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摘 要：针对300MW循环流化床锅炉大滞后与多变量紧密耦合的动态特性，着重介绍了协调控制策略设计的关键技术：锅炉主控各种前馈调节，机炉动态解耦技术，实际应用效果证明，改进后的协调控制系统控制策略能有效提高机组的负荷响应能力，具有良好的主汽压力和机组负荷的跟随品质。
关键词：循环流化床；协调控制；前馈
引言
文献[1]-[3]介绍了近几年应用于大型循环流化床机组协调策略，并取得了一定的控制效果。本文通过对300MW循环流化床锅炉动态特性的分析，利用锅炉主控的动态加速前馈和一次风超前调节克服流化床锅炉的燃烧惯性，保证变负荷初期滑压段主汽压力快速跟随和机组负荷响应速度。通过给煤量与一次风量的错时调节，保证合理的一、二次风量比，维持流化床锅炉床温长期稳定。但由于其自身的复杂性及控制的困难性，使得我们对循环流化床的控制及优化还有很长的路要走。
一、300MW循環流化床锅炉动态特性分析
300MW循环流化床锅炉是一个分布参数、大滞后、多变量紧密耦合的被控对象，CFB锅炉的主要特征在于颗粒在离开炉膛出口后经过旋风分离器和返料装置不断送回炉膛燃烧，煤粒完全燃尽需要约8～10min，比普通煤粉炉的煤粉燃烧过程长很多，造成锅炉燃烧过程滞后时间非常长，再加上燃烧室内的床料具有非常大的热惯性和蓄热能力，造成了给煤量变化后，床温、主汽压力需要很长的响应时间。同时CFB锅炉是一个多变量紧密耦合的被控对象，燃料量、一次风量对主汽压力、床温间存在较强的耦合现象，但两个耦合通道的动态特性差异很大，且一次风量对主汽压力的影响有助于提高系统的响应速度，这种耦合对改善燃烧控制系统的控制品质是有利的，在床温和主汽压力的耦合问题中，床体温度是直观反映整个燃烧供求关系的关键变量，而维持主汽压力稳定是锅炉燃烧的主要目标。
二、循环流化床机组协调控制策略
1. 锅炉主控前馈逻辑的构成
为了克服循环流化床锅炉固有燃烧惯性，设计了基于间接能量平衡方式的协调控制策略，其基本控制原则是以负荷对应煤量或者是煤量的百分比，以主汽压力调节作为修正。静态过程中，主汽压力偏差靠PID调节器；动态过程中控制品质主要依靠各种前馈控制，锅炉主控组成示意图如图1所示。
（1）机组负荷指令对锅炉燃料的静态前馈
当机组变负荷时，首先通过静态前馈是实现燃料的粗调，f（x）1是对应于机组负荷指令的燃料指令分段线性函数，这是维持机炉能量平衡的基准燃料，并由热值校正回路增加其准确性。f（x）2是非线性比例调节器，变负荷瞬间提前增加或减少一部分煤分量，使锅炉燃烧快速响应机组负荷需求，在变负荷快结束提前补返回以前增加或减少的煤分量，可以抵消负荷动态前馈增加或减少的煤分量，使煤量曲线更加平直，有助于主汽压力稳定。f（x）3是非线性比例调节器，防止实际负荷与负荷给定值偏差太大，解决了锅炉跟不上汽机的变化，使机组负荷以及主汽压力更加稳定。
（2）机组负荷指令对锅炉燃料的动态前馈
这一部分是为了补偿锅炉给煤迟延和燃烧惯性的动态预给煤分量，它主要靠超前滞后环节来实现。在变负荷初期及过程中，由机组指令动态前馈实现锅炉燃料量的超前调节，使锅炉燃烧快速响应机组负荷需求，在变负荷结束后，使锅炉燃料量略有回头，又避免了机组主汽压力超调，使锅炉燃烧快速地稳定下来，？避免了锅炉调节燃料量的超调或欠调。
（3）、变参数控制技术
300MW循环流化床机组是一种特性复杂多变的被控对象，随着机组负荷的变化，机组的动态特性参数亦随之大幅度变化，具有很强的非线性，因此锅炉主控采用变参数PID控制策略，以保证在各个负荷点上控制系统具有良好的效果。
三、循环流化床机组控制的特点
（1） 床料厚度对控制的影响
在循环流化床机组的控制过程中，床料厚度保持稳定对整个环节而言是十分必要的。如果床料厚会使部布风板阻力加大，分层现象严重，长此以往，不仅会增大风机的耗电量，而且严重时会导致结焦现象发生；但如果床料过薄，一次风直接穿过时会使得燃烧的热量大大降低，使锅炉的运行不稳定，从而使得锅炉带负荷能力受到严重影响。因此我们在研究和使用过程中，要是多给煤量与排渣量均衡使用，同时对一次风量进行控制。
（2） 床温控制的均衡性
床温控制的均衡性主要受四方面的影响：燃料量分布的平衡性、冷渣器的排渣平衡、一次风量的大小平衡以及J阀回料量的平衡。从现代机器的实际运行情况来看，所有正在运行中的给煤机的煤量成V形分布，也就是两侧的给煤机的煤量最多，中间的煤量最少，这样才能保证床上温度的均衡，才能使冷渣器的排渣能力达到最好状态，提高一次风量对床温控制的灵活性。
（3）风机出力的平衡控制
循环流化床机组锅炉的总风量足要包括3种，及一次风量、二次风量和流化风量。在三者中风量的比例差别很大，为4：5：1。这与常规所见的煤粉炉有很大的差别，所以，在引风机的前馈过程中，包含这一次和二次风机开度指令的综合作用的影响，同时，一次风机出力的作用也相应减少。
（4） 床压控制
一般用排渣来控制床压的大小以及两侧床压的平衡，如果两侧床压偏差增大，两侧床压函数中自动增加承压比较大的那一侧的冷渣器转速会受到影响，同时影响减小床压较小侧的冷渣器的转动速度。于此之外，冷渣机的转动速度可以调节床温较高处的排渣的量。
（5） 煤量偏置用于修正床温的偏差
在循环流化床的实际应用中，由于给煤机标定存在的差异经常会发生断煤，或者是两侧燃料不相等、燃烧不均衡以及出现偏差等一系列现象。在这种情况下，需要增加自动状态下的两侧煤量的偏置接口，从而方便运行人员进行微调。
四、实际应用效果
将以上控制策略应用于新疆圣雄电厂2号机组（300MW循环流化床机组），在机组投入商业运行完成控制系统组态设计和调试，在实际应用取得了良好的控制效果，图2是升降负荷过程中机组负荷压力趋势图，设定变负荷速率为5MW/MIN，机组负荷实际变化速率达到4.32MW/MIN，负荷响应时间小于60S，负荷动态偏差控制在3MW以内，主汽压力动态偏差控制在0.45MPa以内，稳态负荷偏差控制在1 MW以内，稳态压力偏差控制在0.3MPa以内。
结语：
300MW循环流化床的协调控制系统以及其子系统控制的优化改进，这不仅提高了循环流化床机组的燃烧率，同时保证了工程或国家对其负荷的要求，我们要不断加大科研力度，加大对相关流化床机组协调控制系统的投入以及优化，从而使得流化床机组的负荷变化率有质的提升，使我国经济也有质的提升。
参考文献
[1] 赵志丹，陈志刚，王晓勇，李文军，梁朝，张健.直接能量平衡在协调控制中的应用及优化[J].热力发电，2008（04）.
[2] 兰晓华，李庆，张军峰.石电330MW机组协调控制系统优化[J].电力科学与技术学报，2010（03）.
[3] 赵志丹，郝德锋，黄晓华，等，300MW循环流化床空冷机组协调控制及其优化.热力发电.2009，38（7）：83-97.
关键词：循环流化床；协调控制；前馈
引言
文献[1]-[3]介绍了近几年应用于大型循环流化床机组协调策略，并取得了一定的控制效果。本文通过对300MW循环流化床锅炉动态特性的分析，利用锅炉主控的动态加速前馈和一次风超前调节克服流化床锅炉的燃烧惯性，保证变负荷初期滑压段主汽压力快速跟随和机组负荷响应速度。通过给煤量与一次风量的错时调节，保证合理的一、二次风量比，维持流化床锅炉床温长期稳定。但由于其自身的复杂性及控制的困难性，使得我们对循环流化床的控制及优化还有很长的路要走。
一、300MW循環流化床锅炉动态特性分析
300MW循环流化床锅炉是一个分布参数、大滞后、多变量紧密耦合的被控对象，CFB锅炉的主要特征在于颗粒在离开炉膛出口后经过旋风分离器和返料装置不断送回炉膛燃烧，煤粒完全燃尽需要约8～10min，比普通煤粉炉的煤粉燃烧过程长很多，造成锅炉燃烧过程滞后时间非常长，再加上燃烧室内的床料具有非常大的热惯性和蓄热能力，造成了给煤量变化后，床温、主汽压力需要很长的响应时间。同时CFB锅炉是一个多变量紧密耦合的被控对象，燃料量、一次风量对主汽压力、床温间存在较强的耦合现象，但两个耦合通道的动态特性差异很大，且一次风量对主汽压力的影响有助于提高系统的响应速度，这种耦合对改善燃烧控制系统的控制品质是有利的，在床温和主汽压力的耦合问题中，床体温度是直观反映整个燃烧供求关系的关键变量，而维持主汽压力稳定是锅炉燃烧的主要目标。
二、循环流化床机组协调控制策略
1. 锅炉主控前馈逻辑的构成
为了克服循环流化床锅炉固有燃烧惯性，设计了基于间接能量平衡方式的协调控制策略，其基本控制原则是以负荷对应煤量或者是煤量的百分比，以主汽压力调节作为修正。静态过程中，主汽压力偏差靠PID调节器；动态过程中控制品质主要依靠各种前馈控制，锅炉主控组成示意图如图1所示。
（1）机组负荷指令对锅炉燃料的静态前馈
当机组变负荷时，首先通过静态前馈是实现燃料的粗调，f（x）1是对应于机组负荷指令的燃料指令分段线性函数，这是维持机炉能量平衡的基准燃料，并由热值校正回路增加其准确性。f（x）2是非线性比例调节器，变负荷瞬间提前增加或减少一部分煤分量，使锅炉燃烧快速响应机组负荷需求，在变负荷快结束提前补返回以前增加或减少的煤分量，可以抵消负荷动态前馈增加或减少的煤分量，使煤量曲线更加平直，有助于主汽压力稳定。f（x）3是非线性比例调节器，防止实际负荷与负荷给定值偏差太大，解决了锅炉跟不上汽机的变化，使机组负荷以及主汽压力更加稳定。
（2）机组负荷指令对锅炉燃料的动态前馈
这一部分是为了补偿锅炉给煤迟延和燃烧惯性的动态预给煤分量，它主要靠超前滞后环节来实现。在变负荷初期及过程中，由机组指令动态前馈实现锅炉燃料量的超前调节，使锅炉燃烧快速响应机组负荷需求，在变负荷结束后，使锅炉燃料量略有回头，又避免了机组主汽压力超调，使锅炉燃烧快速地稳定下来，？避免了锅炉调节燃料量的超调或欠调。
（3）、变参数控制技术
300MW循环流化床机组是一种特性复杂多变的被控对象，随着机组负荷的变化，机组的动态特性参数亦随之大幅度变化，具有很强的非线性，因此锅炉主控采用变参数PID控制策略，以保证在各个负荷点上控制系统具有良好的效果。
三、循环流化床机组控制的特点
（1） 床料厚度对控制的影响
在循环流化床机组的控制过程中，床料厚度保持稳定对整个环节而言是十分必要的。如果床料厚会使部布风板阻力加大，分层现象严重，长此以往，不仅会增大风机的耗电量，而且严重时会导致结焦现象发生；但如果床料过薄，一次风直接穿过时会使得燃烧的热量大大降低，使锅炉的运行不稳定，从而使得锅炉带负荷能力受到严重影响。因此我们在研究和使用过程中，要是多给煤量与排渣量均衡使用，同时对一次风量进行控制。
（2） 床温控制的均衡性
床温控制的均衡性主要受四方面的影响：燃料量分布的平衡性、冷渣器的排渣平衡、一次风量的大小平衡以及J阀回料量的平衡。从现代机器的实际运行情况来看，所有正在运行中的给煤机的煤量成V形分布，也就是两侧的给煤机的煤量最多，中间的煤量最少，这样才能保证床上温度的均衡，才能使冷渣器的排渣能力达到最好状态，提高一次风量对床温控制的灵活性。
（3）风机出力的平衡控制
循环流化床机组锅炉的总风量足要包括3种，及一次风量、二次风量和流化风量。在三者中风量的比例差别很大，为4：5：1。这与常规所见的煤粉炉有很大的差别，所以，在引风机的前馈过程中，包含这一次和二次风机开度指令的综合作用的影响，同时，一次风机出力的作用也相应减少。
（4） 床压控制
一般用排渣来控制床压的大小以及两侧床压的平衡，如果两侧床压偏差增大，两侧床压函数中自动增加承压比较大的那一侧的冷渣器转速会受到影响，同时影响减小床压较小侧的冷渣器的转动速度。于此之外，冷渣机的转动速度可以调节床温较高处的排渣的量。
（5） 煤量偏置用于修正床温的偏差
在循环流化床的实际应用中，由于给煤机标定存在的差异经常会发生断煤，或者是两侧燃料不相等、燃烧不均衡以及出现偏差等一系列现象。在这种情况下，需要增加自动状态下的两侧煤量的偏置接口，从而方便运行人员进行微调。
四、实际应用效果
将以上控制策略应用于新疆圣雄电厂2号机组（300MW循环流化床机组），在机组投入商业运行完成控制系统组态设计和调试，在实际应用取得了良好的控制效果，图2是升降负荷过程中机组负荷压力趋势图，设定变负荷速率为5MW/MIN，机组负荷实际变化速率达到4.32MW/MIN，负荷响应时间小于60S，负荷动态偏差控制在3MW以内，主汽压力动态偏差控制在0.45MPa以内，稳态负荷偏差控制在1 MW以内，稳态压力偏差控制在0.3MPa以内。
结语：
300MW循环流化床的协调控制系统以及其子系统控制的优化改进，这不仅提高了循环流化床机组的燃烧率，同时保证了工程或国家对其负荷的要求，我们要不断加大科研力度，加大对相关流化床机组协调控制系统的投入以及优化，从而使得流化床机组的负荷变化率有质的提升，使我国经济也有质的提升。
参考文献
[1] 赵志丹，陈志刚，王晓勇，李文军，梁朝，张健.直接能量平衡在协调控制中的应用及优化[J].热力发电，2008（04）.
[2] 兰晓华，李庆，张军峰.石电330MW机组协调控制系统优化[J].电力科学与技术学报，2010（03）.
[3] 赵志丹，郝德锋，黄晓华，等，300MW循环流化床空冷机组协调控制及其优化.热力发电.2009，38（7）：83-97.