CN1916492A - 循环流化床锅炉燃烧优化控制方法 - Google Patents

Abstract

循环流化床锅炉燃烧优化控制方法，对整台机组进行协调控制的基础上，当机组投入协调控制方式后，以汽机调负荷，锅炉调压力，协调控制系统接受负荷指令；当汽机负荷变化较大时，对流化床锅炉耦合性强的负荷、主汽压、床温、床压等参数进行了解耦，整个系统保持在总的能量平衡的方式下调整，通过改变入炉的给煤量来改变炉膛内的残碳量，残碳量表征床料中未燃尽的燃料，这些燃料将用来快速响应电网负荷指令所需的能量；燃料控制系统采用直接能量平衡控制，其控制目标为残碳量；负荷增加，要求残碳量增加；本发明在循环流化床(CFB)锅炉在控制中引入“残碳量”，有效地对CFB锅炉的多变量、强耦合、大滞后、大惯性的复杂系统进行解耦，控制效果明显。

Description

循环流化床锅炉燃烧优化控制方法

一、技术领域

本发明涉及一种循环流化床(CFB)锅炉的运行控制方法，具体地说是一种如何更好的控制循环流化床锅炉燃烧的控制方法。

二、背景技术

循环流化床(CFB)锅炉以其高效、低污染、燃料适应性广等特点，近年来得到了迅速发展，逐步取代其它炉型。但是，由于CFB锅炉燃烧过程特殊，燃烧自动控制问题尚未得到很好的解决，成为限制CFB锅炉大规模推广应用。CFB的机组长期以来无法投入AGC的控制，无法实现参与电网调峰的功能。

循环流化床(CFB)锅炉控制的目标一方面保证锅炉安全、稳定、高效率燃烧；另一方面满足电网负荷调度的需求。具体来讲应具备以下功能：一是快速响应电网负荷需求，同时保持主汽压力稳定；二是维持床温在850～900℃范围内，该范围内除硫效果最好，且不会产生有毒的氮氧化合物，床温过低会熄火，过高会结焦；三是维持合理的风煤比，即合理的烟气含氧量，过低燃烧不充分；过高排烟损失大，降低热效率。

循环流化床(CFB)锅炉燃烧控制有如下难点：

1、首先要保证循环流化状态。当一次风量由零开始逐渐增大时，炉床状态逐次由鼓泡、沸腾、流化、循环流化到过流化状态转变。只有循环流化状态才是正常工作状态。若偏离这一状态，燃烧机理发生变化，控制规律将不适用，表现出严重的非线性。

2、多变量、强耦合的特点。譬如要增加负荷就要增加给煤量，但是，煤量的增加又会引起床温的升高。用一个控制量同时保证两个被控量稳定在固定的设定值上是难以做到的。

3、大滞后和不确定性。譬如煤进入炉内有一个受热、烘干、爆破、着火的过程，需1～2min，这期间是吸热过程。因此，当给煤增速太快时，可能出现先降温后温的双向过程，给闭环控制带来不利。

对于多变量强耦合的系统，可以将相互耦合的各个参数(负荷、主汽压、床温、床压)进行有效解耦，分析出锅炉各种燃烧工况下的主要因素、次要因素，然后开发出各种相应的控制方法。

调研和资料检索发现，目前国内外普遍使用控制原则是：用给煤量控制负荷、一次风控制床温、二次风控制烟气含氧量(热效率)，在此基础上开发各种控制算法。但这一原则存在较大问题：

1、使用给煤量直接控制主汽压力(锅炉负荷)，由于从给煤量的改变到锅炉主汽压力的变化大概需要9～11分钟，存在非常大的滞后，经常容易导致过调现象，主汽压力大幅度摆动，而且调节周期过长。

2、使用一次风控制床温，而一次风的主要任务是建立稳定的循环流化状态，调节范围很窄，且要求稳定。但床温受煤质扰动(如粒度、热值、挥发份)等因素的影响频繁变化，一次风受床温影响也频繁变化，严重影响床料的流化状态，威胁锅炉的安全运行。

三、发明内容

本发明的目的是提供一套能够对循环流化床(CFB)锅炉燃烧过程进行全面优化控制的循环流化床(CFB)锅炉燃烧控制方案。该方案可以使循环流化床(CFB)锅炉长期稳定投入自动运行，且机组负荷快速跟踪电网调度AGC负荷指令，主汽压、主汽温度、床温、床压、O₂、SO₂等参数满足机组运行要求，提高循环流化床(CFB)锅炉自动化水平和燃烧效率，达到经济运行、节能降耗的目的，获取最大的经济效益和社会效益。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：循环流化床锅炉燃烧优化控制方法，对整台机组进行协调控制的基础上，当机组投入协调控制方式后，以汽机调负荷，锅炉调压力，协调控制系统接受负荷指令，参与电网调节时，以机组能力满足电网的瞬时需求，协调机组之间的关系；燃料控制系统维持机侧与炉侧之间的能量平衡，以主汽压力稳定在一个定值；当汽机负荷变化较大时，对流化床锅炉耦合性强的负荷、主汽压、床温、床压等参数进行了解耦，整个系统保持在总的能量平衡的方式下调整，通过改变入炉的给煤量来改变炉膛内的残碳量，残碳量表征床料中未燃尽的燃料，这些燃料将用来快速响应电网负荷指令所需的能量；燃料控制系统采用直接能量平衡控制，在直接能量平衡的控制表达式中引入了床料的蓄热，通过改变给煤量控制进入锅炉的发热量，平衡协调控制系统来的经协调控制处理后的负荷指令对应的热量需求信号，其控制目标为残碳量；负荷增加，要求残碳量增加；负荷减少，要求残碳量减少；

当床温T＞900℃或T＜850℃，一次风控制的主要目标为床温参数：床温高，增加风量、床温低，减少风量；当床温在900℃＞T＞850℃时，一次风控制残碳量的能量释放，维持主汽压力的稳定。燃料控制系统设有对燃烧预测控制：依据煤的热值、负荷、主汽压力、床温、一次风量、二次风量、循环倍率参数进行机组运行平衡点的快速查找。

针对循环流化床(CFB)锅炉的各个参数存在强耦合、大滞后的特点，在系统中引入“残碳”的概念，将一个复杂的、多变的大系统有效的解耦成多个相互独立的的控制回路，各个控制回路又受“协调控制系统”支配相互协调动作，最终完成整台机组的协调控制。燃烧控制方案包括以下几个系统：

A)协调控制系统

协调控制系统接受负荷指令，参与电网调节时，尽机组能力满足电网的瞬时需求，协调机组之间的关系，合理利用锅炉和床料的贮备热量，发挥汽机的快捷作用，满足电网的瞬时需求，同时又兼顾机组本身的平衡稳定；协调锅炉水、煤、风、烟、电之间的平衡配比，实现机组的安全、经济、优化控制。

B)燃料控制系统

燃料控制系统的控制目标是维持机侧与炉侧之间的能量平衡，能量平衡的标志为主汽压力稳定在一个定值，系统采用“直接能量平衡”进行给煤量调节控制。

整个系统保持在总的能量平衡的方式下调整，通过改变入炉的给煤量来改变炉膛内的残碳量，残碳量无法直接通过测量手段获得，但可通过相关的参数分析计算获得。残碳量的改变与床温、负荷、锅炉的燃烧状态等紧密相关。残碳量的控制效果直接关系到锅炉床温和负荷的稳定。

燃烧预测控制系统可以快速寻找锅炉燃烧系统新的平衡点，新平衡点主要是因煤质的变化或负荷的骤变而引起的平衡点迁移。

C)一次风控制系统

一次风量通过一次风门的调整进行控制，通过改变一次风量来控制锅炉床料中的残碳能量释放，维持各个负荷下炉膛内的残碳量为一个定值，该设定值为经床温修正后的定值，即控制床料中的残碳量的燃烧过程，同时兼顾床温的变化，当床温的变化在允许范围内(850～900℃)，以满足汽机侧的能量需求的变化为控制目标；

在循环流化床中提出了“残碳”的概念，有效地解决了燃烧过程中的煤、一次风、二次风、返料风对负荷、床温、主汽压力等参数的耦合。

D)二次风控制系统

根据锅炉负荷、氧量等参数，调节二次风门，保证助燃和经济燃烧。

E)给水系统

使用单冲量水位调节和三冲量水位调节相结合，实现对汽包水位的全程控制。在锅炉启动和低负荷时，锅炉负荷＜30％，使用单冲量水位调节系统调节低负荷调整门，维持汽包水位为定值；在锅炉负荷＞30％时，使用三冲量水位调节系统调节主给水调门(或给水泵转速)，维持汽包水位为定值；

F)主汽温度控制系统

主汽温度参数反映的是锅炉的燃烧量与工质量的平衡。当锅炉的燃烧量偏大，汽温受到上升的压力，当锅炉的工质量偏大，汽温就会有下降的动力。锅炉的工质由炉膛内的蒸发量和后部的各级喷水量组成。锅炉燃烧量是根据汽机的热量需要来控制的，而工质量是汽温控制回路根据汽温的情况调节喷水量来实现的。因此可根据锅炉燃烧量与工质量的相对偏差来预先调节喷水量；采用燃烧调整的手段控制锅炉蒸发量；对喷水量调节的大滞后，采用状态观测器改善调节特性，在主蒸汽温度调节回路中增加状态观测器，根据锅炉燃烧量、工质量等得出状态观测量，引入前馈回路，加快调节，克服喷水调节系统的大滞后特性。

在协调控制系统的协调控制下，给煤控制系统控制好锅炉给煤，维持锅炉能量的总体平衡；一次风控制在床温允许的情况下控制好残碳的能量释放速度，维持主汽压力的稳定，给水控制系统使用单冲量和三冲量相结合，保证锅炉水位在一定值、主蒸汽温度控制系统使用优化算法，控制主蒸汽温度。各系统相互协作，互不干扰，对循环流化床(CFB)锅炉实现全过程、全自动、无人干预控制。

本发明的有益效果是：提出了循环流化床(CFB)锅炉燃烧控制的新方法——在控制系统中引入“残碳量”的概念，有效地对CFB锅炉的多变量、强耦合、大滞后、大惯性的复杂系统进行解耦，设计出容易实现、控制效果明显的优化控制方案，该方案实现了CFB锅炉机组能够长期稳定投入AGC，完全满足参与电网调峰的控制要求，有效的解决了目前循环流化床(CFB)锅炉协调控制难、燃烧控制难、AGC无法投入等问题，对循环流化床(CFB)锅炉控制真正实现了全过程、全自动控制，使锅炉始终运行于最优化状态，本发明在大型循环流化床(CFB)锅炉上应用，效果更加明显，使得循环流化床(CFB)锅炉的大型化成为可能，具有十分广泛的应用前景。

四、附图说明

图1是本发明循环流化床(CFB)锅炉的能量传递模型图；

图2是本发明循环流化床(CFB)风机和风量控制流程图

图3是本发明循环流化床(CFB)燃料控制系统流程图；

图4是本发明循环流化床(CFB)给水自动控制流程图

图5是本发明循环流化床(CFB)锅炉燃烧控制流程图；

图6是本发明循环流化床(CFB)锅炉的再热汽温度控制流程图

图7是本发明循环流化床(CFB)测量参量和相互关系图；

图1阐述了循环流化床(CFB)锅炉机组在燃烧过程中的能量传递过程：

1、动能转变为电能-无需控制(＜1S)；

2、热能转变为动能-主汽调门控制(9S)；

3、床料和高温烟气的能量传递给蒸汽-主要是由一次风控制(6min)；

4、化学能转变为热能被床料吸收-给煤量控制(3min)；

在控制方案的设计中不可忽略循环流化床(CFB)锅炉的床料所积蓄的能量。

1、控制“热能转变为动能”的目标值为“电功率”；

2、控制“残碳的能量释放过程”目标值为“主汽压力”；

3、控制“化学能转变为热能”的目标值为“残碳量”；

通过调节汽轮机主汽调门改变进汽量，控制汽包的饱和蒸汽和过热蒸汽积蓄的热量转变为动能(电负荷)；通过改变一次风挡板控制一次风量，进而控制炉膛床料中的“残碳”能量的释放过程，即将床料(包括循环料)及烟气的热量传递给汽包和过热蒸汽；通过改变进入炉膛的给煤量控制床料中的残碳量。残碳量无法直接测量，但可通过间接测量的方法获得。主要通过给煤量的历史记录及热值、一次风量、二次风量、床温、反料量参数分析获得。

图7中锅炉单元机组的能量传递过程可以简化为上述四个环节，1是残碳、化学能堆集环节；2是床料(包括循环料)及烟气、热量贮备过程。3是汽包工质热能贮备过程。4是汽轮机组，热能向动能及动能向电量的转换过程，与常规煤粉炉最大的区别在于是残碳和床料的环节。因为残碳没有任何的直接测量手段，给运行调整带来很大困难。

五、具体实施方式

下面以440t/h循环流化床(CFB)锅炉为例来对本发明作进一步说明。本例子是以分集散控制系统(DCS)为平台开发出来的，包括以下步骤：

A)机炉协调控制：

协调控制系统的设计是从调节、联锁、保护、报警以及监控管理上考虑，将锅炉、汽机作为一个整体来进行控制。

在协调控制系统方式下，可接受电网调来的4～20mA ADS信号，在锅炉稳燃负荷范围内，以一定速率(3％额定负荷/min)参加电网AGC运行。

锅炉汽机作为一个整体协调控制，采用直接能量(DEB)平衡控制原理，保证机前压力运行稳定，锅炉燃料、送风、炉膛负压、给水……各个回路控制动作相协调，根据机炉的实际情况，使机组运行压力与主辅机设备实际能力相协调，并设置完善而必要的方向闭锁，实时能力限幅和识别功能。

协调机组与电网的控制，在参与电网调节时，尽机组能力满足电网的瞬时需求，协调机组之间的关系，合理利用锅炉的贮备热量，发挥汽机的快捷作用，满足电网的瞬时需求，同时又兼顾机组本身的平衡稳定；协调锅炉水、煤、风、烟、电之间的平衡配比，实现机组的安全、经济、优化控制。

控制系统设有四种运行方式：

1、机炉协调控制运行方式：汽机侧的压力调节器处于跟踪，汽机侧的功率及炉侧的压力调节器均投入自动；

2、炉跟机(BF)：锅炉自动调压，汽机手动(调功)运行方式；

3、机跟炉(TF)：汽机自动调压，锅炉手动(调功)运行方式；

4、机炉手动运行方式。

炉跟机调功控制方式下又有定压运行和滑压运行两种方式选择，各种方式之间的相互切换均做到平衡无扰动。

定压/滑压运行方式处理

1、阀门开度固定/滑压运行：阀门保持在某一固定位置，蒸汽压力随负荷的增加而上升；

2、阀门开度固定，并有±10％的调节：主汽压力为定值，负荷的变化通过改变阀门开度来满足需求。

机组负荷指令是根据功率、汽压、频率、汽机阀位开度、机组辅机运行工况、要求的限值等加以处理信号构成的。或者由中调来的ADS信号所构成，与ADS交换信号如下；

模拟量输入：负荷调度指令目标出力定值、电网频率、机组实际功率

模拟量输出：发电机组实发功率、机组最大负荷出力、机组最小负荷出力、机组变负荷率。

开关量输入：要求机组AGC待命、220KV综合自动化协调故障

开关量输出：要求机组AGC待命收到、机组在协调方式下(机组处于AGC待命状态)(CCS投入/退出)、机组在AGC方式下(ADS投入/退出)、机组有功高限越限报警、机组有功低限越限报警、机组出力限制和RUN BACK、主机故障与DEH的接口：

模拟量输入：高调门开度(0-100％)、负荷参数(0-150MW)、频率输入(45-55Hz)或频率偏置与频差(45-55Hz、2850-3150RPM)

模拟量输出：CCS指令1(2)(0-100％)、遥控主汽压设定值(0-20MPa)

开关量输入：主汽门关闭、OPC动作、DEH闭锁增、DEH闭锁减、DEH阀门极限控制、DEH速度/负荷保持、CCS已投入(DEH处于遥控方式)、DEH受同期装置控制

开关量输出：RUNBACK、CCS请求(请求DEH投遥控)、请求DEH受同期装置控制、功率回路切除\调压回路切除、功率增、功率减

机组在协调方式下：当给定负荷在3％/min变化速率下降30MW，增加40MW，机炉主汽压力偏差不超过0.15MPa

B)燃料控制系统

为了保证机组满足电网负荷需求，作为协调控制系统的一部分，燃料控制系统的任务是为达到此目的提供合适的燃料，维持锅炉安全经济燃烧。

给煤量的控制目标是维持机侧与炉侧之间的能量平衡，能量平衡的标志为主汽压力稳定在一个定值，系统采用“直接能量平衡”进行给煤量调节控制。

对于循环流化床锅炉的能量表达式：

                      Q＝P₁+C₁·^dPb/_dt+C₂·^dT/_dt

其中：P₁调速级压力、C₁汽包蓄热系数、Pb汽包压力、T床温、C2为床料的蓄热系数

对于汽机侧的能量：q＝P₁·^PT/_PS

其中：P₁调速级压力、PT自动主汽门前压力、PS压力定值

在稳定状态下：Q＝q，则P_T＝P_S。

整个系统保持在总的能量平衡的方式下调整，通过改变入炉的给煤量来改变炉膛内的残碳量；残碳量的改变与床温、负荷、锅炉的燃烧状态等紧密相关，残碳量的控制效果直接关系到锅炉床温和负荷的稳定。

燃料控制系统得到的残碳量，分别送往一次风量调节系统和二次风量调节系统。燃烧预测控制系统主要有以下两大功能：

平衡点的快速查询：

依据煤的热值、负荷、主汽压力、床温、一次风量、二次风量、循环倍率等参数进行机组运行平衡点的快速查找，消除因煤质的变化，负荷骤变引起的系统平衡点迁移而导致常规控制方法参数超调现象。

建立床温调节专家经验知识库(具体参数依据对象而定)：

1、T床＜830℃；和T床＞920℃

(1)T床＜830℃，有可能导致床温太低而熄火(尤其是降至700℃以下)此时减

风10％稳住床温，并使之回升至830℃以上再切自动；若减风后，床温继续下降，则可能反应还原区扩大，此时加煤5％，稍加风；并注意床温变化趋势，若快速上升，则全开风门，待趋势稳定再恢复一次风量。

(2)T床＞920℃，有可能导致床温太高而结焦(尤其是超过1200℃结焦的自加速特性，无法控制)，此时加大风量20％，减煤50％，床温回落。

2、ΔT床平稳且ΔT出口平稳

(1)T床＞900℃，T出口高、中：减煤3％-5％，加风2％-4％；

(2)T床＞900℃，T出口低：返料加大

(3)T床＜850℃，T出口高：返料减少

(4)T床＜850℃，T出口低、中：加煤3％-5％，减风2％-4％

3、T床低且T出口低，且ΔT出口平稳，ΔT床平稳：加煤3％-5％，减风2％-4％；返料加大

4、T床高且T出口高，且ΔT出口平稳，ΔT床平稳：减煤3％-5％，加风2％-4％

5、ΔT床缓降，且ΔT出口缓降，850℃＜T床＜900℃，T出口在正常范围内：加煤3％-5％，减风2％-4％

C)一次风控制系统

一次风的控制包括两个部分，一次风压和一次风量的控制，一次风压通过一次风机入口挡板的调整进行控制，一次风压的定值为与负荷相关的函数(单回路)。

一次风量通过一次风门的调整进行控制，通过改变一次风量来控制锅炉床料中的残碳能量释放，维持各个负荷下炉膛内的残碳量为一个定值，该设定值为经床温修正后的定值，即控制床料中的残碳量的燃烧过程，同时兼顾床温的变化，当床温的变化在允许范围内(850～900℃)，以满足汽机侧的能量需求的变化为控制目标。

在循环流化床中提出料“残碳”的概念，有效地解决料燃烧过程中的煤、一次风、二次风、返料对负荷、床温、主汽压力等参数的耦合。

D)二次风控制系统

二次风量的目的是为了助燃和经济燃烧，二次风量的控制通过调节二次风机的入口挡板的开度；

二次风量的设定值为给煤量、负荷指令及最小风量三者中的最大值；

二次风量经过氧量修正后作为PID的测量值输入；

氧量PID的设定值与负荷为线性关系函数。

E)炉膛压力调节系统

在炉膛压力调节系统中，炉膛负压测量值经过惯性延滞处理后与给定值一起送入PID中进行运算，运算结果动作引风机执行机构，从而调节炉膛负压满足机组运行要求。

在炉膛负压测量点有多点的情况下，可以采取多点取中值的办法进行处理。由于一次风量和二次风量发生变化时，需经过一段时间炉膛负压才发生变化，故在上述调节方案中直接把一、二次风挡板的开度作为前馈信号送入PID调节输出中，以提高一、二次风量变化时调节系统响应的快速性。

F)汽包水位控制系统，汽包水位调节采用全程给水自动控制系统

1、在启动和低负荷时，单冲量水位调节

2、在负荷大于30％时，三冲量水位控制

3、低负荷调门、低负荷关断门和主给水电动门之间的切换

在启动和低负荷时，汽包水位采用单冲量调节系统调节低负荷调整门。当低负荷调整门开度大于90％时，打开主给水电动门，调节给水泵转速，同时关闭低负荷调门，维持汽包水位不变。当负荷调门关到零后，关闭低负荷关断门，给水调节自动由单冲量切换到三冲量调节。

在降负荷时，锅炉负荷小于30％时，开启低负荷关断门，打开低负荷调整门，同时调节给水泵转速，维持汽包水位不变。当低负荷调整门开到一定值后关闭主给水电动门，给水调节自动由三冲量切换到单冲量调节。

汽包水位信号经过压力进行补偿

G)主汽温度控制系统

锅炉采用两节喷水减温，前屏过热器采用全辐射换热形式，后屏过热器为半辐射半对流换热，对流过热器为对流换热。

主蒸汽温度调节系统由两级减温调节组成，采用温差控制方案：

一级过热汽温调节系统以二级减温器入口汽温为被调量，以一级减温器出口汽温为导前信号，组成串级系统维持二级减温器出口汽温为定值。

二级过热汽温调节系统以主汽温度为被调量，以二级减温器出口汽温为导前信号，维持主蒸汽为定值。

主汽温度优化控制

主蒸汽温度控制对象具有多变量、非线性和大滞后的特点，采用常规的串级PID控制方法往往达不到预期效果。

主蒸汽温度控制对象的典型特点首先是大滞后，从改变喷水量，到汽温参数的明显变化往往需要数分钟时间。其次锅炉燃烧状态、送风量都对汽温有影响，而且燃烧侧的影响对汽温的影响的时间特性相对于喷水，要快很多。因此汽温调节的问题，不仅仅是大滞后的困难，而且是外扰比调节手段更强更快的困难。因此采用常规的基于温度反馈串级PID控制是不可能获得较好的调节效果的。

减温量对汽温的阶跃扰动的传递函数如下：

$G\left(s\right)=\frac{0.169}{54s+1}{\left(\frac{0.91}{49s+1}\right)}^5$

根据锅炉运行的机理对汽温控制提出了一套新的思路。汽温参数反映的是锅炉的燃烧量与工质量的平衡。当锅炉的燃烧量偏大，汽温受到上升的压力，当锅炉的工质量偏大，汽温就会有下降的压力。锅炉的工质由炉膛内的蒸发量和后部的各级喷水量组成。锅炉燃烧量是根据汽机的热量需要来控制的，而工质量是汽温控制回路根据汽温的情况调节喷水量来实现的。根据锅炉燃烧量与工质量的相对偏差来预先调节喷水量；采用燃烧调整的手段控制锅炉蒸发量；对喷水量调节的大滞后采用状态观测器改善调节特性。

采用这种调节方法，不仅仅是大大改善了调节品质；而且通过燃烧调整，使锅炉的蒸发量基本满足工质量的需求，减少对减温水的使用。这对锅炉效率的提高具有极大的意义。

H)再热汽温度控制系统

通过调节再热减温水喷水量和事故喷水进行控制，当再热器出口温度高于545℃，开启再热器事故喷水门参加调节。

本发明是在对循环流化床(CFB)锅炉控制作了大量研究和大量工程实践经验的基础上，充分理解其控制特点和控制难点，针对循环流化床(CFB)锅炉多变量、强耦合、大滞后、大惯性、不确定性强等的特性，开发出的一套适用于循环流化床(CFB)锅炉燃烧优化控制的控制方法。本方法具有以下特点：

1、由于循环流化床锅炉存在多变量、强耦合、大惯性、大滞后的特点，机组投入协调控制方式后，即汽机调负荷，锅炉调压力。当汽机负荷变化较大时，锅炉侧无法快速响应机侧的能量需求，主汽压力不能迅速跟踪，出现压力大幅度波动现象，为了有效解决循环流化床锅炉控制上的这一难点，开创性地提出了“残碳”的概念，有效地对流化床锅炉耦合性强的负荷、主汽压、床温、床压等参数进行了解耦。

2、燃料控制系统采用直接能量平衡原理，在直接能量平衡的控制表达式中引入了床料的蓄热，通过改变给煤量控制进入锅炉的发热量，平衡协调控制系统来的经协调控制处理后的负荷指令对应的热量需求信号，其控制目标为残碳量。残碳量表征床料中未燃尽的燃料，这些燃料将用来快速响应电网负荷指令所需的能量。负荷增加，要求残碳量增加；负荷减少，要求残碳量减少。

3、当床温T＞900℃或T＜850℃，一次风控制的主要目标为床温参数：床温高，增加风量、床温低，减少风量。当床温在900℃＞T＞850℃时，一次风控制的主要目标为控制残碳量的能量释放，维持主汽压力的稳定。

4、燃烧预测控制系统，该系统具有两方面的功能：其一，依据煤的热值、负荷、主汽压力、床温、一次风量、二次风量、循环倍率等参数进行机组运行平衡点的快速查找，消除因煤质的变化，负荷骤变引起的系统平衡点迁移而导致常规控制方法参数超调现象。其二，床温调节专家经验知识库，根据以往专家积累的锅炉运行数据进行分析，总结出内在的规律，形成专家经验知识。使用该知识库，能够对当前的床温根据以往的经验值进行快速调整；当床温越限时，能进行快速保护。

5、主蒸汽温度控制优化系统。针对主蒸汽温度控制对象大滞后，外扰比调节手段更强更快的特点，在主蒸汽温度控制上采用锅炉燃烧量响应工质量的方法，保持燃烧与汽水的能量平衡，保证主蒸汽温度的稳定。同时使用状态观测器观测主蒸汽温度的影响因素，快速响应，提前调节，改善调节特性。

Claims (10)

1、循环流化床锅炉燃烧优化控制方法，对整台机组进行协调控制的基础上，当机组投入协调控制方式后，以汽机调负荷，锅炉调压力，协调控制系统接受负荷指令，参与电网调节时，以机组能力满足电网的瞬时需求，协调机组之间的关系；燃料控制系统维持机侧与炉侧之间的能量平衡，以主汽压力稳定在一个定值；其特征是当汽机负荷变化较大时，对流化床锅炉耦合性强的负荷、主汽压、床温、床压等参数进行了解耦，整个系统保持在总的能量平衡的方式下调整，通过改变入炉的给煤量来改变炉膛内的残碳量，残碳量表征床料中未燃尽的燃料，这些燃料将用来快速响应电网负荷指令所需的能量；燃料控制系统采用直接能量平衡控制，在直接能量平衡的控制表达式中引入了床料的蓄热，通过改变给煤量控制进入锅炉的发热量，平衡协调控制系统来的经协调控制处理后的负荷指令对应的热量需求信号，其控制目标为残碳量；负荷增加，要求残碳量增加；负荷减少，要求残碳量减少；

当床温T＞900℃或T＜850℃，一次风控制的主要目标为床温参数：床温高，增加风量、床温低，减少风量；当床温在900℃＞T＞850℃时，一次风控制残碳量的能量释放，维持主汽压力的稳定。

2、由权利要求1所述的循环流化床锅炉燃烧优化控制方法，其特征是燃料控制系统设有对燃烧预测控制：依据煤的热值、负荷、主汽压力、床温、一次风量、二次风量、循环倍率参数进行机组运行平衡点的快速查找.

3、由权利要求1所述的循环流化床锅炉燃烧优化控制方法，其特征是床温调节使用该知识库，对当前的床温根据以往的经验值进行快速调整；当床温越限时，能进行快速保护：T床＜830℃，此时减风，并使之回升至830℃以上再切自动；若减风后，床温继续下降，此时加煤5％，稍加风；若床温变化趋势，若快速上升，则全开风门，待趋势稳定再恢复一次风量；

T床＞920℃，此时加大风量10-20％，减煤30-50％，床温回落；

ΔT床平稳且ΔT出口平稳

(1)T床＞900℃，T出口高、中：减煤3％-5％，加风2％-4％；

(2)T床＞900℃，T出口低：返料加大

(3)T床＜850℃，T出口高：返料减少

(4)T床＜850℃，T出口低、中：加煤3％-5％，减风2％-4％

T床低且T出口低，且ΔT出口平稳，ΔT床平稳：加煤3％-5％，减风2％-4％；返料加大，

T床高且T出口高，且ΔT出口平稳，ΔT床平稳：减煤3％-5％，加风2％-4％，ΔT床缓降，且ΔT出口缓降，850℃＜T床＜900℃，T出口在正常范围内：加煤3％-5％，减风2％-4％。

4、由权利要求1所述的循环流化床锅炉燃烧优化控制方法，其特征是一次风的控制包括两个部分，一次风压和一次风量的控制，一次风压通过一次风机入口挡板的调整进行控制，一次风压的定值为与负荷相关的单回路函数；一次风量通过一次风门的调整进行控制，通过改变一次风量来控制锅炉床料中的残碳能量释放，或维持各个负荷下炉膛内的残碳量为一个定值，该设定值为经床温修正后的定值，即控制床料中的残碳量的燃烧过程，同时兼顾床温的变化，当床温的变化在850～900℃允许范围内，以满足汽机侧的能量需求的变化为控制目标。

5、由权利要求1所述的循环流化床锅炉燃烧优化控制方法，其特征是主蒸汽温度控制上采用锅炉燃烧量响应工质量的方法，保持燃烧与汽水的能量平衡，保证主蒸汽温度的稳定；锅炉的工质量由炉膛内的蒸发量和后部的各级喷水量组成；锅炉燃烧量是根据汽机的热量需要来控制的，而工质量是汽温控制回路根据汽温的情况调节喷水量来实现的；根据锅炉燃烧量与工质量的相对偏差来预先调节喷水量；采用燃烧调整的手段控制锅炉蒸发量；对喷水量调节的大滞后，采用状态观测器改善调节特性，在主蒸汽温度调节回路中增加状态观测器，根据锅炉燃烧量、工质量等得出状态观测量，引入前馈回路，加快调节，克服喷水调节系统的大滞后特性。

6、由权利要求1所述的循环流化床锅炉燃烧优化控制方法，其特征是通过调节汽轮机主汽调门改变进汽量，控制汽包的饱和蒸汽和过热蒸汽积蓄的热量转变为动能；通过改变一次风挡板控制一次风量，进而控制炉膛床料中的“残碳”能量的释放过程，即将床料及烟气的热量传递给汽包和过热蒸汽；通过改变进入炉膛的给煤量控制床料中的残碳量。

7、由权利要求1所述的循环流化床锅炉燃烧优化控制方法，其特征是整个系统保持在总的能量平衡的方式下调整，通过改变入炉的给煤量来改变炉膛内的残碳量；燃料控制系统得到的残碳量，分别送往一次风量调节系统和二次风量调节系统。

8、由权利要求1所述的循环流化床锅炉燃烧优化控制方法，其特征是二次风控制的方法是：二次风量的设定值为给煤量、负荷指令及最小风量三者中的最大值；二次风量经过氧量修正后作为PID的测量值输入；氧量PID的设定值与负荷为线性关系函数；二次风量的控制通过调节二次风机的入口挡板的开度。

9、由权利要求1所述的循环流化床锅炉燃烧优化控制方法，其特征是炉膛压力调节方法中，炉膛负压测量值经过惯性延滞处理后与给定值一起送入PID中进行运算，运算结果动作引风机执行机构；在炉膛负压测量点有多点的情况下，采取多点取中值的办法进行处理；当一次风量和二次风量发生变化时，需经过一段时间炉膛负压才发生变化，调节方案中直接把一、二次风挡板的开度作为前馈信号送入PID调节输出中，以提高一、二次风量变化时调节系统响应的快速性。

10、由权利要求1所述的循环流化床锅炉燃烧优化控制方法，其特征是主汽温度控制方法由两级减温调节组成，采用温差控制方案：

一级过热汽温调节系统以二级减温器入口汽温为被调量，以一级减温器出口汽温为导前信号，组成串级系统维持二级减温器出口汽温为定值，

二级过热汽温调节系统以主汽温度为被调量，以二级减温器出口汽温为导前信号，维持主蒸汽为定值，锅炉的工质由炉膛内的蒸发量和后部的各级喷水量组成；锅炉燃烧量是根据汽机的热量需要来控制的，而工质量是汽温控制回路根据汽温的情况调节喷水量来实现的。根据锅炉燃烧量与工质量的相对偏差来预先调节喷水量；采用燃烧调整的手段控制锅炉蒸发量；对喷水量调节的大滞后采用状态观测器改善调节特性；

汽包水位调节采用全程给水自动控制系统

1、在启动和低负荷时，单冲量水位调节

2、在负荷大于30％时，三冲量水位控制

3、低负荷调门、低负荷关断门和主给水电动门之间的切换。

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