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摘要：循环流化床锅炉是近年来国际上发展起来的新一代高效、低污染的清洁燃煤锅炉，其因具备燃料适应性广，有利于环境保护（有效降低SO2及NOx排放），负荷调节性能好，燃烧强度大，炉内传热能力强及灰渣利用性能好等优点而在国内得到了迅速发展和广泛应用。本文对循环流化床锅炉床温控制优化进行了分析探讨，仅供参考。
关键词：非线性；大延迟；模糊自适应；PID
一、床温控制特性
1、一次风量对床温影响
在给煤量不变的情况下，加入一次风量会起到冷却炉膛的作用，所以炉膛的温度随着一次风量的增加而降低。但一、二次风量对于炉膛温度的影响是不同的，在此主要分析一次风量对于床温的影响。一次风量对于炉膛温度分布的影响很复杂，但是送入的一次风量必须保证床层的充分流化，并提供燃烧所需的氧气量，以产生足够多的热量，使床温保持在一定的范围之内。
2、给煤量对床温影响
给煤量对床温影响特别大，当其他外界条件不变的情况下，增加给煤量会相应的增大床温的温度；相反，减少给煤量会相应的降低床温的温度。由于煤在床料中占的比例小，当给煤量变化时，对应床温的变化会发生滞后的情况。当处于热平衡状态的高温流化床中投入煤的时候，煤粒的燃烧会打破床温的热量平衡，同时床温也会发生变化。
总之，床温主要受到给煤量和一次风量的影响，当给煤量或者一次风量变化时，床温也在跟随着这2个量的变化发生变化。床温对于给煤量的反应有一定的延迟，对于一次风量的反映比较快。风量变化对锅炉主蒸汽压力有较大扰动，且响应较快。主蒸汽压力主要受煤量控制，但响应速度较慢。
二、模糊自适应PID控制原理
在燃烧控制系统中，受控对象大多都存在非线性、时变性和不确定性的特点，采用常规PID控制的方法很难达到所希望的控制效果。而不必建立特定的数学模型的模糊控制方法和常规PID控制的融合，使得控制效果不但具有模糊控制建模简单的明显优势，而且也具有自适应控制适应性强的优点。
1、模糊自适应PID的实现
不同偏差e和偏差变化ec的情况下，参数整定要求概括如下。1）当偏差e大，无论误差变化如何，应优先按最低或最高输出到选择控制器的输出，快速地减小误差，使得偏差e快速趋于0，取较大、较小或者取零，以防止积分饱和的现象。2）当在中间e的大小，如果采取小点的值满足系统具有较小的超调量，但是这将对系统有很大的影响，所以对于e的取值适当即可。3）当偏差e小，表明误差变化的绝对值朝增加的方向变化，如果误差较大，应当由控制器输出信号，使得误差绝对值朝减小的方向变化；反之，则需要控制器输出信号使得误差绝对值朝增大的方向变化，以实现系统的稳定。在不同的语言变量偏差e和偏差变化ec的基础上，利用根据经验总结的模糊逻辑，对模糊自适应PID受控参数整进行总结。
2、算法设计
1）输入量模糊化处理
输入量与反馈值之差得到的差值e，同时控制器的模糊输出参数用u表示，模糊语言论域分别用E和U表示，其模糊论域都取[-4,4]，划分为9个等级，模糊语言值分别为{NB,NM,NS,Z,PS,PB,PM}，对应于表2中所示的EC语言变量的模糊隶属函数。
偏差e的变化速率用ec表示，用EC表示ec的模糊语言领域，模糊论域取为[4,4]，分为9个等级，模糊语言对应的值{NB，NS，Z，PS，PB}，对应于表3中所示的EC语言变量的模糊隶属函数。
由图1可以看出，床温在给煤量的干扰下，模糊PID超调大，难以稳定状态运行，但是模糊自适应PID超调小，床温度在给煤量干扰下，很快就能稳定运行状态，显然可以得出比模糊PID控制更好的效果。这是因为模糊自适应PID不仅具有模糊控制的优势，与此同时自适应控制可以实时调整自适应控制效果。当给煤量给予干扰，模糊自适应PID可迅速消除干扰，动态响应快、超调小，但模糊PID动态响应相对较缓慢，它比不上模糊自适应PID控制的高精度和强鲁棒性。
四、维持正常的床温
维持正常床温是流化床锅炉稳定运行的关键。我司运行经验表明，床温低于880℃时灰渣含碳量上升，影响锅炉效率；床温超过980℃后SO2排放浓度明显上升，增加脱硫剂来提升脱硫效率效果微乎其微；超温严重时还可能发生高温结焦。对于加脱硫剂进行炉内脱硫的锅炉，床温常控制在850～950℃。以我司DG75/3.82-11型循环流化床锅炉为例，蒸发量在20～70t/h时，床温控制在880～950℃，运行稳定、经济，原因如下：（1）床温调整范围大，可保证燃烧效率、避免结焦；（2）在该床温下石灰石脱硫剂处于最佳反应温度，既能减少脱硫剂用量又能保证脱硫效率。实践证明在该床温下脱硫效率能达90%，烟气中NOx、SO2排放浓度可控制在200mg/m3以下，符合环保要求。运行中如出现床温降低的状况，可能产生以下不良后果：（1）影响锅炉燃烧稳定甚至灭火；（2）锅炉汽温、汽压下降，出力、效率降低。锅炉床温超温也会产生不良后果：（1）偏离脱硫剂最佳反应温度，脱硫效率下降明显，甚至SO2排放超标；（2）因炉膛高温结焦停炉，处理周期长、难度大；（3）长期超温运行还会影响减温器及过热器、蒸汽管道寿命，严重时会造成过热器爆管、汽轮机打闸停机。床温超温时常伴随着汽温、汽压偏离正常值，进而影响到汽轮机等相关系统的稳定运行，因此锅炉超温的后果比降温更加严重。有鉴于此，床温控制的重点是控制超温、兼顾低温。
结束语
本文针对循环流化床锅炉的燃烧控制系统特点，分析了床温的控制特性，将模糊自适应PID控制算法与循环流化床锅炉床温控制系统相结合，优化循环流化床锅炉床温控制系统，模糊自适应PID不仅具有模糊控制的优势，而且又具有自适应控制的特点，将两者控制方法相结合并加入PID控制中，设计了给煤量对床温模糊自适应PID控制方法。为了通过仿真验证模糊自适应PID的优点，加入了模糊PID控制及进行了仿真对比，从仿真结果对比，模糊自适应的控制效果相对于模糊PID控制更有优势，且具有很强的鲁棒性。
参考文献
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论文作者:郭存博
论文发表刊物:《电力设备》2017年第2期
论文发表时间:2017/4/6
标签：模糊论文; 锅炉论文; 流化床论文; 自适应论文; 风量论文; 偏差论文; 炉膛论文; 《电力设备》2017年第2期论文;