摘  要：根据循环流化床锅炉燃烧的特点，分析其控制系统存在的问题，探讨怎样的控制系统能更适应循环流化床锅炉的控制。循环流化床锅炉所需要控制的各个变量的错综复杂的耦合在一起，所以我们必须找出一种更好的控制方案来为循环流化床锅炉服务。

主题词：循环流化床锅炉  煤粉炉  燃烧机理  控制系统  DCS  模糊控制

1、前言

    煤的循环流化燃烧技术，是20世纪60年代开始发展起来的新型燃煤技术，由于其燃料适应性广、燃烧效率高、氮氧化物排放低、SO2控制廉价、负荷调节比大以及负荷调节快等优点而越来越得到广泛应用，特别是近10来，为了有效保护环境，循环流化床锅炉得到了迅速的发展，并逐渐向高参数、大型化发展。目前，国内已经投产了300MW机组的循环流化床锅炉。

    目前，国内中、大型循环流化床锅炉投运数量越来越多，这些电厂一般采用DCS控制系统进行机组运行控制。DCS控制系统应用于煤粉锅炉经验已经很成熟，而且自动化水平、安全性都比较高。对于国内的循环流化床锅炉，目前的DCS控制系统现状基本是套用煤粉炉的DCS控制逻辑，只是稍加改动；另外基于国内电厂基建现状，多数机组都是在抢工期的情况下投运的，所以留给控制系统研究人员的研究时间几乎没有。然而循环流化床锅炉的燃烧机理十分复杂，循环流化床锅炉的设计尚处于经验设计阶段，系统中变量之间的耦合比较紧密，而且具有严重的非线性。循环流化床锅炉热工自动控制，特别是燃烧自动控制方面的问题已成为其进一步推广应用的主要障碍，循环流化床锅炉的运行自动化已成为其走向实用的关键之一。

2、现状

    在机组基建调试期间，大家对于控制系统一般都是只要能保证锅炉正常启动和停运就行了，至于控制系统的优化、逻辑的优化、自动的投入与优化、锅炉保护的设定等都是简单的在煤粉炉的控制理念下做一些简单修改。然而，循环流化床锅炉和煤粉锅炉从燃烧机理上说有很大的区别，这就决定了控制逻辑及理念应该有很大的不同。所以套用煤粉锅炉的控制理念往往不能适合循环流化床锅炉。这也就是目前为什么许多循环流化床锅炉许多自动投不上、许多保护不敢投等等，从而造成循环流化床锅炉的运行人员数量多，劳动强度高，效率低下等，而且锅炉的运行也极为不稳定。这就给我们的制造厂、电厂及试验研究人员提出了一个课题：如何使DCS控制系统更加适合循环流化床锅炉。

3、循环流化床锅炉燃烧过程自动控制的特点

    循环流化床锅炉不同于煤粉炉，其控制回路多，系统比较复杂，控制系统一般包括以下主要回路：汽包水位控制；过热汽温控制；燃料控制；风量及烟气含氧量控制；炉膛负压控制；床层温度控制；料层高度控制；循环灰控制。对于汽包水位控制和过热汽温控制特性与通常的煤粉炉相同，在此不予以分析，只对与循环流化床锅炉燃烧相关的控制系统的特点进行分析。

    循环流化床锅炉燃烧过程自动控制的基本任务是使送入锅炉内的燃煤燃烧所提供的热量适应锅炉蒸汽负荷的需要，同时还要保证锅炉安全经济运行，燃烧控制系统的任务归纳起来有如下几个方面：

1）、维持主蒸汽压力稳定。汽压的变化表示锅炉的蒸汽量与负荷的耗汽量不匹配，需要相应地改变燃料的供给量，以改变锅炉的蒸发量；
2）、保证锅炉燃烧过程的经济性。改变燃料量的同时，相应地调节送风量，使之与燃料量匹配，保证锅炉燃烧的经济性； 
3）、引风量与送风量相配合以保证炉膛压力在正常的范围内，保证炉膛的安全运行；
4）、床层温度是一个直接影响锅炉能否安全连续运行的重要参数，同时也直接影响锅炉运行中的脱硫效率及NOx的产生量。一般情况下860℃左右床温是炉内脱硫的最佳温度，同时NOx的产量也较低。床温过低不但使锅炉效率下降，而且是锅炉运行不稳定容易灭火；床温过高会使脱硫效率下降、NOx产量大大增加，同时容易造成炉膛床料结焦，无法流化燃烧而导致停炉。由此可见，床层温度是循环流化床锅炉运行极为重要的参数；
5）、料层高度控制也与锅炉安全连续运行密切相关，料层太厚，会把一次风的“风头”压住，使炉料不能达到完全流化状态；料层太薄，不仅不满足负荷要求，而且会使一次风穿透料层吹灭炉火；
6）、循环灰控制将直接影响锅炉的循环倍率，也对床温有一定的影响。 

4、循环流化床锅炉燃烧过程自动控制的实现

    循环流化床锅炉是一个典型的多变量被控对象，但由于对它的系统的研究不够完善，还缺乏经验及深人的了解，所以在设计、分析、研究其控制系统时只能仍采用传统的方法。目前循环流化床锅炉控制系统设计仍采用常规PID控制，通常由燃料控制、总风量控制、一次风控制、二次风控制、燃烧室负压控制、床温控制、料层高度控制、循环灰控制等几个有机联系的控制单元构成。即人为地把被控对象分成许多单变量系统进行控制，这种控制方法虽然简单、易行，局部分析是合理的，但整体考虑会存在许多问题，对进一步提高自动控制水平将存在很大的局限性，有的甚至不能满足机组的正常运行。
    对于循环流化床锅炉燃烧的控制，我们从宏观上看，不管你怎么控制都要首先维持床层温度的稳定，影响床温的主要因素从下图可以看出来，几个被控对象关系的错综复杂。

    从图中可以看出各个参量是互相耦合在一起的，要想实现自动化控制，靠单纯的PID控制是远远不够的，所以必须把先进的控制理念引进循环流化床锅炉的控制系统，即模糊控制。这对于我们从事流化床锅炉研究的工作者来说是一个课题，实践证明，模糊控制能够对时变、非线性和复杂的被控对象进行较为有效的控制。为此，应用模糊控制理论对常规PID进行改进，并与模糊控制有机结合起来，形成一种“综合性控制方案”，再配合多种前馈控制方案，应用于循环流化床锅炉燃烧系统这一非线性复杂对象，将达到满意的效果。

5、循环流化床锅炉燃烧过程自动控制的优化方法

    循环流化床锅炉燃烧控制要保证锅炉的安全运行、床温的稳定、灵活的参与机组的协调控制，要达到上述目的，我们必须要搞清楚几个关系即：燃煤量和负荷的关系；燃煤量和床温的关系；负荷和床温的关系；炉膛受热面吸热量和床温、煤量的关系。另外我们必须要重视循环流化床锅炉的热能蓄能量。搞清楚这些，我们就不难确定我们要控制的元素，从而采用模糊控制结合DCS功能实现我们的控制目的。其实宏观的看只要我们搞清楚循环流化床锅炉的热蓄能量，就可以很好的的控制锅炉了，这也是循环流化床锅炉不同于煤粉炉的控制，但是可惜我们很难知道运行的流化床锅炉到底有多大的蓄能。要想有效的控制好锅炉，我们引入模糊控制就可以解决这个问题。我们让控制系统模仿人的经验思维，然后再用理论计算进行校正，最后通过DCS实现我们的目的。

    举个例子：协调控制现在要降负荷，要是人操作，就会根据经验减煤、减风，考虑到锅炉的蓄能量运行人员肯定会先多减一些煤，等降下来时运行人员会在把煤量加至和当前负荷相匹配的煤量，在这个过程中锅炉的床温、一次风、二次风、氧量、料层高度、循环灰等都会有不同程度的变化，也需要对它们进行调整。搞清楚了这个过程和上面所说的那几个关系，我们就可以通过控制系统来实现控制系统的自动控制了。其他情况诸如升负荷、故障情况和各种不可预见的扰动因素（媒质变化等）都可以用同样的方法实现。

6、结 论
    目前，国产循环流化床锅炉燃烧过程自动控制的设计与实现，尚存在很多不完善的地方，根据循环流化床锅炉的燃烧运行特点，对锅炉燃烧过程自动控制系统进行优化改造，对机组安全、经济运行是十分必要的。