【摘　要］　分析循环流化床锅炉的燃烧机理及以往控制策略的不足，提出一套更为实用的新的控制策略。成功解决循环流化床锅炉燃烧控制的多变量、强耦合问题。
［关键词］　循环流化床；主控变量；耦合；鲁棒性

1　问题的提出
　　循环流化床锅炉（以下简称CFBB）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CFBB燃烧过程特殊，自控问题尚未得到很好的解决，成为限制CF－BB大规模推广应用的瓶颈问题。
　　笔者在调研中发现，大多数控制系统的研究人员、运行人员对CFBB的燃烧控制提出这样一个控制原则：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。笔者认为这一原则有问题，该文就这一问题进行讨论。
2　CFBB燃烧控制的目标及难点
　　CFBB目前主要应用于热电厂，控制的目的是保证锅炉安全、稳定、高效率燃烧。具体来讲有3个控制回路：一是负荷跟踪、保持主汽压力稳定；二是维持床温在850～950℃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。
    CFBB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。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1～2 min，这期间是吸热过程。因此，当给煤增速太快时，可能出现先降温后升温的双向过程，给闭环控制带来不利。
　　对于复杂的系统，可以将其分解为若干简单的回路，找出各个回路的主控变量和附控变量，然后再开发各种相应的控制方法。
3　控制回路的分解及主控变量的确定
   CFBB燃烧控制有3个被控量和3个控制量，其相互关系如图3-1所示。

    实际上，3个控制量分别对3个被控量都有影响。在设计控制方案时必须根据工艺原理找出3个控制回路（3个被控量）的主控变量及附控变量。主控变量用以主回路闭环控制，附控变量用以协调控制或通过解耦屏蔽附加扰动。
　　前面提到的多数控制专家和运行人员公认的控制原则实际上规定了3个主控回路的主控变量，现作如下分析。
    （1）用给煤主控主汽压力（负荷）
　　从能量守恒的角度，用给煤量控制负荷是正确的。虽然没有风参与燃烧是不会发生的，但是在风量充足的情况下，最终发热量是由煤量决定的，风量的多少只影响热效率，且只影响3％左右，因此风量可作为附控变量。
    （2）用一次风主控床温
　　该项决策有问题。一次风的主要任务是建立稳定的循环流化状态。以济南锅炉厂生产的75 t／hCFBB为例，负荷在50％以下，一次风量需稳定在40 000 m3／h，无需二次风，而到满负荷时，一次风量为45 000 m3／h，可见一次风的变化范围很窄，且要求稳定。一次风影响床温的机理是：当增加一次风时，流化程度加强，密相层扩大升高、密度降低，床温降低。但是床温的频繁变化主要是由煤质扰动（如粒度、热值、挥发份）引起的。用一次风主控床温将频繁改变流化状态，是一种危害。此外，当密相层积煤过多、排渣不及时时，炉内呈缺氧状态，此时，加一次风反而会使床温短时升高，给闭环控制造成危害。因此，用一次风主控床温是不合理的。
    （3）二次风主控热效率（烟气含氧量）
　　在一次风稳定的情况下，该项策略是正确的。问题是CFBB中二次风对床温的影响同样显著，控制氧量就不能保证床温。此外，对于CFBB，多少才是最佳含氧量是很难确定的，也并非越低越好，定值控制是不合理的。因此，二次风只能同时作为热效率和床温的主控变量。床温与含氧量均不是定值控制，要通过模糊处理，做分析判断，在保证床温在安全范围内的同时力求氧量降低。
    （4）关于床温控制的主、附控制变量问题
　　控制的本质是克服扰动，维持能量平衡和质量平衡。CFBB的主要扰动有两个，负荷扰动和煤质扰动。CFBB的特点就是燃料适应性广，可混烧劣质煤、煤矸石、煤泥、垃圾等。因此，克服煤质扰动是主要技术难关。
　　煤质变化首先影响到床温，是床温波动的主要原因。影响床温的另一因素是炉内状态，炉内状态由一、二次风比例决定，它影响炉内的温度场分布。因此针对这两个因素分别设计控制回路。用给煤量的增减克服煤质扰动，而用风量调节炉内温度场分布。
　　实现这种双边控制要解决两个技术难题，一是如何识别床温偏差是来自煤质扰动还是来自炉内状态引起的床温分布不合理，二是如何解耦。
　　为此，设计一个复合控制器用于识别煤质扰动，用修正给煤量的方法将其克服。在煤质变化时，修正给煤量，保证了床温。同时因为进入炉膛的可燃成份的量没有变，负荷不会受到影响。解耦问题自行解决。
　　通过一、二次风调节炉内温度场分布，对负荷影响微弱。同时将风控回路的控制周期加大，使其和煤控回路的周期拉开，从而克服两者的相互干扰，耦合得以解决。
4　解耦控制方案
　　根据以上分析确定3个控制回路的主、附控变量，设计综合控制方案如图4—1所示。

　　该方案图只是给出了系统的整体控制策略，局部环节可采用预测、模糊等先进控制算法以提高控制性能。
5　结　语
　　该方案已在多台CFBB上运行，鲁棒性很好。尤其是在克服煤质扰动方面，效果显著。