循环硫化床锅炉控制系统的探讨

电力18讯：    摘要：分析了循环硫化床锅炉控制系统存在的问题和难题，对其特点进行了论述和总结，最后对循环硫化床锅炉控制系统策略的发展和研究方向进行了探讨和预测。
关键词：循环硫化床；数学模型；控制规律；模糊控制

煤的循环硫化床燃烧，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、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而迅速发展起来的环保型电站锅炉。然而这种燃烧方式的燃烧机理十分复杂，循环硫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。循环硫化床锅炉热工自动控制方面的问题已成为其推广应用的主要障碍，循环硫化床锅炉的运行自动化已成为其走向实用的关键之一。

1　存在的问题

循环硫化床锅炉自动控制的实现并不是轻而易举的事情，还存在诸多问题需要探索、研究，总结如下：

a）循环硫化床锅炉是一个分布参数、非线性、时变、多变量紧密耦合的控制对象，其自动控制系统需要完成较之一般锅炉更复杂的控制任务；
b）采用现代控制理论的基础是要求描述被控对象特性的较为精确的数学模型，然而由于循环硫化床锅炉燃烧特性的复杂性，使得建立其数学模型成为一件十分不易的事情；
c）由于循环硫化床锅炉燃烧的复杂性和特殊性，使得实现其自动控制变得十分困难，对一般锅炉和其它过程控制对象行之有效的常规控制方法，已难以保证循环硫化床锅炉各项控制指标的实现。

鉴于存在的上述问题及原因，研究一种适合该炉型的控制方案具有十分重要的现实意义。

2　控制系统设计及特点

循环硫化床锅炉不同于煤粉炉和燃油锅炉，其控制回路多，系统比较复杂，控制系统设计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；料床温度控制；料床高度控制；二级返料回料控制。

对于汽包水位控制和过热汽温控制特性与通常的煤粉炉和燃油锅炉相同，在此不予以分析，只对与循环硫化床锅炉燃烧相关的控制系统的特点进行分析。循环硫化床锅炉燃烧过程自动控制的基本任务是使燃料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：

a）维持汽压稳定。汽压的变化表示锅炉的蒸汽量与负荷的耗汽量不相适应，需要相应地改变燃料的供应量，以改变锅炉的蒸汽量；
b）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；
c）引风量与送风量相配合以保证炉膛压力在正常的范围内，保证锅炉的安全运行；
d）料床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NO2。的产生量。通常情况下856℃床温是炉内脱硫的最佳温度，同时NO2的产量也较低。床温过低不但使锅炉效率下降，而且运行不稳定容易灭火；床温过高会使脱硫效率下降、NO2产量大大增加，同时容易造成炉膛料床结焦，无法循环硫化燃烧而停炉。由此可见，料床温度是循环硫化床锅炉运行极为重要的参数；
e）料床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硫化状态；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；
f）二级返料回料控制将直接影响锅炉的循环倍率，也对床温有一定的影响。

循环硫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刚刚起步，还缺乏经验及深人的了解，所以在设计、分析、研究其控制系统时仍采用传统的方法。目前循环硫化床锅炉燃烧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、料床高度控制、二级返料回料控制等8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。

3　研究方向及具体内容

近年来的研究及应用情况表明，由于循环硫化床锅炉燃烧系统的复杂性，特别是各控制变量之间的紧密耦合，常规的控制方法很难满足循环硫化床锅炉的自动运行及自动控制水平的进一步提高，因此，在对循环硫化床锅炉燃烧系统深入研究的基础上，采用先进控制理论，实现全局最优地采用多变量控制的先进控制方法具有非常重要的意义，也是当今热控领域重大研究课题之一。

3．1 数学模型的完善和定量化

进行循环硫化床锅炉动态多变量数学模型的完善和定量化，确定锅炉各变量之间的量化耦合关系，为控制系统中控制量、被控量和干扰量的确定以及控制框架的构筑提供数学依据<