單元機(jī)組燃燒控制系統(tǒng)是火電廠控制系統(tǒng)中極為重要的一環(huán)，它既關(guān)系到負(fù)荷、主汽壓控制又關(guān)系到汽溫、水位控制等，準(zhǔn)格爾電廠2×330MW機(jī)組燃燒系統(tǒng)采用中速磨直吹正壓，冷一次風(fēng)機(jī)送粉系統(tǒng)。每臺爐配5臺中速磨煤機(jī)，4臺運(yùn)行，1臺備用。鍋爐為前后墻對沖式燃燒方式，分隔風(fēng)室的二次風(fēng)分別從風(fēng)箱兩端左右二次總風(fēng)道上引入。
　　
　　根據(jù)其特點(diǎn)，設(shè)計了基于配風(fēng)的串級燃燒控制系統(tǒng)。在機(jī)組調(diào)試期間及投運(yùn)之后，又根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況對原控制系統(tǒng)進(jìn)行了一系列的優(yōu)化設(shè)計，取得了較好的效果。
　　
　　一、燃燒控制系統(tǒng)整體設(shè)計
　　
　　a.鍋爐主控根據(jù)主汽壓力和負(fù)荷的變化改變?nèi)剂现骺氐妮敵觯剂狭恐骺貙㈠仩t主控的指令分配給各給煤機(jī)控制回路以維持主汽壓力的穩(wěn)定并使燃料量與負(fù)荷的變化相適應(yīng)。
　　
　　b.煤量信號經(jīng)過風(fēng)煤配比后作為二次風(fēng)箱擋板控制系統(tǒng)的給定值調(diào)整相應(yīng)的二次風(fēng)量，進(jìn)行燃燒經(jīng)濟(jì)性的粗調(diào)。
　　
　　c.爐膛空氣燃燒系數(shù)校正（包含氧量校正）根據(jù)配風(fēng)的原則校正二次風(fēng)箱擋板的開度，即進(jìn)行燃燒經(jīng)濟(jì)性的細(xì)調(diào)。
　　
　　燃燒控制系統(tǒng)原理示意圖如圖1所示。

　　
　　二、各子系統(tǒng)的設(shè)計及優(yōu)化
　　
　　2.1燃料量主控系統(tǒng)設(shè)計及其優(yōu)化
　　
　　燃料量主控的給定值是鍋爐主控的輸出（負(fù)荷指令），被調(diào)量是總?cè)剂狭浚漭敵鲎鳛榻o煤機(jī)轉(zhuǎn)速控制的給定值調(diào)整各臺給煤機(jī)的給煤量。
　　
　　2.1.1原方案的不足
　　
　　對于準(zhǔn)格爾電廠的中速磨直吹式系統(tǒng)，當(dāng)某臺磨煤機(jī)啟動時，將有十幾噸煤（zui低煤量）在很短時間內(nèi)被吹入爐膛，燃料量主控回路將會根據(jù)煤量反饋是有純遲延的，這個純遲延造成了一系列控制的滯后。
　　
　　反映在實(shí)際煤量的變化上就是首先大幅上升，經(jīng)過一段時間的遲延又大幅下降，這種劇烈變化不僅影響負(fù)荷、壓力，而且會影響汽溫和水位，嚴(yán)重時運(yùn)行人員不得不解除一些回路的自動，實(shí)際操作中運(yùn)行人員不得不解除一般都要將燃料量主控系統(tǒng)和各給煤機(jī)控制系統(tǒng)切手動，預(yù)先減煤，然后再啟磨，待系統(tǒng)穩(wěn)定后再投入自動。
　　
　　優(yōu)化前啟磨時溫度的動態(tài)過程如圖2所示（圖中1，2和3，4分別為爐膛甲、乙側(cè)過熱和再熱汽溫θ曲線；1，2基本相似；3，4也基本相似）。
　　
　　2.1.2優(yōu)化設(shè)計（見圖1虛線部分）
　　
　　在燃料量主控回路中加入一個超馳信號，該信號在啟磨的同時將使其他運(yùn)行的磨煤機(jī)自動減煤，減的煤量與由于啟磨而多加入的煤量相當(dāng)，而無需等待由于啟磨而多加的十幾噸煤的反饋到了才減煤，如此，在啟磨時該煤量擾動基本被消除，控制系統(tǒng)也無需切手動，優(yōu)化后啟磨時的動態(tài)過程見圖3（圖中曲線1為主汽壓力p；2，3分別為再熱、過熱汽溫θ；4為實(shí)際負(fù)荷PL）。
　　
　　2.2給煤機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)設(shè)計及其優(yōu)化
　　
　　以單臺給煤機(jī)為例（見圖1），介紹給煤機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)設(shè)計及其優(yōu)化。

　　
　　2.2.1功能及特點(diǎn)
　　
　　接受燃料量主控的指令RM，并與實(shí)際給煤量相比較調(diào)整轉(zhuǎn)速；完成風(fēng)、煤的動態(tài)配比，根據(jù)風(fēng)、煤比產(chǎn)生相應(yīng)二次風(fēng)擋板控制回路的風(fēng)量指令。
　　
　　2.2.2解耦算法的應(yīng)用
　　
　　煤量控制和二次風(fēng)風(fēng)量控制是多變量耦合的，當(dāng)煤量或風(fēng)量發(fā)生變化時，給煤機(jī)轉(zhuǎn)速或二次風(fēng)擋板開度應(yīng)作相應(yīng)變化，以維持風(fēng)、煤比，保證*氧量。而氧量校正是一個慢速回路，對于由負(fù)荷指令變化引起的煤量或風(fēng)量變化，可以快速通過比值控制初步保證風(fēng)、煤比，然后再通過氧量調(diào)節(jié)細(xì)調(diào)；而對于煤量或風(fēng)量的自發(fā)性內(nèi)擾，要想僅僅通過氧量校正調(diào)整風(fēng)量則顯太慢，為了解決這個問題，分別把風(fēng)量偏差和煤量偏差引入對方的控制回路，通過解耦控制提高系統(tǒng)快速抑制內(nèi)擾的能力。
　　
　　把風(fēng)量偏差ε引入給煤機(jī)轉(zhuǎn)速控制回路中，可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)風(fēng)量不夠時，在一定范圍內(nèi)產(chǎn)生一個解耦信號適當(dāng)減煤的功能。
　　
　　0<ε<2%，表示風(fēng)量略微不夠，解耦回路的輸出Outl=0，不影響煤量控制；
　　
　　ε>2%，表示風(fēng)量不夠，Outl<0，輸出解耦信號適當(dāng)減煤。
　　
　　同樣，把給煤量偏差e引入二次風(fēng)控制回路中，可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)煤量過多時，在一定范圍內(nèi)產(chǎn)生一個解耦信號適當(dāng)加風(fēng)的功能。
　　
　　-2%<e<0，表示煤量略多，解耦回路輸出Out2=0，不影響風(fēng)量控制；
　　
　　e<-2%，表示煤量較多，Out2>0，輸出解耦信號適當(dāng)加風(fēng)。
　　
　　2.2.3積分分離PID控制算法的應(yīng)用
　　
　　在調(diào)試時發(fā)現(xiàn)給煤機(jī)轉(zhuǎn)速控制效果不好，反復(fù)修改PID參數(shù)但收效甚微。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)原因是給煤機(jī)除了在DCS側(cè)有一個轉(zhuǎn)速控制回路外，在就地還有一個轉(zhuǎn)速控制器，該就地控制器的PID參數(shù)只有兩種模式，分別適用于滑差電機(jī)和變頻調(diào)速，且兩種模式下其PID參數(shù)是固定的。在就地控制器上作轉(zhuǎn)速指令階躍振動試驗，發(fā)現(xiàn)其動態(tài)特性遲延較大且過渡過程較長，這樣一來，如果在DCS側(cè)的轉(zhuǎn)速控制器仍然采用比例加積分的算法就會出現(xiàn)在不該積分的時候卻積分，當(dāng)積分過頭時又減不下來的情況。為了避免造成動態(tài)偏差過大和積分飽和，乃至系統(tǒng)振蕩，引入積分分離PID控制算法，既保持了積分作用，又減小了超調(diào)量，使得控制性能有了較大的改善，其具體實(shí)現(xiàn)如下：
　　
　　a.根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)定一煤量偏差閾值E>0；
　　
　　b.當(dāng)實(shí)際煤量偏差│e│>E，取消DCS側(cè)給煤機(jī)轉(zhuǎn)速控制器的積分作用，即采用P控制，既可避免過大的超調(diào)，又可使系統(tǒng)有較快的響應(yīng)；
　　
　　c.當(dāng)實(shí)際偏差│e│<E，采用PI控制，可使系統(tǒng)有較高的穩(wěn)態(tài)控制精度。
　　
　　2.3基于配風(fēng)原理的二次風(fēng)控制系統(tǒng)
　　
　　2.3.1設(shè)計思想
　　
　　準(zhǔn)格爾電廠的二次風(fēng)箱為小風(fēng)箱結(jié)構(gòu)，即風(fēng)箱與磨煤機(jī)一一對應(yīng)，目前常見的控制方案是氧量調(diào)節(jié)器的輸出（氧量校正系數(shù)）乘在二次風(fēng)擋板控制回路中構(gòu)成具有氧量校正的比值控制系統(tǒng)，即氧量校正系數(shù)乘在圖1中KRS的位置，氧量調(diào)節(jié)器的設(shè)定值是負(fù)荷-O2%曲線，考慮到爐膛漏風(fēng)，又在二次風(fēng)控制回路中乘以漏風(fēng)系數(shù)。這種方案應(yīng)用較普遍，但它存在著不足，比如漏風(fēng)系數(shù)是一個常量，這就不能根據(jù)實(shí)際漏風(fēng)情況加以變化。同樣當(dāng)負(fù)荷不變而爐膛燃燒工況變化時，負(fù)荷-O2%曲線不能相應(yīng)變化以維持燃燒的經(jīng)濟(jì)性。
　　
　　針對上述情況，在準(zhǔn)格爾電廠設(shè)計了基于配風(fēng)原理的二次風(fēng)控制系統(tǒng)，即以送風(fēng)機(jī)控制空預(yù)器二次風(fēng)道出口風(fēng)壓，以與磨煤機(jī)對應(yīng)的二次風(fēng)擋板開度控制二次風(fēng)量，首先計算出每臺磨的煤量對應(yīng)的*過剩風(fēng)量，然后根據(jù)整個爐膛的過剩風(fēng)量（包括理論過剩風(fēng)、漏風(fēng)和吹掃風(fēng)量等）計算出燃燒空氣系數(shù)校正二次風(fēng)擋板開度，以保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性。它具有如下特點(diǎn)：
　　
　　a.與給煤機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)相結(jié)合，較好地解決了負(fù)荷變化時風(fēng)煤的動態(tài)配比問題（詳見前述）。
　　
　　b.是一個串接在燃料量主控系統(tǒng)下的具有燃燒空氣系數(shù)校正功能的比值控制系統(tǒng)，其中燃燒空氣系數(shù)校正回路又是一個包含了氧量校正、漏風(fēng)校正等功能的系統(tǒng)。

　　
　　2.3.2理論基礎(chǔ)
　　
　　按照煤的元素分析，使燃料*燃燒所需的空氣量稱為理論空氣量Vth，實(shí)際上按理論空氣量無法達(dá)到*燃燒的目的，一般總要使送風(fēng)量比理論空氣量多一些，這可用過剩空氣系數(shù)α衡量，α=V/Vth,實(shí)際空氣量V過高，會增加風(fēng)機(jī)的耗電和排煙損失；過低又會加大不*燃燒，降低鍋爐熱效率。保證鍋爐熱效率zui高的α值稱為*過剩空氣系數(shù)。實(shí)際應(yīng)用中，過剩空氣系數(shù)α可用爐膛出口煙氣含氧量的百分?jǐn)?shù)O2%衡量，即
　　
　　α=21/（21-O2%）（1）
　　
　　由上式可知，兩者成反比關(guān)系，控制O2%就間接控制了α。
　　
　　2.3.3燃燒空氣系數(shù)校正回路的原理
　　
　　燃燒空氣系數(shù)校正回路的目的就是盡可能地計算出燃燒空氣系數(shù)KRS以校正二次風(fēng)擋板的開度，基本原理就是根據(jù)式（1），通過計算全爐膛的過剩空氣量求出氧量校正系數(shù)，再由氧量校正系數(shù)校正全爐膛的總風(fēng)量，經(jīng)過計算得出燃燒空氣系數(shù)KRS。
　　
　　a.氧量調(diào)節(jié)器的給定值——總過剩空氣需求的計算。每臺磨煤機(jī)對應(yīng)的過剩空氣為
　　
　　Vsu=Viαbest-Vi+Vi'αoil-Vi'（t/h）
　　
　　全爐膛對應(yīng)的總過剩空氣需求為
　　
　　V'su=5Vsu（t/h）
　　
　　式中Vi為根據(jù)鍋爐廠資料將某臺磨煤機(jī)的煤量轉(zhuǎn)化而得的理論風(fēng)量（t/h）;V'i為根據(jù)鍋爐廠資料將某臺磨煤機(jī)對應(yīng)的油量轉(zhuǎn)化而得的理論風(fēng)量（t/h）;αbest為鍋爐廠資料給出的不同負(fù)荷下煤的*過剩空氣系數(shù)；αoil為鍋爐廠資料給出的不同負(fù)荷下燃油的*過剩空氣系數(shù)。
　　
　　全爐膛對應(yīng)的總過剩空氣需求V'su（t/h）就是根據(jù)*過剩空氣系數(shù)計算的*過剩空氣量，它將用于校正實(shí)際的過剩空氣量。
　　
　　b.氧量調(diào)節(jié)器的被調(diào)量——實(shí)際過剩空氣量的計算：氧量調(diào)節(jié)器的被調(diào)量應(yīng)是根據(jù)實(shí)際氧量反推而得的實(shí)際過剩空氣量，根據(jù)式（1）有
　　

　　式中，α'為實(shí)際氧量對應(yīng)的實(shí)際過剩空氣系數(shù)；V're為實(shí)際沖刷我量；Vre,th為α'對應(yīng)的實(shí)際理論風(fēng)量；Vsu,re為實(shí)際過剩空氣量。
　　
　　c.根據(jù)式（1）（2）經(jīng)氧量調(diào)節(jié)器可以計算出氧量校正系數(shù)K02。
　　
　　d.燃燒空氣系數(shù)計算回路。
　　
　　以上計算的K02僅是根據(jù)運(yùn)行磨煤機(jī)的過剩風(fēng)而得到的校正系數(shù)，考慮到以下情況：當(dāng)某臺磨煤機(jī)停運(yùn)時，雖然該臺磨煤機(jī)所對應(yīng)的一次風(fēng)沒有了，但仍要保證該臺磨煤機(jī)所對應(yīng)的二次風(fēng)箱擋板有一定的開度，以便冷卻燃燒器，這部分二次風(fēng)也進(jìn)入爐膛助燃，它對于全爐膛而言是過剩風(fēng)；磨緊急跳閘時，用于吹掃的一次風(fēng)也進(jìn)入爐膛助燃，它對于全爐膛而言也是過剩風(fēng)；變化的爐膛漏風(fēng)量。
　　
　　因此，K02不能直接校正二次風(fēng)擋板的開度，燃燒空氣系數(shù)校正正是為了解決這個不足的，它的著眼點(diǎn)是全爐膛的燃燒經(jīng)濟(jì)性。
　　
　　燃燒空氣系數(shù)調(diào)節(jié)器的被調(diào)量是實(shí)際總風(fēng)量Vre，這樣就包括了所有進(jìn)入爐膛的風(fēng)量。
　　
　　給定值=（總?cè)剂狭哭D(zhuǎn)化的理論理論風(fēng)量+總過剩空氣需求Vsu）K02,這樣其給定值就是基于*氧量的總風(fēng)量，經(jīng)過調(diào)節(jié)器運(yùn)算得出燃燒空氣系數(shù)KRS送往二次風(fēng)控制回路，校正風(fēng)量給定，改變二次風(fēng)箱擋板的開度，使煙氣的含氧量O2%保持*，從而使鍋爐達(dá)到較高的燃燒效率。
　　
　　三、結(jié)論
　　
　　a.啟磨時煤量陡降導(dǎo)致負(fù)荷、壓力和溫度等發(fā)生較大變化從而影響控制品質(zhì)，針對這種情況，本文介紹的超馳控制方案具有較好的控制品質(zhì)。
　　
　　b.對于給煤機(jī)轉(zhuǎn)速控制，DCS側(cè)和就地各有一個控制器顯然是不合適的，由于DCS組態(tài)靈活，可以完成較復(fù)雜的控制策略，故宜將就地控制器旁路掉，但由于給煤量的測量是集成在給煤機(jī)的就地控制器中，改造工作宜在停機(jī)期間進(jìn)行，本文采取的積分分離PID算法較好地解決了由于就地控制器的存在而導(dǎo)致給煤量控制動態(tài)偏差大且過渡過程長的問題。
　　
　　c.燃料量和風(fēng)量是一對相互耦合的控制變量，必須采用解耦算法設(shè)計燃燒控制系統(tǒng)，本文提出的解耦方案不僅在外擾（升、降負(fù)荷）發(fā)生時起作用，在燃料量和風(fēng)量發(fā)生自發(fā)性內(nèi)擾時也同樣起作用。
　　
　　d.由于校正回路中已經(jīng)考慮了爐膛漏風(fēng)、吹掃風(fēng)、冷卻風(fēng)和氧量等因素而不僅僅是氧量，因此，基于配風(fēng)原理的二次風(fēng)控制系統(tǒng)，具有更、更快速的特點(diǎn)。