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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的份额)直接决定着密相区的燃烧份额，在同样的条件下，一次风比大，必然导致密相区燃烧份额高，此时就要求有较多的低温循环物料返回密相区，带走燃烧释放的热量，以维持密相区温度，如果循环物料量不足，必然会导致床温过高，无法多加煤，负荷上不去。根据煤种的不同，一般一次风量占总风量的40～60%。当二次风满开度时，应当根据床温变化率来调节一次风。 2.2.4.5二次风与床温

通常，二次风一般在密相区的上部喷入炉膛，既可以补充燃烧所需要的空气，也可以起到扰动作用，加强气、固两相混合，还可以改变炉内物料的浓度分布。二次风量主要根据烟气的含氧量来调整，氧量低说明炉内缺氧，应当增加二次风量，反之则应减少二次风量。一般来说，二次风量调整中的参考依据是控制过热器后烟气含氧量在3～5%。 2.2.4.6床高与床温

相对稳定的床高对CFB锅炉安全稳定运行十分重要，床层过高或过低都会影响流化质量，甚至引起结焦。床高与床温之间有单向强耦合关系:床温变化不会影响床高，但床高变化却一定会影响床温，因为床高的改变往往是由于给煤量的变化和排渣量的变化两者共同作用，直接影响床温。床高对流化风量也有影响，例如：风门未动，床压增大时，流化风量减小，反之亦成立，故床高变化时，还需相应地调整流化风量，以保证床温稳定。一般来说“床层增高，增加风量；床层降低，减小风量”。还需注意的是，负荷较低时应使床高较低些，负荷较高时应使床高较高些，这样锅炉出力较好，经济性也较好。

2.2.5循环流化床锅炉的主蒸汽压力运行调节

主蒸汽压力是过热蒸汽质量最重要的指标之一，汽压的稳定取决于锅炉蒸发量和外界负荷两个因素，两者成反比变化。另外，煤质、调速系统不稳定等因素也对主蒸汽压力有一定的影响[21]。 2.2.5.1负荷与主蒸汽压力

若外界负荷变化速率较小，可通过调整锅炉出力使汽压渐趋稳定。若外界负荷变化速率较大，导致锅炉压力升降较快，可通过调控主汽疏水阀开度，以调控排汽量大小实现压力稳定。若外界负荷变化剧烈，导致锅炉压力骤然升降，则可通过调控过热器出口集箱对空排汽电动阀开度，以调控排汽量大小实现压力稳定[22]；因此应使对空排汽手动阀保持常开，电动阀设为点动。无论是通过疏水还是对空排汽，调整时都要缓慢，并密切监控锅炉水位在正常范围。若经分析判断负荷变化只是暂时的，不要盲目调整燃烧，仅通过调控疏水或对空排汽使压力稳定即可，在多炉并汽运行状态下，不要多炉同调，以调整一台为主，其它为辅，排汽阀以调整单炉为宜，因此对空排汽阀在并汽运行状态

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下，各炉应开启手动阀，将电动阀设为点动状态，以备紧急调整。 2.2.5.2煤质与主蒸汽压力

煤质不好时往往影响调节质量，例如：①停炉后再启炉时，因煤粉温度下降，使煤粉变潮，从而造成煤粉阻力增加，很容易造成煤粉在粉仓出口堆积而不下粉或使来粉减少。②一次风压小，易造成一次风管堵，影响出粉量。③粉仓粉位低有时会造成来粉不均或使煤粉自流。④给粉机联轴器销子断，电机转动，但不出粉，此时，运行人员不易判别。⑤在烧重度小的劣质煤时，当转速超过1000转／分左右，会出现来粉量随转速上升反而减少的现象，由于许多给粉机都有过这种现象，造成燃烧率下降，使主汽压变化较大。

2.2.5.3调速系统与主蒸汽压力

调速系统的任务是在稳定的工况下，保证转速不变且为规定值，当负荷发生变化时， 保证转速的偏差不超过允许值。具体工作过程是当外界负荷发生变化，调速汽门改变开 度，从而改变汽轮机的进汽量，达到适应外负荷变化，保持周波恒定的目的[23]，但调速系统存在着不稳定因素，即使系统工况稳定，调速汽门时常出现小幅度变动，造成主蒸汽压力变化，这是主蒸汽压力自动控制系统难以克服的，解决的方法是适时投入功率限止器。

2.2.6自动控制系统现场投运情况及分析

根据现场调研情况，燃烧系统的自动控制系统投运情况不理想，8、9号炉的燃烧系统在设计时，在DCS系统中是可以投自动的，在实际运行时其自动控制系统却不能投运，其原因是多方面的。

（1）CFB锅炉是一个分布参数、非线性、时变、多变量、强耦合的被控对象，其中床温和主蒸汽压力是关键参数，又是具有紧密关系的强耦合变量，它们均是通过调节给煤量和一次风量来实现控制的，因此燃烧控制系统难以实现精确控制。

（2）被控对象变化大。①运行中给煤量和风量变化快，给煤量和风量的对应关系没有一个定值。②煤质变化大。只有设定一个规定范围内，在标准煤或煤质一直不变，或者其他工况都不变的情况下才有可能投上自动。③风量变化大。煤质变化风量就应随其变化，若一、二次风调节变化大，引风机虽然可投自动但仍有一个延迟，延迟阶段炉膛负压比较大，燃烧不稳定而且易导致MFT系统跳闸，所以风量不能随着煤质的变化实现自动调节[24]。

（3）在锅炉运行过程中风量调节过程复杂，一、二次风配比变化大。例如在风量调节方面，一、二次风的配比关系是随负荷变化而相应变化的。根据循环流化床运行特性分析可知在锅炉低负荷运行范围内（26.7～66.7%），一般不投二次风，

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仅需投入一次风。此时，床内的流化风速较低，一次风量在维持鼓泡流化状态的同时，还需保证总风量的供给。在66.7%负荷以上时，随锅炉负荷增加，逐渐投入二次风，维持床层正常流化的一次风量有所增加，但所占比例减少，二次风比例显著增加。当负荷升到一定时，由于一次风的上限应保证有足够的二次风来控制NOX排放。当负荷在正常运行变化范围内下降时，一次风按比例下降，当降至临界流化流量时，一次风量基本保持不变，再降低二次风量，此时CFB锅炉又进入鼓泡锅炉的运行状态。由此可看出一、二次风配比在锅炉运行过程中变化较大且呈非线性变化，因此一、二次风量配比及风煤比的自动控制系统难以投运。

（4）干扰因素多。①由给煤量变化所引起的内扰大[25]。CFB锅炉所燃用的煤的粒度分布是有严格要求的，而其上煤系统很难保证所燃用煤的粒度分布在实际运行中始终满足粒度分布的要求。在现场观察床内可看到，粒径较大的煤的数量在给煤机转速不变时是会有所不同的，造成给煤质量流量的变化，此扰动会引起床温的较大波动。虽然可以改进上煤系统减弱煤粒度分布不均匀的影响，但此影响是必然存在的，也是CFB锅炉所特有的。②一次风量也存在扰动，若一次风机阀门开度一定时，一次风机就会剧烈震动，一次风量不会长期保持某一值，只能在一个阶段内比较稳定。

（5）由于现场煤质、煤量变化大，易造成CFB锅炉燃烧控制系统的床温给定值和实际值偏差大，一旦煤质、煤量发生变化，自动控制系统就会切断。

2.3基于负荷分段模型设计方案的提出

根据CFB锅炉的运行特性和从现场考察的经验数据，针对保定热电厂450t/h CFB锅炉，其被控对象变化大、模型精度低、系统控制品质得不到保证等特性，可以将负荷模型分为四段来对CFB锅炉的运行情况进行分析并可以按照其分段模型来设计燃烧解耦控制系统。

（1）由于负荷从26.7～100%属于正常燃烧，故负荷0～26.7%范围内不予考虑。负荷120～300t/h（26.7～66.7%）为启动低负荷运行阶段，还未开始正常给煤，此时只投一次风，还未开始投二次风，且风量较小，只要保证微流化即可，主汽压力变化很小，床温上升比较明显。此阶段主要通过调节一次风量来控制床温，且一次风量和床温均呈线性增长。不同工况下床温设定值的确定：用主汽流量修正床温设定值，其目的在于低负荷时保证稳燃，基本负荷时提高循环倍率，提高机组效率，保证各项经济性指标，如图2-3所示。

（2）310～350t/h（68.9～77.8%）床温很快上升，随着床温的升高和锅炉负荷的增加，开始少量给煤（床温升至600℃左右时可以开始投煤，床温在600～700℃时可再加少量精煤，理论上也可开始少量投煤），床温升至800℃时，开始正常给煤，

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关闭油枪，逐渐投入二次风。维持床层正常流化的一次风量有所增加，但所占比例减少，二次风比例显著增加，且一、二次风量都呈非线性增长。此阶段主要调节给煤量、一次风量和二次风量来控制主汽压、床温和烟气含氧量，且主汽压和床温之间存在强耦合关系。

（3）360～400t/h（80～88.9%）当负荷升到一定时，由于一次风量有上限，其上限是应保证有足够的二次风来控制NOX排放，此时一次风量稳定不继续增加，二次风量继续增加，给煤量、主汽压力和床温变化不明显。此阶段主要调节二次风量来控制烟气含氧量。

（4）88.9%以后燃烧工况趋于稳定，床温、主汽压、烟气含氧量等趋于稳定。

床温(℃)910890870120300310350360400410450主汽流量(t/h)920

图2-3床温设定值的修正

2.4本章小结

本章介绍了CFB锅炉的工艺结构，运行调节特性，分析了自动控制系统难以投运的原因，最后提出了基于负荷分段模型的燃烧系统设计方案，在分析运行特性的基础上对全运行工况进行分段，为以后控制系统的设计奠定了基础。

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