(guī)煤粉爐負荷變化速率（3%～5%ECR/MIN）高。從上面可看出，CFB鍋爐技術相對常規(guī)鍋爐來說是很有發(fā)展前景的一種燃燒技術。在我國目前環(huán)保要求日益嚴格，煤種變化較大和電廠負荷調節(jié)范圍較大的情況下，CFB成為發(fā)電廠和熱電廠優(yōu)選的技術之一，CFB燃燒技術已被運行實踐證明是可靠的潔凈煤燃燒技術，受到人們的高度重視，近年來得到迅速發(fā)展。容量大型化和蒸汽參數(shù)進一步提高是當前CFB鍋爐的主要發(fā)展方向?，F(xiàn)300MW大型CFB鍋爐在國外實際應用已開始，2006年6月云南大唐國際紅河發(fā)電公司300MW循環(huán)流化床鍋爐＃1機組并網(wǎng)發(fā)電，這也是過產第一臺300MW循環(huán)流化床鍋爐，現(xiàn)在已經運行近兩年。CFB鍋爐隨著新技術應用也會遇上一些新問題。雖然CFB鍋爐，尤其是中小型CFB鍋爐已經大量投入商業(yè)化運行,但控制問題一直是循環(huán)床鍋爐的主要問題之一，其燃燒自動控制系統(tǒng)基本投不上，或投入率很低，實際運行中靠手動操作。究其原因，在于CFB鍋爐燃燒系統(tǒng)的復雜性。由于CFBB自身的工藝特點，它比普通鍋爐具有更多的輸入和輸出變量，耦合關系更加復雜。當鍋爐負荷發(fā)生變化時（外擾），或給水量、給煤量、返料量、減溫水量、引風量、一次風量、二次風量等任一輸入量（內擾）改變時，所有輸出量（如汽包水位、蒸汽溫度、蒸汽壓力、爐膛負壓、氧量、床溫等）都要發(fā)生變化，但程度有所不同。一般CFB除燃燒控制系統(tǒng)外，其它控制與一般煤粉爐差別不大，可按一般煤粉爐進行控制，而且這些控制方法已經成熟，控制效果比較滿意。但在燃燒控制上確實需要特別研究。2、CFB鍋爐工藝流程以圖1為例，簡單說明300MWCFB鍋爐的工藝流程（汽水系統(tǒng)因和常規(guī)煤粉鍋爐類似，略）。其中：1—燃燒室2—旋風分離器3—煙氣加熱器：包括過熱器、再熱器、省煤器、空預器4—外置床換熱器5—二次風6—一次風7—錐形閥8—石灰石加料裝置9—給煤裝置圖1：300MWCFB鍋爐工藝簡圖燃燒系統(tǒng)的流程：原煤破碎、篩選后送煤斗，經計量式給煤機進入燃料室底，與爐底來的熱一次混合成氣、固流化物燃燒。熱二次風從燃燒室中下部補入，以提供進一步燃盡所需的空氣。石灰石粉經加料裝置加入燃燒室主燃燒區(qū)，在料床溫度為850℃～950℃的較佳脫硫溫度下與硫反應，生成比較穩(wěn)定的硫化鈣，除去煤中的硫，大大減少煙氣中SO燃燒室出口裝有4組高溫分離器，用于分離煙氣與未燃盡的粗顆粒。分離出的顆粒經錐閥，根據(jù)控制床溫、再熱汽溫主參數(shù)的情況，調節(jié)直接返回鍋爐的循環(huán)料量和經加熱器返回鍋爐料量的比例。在加熱器中，兩組裝中溫過熱器，兩組裝末級再熱、低溫過熱器。調節(jié)裝有再熱器的回料錐形閥，用于調節(jié)再熱出口汽溫度；調節(jié)裝有中溫過熱器的回料錐形閥，則用于調節(jié)鍋爐料床溫度，過熱汽溫的主要調節(jié)是通過三級過熱減溫水實現(xiàn)的。尾部煙道布置有末級過熱器、低溫再熱器、省煤器和空氣預熱器，吸收煙氣余熱。煙氣經除塵器，由吸風機送入煙囪后，排入大氣。燃燒產生的灰渣，通過冷渣器冷卻后排出。同時通過調節(jié)灰渣的排放量，來控制鍋爐料床的高度，滿足運行的安全、經濟性要求。3、控制系統(tǒng)配置300MWCFB鍋爐機組的控制系統(tǒng)典型配置：主控系統(tǒng)采用日立的HIACS-5000M型DCS系統(tǒng)，單元機組I/O點量：約4530點。主控系統(tǒng)功能含：DAS、MCS、SCS、FSSS、BPS等。汽機的監(jiān)控包括DEH、MEH、ETS、METS、TSI、TDM等。而輔機程控系統(tǒng)包括：化水、輸煤、除灰、鍋爐補給水、膠球清洗、凝結水精處理、機組加藥、吹灰、定排等系統(tǒng)。系統(tǒng)功能中，差異和難度最大的為MCS，而其它功能僅因主輔設備配置不同而與常規(guī)300MW煤粉爐機組有所差異。在下面的內容中將重點介紹MCS。MCS配置包括如下調節(jié)系統(tǒng)：（1）機爐協(xié)調控制系統(tǒng)。分為鍋爐基本、汽機基本和機爐協(xié)調三種運行方式，含ADS、RB、一次調頻等功能在內。（2）燃料調節(jié)。包括4套給煤系統(tǒng)，每套給煤又由三級給煤構成，主要采用第一級稱重變頻給煤機作燃料調節(jié)，其它級的給煤是比例隨動調節(jié)。（3）一次風量調節(jié)。包括2套一次風量調節(jié)門，使一次風量滿足燃料流化和燃燒的要求。（4）一次風壓調節(jié)。包括2套一次風機系統(tǒng)，可調節(jié)一次風機導葉開度改變風機出力，使一次風母管壓力滿足運行要求。（5）二次風風量調節(jié)。包括4套上、下二次風量調節(jié)門，滿足燃料燃燒的二次風量要求，使鍋爐運行達到最佳的含氧量和較高的熱效率。（6）二次風壓調節(jié)。包括2套二次風機系統(tǒng)，調節(jié)二次風機動葉開度改變風機出力，使二次風母管壓力滿足運行要求。（7）爐膛壓力調節(jié)。包括2套吸風機系統(tǒng)，調節(jié)吸風機靜葉開度改變風機出力，使爐膛壓力滿足運行要求。（8）鍋爐床溫調節(jié)。鍋爐設計的2套外置床換熱器，內裝中溫過熱器，用于鍋爐床溫調節(jié)。通過調節(jié)回料錐形閥大小，可調節(jié)從分離器直達燃燒室的料量和經外置床到燃燒室的循環(huán)料量比例大小，來實現(xiàn)鍋爐床溫的調節(jié)。（9）鍋爐床壓調節(jié)。調節(jié)4個排渣器調門，使床壓滿足設定要求，保證鍋爐安全、經濟運行。（10）流化風母管壓力調節(jié)。類似于一次風壓調節(jié)，包括5套流化風機，調節(jié)流化風機導葉開度改變風機出力，使流化風母管壓力滿足運行要求。（11）外置床換熱器流化風量調節(jié)。共4套外置床換熱器，每套含3臺換熱器流化風調門，調節(jié)每臺換熱器流化風調門，使對應風量滿足運行要求。（12）冷渣器流化風量調節(jié)。共4套冷渣器，每套含2臺高壓流化風調門，調節(jié)每臺冷渣器流化風調門，使對應風量滿足運行要求。（13）冷渣器冷卻水流量調節(jié)。每套冷渣器含1臺冷渣器冷卻水流量調門，用于調節(jié)冷渣器出口灰渣溫度滿足運行要求。（14）點火器風量調節(jié)。有1套前墻床槍組、1套后墻床槍組和2套風道燃燒器組共4組啟動燃燒點火器，每組有1臺點火一次熱風量調門，用于調節(jié)點火風量滿足運行要求。(15)二次暖風器溫度調節(jié)。有2組暖風器，每組1臺輔汽至暖風器調門，調節(jié)暖風器出口二次風溫滿足設定要求。（16）石灰石給料調節(jié)。設計有2套給料裝置，對應有2套石灰石給料機，控制給料量滿足脫硫要求。（17）燃油壓力調節(jié)。設計4臺進油調門，分別控制1套前墻床槍組、1套后墻床槍組和2套風道燃燒器組各自的燃油壓力滿足運行要求。（18）過熱汽溫調節(jié)。設計有6套三級減溫水，調節(jié)過熱汽溫滿足進行要求。（19）再熱汽溫調節(jié)。低溫再熱器由2套噴水減溫實現(xiàn)，控制低再溫度滿足運行要求；再熱器出口溫度的調節(jié)由2套外置床再熱器灰料再循環(huán)錐形調節(jié)閥實現(xiàn)。（20）其它汽水系統(tǒng)的自動調節(jié)。主要包括：汽包水位、除氧器水位、凝汽器水位、高/低加水位、給水泵密封水差壓、給水泵最小流量、旁路等調節(jié)。這些調節(jié)與常規(guī)煤粉爐機組的調節(jié)類似，這里就不作介紹了。4、模擬量控制CFB鍋爐的燃燒系統(tǒng)為大滯后、強耦合、多輸入多輸出的非線性時變系統(tǒng)，其動態(tài)特性比較復雜?！ご鬁笾饕憩F(xiàn)為：燃料-主汽壓力，噴水減溫-汽溫，外置床再熱循環(huán)錐形閥-料床溫度，二次風量-氧量，石灰石量-煙氣硫量等響應的時間較長，一般在3～5分鐘左右?！婑詈吓c多輸入多輸出，如：機爐協(xié)調控制系統(tǒng)中汽機調門、鍋爐燃料調節(jié)-負荷、主汽壓力的調節(jié)屬于典型的強耦合與多輸入多輸出系統(tǒng)。·非線性，CFB因燃燒系統(tǒng)的復雜性帶來控制對象的非線性嚴重，據(jù)文獻介紹的某CFB鍋爐根據(jù)現(xiàn)場辨識的煤量-主汽壓力、煤量-床溫被控對象模型中，其增益和時間常數(shù)在不同的鍋爐運行工況下達到兩倍的差別，因此采用單一控制參數(shù)的常規(guī)PID調節(jié)器，達不到較理想的調節(jié)品質。基于CFB鍋爐控制對象上述控制特性，借鑒常規(guī)煤粉爐上已經應用成功的一些策略和經驗，提出在DCS上可實現(xiàn)的控制方案。（1）針對控制對象的大滯后問題，控制中采用串級（如汽溫控制）和特殊的控制方式（如DEB協(xié)調控制中采用汽機一級壓力、汽包壓力變化率較迅速、準確地計算出鍋爐熱負荷）。（2）針對控制對象的強耦合與多輸入多輸出問題，控制中采用解耦、補償控制方式，如DEB協(xié)調控制、比例微分前饋控制等。（3）針對控制對象的非線性問題，控制中采用變參數(shù)自適應PID、函數(shù)線性補償控制等方式。4.1常規(guī)控制4.1.1火力發(fā)電機組DCS模擬量控制系統(tǒng)控制邏輯設計特點DCS模擬量控制系統(tǒng)控制邏輯的設計應具有以下特點，使系統(tǒng)能在各種工況及切換時能安全、穩(wěn)定運行?！じ櫤蜔o擾：系統(tǒng)在手自動切換和各種運行方式切換時，要求實現(xiàn)無擾?！ぷ詣诱{節(jié)完善的邏輯功能：在測量值、執(zhí)行單元故障或邏輯要求時，應自動切為手動；在邏輯要求，應能實現(xiàn)輸出的閉鎖增/減或超馳增/減；邏輯要求時，應能自動投用調節(jié)系統(tǒng)等邏輯功能?！ふ{節(jié)輸出帶多執(zhí)行單元的自動分配功能。設置單個執(zhí)行單元偏置及手動設置單個執(zhí)行單元值后，其他在自動狀態(tài)的執(zhí)行單元應實現(xiàn)自動分配；某一執(zhí)行單元失效（取消分配）后其他在自動狀態(tài)的執(zhí)行單元的自動疊加；可按各執(zhí)行單元出力不同設置分配系數(shù)等功能。4.1.2下面根據(jù)CFB鍋爐的特性，結合常規(guī)鍋爐控制取得的成功經驗，建議MCS的各調節(jié)系統(tǒng)采用以下設計。（1）機爐協(xié)調控制系統(tǒng)。通過調節(jié)鍋爐的燃料和汽機調門開度，實現(xiàn)機組負荷和主汽壓力的控制。根據(jù)控制過程中鍋爐、汽機調節(jié)被控參數(shù)的側重點不同，可分為鍋爐基本、汽機基本和機爐協(xié)調三種方式。機爐協(xié)調控制策略有常規(guī)和各種補償形式設計方案，其中直接能量平衡（DEB）協(xié)調控制方式是一種比較適用、有效的方式。該方式協(xié)調控制是一種考慮了機組能量平衡的自解耦控制，自動補償機組滑壓變動負荷中鍋爐蓄熱、負荷斜坡變化中調節(jié)器靜差。DEB協(xié)調控制方式中所用的主要信號是機組負荷、汽機一級壓力、機前壓力和汽包壓力，調節(jié)輸出仍是鍋爐的燃料和汽機調門。DEB協(xié)調控制方式實用于物質能量平衡的汽包式單元機組，而與鍋爐的燃燒方式無關。DEB協(xié)調控制方式在常規(guī)煤粉爐機組已經成熟應用，在大型CFB機組成功投用的實例也有山東某100MWCFB機組。下面是DEB協(xié)調控制策略介紹：汽機側的負荷，可用下面的式子來表示：TEF=K1*P1+K2*FBP（式1）其中：TEF—TotalEnergyFlow，汽機側的總負荷（MW）。P1為汽機一級壓力，F(xiàn)BP為高旁蒸汽流量，K1、K2為量綱轉換比例系數(shù)。通常在機組帶負荷正常運行后FBP為0，則TEF=K1*P1，以下均以TEF=K1*P1的情況討論。 鍋爐和汽機的負荷關系，可用下式表示：HR=TEF+Cb*PD’ （式2）其中：HR—HeatRelease放熱量，代表鍋爐側的熱負荷（MW）。Cb—鍋爐蓄熱系數(shù)（MW·S/MPa）；PD’—汽包壓力變化率（MPa/S）。P1與TEF成線性關系。對300MW機組，一般滿負荷時TEF=300MW，P1≈12.5MPa可得K1≈24。鍋爐負荷需求NRGD計算模塊，在燃料調節(jié)中作為設定值，使HR滿足NRGD設定要求。其計算式為：NRGD=WT+C1*WT*WT’+C2*PTSPR （式3）其中WT=TEF*PTSP/PT，C1、C2為系數(shù)。WT’為的WT變化率。式中C1*WT*WT’項用于補償燃料調節(jié)作給定值斜坡變化的穩(wěn)態(tài)偏差，其值可在定壓變負荷過程中整定出；C2*PTSPR項用于補償機組作滑壓變化時的吸熱或放熱量。由C2*PTSPR=Cb*PD’，可得：C2=Cb*PD’/PTSPR=Cb*CDT（式4）其中CDT≈PD額/PT額DEB方式的功率調節(jié)由串級PID調節(jié)回路組成。主調節(jié)器的測量值為實發(fā)功率信號，給定值為人工設定值經上下限及速率限值后加一次調頻功率指令而形成的復合功率指令。一次調頻功能可根據(jù)要求投入或切除。副調節(jié)器的測量值是P1。給定值為主調節(jié)器的輸出，副回路的調節(jié)輸出送至DEH，使汽機調門快速定位。在DEB方式中，關鍵參數(shù)鍋爐蓄熱系數(shù)Cb有多種不同的試驗求法，下面針對某一300MW機組，提出以下兩種較常應用且容易實現(xiàn)的實例方法：I、鍋爐負荷HR保持不變（燃燒系統(tǒng)保持手動穩(wěn)定不變）的主汽壓力定速率變化試驗方法a、調整工況使機組在16.2MPa主汽壓力、300MW負荷下穩(wěn)定運行。b、置燃料、送風調節(jié)等燃燒系統(tǒng)在手動運行且保持穩(wěn)定不變。c、投入汽機的壓力調節(jié)，使壓力定值從16.2MPa，以0.15MPa/Min速率變化至16.7MPa。d、記錄TEF、PD等參數(shù)的趨勢曲線和數(shù)據(jù)，見圖2。e、由式（2）可得：T2T1Cb=-∫△TEF(t)dt/(PD|T2-PD|T1)T2T1代入數(shù)據(jù)后求得Cb=6969.4（MW·S/MPa）。II、負荷從一種穩(wěn)定工況變動至另一種穩(wěn)定工況（燃燒系統(tǒng)隨負荷變動）的試驗方法a、機組在300.0MW負荷、16.7MPa額定主汽壓力下穩(wěn)定運行。b、機組以5.0MW/Min的負荷變化率滑壓降至217.9MW。c、記錄：TEF、PD、PT、HR、MW的趨勢曲線和數(shù)據(jù)。d、由式（2），并用燃料量折算的功率值代替HR（HR1=K3·FU，F(xiàn)U為燃料量）可得：T2T1Cb=∫[HR1(t)-TEF(t)]dt/(PD|T2-PD|T1)T2T1代入數(shù)據(jù)后求得Cb=7853.9（MW·S/MPa）。圖2：機組在300MW、16.2MPa時(燃料量保持)變壓力試驗曲線比較：方法2因試驗過程中各主要參數(shù)均在變動，對機組效率影響較大，故求得Cb值其準確性沒有方法1高，方法2與方法1求得Cb值相對誤差為12.7%。方法2因要求機組的運行工況不需專門試驗工況申請即可比較方便求取Cb值，可作為Cb初值的計算。圖3為采用DEB方式控制300MW中速磨煤粉爐機組以6MW/MIN按機組滑壓曲線變負荷的趨勢記錄，這里機組的滑壓曲線為：7.41INPTSP=7.41+0.6193(IN-120)120≤IN≤270（MPa）16.7IN圖中其它的信號為：CC001-機組功率，MM_TOT-給煤量，PTSP-主汽壓力設定值，PT-主汽壓力，P1_PID-汽機一級壓力調節(jié)器。試驗測得實際負荷變化率為4.5MW/MIN，主汽壓力偏差為：[+0.5，-0.1]MPa。圖3：300MW中速磨煤粉爐機組負荷變動趨勢曲線圖（2）燃料調節(jié)，在機組加負荷中，應遵循先加風后加煤的原則；減負荷則先減煤后減風。故采用DEB方式的燃料調節(jié)是接受小選出的鍋爐指令和折算的風量信號，調節(jié)4臺采用分配控制的一級給煤機，最終使被調量熱量信號（HR）滿足鍋爐指令要求?；诒豢貙ο蟮慕o煤率-汽壓特性存在一定的非線性[1]，且控制遲延較大，故應設計變參數(shù)控制。若DCS系統(tǒng)無變參數(shù)自適應調節(jié)模塊，可從調節(jié)模塊輸出串入一乘法模塊，乘法模塊其中的一路為上級輸入，另一路為修正乘數(shù)因子，它是一個曲線函數(shù)，該函數(shù)為鍋爐負荷-被控對象傳函增益曲線函數(shù)的反函數(shù)，被控對象傳函這里是給煤率-汽壓的傳函，其增益可在不同負荷點作階躍擾動試驗求取。乘數(shù)模塊的輸出作給煤量總指令分配塊的輸入。（3）一次風量調節(jié)，由鍋爐指令與鍋爐熱負荷的大選值-一次風量曲線，計算出一次風量設定值，調節(jié)2臺采用分配控制的一次風量調門，使一次風量滿足設定要求。（4）一次風壓調節(jié)，由鍋爐負荷-一次風壓曲線，計算出一次風壓設定值，調節(jié)2臺采用分配控制的一次風機入口導葉，使一次風母管壓力滿足設定要求。（5）氧量調節(jié)，由串級調節(jié)回路組成，副回路由鍋爐指令與鍋爐負荷的大選值*主回路調節(jié)輸出計算出總風量設定值，調節(jié)2臺采用分配控制的二次風量調門，使總風量滿足設定要求；主回路由熱負荷-氧量設定值曲線，作主調器設定值，使氧量滿足設定要求。（6）二次風壓控制，由鍋爐負荷-二次風壓曲線，計算出二次風壓設定值，調節(jié)2臺采用分配控制的二次風機動葉，使二次風母管壓力滿足設定要求。（7）爐膛壓力調節(jié)，由人工設定值，通過調節(jié)2臺采用分配控制的吸風機靜葉，使爐膛壓力滿足設定值要求。同時還應考慮送入爐膛總風量對爐膛壓力的影響，把總風量或者一次與二次風流量調節(jié)輸出作爐膛壓力調節(jié)器的比例前饋。根據(jù)現(xiàn)場使用情況而選用前饋量，因總風量測量波動較大且稍滯后于一、二次風量控制輸出，但一、二次風量控制輸出與對應風量的線性不是很好。（8）鍋爐床溫調節(jié)，鍋爐設計有4套外置床換熱器，其中2套用于鍋爐床溫調節(jié)，另外2套用于再熱出口汽溫調節(jié)。通過調節(jié)2套采用分配控制的錐形閥大小，可調節(jié)從分離器至外置床和燃燒室再循環(huán)灰料比例的大小，實現(xiàn)鍋爐床溫調節(jié)。床溫的設定值由鍋爐熱負荷-床溫曲線給出。另外影響床溫的還有：給煤量、外置床再熱器調節(jié)、一次風/總風比例、上二次風/總二次風比例、料床床壓，在調節(jié)中考慮這些量的前饋補償，補償可采用變系數(shù)比例微分前饋補償，根據(jù)現(xiàn)場的擾動量-床溫、錐形閥調節(jié)-床溫動態(tài)特性確定補償函數(shù)?；诖矞氐挠绊懥慷啵刂粕洗嬖谳^嚴重的非線性，且控制遲延較大，故應像燃料調節(jié)那樣設計變參數(shù)控制，采用變參數(shù)自適應PID模塊，或設計調節(jié)的線性修正曲線。（9）床壓調節(jié)。床壓（即床位）的控制關系到床料的流化質量、經濟燃燒、廠用電率消耗、帶負荷能力等，所以控制好床壓，對CFB鍋爐安全經濟運行具有重要意義。由鍋爐負荷-床壓曲線，計算出床壓設定值，調節(jié)4臺采用分配控制的排渣器調門，使床壓滿足設定要求，保證鍋爐安全、經濟運行。（10）流化風母管壓力調節(jié)。類似于一次風壓調節(jié)，由鍋爐負荷-流化風母管壓力曲線，計算出流化風母管壓力設定值，調節(jié)采用分配控制的5臺運行中的流化風機入口導葉，使流化風母管壓力滿足設定要求。（11）外置床換熱器流化風量調節(jié)。由鍋爐負荷-換熱器流化風量曲線，計算出換熱器流化風量設定值，調節(jié)換熱器流化風調門，使風量滿足設定要求。（12）冷渣器流化風量調節(jié)。由鍋爐負荷-冷渣器流化風量曲線，計算出冷渣器流化風量設定值，調節(jié)冷渣器流化風調門，使風量滿足設定要求。（13）冷渣器冷卻水流量調節(jié)。調節(jié)冷渣器冷卻水流量調門，使冷渣器出口灰渣溫度滿足設定值要求。（14）點火器風量調節(jié)。調節(jié)點火器對應風量調門，使點火風量滿足設定要求。(15)二次暖風器溫度調節(jié)。調節(jié)輔汽至暖風器調門，控制暖風器出口二次風溫滿足設定要求。（16）石灰石給料調節(jié)。由串級調節(jié)回路組成，副回路由給煤量*主回路調節(jié)輸出計算出總石灰石量設定值，調節(jié)2臺采用分配控制的石灰石給料機，使總石灰石量滿足設定要求；主調器設定值由人工輸入，使煙氣二氧化硫含量滿足設定要求。（17）燃油壓力調節(jié)。分別調節(jié)1套前墻床槍組、1套后墻床槍組和2套風道燃燒器組各自的燃油進油調門，使對應的燃油壓力滿足設定要求。（18）過熱汽溫調節(jié)。由三級減溫水共6套串級回路實現(xiàn)過熱汽溫調節(jié)，每級減溫設計為串級調節(jié)。副調節(jié)器控制輸出的減溫水調門，使減溫器出口汽溫滿足主調節(jié)器輸出的設定要求；主調節(jié)器的輸出使下級減溫器入口汽溫滿足鍋爐負荷-下級減溫器入口汽溫曲線設定值要求。同時影響各級過熱汽溫的主要有：床溫錐形調節(jié)閥、高再溫度錐形調節(jié)閥、熱負荷等，在調節(jié)中考慮這些量的前饋補償。（19）再熱汽溫調節(jié)。低溫再熱器由噴水減溫實現(xiàn)，出口再熱汽溫由外置床換熱器錐形閥實現(xiàn)調節(jié)。低溫再熱器噴水減溫由2套左右側串級調節(jié)組成，副調節(jié)器控制減溫水調門，使減溫器出口汽溫滿足主調節(jié)器輸出的設定要求；主調節(jié)器的輸出使外置床再熱器入口汽溫滿足鍋爐熱負荷-外置床再熱器入口汽溫曲線設定值要求；而外置床換熱器錐形閥設計為2套左右側再熱汽出口溫度調節(jié)單回路，其設定值為鍋爐熱負荷-再熱汽出口溫度曲線。同時影響各級再熱汽溫的主要有：鍋爐熱負荷、風量等，在調節(jié)中考慮這些量的前饋補償。（20）其它汽水系統(tǒng)的自動調節(jié)。主要包括：汽包水位、除氧器水位、凝汽器水位、高/低加水位、給水泵密封水差壓、給水泵最小流量、旁路等調節(jié)。這些調節(jié)與常規(guī)煤粉爐機組的調節(jié)類似，這里就不作介紹，在這里要提及的是采用新型控制方式的除氧器與凝汽器水位聯(lián)合控制已在省內300MW機組上成功應用，一樣可在300MWCFB鍋爐機組上推廣應用。4.2智能控制智能控制在國內外CFB鍋爐機組上應用也有比較多的報導。根據(jù)CFB鍋爐結構特點，研究開發(fā)了基于經驗的專家智能控制策略，主要控制系統(tǒng)有爐膛負壓控制、料層差壓控制、主蒸汽溫度控制、減溫噴水控制、汽包水位三沖量與主蒸汽溫度協(xié)議控制和燃燒系統(tǒng)專家智能控制等?；贑FB鍋爐的現(xiàn)場運行經驗，給出了一系列描述鍋爐各控制系統(tǒng)的控制表，尤其是給出了燃燒系統(tǒng)的控制規(guī)則庫，將所有目標參數(shù)進行模糊化設定，所有設定均可在DCS組態(tài)上實時在線修改。該控制系統(tǒng)在浙江嵊州市熱電廠75t/hCFB鍋爐成功投運。根據(jù)CFB鍋爐的動態(tài)特性,提出了仿人智能控制系統(tǒng)。通過現(xiàn)場辯識，對CFB鍋爐的汽壓、床溫被控對象的動態(tài)特性進行了簡單描述，同時為了保證鍋爐經濟燃燒,對鍋爐熱效率實行最優(yōu)控制（調節(jié)二次風,以尋找最佳過剩空氣系數(shù)）?？紤]在送風和引風擾動下的動態(tài)特性，所有動態(tài)特性中的參數(shù)隨鍋爐運行工況的不同而變化。所有控制器均采用仿人智能(IC)控制器，控制器的控制算法中，最為關鍵的是多模態(tài)的特征模型和控制模態(tài)集。實踐證明：當機組負荷在25%～100%之間變化時，該自動控制系統(tǒng)能投入正常運行。對于CFB鍋爐中的兩個強耦合變量：主汽壓力和床溫,國內外常見的控制方法一般是以主汽壓力為主，按最佳風煤比的原則調節(jié)一次風量，同時控制床溫在所要求的范圍內。為了解決這對強耦合變量，有研究者提出了采用模糊控制和廣義預測控制相結合的新控制思路，控制系統(tǒng)中各控制回路均采用模糊控制方案，針對床溫和主汽壓的強耦合，設計了基于廣義預測控制的指導系統(tǒng)，即廣義預測控制器利用CFB鍋爐動態(tài)模型預測床溫和主汽壓，作為床溫調節(jié)控制回路和主汽壓調節(jié)控制回路的給定值，實現(xiàn)了床溫和主汽壓的解耦協(xié)調控制；另有研究者提出了基于多變量頻域理論的補償式解耦控制方法，補償式解耦控制系統(tǒng)直接取用床溫這一波動較大的信號去補償和調整給煤量，直接補償和調整變頻調速器的給煤轉速，不但克服了由于給煤粒度變化引起的煤量變化的強內擾，同時床溫的穩(wěn)定運行也提高了抗負荷變化的外擾能力。5、調試在這里介紹常規(guī)機組的MCS調試和300MWCFB鍋爐機組MCS調試方法。5.1采用DCS實現(xiàn)的MCS控制系統(tǒng)常規(guī)調試5.1.1MCS控制方案的設計和審修根據(jù)機組控制特點，結合廠家提供的設備控制說明和設計單位的設計，以及相關文獻、資料，提出控制方案，討論確定控制方案。5.1.2MCS系統(tǒng)開環(huán)試驗驗證控制方案實施的控制組態(tài)是否正確，主要包括：控制模塊的運算、控制跟蹤、調節(jié)模塊作用方向、調節(jié)器前饋方向、控制邏輯、軟手操輸出定位精度等的試驗驗證，控制系統(tǒng)靜態(tài)參數(shù)設置等內容。5.1.3MCS系統(tǒng)動態(tài)參數(shù)整定根據(jù)運行中人工操作的一些記錄趨勢數(shù)據(jù)和機組設備的一些運行特點，確定調節(jié)系統(tǒng)的一些動態(tài)參數(shù)；根據(jù)運行情況，選擇合適時宜申請調節(jié)系統(tǒng)調節(jié)參數(shù)的整定，通?？勺鞅豢貙ο蟮碾A躍擾動試驗，以了解被控對象的特性，以便計算確定調節(jié)器初參數(shù)。在工況較穩(wěn)定時試投入調節(jié)系統(tǒng)自動，先作階躍定值擾動，根據(jù)趨勢數(shù)據(jù)作調節(jié)參數(shù)的優(yōu)化調整，直到此負荷的調節(jié)品質滿足要求。在設計有變參數(shù)調節(jié)的床溫、燃料等調節(jié)中，需在調節(jié)系統(tǒng)投用的高、中、低負荷點作調節(jié)系統(tǒng)被控對象的階躍擾動試驗，以記錄不同負荷點被控對象的特性和整定相應的調節(jié)參數(shù)。常規(guī)調節(jié)器動態(tài)參數(shù)整包括P、I、D參數(shù)和前饋比例、微分系數(shù)等參數(shù)整定，下面簡單介紹其整定方法：（1）P、I、D參數(shù)整定。其整定方法有基于被控對象數(shù)學模型的理論法和工程經驗法，而經驗法就有圖表整定法、臨界比例帶法、衰減曲線法等多種，這里介紹火電廠比較常用的三種經驗法：圖表整定法、衰減曲線法和臨界比例帶法。A、圖表整定法：根據(jù)被控對象的階躍擾動飛升特性求取的特征參數(shù)（ε、ρ、τ）來整定PID參數(shù)，因篇幅所限這里不介紹被控對象階躍擾動飛升特性特征參數(shù)的求取。下表是根據(jù)經驗總結的當衰減率ψ=0.75時對象特征參數(shù)和調節(jié)器參數(shù)的關系，供整定參考。表1：根據(jù)ε、ρ、τ整定調節(jié)器參數(shù)整定參數(shù)對象調節(jié)器PPIPIDδερτ≤0.2ετ1.1ετ0.8ετ0.2＜ερτ≤1.52.6(ερτ-0.08)/[ρ(ερτ+0.7)]2.6(ερτ-0.08)/[ρ(ερτ+0.6)]3.7(ερτ-0.13)/[ρ(ερτ+1.5)]Ερτ＞1.52/ρ2/ρ1.7/ρTiερτ≤0.2-3.3τ2.5τ0.2＜ερτ≤1.50.8τ/(ερτ)τ/(ερτ)Ερτ＞1.50.6τ0.7τTd(0.15～0.25)TiB、臨界比例帶法：使調節(jié)器只具有P作用，系統(tǒng)投入閉環(huán)運行，調節(jié)δ使系統(tǒng)處于臨界振蕩狀態(tài)，記下此時的比例帶δ*和振蕩周期T*，按表2計算ψ=0.75時的調節(jié)器參數(shù)。表中，括號外的數(shù)值是對于無自平衡能力對象的整定參數(shù)，括號內的數(shù)值是對于有自平衡能力對象的整定參數(shù)。表2：臨界比例帶法整定調節(jié)器器參數(shù)調節(jié)器δTiTdP2δ*（2.4δ*）PI2.2δ*（3δ*）0.85T*(0.6T*)PID1.67δ*（2.1δ*）0.5T*(0.67T*)0.25TiC、衰減曲線法：當生產過程不允許出現(xiàn)等幅振蕩時，可采用衰減曲線法。若調節(jié)器只有P作用，調節(jié)δ使ψ=0.75。設對應的比例帶為δ0.75，振蕩周期為T0.75，則在ψ=0.75時，采用PI調節(jié)器時，可取δ=1.2δ0.75Ti=0.5T0.75采用PID調節(jié)器時，可取δ=0.8δ0.75Ti=0.3T0.75Td=0.25Ti工程實際應用中，因無自平衡能力對象做飛升曲線的條件不多，常采用衰減曲線法整定P、I、D參數(shù)；而自平衡能力對象常根據(jù)飛升曲線的圖表法來整定。串級調節(jié)系統(tǒng)PID整定：先按上述方法整定副回路PID參數(shù)，再把副回路作為一快速比例環(huán)節(jié)，按單回路方式整定主回路。也可以根據(jù)主副調節(jié)器記錄的輸出與被測量對應階躍擾動曲線，按上述方法一次計算主、副調節(jié)器P、I、D參數(shù)。（2）前饋補償器設計和整定前饋是作為快速消除擾動的一種簡單實用的控制方法，其控制策略是在擾動對被控對象發(fā)生作用時，通過設計的前饋通道使擾動輸出反作用方向的量，以抵消擾動對被控對象的作用。通過圖4介紹設計前饋補償器的設計和動態(tài)參數(shù)整定：圖中WGD(s)是對象相對于擾動D(s)輸入時的傳函，WG(s)是輸出對象傳函，WB(s)是調節(jié)器，WBD(s)是前饋補償器傳函。基于前饋補償器的擾動消除原則，有：WGD(s)+WBD(s)WG(s)=0得前饋補償器為WBD(s)=-WGD(s)/WG(s)（式7）如：爐膛壓力調節(jié)中，送風對吸風的前饋補償器因WGD(s)、WG(s)可近似為一階慣性環(huán)節(jié)且時間常數(shù)相同，可設計為純比例前饋補償器。圖4：前饋一反饋自調系統(tǒng)：a)一般形式b)傳遞函數(shù)形式因熱控系統(tǒng)中調節(jié)系統(tǒng)的非線性和時變特點，前饋補償器精確的函數(shù)比較難以得到，故一般前饋補償器設計為比例或比例微分函數(shù)，根據(jù)現(xiàn)場進行擾動試驗整定系數(shù)。因系統(tǒng)的非線性和時變特點，如：給煤量對床溫的前饋補償器應設計為變系數(shù)的比例微分器，并在不同負荷點進行整定。比例系數(shù)整定。前饋補償器一般針對有自平衡對象設計，進行階躍擾動可求得WGD(s)的增益KGD，WG(s)的增益KG，則WGD(s)的增益KGD=-KGD/KG。微分系數(shù)整定。這里的微分為實際微分，使前饋補償器對應為WBD(s)=-WGD(s)/WG(s)的微分時間常數(shù)和增益即可。5.1.4MCS系統(tǒng)投用根據(jù)機組運行工況和MCS特點，逐步整定投用各協(xié)調控制子系統(tǒng)，最后投用機爐協(xié)調控制系統(tǒng)，并作機組負荷變動試驗，要求各調節(jié)系統(tǒng)在試驗中的調節(jié)品質滿足要求。然后進入168小時試運行，在此期間若出現(xiàn)調節(jié)系統(tǒng)不能滿足要求，可分析、調整控制參數(shù)，甚至是控制方案后再投用。5.2CFB鍋爐的MCS系統(tǒng)動態(tài)特性和調試5.2.1鍋爐燃料-主汽汽壓特性 燃料量擾動下汽壓（即被控對象）的動態(tài)特性同汽輪機的調節(jié)有關，有汽輪機調門開度不變或保持汽輪機功率不變方式，所以汽壓的動態(tài)特性分兩種情況討論。（1）汽輪機調門開度不變當燃料量M擾動時，有一定滯后時間τΜ，隨鍋爐的蒸發(fā)量增加，汽包壓力P逐漸增加。由于汽輪機調門開度不變，蒸汽進入汽機的流量隨汽包壓力增加而增加，當蒸汽流量與鍋爐蒸發(fā)量相等時，汽壓維持在一個新的平衡值，系統(tǒng)達到一個新的平衡。燃料擾動下（△M）的汽壓P響應曲線如圖5（a）所示。此時汽壓控制對象具有自平衡能力。圖5：燃料階躍階躍動下，汽壓響應曲線(a)汽機調門開度不變(b)汽機功率不變（2）保持汽輪機功率不變當燃料量M擾動時，為保持汽輪機功率不變，汽輪機調節(jié)會迅速控制汽輪機調門開度，以保持汽輪機耗汽量不變。當蒸汽流量增大（△M）時，汽輪機調門開度減小以減少蒸汽流量，導致汽壓P不斷增加，這時汽壓控制對象具有純滯后的積分環(huán)節(jié)，是一個無自平衡能力對象，如圖5（b）所示。5.2.2汽輪機調門開度改變時汽壓的動態(tài)特性當汽輪機調門開度μT增大，從汽包流向負荷設備的蒸汽量立刻增加，汽包壓力P開始下降。隨汽包壓力下降，從汽包流出蒸汽量逐漸減少，使汽壓下降速度也減慢，最后蒸汽流量趨于平衡，汽壓維持在較低的數(shù)值，是一個有自平衡能力對象，相當于一個慣性環(huán)節(jié)。汽輪機調門開度階躍改變（△μT）時汽壓P響應曲線如圖6所示。汽壓被控對象特性可以參考文獻[1]介紹的75t/hCFB鍋爐在燃燒率擾動及汽輪機采用液壓調速系統(tǒng)時的現(xiàn)場辯識，得到汽壓被控對象的動態(tài)特性：ＧＰ(Ｓ)=(1-ａＳ)/(1+ＴＰＳ)2·Ｋｐ·ｅ-τpＳ(式8)式(8)中，靜態(tài)增益ＫＰ；慣性時間常數(shù)ＴＰ，純滯后時間τp都是隨運行工況的不同而變化的參數(shù)；Ｓ為Laplace算子。當鍋爐負荷在25%～100%范圍內變化時,以上各參數(shù)的變化范圍是：ＫＰ：6～4；ＴＰ：300～150ｓ；τp：100～60ｓ；ａ值基本保持在20ｓ左右。從響應曲線可見，其特性與常規(guī)煤粉爐相似，可以用（式2）表示的鍋爐負荷、汽機負荷與汽壓關系理解其特性曲線，DEB方式機爐協(xié)調也適于其控制。但CFB鍋爐的汽壓被控對象具有比常規(guī)煤粉爐更嚴重的非線性時變和非最小相位二階慣性特性，這給控制帶來不利影響。在控制上需根據(jù)高、中、低不同負荷（100%、65%、30%ECR）段求取不同的被控特性曲線，用變PID參數(shù)調節(jié)，并整定不同負荷下的燃料調節(jié)參數(shù)。5.2.3給煤量-鍋爐床溫特性 影響床溫的因素很多，料層厚度、煤質、空氣量、物料循環(huán)量、給煤量、負荷等變化都會引起床溫的波動，但主要因素是給煤量和空氣量。這里雖然是設計用過熱器外置床再循環(huán)料量來調節(jié)鍋爐床溫，但給煤量是影響床溫的一個主要外擾量。圖6：汽機調門擾動下汽壓響應曲線圖7：給煤量方波擾動時床溫變化曲線給煤量變化對床溫有較大影響，其它條件不變時，給煤量增大或減小都會造成床溫相應升高或降低，但由于煤占床料的比例很?。?%~5%)，床料熱容量很大，給煤量擾動下的床溫變化有個滯后的過程。當煤粒被投入到處于熱平衡狀態(tài)的高溫流化床中