循环流化床锅炉（cfbb）是新一代环保型燃煤锅炉，具有燃烧效率高，燃料适应性广，低污染燃烧，脱硫效率高，负荷调节性能好等优点，因此在短短几十年内得到了迅速发展。循环流化床锅炉的燃烧控制与常规煤粉炉相比较为复杂，主要是其燃烧过程是一个具有强干扰、非线性、时变、多变量相关联的过程，其主要被控对象之一的床层温度的控制是整个循环流化床锅炉控制的一个难点。本文针对循环流化床燃烧的特殊性，设计串级pid控制器来控制流化床锅炉床层温度并进行了仿真，结果表明，该控制器能达到较满意的控制效果。
 
1　主设备概况
保定热电厂450t/h循环流化床锅炉为东方锅炉（集团）股份有限公司生产的dg450/9.81-1型高温高压循环流化床锅炉、全模式水冷壁炉膛、单汽包自然循环、岛式半露天布置、汽冷式旋风分离、高温回灰。锅炉设6个进料口，布置在前墙水冷壁下部的炉膛密相区，燃煤分别经6个计量式给煤机进入气力播煤装置，由给料口进入炉膛。石灰石也由给料口同时送入炉膛。系统配置2台播煤风机、2台石灰石粉输送风机、2台高温回灰用j阀回料风机。锅炉采用二级点火，即：点轻柴油－点细煤。2台床下风道点火器，4台床上点火器。
汽轮机为上海汽轮机有限公司生产的cc100-8.83/0.981/0 196型高温、高压、单轴、双缸两排汽、反动式、双抽凝汽式汽轮机。
控制系统采用新华控制工程有限公司xdps-400实现，具有数据采集系统、模拟量控制系统、顺序控制系统、炉膛安全监控系统和汽轮机数字电液调节系统等5个子系统。WwW.11665.cOM同时实现对电气发变线组、厂用电源系统（含起动／备用电源）和ups及直流系统的监测和控制。
2　锅炉控制对象特性
cfb锅炉是一个多变量相关联、非线性、时变和分布参数的控制对象，各控制参数之间存在紧密耦合的关系。与常规锅炉控制对象相比，cfb锅炉的汽水系统与常规锅炉相似，控制方式也大同小异。主要不同点在燃烧系统。因此一般将燃烧系统分解为几个相对独立的调节对象，相应设置独立的调节系统。主要控制系统有负荷控制系统、床温控制系统、床层压差控制系统、炉膛负压控制系统等控制系统。本文主要研究床层温度控制系统。
床层温度是一个直接影响锅炉能否安全连续运行的重要控制参数，同时也直接影响着锅炉运行中的脱硫效率及nox的产生量．一般床层温度控制在790～900℃之间，这个温度是实现炉内脱硫的最佳温度。床温过低不但使锅炉效率下降，而且使锅炉运行不稳定，容易灭火；床温过高会使炉内脱硫效率下降，nox的产生量大大增加，同时容易造成炉膛料床结焦，使cfb锅炉无法循环流化燃烧；若发生炉膛料床结焦的情况则必须停炉。因此床温控制在cfb锅炉中至关重要；
3　循环流化床锅炉床层温度控制方案
3.1　床温的计算
（1）       床温测点的安装。
我厂cfb锅炉中原设计中共21支双支热电偶，42个床温测点，分三排均匀布置在布风板上方，安装高度分别为30cm、45cm。后由于运行中双支热电偶损坏量过大，现已改为单支热电偶，安装在布风板上方45cm的位置，尽管单支热电偶的寿命有所延长，但是由于炉膛里的工矿异常恶劣床温元件仍然大量损坏极易损坏，因此我厂在床温计算逻辑中采用多点平均、坏点切除的方法以确保床温计算的准确。
（2）       平均床温的计算方法。
根据床温测点在布风板上的布置将21只元件分为8组，每三支元件为一组进行平均处理，从而形成8个平均值，之后再对这8个数值进行大平均，最后得出平均床温。在进行平均计算之前首先对单个测点进行判断看此点是否合格。如果此点损坏或偏离平均值过大（>168℃或<-168℃）此点将不再进行三点平均值的计算。用上一次计算过程中的平均值取代此点和其它两点进行三点平均。如果三点均损坏，功能组将发出三点损坏信号到上一级平均值计算逻辑当中，从而切除三点平均值在大平均值中的计算。床温计算逻辑图如图2所示。
图2逻辑中用到以下几个模块分别进行说明：
dev（偏差运算）：计算测点与三点平均值之间的差。
tq（模块品质判断）：检查测点是否为坏点。



图2　床温计算逻辑图
sft（切换器）：当测点损坏时用三点平均值代替测点的数值。
thrsel（三位平均运算）：对三个测点进行平均形成三点平均值。
（3）床温测点损坏对床温及变化率的影响。
床温变化率是平均床温在每分钟变化的实时值，它是对平均床温进行微分后得出，一般情况下它在+10~10℃之间变化，如果它是5就说明床温正在以每分钟5度的速度上升，如果是-5就说明床温正在以每分钟5度的速度下降。床温变化率可以反映出床温的变化趋势，在床温控制处于手动时便于运行人员及时调整控制床温变化。
由于在平均床温的计算中，可以把坏点切除，所以只有测点在临界损坏状态下才会对床温示值构成影响。如果损坏测点摆动偏离三点平均值过大就会被切除，取而代之三点平均值，在切除之前的数值和三点平均值不是完全吻合，切除瞬间就会有一个跳变。这将引起床温和床温变化率的波动，干扰运行人员监视。
（4）床温计算的改进。
对床温计算的改进主要解决的问题是测点临界损坏时数值的摆动对床温变化率的影响见于测点临界损坏的现象：摆动幅度特别大与正常测点有着明显区别，正常情况下由于cfb锅炉的燃烧特性床温是一个变化很慢的信号即使在点炉升温的过程中，床温也不会变的很快一般情况下不会超过10℃/min。而处于临界损坏的测点发生的都是跳变。根据此特点对床温计算逻辑进行如下改进：计算测点的变化率，来确定测点是否处于临界损坏状态，如果是就切除此点禁止此点进行三点平均值的计算。逻辑图如图3在原来逻辑的基础上测点判断部分增加了两个模块通过测点变化速率的监视来实现对临界损坏测点的识别。ratalm/速率报警器：用来判断测点的变化速率是否越线（上下线设在+100和-100，正常测点不会到此数值）如果是就将输出置"1"。rsftp/ rs触发器：用来永久切除此点，如果测点临界损坏说明测点保护套以磨损到一定程度，测点的测量值以无参考价值可以永久的切除此点。当更换新测点后可通过对r端的复位重新启用此点。

图3　改进后的床温计算逻辑图

3.2　床温的控制
由于循环流化床锅炉床温与主汽压存在强耦合关系，因此多个变量如燃料量、石灰石量、及一二次风量比都影响床温，使床温难以控制。
（1）燃料量对床温的影响。
循环流化床锅炉床内物料的热惯性很大，调节滞后大。煤颗粒在从加热到开始燃烧的过程中，吸收热量，因而床温有下降的趋势。随着煤的燃烧，又释放出热量，使床温升高。通常采用给煤微调的方式，考虑床温的变化趋势来进行床温调节。
由于燃料量与汽压、锅炉热出力存在强耦合关系，因此通常仅把燃料量作为反馈信号进行床温的调节。
（2）石灰石量对床温的影响。
防止床温过高，可以采用增大石灰石供给的方法，以增加床料总量来降低床温，降低负荷减少给煤量，直到床温开始下降为止。
（3）一、二次风配比对床温的影响。
循环流化床锅炉燃烧所需的一次风通过床层底部的布风板送入炉膛，二次风口布置在炉膛下部密相区上边界。
一次风调整流化、炉膛温度和料层差压，二次风控制总风量，在一次风满足流化、炉温和料层差压的前提下，在总风量不足时，可逐渐开启二次风门，随负荷的增加，二次风量逐渐增加。
锅炉增加负荷时，应先增加风量后增加给煤量，减负荷时，应先减风后减煤，按该次序交替进行，作到“少量多次”的调整方式，避免床温产生大的波动。
4　试验曲线及床温系统模型
4.1　试验条件及试验曲线
在相对固定工况下开大（减小）一侧流化风门开度10％观察并记录一次风温度、流化风量、流化风压、各点床温变化、一次风母管压力变化、床层密度等的变化，记录响应曲线。如图4所示。

图4　流化风量对床温响应曲线
由图可知：流化风风扰动下床温控制对象具有惯性，自平衡等特点。
特性辨识结果：

4.2　控制系统结构及优化响应曲线
鉴于流化床锅炉床温控制硬性因素过多，流化风量对床温影响最大这一实际情况，为简化控制结构，本文设计了通过炉底流化风量调整来控制床温的控制结构。根据床温信号与给定值的偏差，经pid控制器产生对流化风的修正。锅炉床温控制系统结构见图5。

图5　床温控制系统结构
优化后系统响应曲线如图6所示。


图6 优化后系统响应曲线

5　结论
    床温控制在循环流化床锅炉控制中至关重要。本文列出了450t/h循环流化床锅炉床温的控制方案，给出了控制系统结构，并对床温控制器参数进行了优化，给出了实际动态品质。对450t/h循环流化床锅炉的实际运行，及其它流化床锅炉的床温控制具有一定的借鉴意义。