摘要：由于300MW循环流化床锅炉燃烧惯性大、耦合强，在AGC控制方式下的机组负荷调节品质常常难以满足电网的控制要求。通过采用锅炉主控前馈主动调节、一次风量错时超前调节、机炉动态解耦等优化措施，有效提高了广东梅县荷树园电厂3号机组AGC协调控制能力，使机组负荷控制指标完全满足南方电网AGC功能的要求。

0 引言

广东梅县荷树园电厂3号机组采用东方锅炉(集团)股份有限公司自主知识产权的首台国产300MW等级的循环流化床锅炉，该炉型采用了大宽深比的单体炉膛、单侧不对称布置的三个分离器设计。与普通锅炉相比较，循环流化床锅炉燃烧过程更加复杂，系统的滞后性大、耦合性强、非线性强，而且要求的控制目标更加多样，因此实现流化床机组AGC控制是控制领域公认的疑难问题。

本文通过对300MW循环流化床锅炉动态特性的分析，利用锅炉主控的动态加速前馈、一次风超前调节以克服流化床锅炉的燃烧惯性，保证变负荷初期滑压段主汽压力快速跟随和机组负荷响应速度，通过给煤量与一次风量的错时调节，保证合理的一、二次风量比，维持流化床锅炉床温长期稳定，确保了300MW流化床机组AGC控制下机组负荷调节品质和机组运行稳定性，减少3号机组由于AGC指标被考核带来的经济损失，甚至可以争取到一定的电网辅助服务补偿。

1 300MW循环流化床锅炉控制对象的特点

(1)由于流化床锅炉的燃料是通过给煤系统送入流化床上，需要经过加热、干燥、颗粒膨胀、热解和挥发分燃烧，只有将床温控制在适宜的范围，才能实现上述一系列燃料热解过程。床温过低，燃料无法热解，床温过高，燃料可能先行燃烧。而流化床的面积较大，床温测点一般为20～30个，分布在炉膛的不同部位，床温是一个时变的分布参数，因此保证控制效果的均匀性是流化床床温控制的难题。

(2)流化床锅炉的主要特征在于颗粒在离开炉膛出口后经过旋风分离器和返料装置不断送回炉膛燃烧，煤粒完全燃尽需要约8～10min，比普通煤粉炉的煤粉燃烧过程长很多，造成锅炉燃烧过程滞后时间非常长，再加上燃烧室内的床料具有非常大的热惯性和蓄热能力，造成了给煤量变化后，床温、主汽压力需要很长的响应时间。图1为煤量扰动下主汽压力、床温响应曲线。从图上可以看出：当给煤量阶跃增加时，主汽压力需要经过8分钟左右纯延时，稳定时间至少30分钟，而床温刚开始稍微下降，后来逐渐上升，但稳定时间也至少需要20分钟[1]。

图1 给煤量扰动下的主汽压力、床温响应曲线图

(3)流化床锅炉是一个多变量紧密耦合的被控对象[2]，其主要输入-输出变量之间的动态耦合关系如表1所示，其中燃料量、一次风量对主汽压力、床温间存在较强的耦合现象，但两个耦合通道的动态特性差异很大，且一次风量对主汽压力的影响有助于提高系统的响应速度，这种耦合对改善燃烧控制系统的控制品质是有利的。在床温和主汽压力的耦合问题中，床温是直观反映整个燃烧供求关系的关键变量，而维持主汽压力稳定是锅炉燃烧的主要目标，这些必须在协调控制系统的解耦设计中应充分予以考虑，这将在下一节中具体介绍。

表1 CFB锅炉各输入-输出变量间的动态耦合关系

注：C表示单输入/输出变量之间的关系;S表示强耦合;M表示次强耦合。

2 协调控制策略优化的关键技术

2.1锅炉主控指令的构成

为了克服循环流化床锅炉固有燃烧惯性，设计了基于间接能量平衡方式的协调控制策略，其基本控制原则是以负荷对应煤量，辅以主汽压力修正。静态过程中，主汽压力偏差靠PID调节器;动态过程中控制品质主要依靠各种前馈控制，锅炉主控组成示意图如图2所示，

图2 锅炉主控指令构成示意图

(1)机组负荷指令对锅炉燃料的静态前馈

当机组变负荷时，首先通过静态前馈是实现燃料的粗调，函数发生器1是对应于机组负荷指令的燃料指令分段线性函数，这是维持机炉能量平衡的基准燃料，并由热值校正回路增加其准确性。修正系数K一般设置在1.5～3之间，实现了变负荷初期、中期燃料调节的“加速”，以及变负荷结束前的及时“刹车”。

(2)机组负荷指令对锅炉燃料的动态前馈

这一部分是为了补偿锅炉给煤迟延和燃烧惯性的动态预给煤分量，它主要靠超前环节1来实现。在变负荷初期及过程中，由机组指令动态前馈实现锅炉燃料量的超前调节，使锅炉燃烧快速响应机组负荷需求，在变负荷结束后，使锅炉燃料量略有回头，避免了机组主汽压力超调，使锅炉燃烧快速地稳定下来。

(3)压力设定值对锅炉燃料的动态前馈

目前国内300循环流化床机组采用滑压运行方式，机组主汽压力根据负荷按照预定的滑压曲线控制，为了进一步提高主汽压调节品质，设置了机前压力设定值对锅炉燃料的动态补偿信号，通过超前环节2来实现，以保证机组在滑压段能有更好的主汽压力跟随品质。

(4)负荷偏差的 “加速”回路

由负荷指令设定值与实际负荷的差值信号经函数发生器5而形成，这是一非线性比例调节器，在负荷指令设定值与实际负荷的差值信号较大时，说明锅炉跟不上汽机的变化，因此输出一指令信号给锅炉主控器，令其再额外地增加或减少一部分煤量，起“加速器”的作用。