田丽敏
（晋能控股煤业集团万恒后勤平泉物业管理分公司，山西 大同 037000）
引言DCS 控制系统是一种应用计算机开发的“动态组合”综合控制软件，通过数字信号的实时双向传输，实现整个控制系统的网络数字化表达。循环流化床（CFB）锅炉具有热容量大和良好的物料混合功能，其热负荷调节范围广、对燃料的适应性强，引入DCS 控制系统，可保证CFB 锅炉在供暖系统中运行的安全性和经济性，实现锅炉机组的管理、控制、监测、监控及联锁保护等一体化控制，使锅炉的控制过程可靠、简单[1-3]。
1 CFB 锅炉概述大同某公司91 MW 循环流化床热水锅炉主要由炉膛、绝热旋风分离器、自平衡回料阀和尾部对流烟道组成。炉膛采用膜式水冷壁，锅炉中部是绝热旋风分离器，尾部竖井烟道布置了光管省煤器，省煤器下部布置一、二次风空气预热器。锅炉经两根Φ426 的回水管道回水至锅筒，通过下降管一路进入水冷下集箱、水冷壁管、水冷上集箱，另一路引入水冷屏下集箱、水冷屏、水冷屏上集箱，由导水管进入锅筒，然后由引出管进入下级省煤器进口集箱，经低温省煤器、高温省煤器，最后将合格的热水引出。
2 DCS 控制系统的应用锅炉控制系统主要包括CFB 顺序控制系统、热工监测保护系统和CFB 炉膛安全监控系统等。
2.1 CFB 顺序控制系统顺序控制是指依据事先拟定的步骤、条件或时间，对CFB 锅炉运行过程中的给煤系统、燃烧系统、水冷系统、风烟系统和排渣系统等设备、系统，按照预先设计的逻辑顺序，自动地依次进行一系列操作，以改变设备、系统的工作状态。既可以只对单个简单对象的启停顺序控制，也可以对一个系统甚至是整个机组的启停顺序控制，使CFB 锅炉机组对各项系统的控制操作简单、可靠。
2.2 热工监测保护系统热工监测是指自动地检查和测量反映机组生产过程和运行情况的各种热力参数及生产设备的工作状态，实现CFB 锅炉各项指标的实时在线监测。热工检测能及时地反映机组生产过程和运行的变化趋势，为运行人员的操作提供依据，为其它热工自动装置的运行提供信号，对保证机组安全、经济运行起着重要的作用。热工检测的主要项目有，出水压力、温度、给水压力、温度、流量、炉膛压力、烟气含氧量、排烟温度、风温、风压和燃料量等，它由数据采集系统DAS完成，它包括了几乎所有非电量和电量检测数据的处理、显示、报警、记录及存储等基本内容，也包括数据统计、数据分析、操作指导和故障分析等事务。
热工保护是指当机组在启停或运行过程中发生危及设备和人身安全的工况时，为防止发生事故并避免事故扩大，热工监控设备自动采取保护动作措施，通过DCS 控制系统，实现联锁保护的预报预警以及动作保护。热工保护动作可分为三类动作状态：
1）报警信号：向操作人员提示机组运行异常情况。
2）联锁动作：必要时按既定程序自动启动设备或自动切除某些设备及系统，使机组维持原负荷运行或减负荷运行。
3）跳闸保护：当发生重大故障危及机组设备或人身安全时，实施跳闸保护，停止部分设备或机组运行，避免事故扩大。
2.3 CFB 炉膛安全监控系统（FSSS）CFB 锅炉机组应当装设风量与燃料联锁保护装置，当流化风量低于临界流化风量时，能够切断燃料供给[4]。CFB 的安全保护侧重于燃料投运操作的正确顺序和联锁关系，以保证CFB 稳定燃烧。FSSS 系统分为锅炉安全系统FSS 和燃烧器控制系统BCS，主要功能有：主燃料跳闸MFT、CFB 的吹扫、启动油系统泄漏试验、CFB 锅炉冷态启动（建立流化风和初始床料）、CFB 的升温控制、热态启动、床下油点火器的控制、火检、煤及石灰石系统控制、一次风机、二次风机、高压流化风机以及引风机的联锁控制等。
3 PID 控制模式优化分析3.1 PID 控制模式分析目前CFB 锅炉DCS 控制系统采用其自带的经典PID 控制模式，原理简单，鲁棒性强，实现锅炉自动化控制。但CFB 热水锅炉存在煤种不稳定、热惯性大，滞后性强的特点，导致炉膛温控系统难以保证出水温度的稳定性。由于环保改造要求，燃煤锅炉的SO2与NOx的排放须达到最新控制排放标准。脱硫温度场控制对脱硫效果有重大影响[5]，需提高炉膛温控系统的灵敏度，对DCS 控制系统的控制性能提出了更高的要求。基于经典PID 控制模式的DCS 控制系统，由于存在超调量大、非线性系统的精确控制能力差的缺陷，已无法满足要求，需对PID 控制模式进行优化。
3.2 PID 控制模式优化方案模糊PID 控制模式是在经典PID 控制器的基础上增加模糊控制器，对不确定参数、延迟、干扰等限制因素进行模糊推理，无需建立精确模型，从而实现PID 参数自整定，不仅继承了经典PID 控制优势，而且具有更强的适应性以及控制的精确性。模糊PID 控制模式如图1 所示。
以出水温度控制为例，CFB 热水锅炉主要通过调整燃料燃烧的热能使锅炉出水温度保持在运行设定值允许范围内。模糊PID 控制模式将被控温度的偏差值e（设定值与实际值的差值）和ec差值变化速率作为输入，比例系数kp、积分系数ki、微分系数kd的整定值作为输出，以上输出参数分别反映系统的响应速度、稳态误差和偏差特性。通过不断监测输入值的变化，然后应用模糊规则自动计算滞后时间、参数偏差，对输出值进行实时在线修改，自动校正模型误差，以此来满足不同e 和ec对控制参数的不同要求，无需人工干预，从而实现对出水温度控制的要求，优化控制性能。模糊PID 控制流程图，如图2 所示。
4 结语CFB 锅炉引入DCS 控制系统，不仅可以使相对复杂的锅炉机组控制简单可靠，有效提高资源利用率，而且可以实现各项功能设备的在线实时安全监测，保证整个锅炉系统运行的安全稳定性。通过将DCS 控制系统优化为模糊PID 控制模式后，提高了锅炉出水温度的稳定性，并且缩短了锅炉温控的响应时间，保证了DCS 控制系统的稳定性，有效提高了锅炉机组运行的可靠性和运行效率。
