根據(jù)循環(huán)流化床鍋爐燃燒的特點，分析其控制系統(tǒng)存在的問題，探討怎樣的控制系統(tǒng)能更適應(yīng)循環(huán)流化床鍋爐的控制。循環(huán)流化床鍋爐所需要控制的各個變量的錯綜復(fù)雜的耦合在一起，所以我們必須找出一種更好的控制方案來為循環(huán)流化床鍋爐服務(wù)。本文討論研究了循環(huán)流化床鍋爐燃燒控制的優(yōu)化節(jié)能技術(shù) 從而達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。

煤的循環(huán)流化燃燒技術(shù)，由于其燃料適應(yīng)性廣、燃燒效率高、氮氧化物排放低、SO2控制廉價、負(fù)荷調(diào)節(jié)比大以及負(fù)荷調(diào)節(jié)快等優(yōu)點而越來越得到廣泛應(yīng)用，特別是近年來，為了有效保護環(huán)境，循環(huán)流化床鍋爐得到了迅速的發(fā)展，并逐漸向高參數(shù)、大型化發(fā)展。目前，國內(nèi)已經(jīng)投產(chǎn)了300MW機組的循環(huán)流化床鍋爐。


哈爾濱市華能集中供熱有限公司現(xiàn)有6臺116MW循環(huán)流化床熱水鍋爐、3臺75TH次高壓循環(huán)流化床蒸汽鍋爐、2臺12MW汽輪發(fā)電機組及附屬系統(tǒng)，及原有老系統(tǒng)3臺64WM熱水鍋爐、2臺35T/H蒸汽鍋爐、2臺3MW汽輪發(fā)電機組及附屬系統(tǒng)。總供熱面積可達(dá)到2058萬平方米，占哈市的五分之一。此項目每年可減少燃煤消耗30萬噸，減少灰渣9.5萬噸，減少二氧化硫排放2200噸、煙塵排放1.1萬噸，是一個民心、環(huán)保、德政工程。然而循環(huán)流化床鍋爐的燃燒機理十分復(fù)雜，循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計尚處于經(jīng)驗設(shè)計階段，系統(tǒng)中變量之間的耦合比較緊密，而且具有嚴(yán)重的非線性。循環(huán)流化床鍋爐熱工自動控制，特別是燃燒自動控制方面的問題已成為其進一步推廣應(yīng)用的主要障礙，循環(huán)流化床鍋爐的運行自動化已成為其走向?qū)嵱玫年P(guān)鍵之一。

1、循環(huán)流化床鍋爐燃燒過程自動控制的特點


循環(huán)流化床鍋爐不同于煤粉爐，其控制回路多，系統(tǒng)比較復(fù)雜，控制系統(tǒng)一般包括以下主要回路：汽包水位控制；過熱汽溫控制；燃料控制；風(fēng)量及煙氣含氧量控制；爐膛負(fù)壓控制；床層溫度控制；料層高度控制；循環(huán)灰控制。對于汽包水位控制和過熱汽溫控制特性與通常的煤粉爐相同，在此不予以分析，只對與循環(huán)流化床鍋爐燃燒相關(guān)的控制系統(tǒng)的特點進行分析。

循環(huán)流化床鍋爐燃燒過程自動控制的基本任務(wù)是使送入鍋爐內(nèi)的燃煤燃燒所提供的熱量適應(yīng)鍋爐蒸汽負(fù)荷的需要，同時還要保證鍋爐安全經(jīng)濟運行，燃燒控制系統(tǒng)的任務(wù)歸納起來有如下幾個方面：

1）維持主蒸汽壓力穩(wěn)定。汽壓的變化表示鍋爐的蒸汽量與負(fù)荷的耗汽量不匹配，需要相應(yīng)地改變?nèi)剂系墓┙o量，以改變鍋爐的蒸發(fā)量；

2）保證鍋爐燃燒過程的經(jīng)濟性。改變?nèi)剂狭康耐瑫r，相應(yīng)地調(diào)節(jié)送風(fēng)量，使之與燃料量匹配，保證鍋爐燃燒的經(jīng)濟性；

3）引風(fēng)量與送風(fēng)量相配合以保證爐膛壓力在正常的范圍內(nèi)，保證爐膛的安全運行；

4）床層溫度是一個直接影響鍋爐能否安全連續(xù)運行的重要參數(shù)，同時也直接影響鍋爐運行中的脫硫效率及NOx的產(chǎn)生量。一般情況下860℃左右床溫是爐內(nèi)脫硫的最佳溫度，同時NOx的產(chǎn)量也較低。床溫過低不但使鍋爐效率下降，而且是鍋爐運行不穩(wěn)定容易滅火；床溫過高會使脫硫效率下降、NOx產(chǎn)量大大增加，同時容易造成爐膛床料結(jié)焦，無法流化燃燒而導(dǎo)致停爐。由此可見，床層溫度是循環(huán)流化床鍋爐運行極為重要的參數(shù)；

5）料層高度控制也與鍋爐安全連續(xù)運行密切相關(guān)，料層太厚，會把一次風(fēng)的“風(fēng)頭”壓住，使?fàn)t料不能達(dá)到完全流化狀態(tài)；料層太薄，不僅不滿足負(fù)荷要求，而且會使一次風(fēng)穿透料層吹滅爐火；

6）循環(huán)灰控制將直接影響鍋爐的循環(huán)倍率，也對床溫有一定的影響。

2、循環(huán)流化床鍋爐燃燒過程自動控制的實現(xiàn)

循環(huán)流化床鍋爐是一個典型的多變量被控對象，但由于對它的系統(tǒng)的研究不夠完善，還缺乏經(jīng)驗及深人的了解，所以在設(shè)計、分析、研究其控制系統(tǒng)時只能仍采用傳統(tǒng)的方法。目前循環(huán)流化床鍋爐燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計仍采用常規(guī)PID控制，通常由燃料控制、總風(fēng)量控制、一次風(fēng)控制、二次風(fēng)控制、燃燒室負(fù)壓控制、床溫控制、料層高度控制、循環(huán)灰控制等幾個有機聯(lián)系的控制單元構(gòu)成。即人為地把被控對象分成許多單變量系統(tǒng)進行控制，這種控制方法雖然簡單、易行，局部分析是合理的，但整體考慮會存在許多問題，對進一步提高自動控制水平將存在很大的局限性，有的甚至不能滿足機組的正常運行。對于循環(huán)流化床鍋爐燃燒的控制，從宏觀上看，不管你怎么控制都要首先維持床層溫度的穩(wěn)定。而各個參量是互相耦合在一起的，要想實現(xiàn)自動化控制，靠單純的PID控制是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，所以必須把先進的控制理念引進循環(huán)流化床鍋爐的控制系統(tǒng)，即模糊控制。實踐證明，模糊控制能夠?qū)r變、非線性和復(fù)雜的被控對象進行較為有效的控制。為此，應(yīng)用模糊控制理論對常規(guī)PID進行改進，并與模糊控制有機結(jié)合起來，形成一種“綜合性控制方案”，再配合多種前饋控制方案，應(yīng)用于循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)這一非線性復(fù)雜對象，將達(dá)到滿意的效果。

3、循環(huán)流化床鍋爐燃燒過程自動控制的優(yōu)化方法

循環(huán)流化床鍋爐燃燒控制要保證鍋爐的安全運行、床溫的穩(wěn)定、靈活的參與機組的協(xié)調(diào)控制，要達(dá)到上述目的，必須要搞清楚幾個關(guān)系即：燃煤量和負(fù)荷的關(guān)系；燃煤量和床溫的關(guān)系；負(fù)荷和床溫的關(guān)系；爐膛受熱面吸熱量和床溫、煤量的關(guān)系。另外我們必須要重視循環(huán)流化床鍋爐的熱能蓄能量。進而確定我們要控制的元素，從而采用模糊控制結(jié)合DCS功能實現(xiàn)我們的控制目的。其實宏觀的看只要搞清楚循環(huán)流化床鍋爐的熱蓄能量，就可以很好的的控制鍋爐了，這也是循環(huán)流化床鍋爐不同于煤粉爐的控制，但是可惜我們很難知道運行的流化床鍋爐到底有多大的蓄能。要想有效的控制好鍋爐，引入模糊控制就可以解決這個問題。讓控制系統(tǒng)模仿人的經(jīng)驗思維，然后再用理論計算進行校正，最后通過DCS實現(xiàn)自動控制的目的。例如，協(xié)調(diào)控制現(xiàn)在要降負(fù)荷，要是人操作，就會根據(jù)經(jīng)驗減煤、減風(fēng)，考慮到鍋爐的蓄能量運行人員肯定會先多減一些煤，等降下來時運行人員會在把煤量加至和當(dāng)前負(fù)荷相匹配的煤量，在這個過程中鍋爐的床溫、一次風(fēng)、二次風(fēng)、氧量、料層高度、循環(huán)灰等都會有不同程度的變化，也需要對它們進行調(diào)整。搞清楚了這個過程和上面所說的那幾個關(guān)系，我們就可以通過控制系統(tǒng)來實現(xiàn)控制系統(tǒng)的自動控制了。其他情況諸如升負(fù)荷、故障情況和各種不可預(yù)見的擾動因素（媒質(zhì)變化等）都可以用同樣的方法實現(xiàn)。

綜上所述，國產(chǎn)循環(huán)流化床鍋爐燃燒過程自動控制的設(shè)計與實現(xiàn)，尚存在很多不完善的地方，根據(jù)循環(huán)流化床鍋爐的燃燒運行特點，對鍋爐燃燒過程自動控制系統(tǒng)進行優(yōu)化改造，對機組安全、經(jīng)濟運行是十分必要的。