大唐保定熱電廠8、9號鍋爐是由四川東方鍋爐（集團）股份有限公司引進美國福斯特·惠勒公司技術制造的國產DG450/9.81-1型單汽包、自然循環、半露天布置CFB鍋爐，其控制系統采用上海新華控制工程公司的XDPS—400分散控制系統，自2002年11月、2003年4月相繼投產以來，設備整體運行基本正常。但由于各種原因，原床溫控制系統難以投入運行，現主要依靠運行人員手動調節。針對存在的問題，在分析原床溫控制系統的基礎上，提出負荷分段控制的思想，對原床溫控制系統進行了新的現場組態與調試。運行效果表明，系統改造后不但自動投運率提高，在調節精度和快速性方面都有所提高，而且運行更穩定，多項經濟性指標也有所改善。
　　
　　一、床溫運行特性
　　
　　CFB鍋爐與煤粉爐在結構和運行特性上差別zui大的就是燃燒系統。但現階段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雜的化學物理過程外，還有以下3點:（1）多變量、強藕合，當負荷（外擾）或燃料量、返料量、給水量、一次風量、二次風量、引風量等（內擾）發生變化時，蒸汽溫度、蒸汽壓力、爐床溫度、床層差壓、爐頂溫度、汽包水位、爐膛負壓、煙氣含氧量等均會發生變化，只是變化程度不同，因此一般按單回路控制方案設計的控制系統難以實現有效控制;（2）CFB鍋爐是一個大熱慣性系統，爐內的熱床料很多，熱容量很大，因此調節過程存在很大的延遲和慣性;（3）循環流態化是正常工作狀態，若偏離這一狀態，燃燒機理就會發生變化，控制規律就不再適用，則會表現出嚴重的非線性同。
　　
　　床溫是CFB鍋爐需要重點監視的主要參數之一，它直接影響鍋爐能否安全連續運行，并影響著鍋爐運行中的脫硫效率及NOx的產生量，床溫的高低直接決定了整個鍋爐的熱負荷和燃燒效果。根據燃用煤種的不同，床溫一般在850~950℃范圍內變化。對于揮發分較高的煤種，床溫可以適當降低;對于揮發分較低的煤種，床溫可以適當升高。一般床溫控制在850℃左右，此溫度是實現爐內脫硫的*溫度，同時NOx的產生量也比較小，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鍋爐的安全連續運行都是不利的。床溫過低時，鍋爐效率下降，鍋爐運行不穩定容易滅火，脫硫效果下降，降低傳熱系數，嚴重時會使大量末燃燒的煤顆粒聚集在尾部煙道發生二次燃燒，密相區燃燒分額不夠會使床溫偏高而主汽溫度降低;床溫過高時，爐內脫硫效率下降，NOx產生量大大增加，CFB鍋爐無法循環流化燃燒，損壞風帽，易造成爐膛料床結焦而導致停爐。可見控制床溫相對穩定是十分必要的。
　　
　　然而運行中存在的各種擾動，如負荷升降、煤質變化、給煤量和風量變化、排渣不暢等都會造成床溫變化，故需運行人員根據床溫調節規律進行正確判斷并調整。影響床溫的可調因素包括給煤量、一次風量、二次風量、爐底排渣量等，但zui重要的是給煤量和一次風量。在實際運行中，運行人員主要通過調節給煤量調節負荷，而通過調節經過布風板流化風量的大小調節床溫。
　　
　　二、床溫控制系統
　　
　　2.1原床溫控制系統
　　
　　原床溫控制系統采用單回路系統，床溫偏差為主控信號，被控量是進入爐膛底部的一次風量。由于各種原因，該系統投入運行后效果不明顯，床溫波動較大，難以達到穩定，經常要切手動，原設計思想未能得到很好體現。分析原因如下:（1）僅通過調節進入爐膛底部的一次風量調節床溫，調節手法單一，當爐膛底部的一次風門滿開度時，原床溫控制系統無法再調節，只能手動進行微量調煤;（2）只有床溫偏差為控制信號，在燃燒工況發生變化時，不能及時有效地反映床溫的變化;（3）由于系統存在較大的延遲和慣性，原單回路控制的設計存在調節速度慢、動態偏差大的缺點。
　　
　　2.2改造后床溫控制系統
　　
　　2.2.1改造的總體方案
　　
　　改造后的床溫控制系統總體采用負荷分段控制:低負荷時采用一次風控制;中、高負荷時需考慮執行機構的調節裕量，故當一次風門開度達到zui大后，若床溫仍未穩定，則考慮用給煤量脈動快速調節，若還未達到預期效果就報警，zui后切到手動調節。根據運行人員的經驗，整個CFB鍋爐的燃燒過程按不同負荷可分為3個階段:低負荷階段（7OMW以下）、中負荷階段（70~9OMW）、高負荷階段（9OMW以上）。對應不同負荷分段，床溫設定值的變化范圍為790~850℃、850~900℃、900~922℃。實際設計時，應把各段范圍折中計算出床溫的設定值，把浮動范圍定為死區值。以低負荷階段為例:820℃為床溫設定值，死區值為-30~30℃記。由于上二次風自動調節煙氣含氧量，因此在不同負荷下考慮固定下二次風門開度（低負荷:50%;中負荷:80%;高負荷:）。
　　
　　為便于實現，不同負荷分段下可采用統一的控制器，只是引入偏差時，根據不同的分段，偏差乘以不同的比例系數。不同負荷下床溫設定值應不同，因此需要對床溫的設定值進行修正（利用原系統中現有的模塊進行折線的擬合，使得不同負荷分段下有相應的床溫設定值。床溫設定值的大小是根據運行人員多年實際調節經驗總結得到的），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行修正，低負荷時床溫設置得較低，以保證穩燃;中、高負荷時床溫設置得較高，以提高循環倍率，提高機組效率。
　　
　　總體上，若床溫偏差小于一定的范圍，控制系統不工作;若床溫偏差超出設定范圍，控制系統開始工作，調節幅度可依據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）先通過調節進人爐膛底部的一次風量調節床溫，當一次風門滿開度沒有調節裕量時，引入給煤量的脈動調節。若一次風門尚有調節裕量，則給煤量由原鍋爐負荷調節子系統控制，即給煤量用于調節負荷。
　　
　　（2）一次風和給煤量調節子系統都引入床溫變化率，作為速度反饋量。其原因在于當燃燒工況發生改變時，床溫變化率比床溫偏差更能及時有效地反映床溫的變化，并能加快調節速度，減小動態偏差。通過對遲延時間的調整，可加大或減小速度反饋的強弱。現場床溫變化率較小，所以微分作用的介入不會造成執行機構的頻繁動作，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，進一步提高執行機構在調節過程中的穩定性。
　　
　　（3）在一次風調節的基礎上，給煤量脈動調節子系統采用串級加前饋控制，系統穩定性提高。改造后的系統如圖1所示。　　
　　三、系統仿真試驗
　　
　　3.1一次風門有調節裕量的情況
　　
　　用一次風調節時，數學模型為
　　
　　因為現場的風量測量存在較大誤差，所以不采用風量反饋。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機，被控量是一次風機的風門開度。　　
　　（1）階躍響應。改造前、后的系統對幅值為10的階躍響應信真曲線如圖2所示。由圖2可見，系統改造后超調量減小1.17%，上升時間縮短305s，峰值時間縮短615s，調節時間縮短350s，控制速度加快。　　
　　（2）抗擾性試驗。在300s時，對系統加幅值為10的階躍擾動，其信真結果如圖3所示。由圖3可見，系統改選后超調量減小0.5%,上升時間縮短455s，峰值時間縮短570s，調節時間縮短420s。而改造前的系統調節時間較長，超調量較大，影響了控制的精度和速度。　　
　　（3）魯棒性試驗。數學模型變為用于檢驗控制系統的魯棒性，其仿真結果如圖4所示。由圖4可見，系統改造后超調量減小1.54%，上升時間縮短370s，峰值時間縮短450s，調節時間縮短380s。在精度和快速性方面均能滿足要求。
　　
　　3.2一次風門沒有調節裕量的情況
　　
　　一次風門沒有調節裕量時，可引入給煤量脈動快速調節。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，用以消除煤質變化帶來的內擾。被近代對象是給煤機，被控量是進入爐膛的總給煤量（低負荷時4臺給煤機；中、高負荷時6臺給煤機同時工作，則控制信號引至6臺給煤機），總之要使進入爐膛的總給煤量達到要求。　　
　　對系統加幅值為10的階躍定值擾動，其階躍響應住址曲線如圖5所示。由圖5可見，引入給煤量脈動調節后超調量減小0.26%，上升時間縮短180s，峰值時間縮短130s，調節時間縮短188s，不但控制精度提高，而且控制的速度加快。　　
　　四、現場支行結果分析
　　
　　根據改造前、后系統仿真試驗的結果，在原床溫控制系統的基礎上進行新的現場組態，并在穩定工況和變工況下進行現場調試（如圖6所示）。改造后的系統連續運行近4個月，對比改造前、后的各項數據，發現不但系統運行更穩定，而且在調節的精度和快速性方面都有所提高，多項經濟性指標也有所改善：即使煤質變化較大，床溫仍控制得較好，爐內燃燒狀況良好，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，相當于給水溫度提高2℃，折合煤耗下降0.3g/（kw.h）；對床溫的設定值修正后，使系統的靜態工作點隨負荷變化而變化，當出現擾動時調節機構不頻繁動作，在較小的變化范圍內就能滿足調節需求，因此調節機構的磨損減小，延長了調節機構的使用壽命，耗電量減少，節約了發電成本，提高了經濟效益；改造前由于頻繁的手動操作，容易造成運行人員的疲勞和麻痹，一旦調整不當，就會造成床溫的大幅度變化，不利于系統的安全運行，改造后系統的自動投運率提高，運行人員的勞動強度減小，系統的穩定性提高，而且節約了人力資源。
　　
　　五、結語
　　
　　一次風和給煤量調節子系統中床溫變化率的引入，給煤量調節子系統中串級控制的設計、前饋信號的引入，床溫廟宇值的修正等方案在改善系統的動態品質、提高抗*力及對模型改變時的魯棒性等方面均比系統改選前要*，在實際應用中有一定的參考價值。在長期運行中，鍋爐本體特性會發生變化，因此，設計的控制器參數需進一步優化，以滿足控制要求，提高經濟性。