智能算法在450th CFB锅炉床温-主蒸汽压力控制中的应用

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分段下先离线对PID参数进行模糊自整定，再把整定的结果嵌入到系统中，并在原有的系统组态上增加新的功能模块，这种算法可使控制系统的性能不断完善，直至达到既定的要求，使CFB锅炉燃烧控制系统的品质提高到一个新的层次。 （3）控制系统的仿真

根据系统所划分的几个阶段，对控制系统进行局部仿真，然后对分段模型进行无扰切换，并进行全局仿真，其目的在于检验设计的控制系统能否基本达到安全性、稳定性的要求，并研究控制系统的全工况性能及鲁棒特性，为现场的调试奠定基础。 （4）基于CFB锅炉燃烧控制设备的系统组态，注重理论研究成果的工程可实现性 在详细了解原控制系统组态的基础上，熟练掌握各个功能块的作用，进一步分析原控制系统存在的问题，先进行离线组态、调试，再进行在线组态、调试。 （5）现场调试

在完成控制系统的组态后，进行现场调试，观测实时曲线，记录实时数据，分析系统仍存在的缺点，并做进一步的改善，对参数进行进一步的优化，使系统达到满意的控制效果。

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第二章 循环流化床锅炉的原理及燃烧特性分析

2.1 循环流化床锅炉的结构及工作原理 2.1.1循环流化床锅炉的结构

典型的CFB锅炉在结构上可分为两大部分，第一部分由炉膛（燃烧室）、布风装置、气固物料分离装置、固体物料再循环装置及外置热交换器（有些类型的循环流化床锅炉无该设备）等组成，上述部分构成了一个固体物料循环回路。第二部分为对流烟道，布置有高温过热器、低温过热器、省煤器和空气预热器等，与常规煤粉锅炉相近，主要用来吸收烟气中所含有的热量。图2-1为典型的CFB锅炉燃烧系统示意图。

至尾部烟道高温旋风分离器稀相区炉膛（燃烧室）密相区排灰一次风排渣返料器水冷壁二次风燃料

图2-1典型的循环流化床锅炉燃烧系统示意图

CFB锅炉的燃烧室以二次风的入口为界分为两个区，入口以下为大粒子还原气氛燃烧区，入口以上为小粒子氧化气氛燃烧区。燃料的燃烧过程、脱硫过程、氮氧化物的生成及分解过程主要在燃烧室内完成，燃烧室内还布置有受热面，大约燃料所释放热量的50%被它吸收。燃烧室既是燃烧设备、热交换器，又是脱硫、脱氮设备，它集流化、燃烧、传热、脱硫及脱硝反应于一身，所以燃烧室是CFB锅炉燃烧系统的主体。

CFB锅炉燃烧系统还包括气固物料分离装置和固体物料再循环装置。气固物料分离装置的形式决定了燃烧系统和锅炉整体布置的形式和紧凑性，它的性能对燃烧室的动力特性、传热特性、燃烧效率、飞灰循环、锅炉出力、蒸汽参数，对石灰石的脱硫效率、利用率，对负荷的调节范围、散热损失、锅炉启动时间及维修费用等均有重要影响。国外普遍采用气固物料分离装置有高温耐火材料内砌的旋风子分离器、水冷或汽冷旋风子分离器、各种形式的惯性分离器与多管旋风子分离器。国内

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采用的主要有清华大学研制的方形水冷旋风子分离器、华中理工大学研制的下排气中温旋风子分离器、中国科学院研制的百叶窗惯性分离器、东北电力学院研制的卧式内旋风子分离器，也有用耐火材料内砌的旋风子分离器。高温耐火材料旋风子分离器的收集效率高，但是阻力较大，燃烧系统布置欠紧凑。惯性分离器的收集率低，阻力小，但是燃烧系统布置紧凑。中温旋风子分离器收集效率较高，阻力较小，能够使锅炉整体布置呈传统的П形，锅炉紧凑，占地面积较小。

固体物料再循环装置对燃烧过程的可控性、对锅炉的负荷调节性能起着决定性作用。它是将分离器收集下来的飞灰送回流化床循环燃烧，而又保证流化床内高温烟气不经过送灰器短路流入分离器，因此它既是一个飞灰回送器，又是一个锁气器。若这两个作用失常，飞灰的循环燃烧过程就建立不起来，锅炉的燃烧效率将大为降低、燃烧工况也将变差，蒸发量将达不到设计要求。一般送灰器有两种类型，一种是自动调整型送灰器，如流化密封送灰器（Fluoseal）；一种是阀型送灰器，如“L”阀。自动调整型送灰器能随锅炉负荷的变化自动改变送灰量，不需调整送灰风量。阀型送灰器若要改变送灰量则必须调整送灰风量。

外置热交换器的作用是将分离下来的飞灰部分或全部（取决于锅炉的运行工况和蒸汽参数）冷却到500℃左右，然后通过送灰器送至流化床内再燃烧。虽然有外置热交换器的锅炉具有加大负荷调节范围、加大对燃料的适应性、节约受热面的金属消耗量等优点，但是若采用它将会使燃烧系统、设备及锅炉整体布置比较复杂，因此我国的循环流化床燃烧系统均未采用外置热交换器[12]。

2.1.2循环流化床锅炉的工作原理

当气体或液体以一定的速度流过固体颗粒层，并且气体或液体对固体颗粒产生的作用力与固体颗粒所承受的其他外力平衡时，固体颗粒层会呈现出类似于液体状态的现象，这种现象成为流态化。燃烧物料进入炉膛，同时一次风经过空气预热器加热后从炉膛底部经布风板进入炉膛，一次风主要使煤在炉膛中呈流化状态并初步燃烧，二次风从布风板上进入以供给充足的空气使煤充分燃烧。烟气中的固体颗粒经高温过热器、低温过热器、省煤器到旋风分离器，分离下来的二次返料再回到炉膛密相区重新燃烧，烟气经空气预热器、除尘器，最后经烟囱排入大气层，床层密相区中的料渣经冷渣机和自动排渣机放出[13]。

CFB锅炉的燃烧系统较集中地体现了它的特点，与其他普通锅炉的燃烧过程相比，其最大的优势是CFB锅炉是低温的动力控制燃烧。CFB锅炉燃烧是一种在炉内使高速运动的烟气与其所携带的湍流扰动极强的固体颗粒密切接触，并具有大量颗粒返混的流态化燃烧反应过程，同时在炉外将绝大部分高温的固体颗粒捕集，并将它们送回炉内再次参与燃烧过程，反复循环地组织燃烧。显然，燃料在炉膛内燃烧

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的时间延长了。在这样地燃烧方式下，炉内温度水平因受脱硫最佳温度地限制，一般保持在850～950℃之间。这样的温度远低于普通煤粉炉中的温度水平，并低于一般煤的灰熔点，这就免去了灰熔化带来的种种问题。从燃烧反应动力学角度看，CFB锅炉内的燃烧反应控制在动力燃烧区（或过渡区）内。由于CFB锅炉内相对来说温度不高，并有大量固体颗粒的强烈混合，燃烧速率主要取决于温度水平，物理因素不再是控制燃烧速率的主导因素。CFB锅炉内燃料的燃尽度很高，通常性能良好的CFB锅炉燃烧效率可达98～99%以上。

2.2 循环流化床锅炉的燃烧特性分析 2.2.1循环流化床锅炉控制系统任务

CFB锅炉采用的是一种高效率、低污染、燃烧稳定、炉膛不结渣、煤种适应性好的洁净燃烧技术，正是由于上述优点，CFB锅炉目前被广泛使用于发电机组。CFB锅炉与普通煤粉炉在炉膛结构上有很大差别，尤其是炉内的燃烧过程，但是控制系统的主要控制任务是相同的，即保证机组的安全经济运行[14]。其中主要包括：①使锅炉出力满足单元机组的外界负荷要求或维持主蒸汽压力在额定值；②维持炉膛压力稳定；③维持锅炉出口蒸汽温度；④保证合适的过量空气系数，使炉内燃烧在最高效率下进行；⑤维持床温在850～950℃之间，使之具有良好的炉内脱硫能力和较低的氮氧化物排放量，从而使得燃料在炉内能够洁净燃烧（这是CFB锅炉所特有的）；⑥控制二级返料回灰量；⑦控制床高，保证锅炉的安全运行。

2.2.2循环流化床锅炉燃烧控制特点

CFB锅炉在结构和运行方式上与常规煤粉锅炉相比都有着显著的差异，因此在燃烧控制调节上也有许多不同之处。CFB锅炉控制难度更大，要求更高。由于CFB锅炉自身的工艺特点，它比普通锅炉具有更多的输入和输出变量，耦合关系更加复杂[15]。

当锅炉负荷发生变化（外扰）或者给煤量、给水量、返料量、减温水量、引风量、一次风量和二次风量发生变化（内扰），所有输出量例如汽包水位、蒸汽温度、蒸汽压力、炉膛负压、床温等都要发生一定程度的变化。因此，理想的控制系统应是多回路的协调控制系统。当系统受到某一扰动时，各个调节量同时协调动作，使所有的被调量都具有较好的调节品质。但是，这样的调节比较困难。目前一般将CFB锅炉的自动控制系统分成几个相对独立的控制系统，主要包括以下主要控制回路：①主蒸汽压力控制回路；②床温控制回路；③汽包水位控制回路；④过热汽温控制回路；⑤床层高度控制回路；⑥二级返料控制回路；⑦炉膛负压控制回路；⑧烟气含氧量控制回路；⑨烟气含SO2量控制回路。除燃烧控制系统所包括的回路外，其

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