煤的循環(huán)硫化床燃燒，是20世紀(jì)60年代開始發(fā)展起來(lái)的新型燃煤技術(shù)，由于其燃料適應(yīng)性廣、燃燒效率高、氮氧化物排放低、負(fù)荷調(diào)節(jié)比大以及負(fù)荷調(diào)節(jié)快等優(yōu)點(diǎn)而越來(lái)越得到廣泛應(yīng)用，特別是近10來(lái)為了有效保護(hù)環(huán)境而迅速發(fā)展起來(lái)的環(huán)保型電站鍋爐。然而這種燃燒方式的燃燒機(jī)理十分復(fù)雜，循環(huán)硫化床鍋爐的設(shè)計(jì)尚處于經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段，系統(tǒng)中變量之間的耦合比較緊密，而且具有嚴(yán)重的非線性。循環(huán)硫化床鍋爐熱工自動(dòng)控制方面的問(wèn)題已成為其推廣應(yīng)用的主要障礙，循環(huán)硫化床鍋爐的運(yùn)行自動(dòng)化已成為其走向?qū)嵱玫年P(guān)鍵之一。
1　存在的問(wèn)題
循環(huán)硫化床鍋爐自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)并不是輕而易舉的事情，還存在諸多問(wèn)題需要探索、研究，總結(jié)如下：
a）循環(huán)硫化床鍋爐是一個(gè)分布參數(shù)、非線性、時(shí)變、多變量緊密耦合的控制對(duì)象，其自動(dòng)控制系統(tǒng)需要完成較之一般鍋爐更復(fù)雜的控制任務(wù)；
b）采用現(xiàn)代控制理論的基礎(chǔ)是要求描述被控對(duì)象特性的較為精確的數(shù)學(xué)模型，然而由于循環(huán)硫化床鍋爐燃燒特性的復(fù)雜性，使得建立其數(shù)學(xué)模型成為一件十分不易的事情；
c）由于循環(huán)硫化床鍋爐燃燒的復(fù)雜性和特殊性，使得實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)控制變得十分困難，對(duì)一般鍋爐和其它過(guò)程控制對(duì)象行之有效的常規(guī)控制方法，已難以保證循環(huán)硫化床鍋爐各項(xiàng)控制指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

鑒于存在的上述問(wèn)題及原因，研究一種適合該爐型的控制方案具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
2　控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及特點(diǎn)
循環(huán)硫化床鍋爐不同于煤粉爐和燃油鍋爐，其控制回路多，系統(tǒng)比較復(fù)雜，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般包括以下主要回路：汽包水位控制；過(guò)熱汽溫控制；燃料控制；風(fēng)量及煙氣含氧量控制；爐膛負(fù)壓控制；料床溫度控制；料床高度控制；二級(jí)返料回料控制。

對(duì)于汽包水位控制和過(guò)熱汽溫控制特性與通常的煤粉爐和燃油鍋爐相同，在此不予以分析，只對(duì)與循環(huán)硫化床鍋爐燃燒相關(guān)的控制系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行分析。循環(huán)硫化床鍋爐燃燒過(guò)程自動(dòng)控制的基本任務(wù)是使燃料燃燒所提供的熱量適應(yīng)鍋爐蒸汽負(fù)荷的需要，同時(shí)還要保證鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，燃燒控制系統(tǒng)的任務(wù)歸納起來(lái)有如下幾個(gè)方面：

a）維持汽壓穩(wěn)定。汽壓的變化表示鍋爐的蒸汽量與負(fù)荷的耗汽量不相適應(yīng)，需要相應(yīng)地改變?nèi)剂系墓?yīng)量，以改變鍋爐的蒸汽量；
b）保證鍋爐燃燒過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性。改變?nèi)剂狭康耐瑫r(shí)，相應(yīng)地調(diào)節(jié)送風(fēng)量，使之與燃料量匹配，保證鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)性；
c）引風(fēng)量與送風(fēng)量相配合以保證爐膛壓力在正常的范圍內(nèi)，保證鍋爐的安全運(yùn)行；
d）料床溫度是一個(gè)直接影響鍋爐能否安全連續(xù)運(yùn)行的重要參數(shù)，同時(shí)也直接影響鍋爐運(yùn)行中的脫硫效率及NO2。的產(chǎn)生量。通常情況下856℃床溫是爐內(nèi)脫硫的最佳溫度，同時(shí)NO2的產(chǎn)量也較低。床溫過(guò)低不但使鍋爐效率下降，而且運(yùn)行不穩(wěn)定容易滅火；床溫過(guò)高會(huì)使脫硫效率下降、NO2產(chǎn)量大大增加，同時(shí)容易造成爐膛料床結(jié)焦，無(wú)法循環(huán)硫化燃燒而停爐。由此可見，料床溫度是循環(huán)硫化床鍋爐運(yùn)行極為重要的參數(shù)；
e）料床高度控制也與鍋爐安全連續(xù)運(yùn)行密切相關(guān)，料層太厚，會(huì)把一次風(fēng)的“風(fēng)頭”壓住，使?fàn)t料不能達(dá)到完全硫化狀態(tài)；料層太薄，不僅不滿足負(fù)荷要求，而且會(huì)使一次風(fēng)穿透料層吹滅爐火；
f）二級(jí)返料回料控制將直接影響鍋爐的循環(huán)倍率，也對(duì)床溫有一定的影響。
循環(huán)硫化床鍋爐是一個(gè)典型的多變量被控對(duì)象，但由于對(duì)它的系統(tǒng)的研究剛剛起步，還缺乏經(jīng)驗(yàn)及深人的了解，所以在設(shè)計(jì)、分析、研究其控制系統(tǒng)時(shí)仍采用傳統(tǒng)的方法。目前循環(huán)硫化床鍋爐燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)仍采用常規(guī)PID控制，通常由燃料控制、總風(fēng)量控制、一次風(fēng)控制、二次風(fēng)控制、燃燒室負(fù)壓控制、床溫控制、料床高度控制、二級(jí)返料回料控制等8個(gè)有機(jī)聯(lián)系的控制單元構(gòu)成。即人為地把被控對(duì)象分成許多單變量系統(tǒng)進(jìn)行控制，這種控制方法雖然簡(jiǎn)單、易行，局部分析是合理的，但整體考慮會(huì)存在許多問(wèn)題，對(duì)進(jìn)一步提高自動(dòng)控制水平將存在很大的局限性，有的甚至不能滿足機(jī)組的正常運(yùn)行。

3　研究方向及具體內(nèi)容
近年來(lái)的研究及應(yīng)用情況表明，由于循環(huán)硫化床鍋爐燃燒系統(tǒng)的復(fù)雜性，特別是各控制變量之間的緊密耦合，常規(guī)的控制方法很難滿足循環(huán)硫化床鍋爐的自動(dòng)運(yùn)行及自動(dòng)控制水平的進(jìn)一步提高，因此，在對(duì)循環(huán)硫化床鍋爐燃燒系統(tǒng)深入研究的基礎(chǔ)上，采用先進(jìn)控制理論，實(shí)現(xiàn)全局最優(yōu)地采用多變量控制的先進(jìn)控制方法具有非常重要的意義，也是當(dāng)今熱控領(lǐng)域重大研究課題之一。

3．1 數(shù)學(xué)模型的完善和定量化
進(jìn)行循環(huán)硫化床鍋爐動(dòng)態(tài)多變量數(shù)學(xué)模型的完善和定量化，確定鍋爐各變量之間的量化耦合關(guān)系，為控制系統(tǒng)中控制量、被控量和干擾量的確定以及控制框架的構(gòu)筑提供數(shù)學(xué)依據(jù)；為解耦控制的實(shí)施提供可靠數(shù)據(jù)；為控制系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定提供指導(dǎo)。

3．2 控制規(guī)律研究
結(jié)合鍋爐運(yùn)行方式，對(duì)循環(huán)硫化床鍋爐的控制規(guī)律進(jìn)行研究，以確定大體的控制策略。前面已經(jīng)提到循環(huán)硫化床鍋爐具有燃料適應(yīng)性廣、燃燒效率高、高效脫硫、NO2排放率低、爐膛面積小、負(fù)荷調(diào)節(jié)比例大、負(fù)荷調(diào)節(jié)速度快等特點(diǎn)。但其燃燒機(jī)理非常復(fù)雜，爐內(nèi)的傳熱就包括氣體與固體顆粒間的傳熱、床層與水冷壁間的傳熱、床層與爐內(nèi)埋管的傳熱以及旋風(fēng)分離器或一次風(fēng)分離器內(nèi)的傳熱等四種，其中懸浮物影響傳熱；硫化速度通過(guò)影響懸浮物密度從而影響傳熱：傳熱表面垂直長(zhǎng)度以及床溫都對(duì)傳熱有很大影響。

循環(huán)硫化床鍋爐這種結(jié)構(gòu)上的特殊性和燃燒機(jī)理的復(fù)雜性，使其在控制上較其它爐型復(fù)雜。除常規(guī)控制量以外，該爐型要求對(duì)料床溫度和料床高度進(jìn)行控制，其中料床溫度是循環(huán)硫化床鍋爐控制中最重要的參數(shù)。

在循環(huán)硫化床鍋爐控制中，由于一次風(fēng)的改變對(duì)床溫的影響比給煤量對(duì)床溫的影響大，因此采用一次風(fēng)作為調(diào)節(jié)床溫的控制變量，用調(diào)節(jié)給煤量來(lái)滿足負(fù)荷的要求。但是，改變給煤量將直接影響爐膛溫度，所以給煤量與一次風(fēng)是2個(gè)耦合非常緊密的控制量。在循環(huán)硫化床鍋爐燃燒控制系統(tǒng)中，如何協(xié)調(diào)這2個(gè)變量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。是控制方案研究的重點(diǎn)所在。

調(diào)節(jié)鍋爐負(fù)荷必須通過(guò)調(diào)節(jié)爐內(nèi)傳熱方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，也就是調(diào)節(jié)一次風(fēng)量，以改變爐膛內(nèi)的固體濃度分布。同時(shí)，一次風(fēng)作為床溫的主要控制量，還必須兼顧床溫調(diào)節(jié)。由于在循環(huán)硫化床鍋爐內(nèi)氣、固混合比較均勻，溫度場(chǎng)分布較好，入爐煤能夠迅速燃燒，因而較其它爐型滯后較小，所以通過(guò)給煤是調(diào)節(jié)負(fù)荷的熱平衡較為合理。

3．3 控制方案
在上述兩項(xiàng)研究成果的基礎(chǔ)上．將常規(guī)控制方案和先進(jìn)控制理論有機(jī)結(jié)合起來(lái)，研究一種綜合性的循環(huán)硫化床鍋爐燃燒控制方案。
近年來(lái)，模糊控制技術(shù)獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展，也出現(xiàn)了不少成功應(yīng)用的范例，實(shí)踐證明，模糊控制能夠?qū)r(shí)變、非線性和復(fù)雜的被控對(duì)象進(jìn)行較為有效的控制，但模糊控制規(guī)則的獲取受專家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)水平的制約，進(jìn)而影響模糊控制的效果，而且模糊控制本身不能消除靜差，再者PID控制在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中有著成熟的應(yīng)用，并占有主導(dǎo)地位，這使得模糊控制既不可能也沒(méi)有必要完全替代PID控制。

為此，應(yīng)用模糊控制理論對(duì)常規(guī)PID進(jìn)行改進(jìn)，并與模糊控制有機(jī)結(jié)合起來(lái)，形成一種“綜合性控制方案”，再配合多種前饋控制方案，應(yīng)用于循環(huán)硫化床鍋爐燃燒系統(tǒng)這一非線性復(fù)雜對(duì)象，將達(dá)到滿意的效果。

4 結(jié)論
循環(huán)硫化床鍋爐燃燒控制系統(tǒng)研究的目標(biāo)，就是在大量現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)其動(dòng)態(tài)多變量數(shù)學(xué)模型進(jìn)行完善和量化，確定各變量之間的量化耦合關(guān)系，結(jié)合鍋爐運(yùn)行方式，對(duì)循環(huán)硫化床鍋爐的控制規(guī)律進(jìn)行研究，并在?，F(xiàn)的反饋、前饋PID控制結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，引用模糊控制理論形成一種綜合性的循環(huán)硫化床鍋爐燃燒控制方案，并在實(shí)際應(yīng)用中逐步完善。