基于BCS的故障容错及自愈控制技术在CFB锅炉上的应用

　　一、概述

　　循环流化床(CFB)燃烧技术是在20世纪80年代发展起来的一种新型洁净燃烧技术，它的最大特点是燃料在炉内通过物料循环系统循环反复燃烧，使燃料颗粒在炉内滞留时间大大增加直至燃尽，燃烧效率显著提高;不仅如此，CFB锅炉还具有燃料适应性强、负荷调节性能好、氮氧化物排放低、低成本石灰石炉内脱硫、灰渣便于综合利用等一般常规锅炉所不具备的优点，在福建省得到较广泛的应用和推广。目前，福建省已有100多台CFB锅炉在运行或建设中，总容量超过15000蒸吨，其中最大容量为1025t/h。从已经投运的CFB锅炉的运行实践看，CFB燃烧技术是可以较好地燃烧福建无烟煤的。

　　由于CFB锅炉独特的流态化、循环燃烧特点，决定CFB锅炉的燃烧过程是一个多输入、多输出和大滞后、强祸合的复杂系统，时变性、非线性和关联性都非常强，各变量之间相互影响，锅炉系统特别是燃烧装置的自动化控制非常困难。据了解，除龙岩坑口电厂4x440t/h和2x1050t/hCFB锅炉投入机炉协调控制外，目前绝大多数CFB锅炉还采用粗放的手动操作，更谈不上自动优化运行了。手动操作模式下的大起大落，可能造成CFB锅炉运行的不稳定，导致飞灰含碳量忽高忽低且居高不下，影响锅炉的经济运行，结焦、爆管等事故时有发生。

　　为此，石狮热电公司在CFB锅炉燃烧系统的自动控制和优化运行方面进行了大胆的尝试，与北京和隆优化控制技术有限公司合作，在4号锅炉应用BCS(Boiler Omnipotent Optimize Conifol System，通用燃烧优化控制系统)技术。截至2010年6月底已连续可靠运行18个月，统计结果表明BCS长期自控率大于90%，单炉节能效益超过1.5%，效果非常显著。公司于2009年9月在另外3台CFB锅炉(l号、2号炉为35t/hCFB,3号炉为75曲CFB)推广了BCS，可提高整体机组效率2%以上。在工程实践中，将动态系统的故障检测与诊断(faultdetectionanddiagnosis-FDD)、容错控制(faulttolerantcontrol-FTC)和自愈控制(faultself-recoverycontrol-FSC)的有关思想-融入到BCS中，提高了BCS自动优化控制的安全可靠性。

　　二、BCS简介

　　BCS立足于锅炉最基本的测控仪表，采用先进的软测量技术、多变量解祸技术、过程优化控制技术、故障诊断与容错控制技术及先进的软件接口来实现锅炉的优化控制，从而达到锅炉的安全运行、稳定运行和经济运行的所有目标。BCS采用软测量技术和正平衡法计算表示锅炉热效率，以中间变量吨汽煤耗为优化指标，采用多维梯度法优化算法，寻找最佳的床温和二次风风量设定值，使得燃烧过程逼近最优区域，以获得经济燃烧的效果。

　　石狮热电公司采用集中供热和热电联产的方式，由于大部分用户的生产都是间歇式的，用汽量根据定单情况不断变化，随机性强，再加上所燃用的福建无烟煤属典型难燃的高变质煤种，并且采购渠道多样化，煤种复杂多变，人炉煤的发热量波动较大且频繁。这些因素经常造成锅炉负荷的巨大波动，有时会突降40%B一MCR(锅炉额定连续蒸发量)。为此，BCS采用的基本控制回路包括了带燃烧因素前馈算法的汽包水位三冲量控制回路和带燃烧因素前馈算法的主汽温度控制回路;CFB锅炉燃烧优化控制回路包括：①单炉负荷与管网蒸汽压力协调优化控制回路;②带安全与自寻优策略和人工经验加载功能的一次风量优化控制回路;③带安全与自寻优策略和人工经验加载功能的二次风量优化控制回路;④带智能软饲服技术的炉膛负压优化控制回路;⑤基于专家知识的床温智能选择一分程先进控制回路，这五个回路的设计和正常运行是锅炉经济运行的关键所在。下面对床温优化控制回路进行介绍。