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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第三章 CFB锅炉原燃烧控制系统的分析与改造

3.1床温控制系统

3.1.1原床温控制系统现场投运情况及分析

原床温控制系统采用单回路系统，床温偏差为主控信号，被控量是进入炉膛底部的一次风量。由于各种原因，该系统投入运行后效果不明显，床温波动较大，难以达到稳定，经常要切手动，原设计思想未能得到很好体现。分析原因如下：①仅通过调节进入炉膛底部的一次风量调节床温，调节手法单一，当炉膛底部的一次风门满开度时，原床温控制系统无法再调节，只能手动进行微量调煤；②只有床温偏差为控制信号，在燃烧工况发生变化时，不能及时有效地反映床温的变化；③由于系统存在较大的延迟和惯性，原单回路控制的设计存在调节速度慢、动态偏差大的缺点。

3.1.2 改造后床温控制系统

3.1.2.1 改造的总体方案

改造后的床温控制系统总体采用负荷分段控制：低负荷时采用一次风控制；中、高负荷时需考虑执行机构的调节裕量，故当一次风门开度达到最大后，若床温仍未稳定，则考虑用给煤量脉动快速调节，若还未达到预期效果就报警，最后切到手动调节。根据运行人员的经验，整个CFB锅炉的燃烧过程按不同负荷可分为四个阶段：低负荷阶段（50MW以下）、中低负荷阶段（50～70MW）、中高负荷阶段（70～90MW）、高负荷阶段（90MW以上）。对应不同负荷分段，床温设定值的变化范围为700～790℃、790～850℃、850～900℃、900～922℃。实际设计时，应把各段范围折中计算出床温的设定值，把浮动范围定为死区值。以低负荷阶段为例：745℃为床温设定值，死区值为-30～30℃。由于上二次风自动调节烟气含氧量，因此在不同负荷下考虑固定下二次风门开度（低负荷：30%；中低负荷：50%；中高负荷：80%；高负荷：100%）。

为便于实现，不同负荷分段下可采用统一的控制器，只是引入偏差时，根据不同的分段，偏差乘以不同的比例系数。不同负荷下床温设定值应不同，因此需要对床温的设定值进行修正（利用原系统中现有的模块进行折线的拟合，使得不同负荷分段下有相应的床温设定值。床温设定值的大小是根据运行人员多年实际调节经验总结得到的），以满足控制的要求。本方案采用的是主汽流量信号对床温进行修正，低负荷时床温设置得较低，以保证稳燃；中、高负荷时床温设置得较高，以提高循环倍率，提高机组效率。

总体上，若床温偏差小于一定的范围，控制系统不工作；若床温偏差超出设定范围，

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控制系统开始工作，调节幅度可依据床温偏差和床温变化率的大小来确定。 3.1.2.2 改造的具体方案

（1）先通过调节进入炉膛底部的一次风量调节床温，当一次风门满开度没有调节裕量时，引入给煤量的脉动调节。若一次风门尚有调节裕量，则给煤量由原锅炉负荷调节子系统控制，即给煤量用于调节负荷。

（2）一次风和给煤量调节子系统都引入床温变化率，作为速度反馈量。其原因在于当燃烧工况发生改变时，床温变化率比床温偏差更能及时有效地反映床温的变化，并能加快调节速度，减小动态偏差。通过对迟延时间的调整，可加大或减小速度反馈的强弱。现场床温变化率较小，所以微分作用的介入不会造成执行机构的频繁动作，对附着在床温检测信号上的高频干扰信号增加了滤波功能，进一步提高执行机构在调节过程中的稳定性。

（3）在一次风调节的基础上，给煤量脉动调节子系统采用串级加前馈控制，系统稳定性提高。改造后的系统如图3-1所示。

汽包压力Pd主汽流量D进入炉膛的 FT总给煤量MPT21个床温测点TTd/dt∑d/dtK∫∑/nf(x)820℃∑A≮≯d/dt∑∑?KTRT≮≯自动投入∫KT?÷M/(D+dpd/dt)床温设定值修正-+床温设定值∫A100%≮≯锅炉负荷调节子系统调节器输出跟踪NCNO一次风机出力达100%H/>负荷调节器手动跟踪A最小流化风ZTT1～6号 给煤机一次风机 图3-1床温控制系统的SAMA图

3.1.3系统仿真试验

3.1.3.1 一次风门有调节裕量的情况

被调量是一次风时，由最小二乘法辨识系统的数学模型为G(s)?

?1e?400s，由于2(180s?1)18

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现场的风量测量存在较大误差，因此不采用风量反馈。床温偏差为主控信号，床温变化率是引入的速度反馈量，调节量是一次风机的风门开度。

（1）阶跃响应。改造前、后的系统对幅值为10的阶跃响应仿真曲线如图3-2所示。由图可见，系统改造后超调量减小1.17%，上升时间缩短305s，峰值时间缩短615s，调节时间缩短350s，控制速度加快。改造前后执行器的输出曲线如图3-3所示，由图可见改造后控制系统在线性区域内的调节能力加强，即抗扰动的幅度增大，这样减小了执行器的磨损，延长了执行器的使用寿命，提高了经济性。

1000900800700600765改造后改造前43210-1-2床温/℃500400300200100005001000150020002500300035004000改造前执行器的输出曲线改造后执行器的输出曲线050010001500仿真时间/s仿真时间/s

图3-2 一次风调节下阶跃响应仿真曲线 图3-3改造前后执行器的输出曲线 （2）抗扰性试验。在300s时，对系统加幅值为10的阶跃扰动，其仿真结果如图3-4所示。由图可见,系统改造后超调量减小0.5%，上升时间缩短455s，峰值时间缩短570s，调节时间缩短420s。而改造前的系统调节时间较长，超调量较大，影响了控制的精度和速度。改造前后执行器的输出曲线如图3-5所示，由图可见改造后执行器的动作幅度明显减小。

1000900800700600500400300200100005001000150020002500300035004000876改造后改造前543210-1-2020040060080010001200床温/℃改造前执行器的输出曲线改造后执行器的输出曲线仿真时间/s仿真时间/s

图3-4 一次风调节下抗扰性试验仿真曲线 图3-5改造前后执行器的输出曲线 （3）鲁棒性试验。数学模型变为G(s)??0.982?421se，用于检验控制系统的鲁棒性，

(106s?1)2其仿真结果如图3-6所示。由图可见，系统改造后超调量减小1.54%，上升时间缩短370s，峰值时间缩短450s，调节时间缩短380s，在精度和快速性方面均能满足要求，改造前后执行器的输出曲线如图3-7所示。

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1000900800700600500400300200108改造后改造前6床温/℃4改造前执行器的输出曲线20改造后执行器的输出曲线-2100005001000150020002500300035004000-4050010001500仿真时间/s仿真时间/s

图3-6 一次风调节下鲁棒性试验仿真曲线 图3-7改造前后执行器的输出曲线 3.1.3.2 一次风门没有调节裕量的情况

一次风门没有调节裕量时，可引入给煤量脉动快速调节。床温偏差仍为主控信号，床温变化率仍为引入的速度反馈量，给煤量、汽包压力、主汽流量三者组成的热量信号为前馈信号，用以消除煤质变化带来的内扰。被控对象是给煤机，被控量是进入炉膛的总给煤量（低负荷时4台给煤机同时工作，则控制信号引至4台给煤机；中、高负荷时6台给煤机同时工作，则控制信号引至6台给煤机），总之要使进入炉膛的总给煤量达到要求。对系统加幅值为10的阶跃定值扰动，其阶跃响应仿真曲线如图3-8所示。由图可见，引入给煤量脉动调节后超调量减小0.26%，上升时间缩短180s，峰值时间缩短130s，调节时间缩短188s，不但控制精度提高，而且控制的速度加快。改造前后的执行器的输出曲线如图3-9所示，由图可见改造后执行器的动作幅度也明显减小。

10009008006引入给煤调节54700600500400300床温/℃未引入给煤调节3210改造前执行器的输出曲线改造后执行器的输出曲线200100005001000150020002500300035004000-1-2050010001500仿真时间/s仿真时间/s

图3-8给煤量调节下阶跃响应仿真曲线 图3-9改造前后执行器的输出曲线

3.1.4 控制系统工程应用组态及床温控制系统的现场调试

3.1.4.1工程应用组态

在原有组态[26]的基础上，根据上述改造方案进行新的组态，增加了一些功能模块并对原功能模块进行了改进，例如：增加床温设定值的修正模块，用于在不同负荷下根据

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