大唐保定熱電廠8號(hào)、9號(hào)鍋爐為鋼構(gòu)架支吊結(jié)構(gòu)、全膜式水冷壁爐膛、單汽包自然循環(huán)、平衡通風(fēng)、汽冷式旋風(fēng)分離、高溫回灰、半露天布置的CFB鍋爐。自2002年11月、2003年4月相繼投產(chǎn)以來，設(shè)備整體運(yùn)行基本正常，但是由于各種原因，原來設(shè)計(jì)的床溫控制系統(tǒng)難以投入運(yùn)行，主要依靠運(yùn)行人員手動(dòng)調(diào)節(jié)，增加了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。因此，在分析原床溫控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提出了負(fù)荷分段控制，對(duì)床溫的設(shè)定值進(jìn)行修正，并引入前饋信號(hào)，改造后床溫控制效果得到明顯改善。
1、影響床溫變化的因素
    床溫是CFB鍋爐需要重點(diǎn)監(jiān)視的主要參數(shù)之一，它直接影響鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)也直接影響著爐膛運(yùn)行中的脫硫效率及NQ的產(chǎn)生量，決定了整個(gè)鍋爐的熱負(fù)荷和燃燒效果。根據(jù)燃用煤種的不同，床溫一般控制在850℃左右，該溫度是實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)脫硫的最佳溫度，同時(shí)NQ的產(chǎn)生量也比較小。這樣就能在保證較高燃燒效率的同時(shí)，降低煙氣污染物的排放量。煤種揮發(fā)分較高或較低時(shí)可適當(dāng)調(diào)整床溫。富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，同時(shí)我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
    系統(tǒng)運(yùn)行中不可避免地存在各種擾動(dòng)，如負(fù)荷升降、煤質(zhì)變化、給煤量和風(fēng)量變化（包括一次風(fēng)量和二次風(fēng)量）、排渣不暢等都會(huì)造成床溫變化，因此需要運(yùn)行人員根據(jù)床溫的變化規(guī)律來調(diào)整給煤量和一次風(fēng)量等參數(shù)。實(shí)際運(yùn)行中，主要通過調(diào)節(jié)給煤量調(diào)整負(fù)荷，而通過調(diào)節(jié)一次風(fēng)量調(diào)整床溫。
2、原床溫控制系統(tǒng)
    原床溫控制系統(tǒng)采用的是上海新華控制工程公司的XDPS - 400分散控制系統(tǒng)，床溫主要通過一次風(fēng)控制，由二次風(fēng)補(bǔ)償。
2.1一、二次風(fēng)系統(tǒng)
    大唐保定熱電廠8號(hào)、9號(hào)鍋爐分別有2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)，從一次風(fēng)機(jī)出來的空氣分成4路送人爐膛：第1路為一次風(fēng)，經(jīng)一次風(fēng)預(yù)熱器加熱后從爐膛底部的水冷風(fēng)室進(jìn)入爐膛；第2路為冷渣器選擇倉(cāng)和前2個(gè)冷卻倉(cāng)的流化風(fēng)，從一次風(fēng)預(yù)熱器的出口引出；第3路為冷渣器最后一個(gè)冷卻倉(cāng)的冷卻風(fēng)，從一次風(fēng)機(jī)出口引出；第4路為播煤風(fēng)，從一次風(fēng)預(yù)熱器出口引出，經(jīng)增壓風(fēng)機(jī)增壓后進(jìn)入爐前氣力播煤管。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，調(diào)整時(shí)應(yīng)當(dāng)選擇第1路風(fēng)而不能選擇從一次風(fēng)機(jī)出來的總風(fēng)，這樣才會(huì)在調(diào)節(jié)時(shí)不影響其它控制參數(shù)，較精確地對(duì)床溫進(jìn)行控制，以達(dá)到滿意的效果。
    8號(hào)、9號(hào)鍋爐還分別有2臺(tái)二次風(fēng)機(jī)，從二次風(fēng)機(jī)出來的空氣分成2路：第1路為二次風(fēng)，經(jīng)二次風(fēng)預(yù)熱器加熱后從前后墻進(jìn)入爐膛；第2路為密封冷卻風(fēng)，從二次風(fēng)機(jī)出口引出，送到給煤機(jī)。由經(jīng)驗(yàn)可知，當(dāng)負(fù)荷較低時(shí)，二次風(fēng)對(duì)床溫的影響較大。實(shí)際運(yùn)行中，由于上二次風(fēng)可自動(dòng)調(diào)節(jié)煙氣含氧量，因此在不同負(fù)荷下可以固定下二次風(fēng)門開度：低負(fù)荷時(shí)開度為50%，中負(fù)荷時(shí)開度為80%，高負(fù)荷時(shí)開度為100%。
2.2原床溫控制系統(tǒng)
    原床溫控制系統(tǒng)采用的是單回路控制，床溫偏差為主控信號(hào)，調(diào)整量是進(jìn)入爐膛底部的一次風(fēng)量。該系統(tǒng)自投入運(yùn)行后床溫波動(dòng)一直較大，經(jīng)常要切到手動(dòng)調(diào)節(jié)，原來的設(shè)計(jì)思想未能得到很好的體現(xiàn)。經(jīng)分析認(rèn)為有以下幾點(diǎn)原因：
    a.系統(tǒng)存在較大的延遲和慣性，單回路控制存在調(diào)節(jié)速度慢、動(dòng)態(tài)偏差大的缺點(diǎn)；
    b．僅通過調(diào)整進(jìn)入爐膛底部的一次風(fēng)量來調(diào)節(jié)床溫，方法單一，當(dāng)爐膛底部的一次風(fēng)門滿開度時(shí)，床溫控制系統(tǒng)無法再進(jìn)行調(diào)節(jié)，只能手動(dòng)干預(yù)；
    c．由于只把床溫偏差作為控制信號(hào)，所以當(dāng)燃燒工況發(fā)生改變時(shí)，不能及時(shí)有效地反映床溫變化。
3、床溫控制系統(tǒng)的改造
3.1改造方案
    根據(jù)上述問題，確定采用負(fù)荷分段控制方案，即：低負(fù)荷時(shí)采用一次風(fēng)控制；中、高負(fù)荷時(shí)，考慮到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)裕量，當(dāng)一次風(fēng)門開度達(dá)到最大后，若床溫仍未穩(wěn)定，可引入二次風(fēng)補(bǔ)償及給煤量脈動(dòng)調(diào)節(jié)，若還未達(dá)到預(yù)期的效果就報(bào)警，切到手動(dòng)調(diào)節(jié)。
    根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，CFB鍋爐的燃燒過程按照不同負(fù)荷可分為3個(gè)階段：低負(fù)荷階段（70MW以下）、中負(fù)荷階段(70～90 MW)、高負(fù)荷階段（90 MW以上）。對(duì)應(yīng)不同負(fù)荷段可設(shè)定床溫的變化范圍：低負(fù)荷階段790～850℃，中負(fù)荷階段850～900℃，高負(fù)荷階段900～922℃。在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)計(jì)算出各段的床溫平均值，將其作為設(shè)定值，把浮動(dòng)范圍定為控制死區(qū)。以低負(fù)荷階段為例：820℃為床溫的設(shè)定值，控制死區(qū)為±30℃。
    若床溫偏差在控制死區(qū)內(nèi)，控制系統(tǒng)不工作；若床溫偏差超出控制死區(qū)，控制系統(tǒng)開始工作，調(diào)節(jié)的幅度可以依據(jù)床溫偏差和床溫變化率來確定。為便于實(shí)現(xiàn)，不同負(fù)荷階段下采用同一個(gè)控制器，只是引入偏差時(shí)，根據(jù)不同的負(fù)荷階段，將偏差乘以不同的比例系數(shù)。該床溫控制系統(tǒng)的SAMA圖見圖1。
    由圖1可知，該方案采用的是主汽流量信號(hào)對(duì)床溫進(jìn)行修正，以滿足不同負(fù)荷階段下對(duì)床溫設(shè)定值的要求。
3.2關(guān)鍵問題
  a．引入給煤量、汽包壓力、主汽流量三者組成的熱量信號(hào)為前饋信號(hào)，用以消除煤質(zhì)變化帶來的內(nèi)擾。
    b．設(shè)計(jì)串級(jí)控制，以加快調(diào)節(jié)速度，減小動(dòng)態(tài)偏差，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。
    c．系統(tǒng)先通過調(diào)節(jié)進(jìn)入爐膛底部的一次風(fēng)量來調(diào)節(jié)床溫，當(dāng)爐膛底部的一次風(fēng)門沒有調(diào)節(jié)裕量時(shí)，引入二次風(fēng)補(bǔ)償及給煤量的脈動(dòng)調(diào)節(jié)。
    d．引入床溫變化率信號(hào)，作為輔助反饋信號(hào)，因?yàn)樵谌紵�工況發(fā)生改變時(shí)，床溫變化率信號(hào)比床溫偏差信號(hào)更能及時(shí)、有效地反映床溫的變化。
    e．由于給煤量主要用于調(diào)節(jié)負(fù)荷，該方案所提出的對(duì)給煤量的脈動(dòng)調(diào)節(jié)是輔助調(diào)節(jié)手段，在一次風(fēng)門沒有調(diào)節(jié)裕量且床溫控制仍未達(dá)到預(yù)期效果的前提下，通過脈動(dòng)地增減給煤量來快速調(diào)節(jié)床溫，如果一次風(fēng)門尚有調(diào)節(jié)裕量，則給煤量由原鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)子系統(tǒng)控制。
4、仿真試驗(yàn)及結(jié)果分析
圖2為改造前、后系統(tǒng)的仿真曲線。
    由圖2可知，改造后的幾個(gè)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)都有所改變：超調(diào)量減小，上升時(shí)間、峰值時(shí)間、調(diào)節(jié)時(shí)間都減短。可見系統(tǒng)改造后比改造前更能符合過渡過程對(duì)參數(shù)取值變化的要求，有較好的魯棒性和抗干擾能力。經(jīng)驗(yàn)證明系統(tǒng)對(duì)象的傳遞函數(shù)在12%變化范圍內(nèi)魯棒性良好。富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯(cuò)的選擇。
5、投運(yùn)情況
    根據(jù)改造方案和仿真試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)原床溫控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造，并在穩(wěn)定工況和變工況下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行120 d。
    對(duì)比改造前、后的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)不僅系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定，而且調(diào)節(jié)的精度和快速性都有提高，多項(xiàng)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)也有改善，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
    a.負(fù)荷變化時(shí)，系統(tǒng)能夠根據(jù)不同負(fù)荷下床溫的設(shè)定值及時(shí)、有效地進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于只是引入給煤量的脈動(dòng)調(diào)節(jié)來加快調(diào)節(jié)速度，進(jìn)入爐膛的總給煤量變化并不大，因此對(duì)原鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)子系統(tǒng)的影響較��；
    b．燃燒狀況良好，排渣量減少，原來冷渣器經(jīng)常堵塞的問題得到了解決；
    c．調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的磨損減小，耗電量減少；
    d．系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，提高了給水壓力，使得給水壓力的波動(dòng)范圍小于0. 01 MPa，相當(dāng)于給水溫度提高了2℃，煤耗下降1 g/kWh;
    e·汽水損失減小，自動(dòng)投運(yùn)率提高，運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度減小。
6、結(jié)論
    運(yùn)行結(jié)果表明：一次風(fēng)調(diào)節(jié)子系統(tǒng)中床溫變化率信號(hào)的引入、給煤量調(diào)節(jié)子系統(tǒng)中串級(jí)控制的設(shè)計(jì)、熱量信號(hào)的引入、床溫設(shè)定值的修正等方案在改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)、提高抗干擾能力以及對(duì)模型改變時(shí)的魯棒性等均比改造前優(yōu)越，在實(shí)際應(yīng)用中有一定的參考價(jià)值。