循環流化床( CFB)鍋爐因具有燃燒效率高、污染排放物低、燃料適應性廣的優點而得到越來越廣泛的應用，但CFB鍋爐在自動控制方面公認尚存在很多問題。當前國內大量投產的150 MW CFB鍋爐床溫協調控制都很難投入自動。
    2006年4月17日，四川白馬循環流化床示范電站31號機組順利完成168小時滿負荷試運工作，正式投入商業運行。31號機組鍋爐島為法國AlstoTOM公司生產的300MW CFB，亞臨界、中間再熱、自然循環汽包爐，額定蒸發量1 025t/h，設計脫硫效率為94.15%；汽輪機為東方汽輪機廠生產的單軸、雙缸雙排汽、一次中間再熱、冷凝式汽輪機；DCS系統采用德國ABB Sympho虹y Melody系統，主要完成ccs、MCS、scs、DAS、ECS等功能。
    四川白馬示范電站300 MW CFB機組項且是國家“十五”重點項目，鍋爐部分設備全部引進技術，是國內首臺300 MW CFB鍋爐。由于鍋爐容量的增大、參數的提高，常規受熱面布置方式已經不能滿足鍋爐換熱的需要，因此特別設計了4個外置式熱交換器（俗稱外置床），用以布置受熱面，其中1、4號外置床中布置高溫再熱器和低溫過熱器，2、3號外置床中分級布置一、二級中溫過熱器。爐膛頂部出口的床料經旋風分離器分離后，進入虹吸密封槽，一部分直接回到爐膛，另一部分通過布置在虹吸密封槽的四臺灰控閻（又稱錐形閥）來控制其進入外置床，熱灰在外置床中與各級受熱面換熱后從外置床出口管道返回爐膛。外置床的增加，為CFB鍋爐多變量之間的解耦起到了關鍵的作用。在168小時滿負荷試運及隨后的商業運行中，整個機組所在自動控制均投人了運行，效果良好。
1、流化床鍋爐動態特性
    CFB鍋爐主要不同于普通煤粉爐的地方是它的燃煤。CFB鍋爐沒有磨煤機，入廠煤經過一級、二級破碎機破碎成粒徑≤8 mm的顆粒后，經刮板給煤機送入爐膛，燃煤粒徑比普通煤粉爐的煤粉大得多。當煤粒進入爐膛后，將發生下列過程：①煤粒和高溫床粒混合的加熱并干燥，水分揮發；②熱解及揮發分燃燒；③對某些煤種會發生顆粒膨脹和一級破碎現象。富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料，同時我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
    所以，CFB鍋爐的主要特征在于顆粒在離開爐膛出口后經旋風分離器和返料裝置不斷送回爐膛燃燒。煤粒完全燃盡需要約8～10 min，比普通煤粉爐的煤粉燃燒過程長得多，造成鍋爐燃燒過程滯后時間非常長，再加上燃燒室內的床料具有相當大的熱慣性和蓄熱能力。因此，其動態特性主要表現為燃燒室及外置床內流化層熱容量大，動態過程滯后時間長。這種特性造成了當給煤量變化后，主蒸汽壓力的響應比普通煤粉爐的遲延和慣性要大得多。
2、CFB鍋爐主要的自動控制系統
    CFB鍋爐由于和普通鍋爐相比動態特性更復雜，它是風、煤、水等眾多變量之間相互影響和相互耦合的復雜多變系統，加上主蒸汽壓力對燃料量的反應存在相當長時間的滯后時間，因此，眾多因索決定了它和常規煤粉爐在控制方面必然存在很大差異。
2.1給煤控制系統
    給煤系統設計有4條給煤線，每條給煤線包括1臺稱重給煤機和l臺刮板給煤機，采用爐前爐后給煤的方式。稱重給煤機接收鍋爐主控指令，控制給煤量。鍋爐主控指令同時送給刮板給煤機，以達到快速改變給煤量，減小燃燒滯后的目的。
    為適應煤質的變化，克服煤質大幅波動對調節品質產生不良影響，控制系統設計了給煤熱值的在線計算邏輯和氧量校正回路。
2.1.1熱值計算
    當煤質發生波動時，通過給煤熱值的在線計算邏輯，ccs能快速地“感覺”出來，并自動調整給煤量，達到克服擾動，以利于機組穩定、經濟燃燒的目的。
  熱值修正邏輯原理圖如圖I。
2 .1.2氧量校正
    氧量校正控制回路的工作原理和熱值計算相似，其輸出和經過熱值修正計算出的熱量相乘，再送入鍋爐主控制器，作為鍋爐主控調節器的測量值，由鍋爐主控輸出指令去改變風量和煤量。
2.2床溫控制系統
    CFB -般將床溫控制在850~900℃，這是最佳脫硫、脫硝的溫度范圍。四川白馬300 MW CFB鍋爐不采用國內常見的通過調節一、=次風的配比和通過調節給煤量來調節床溫，而是通過調整2、3號外置床的灰控閥開度來調節床溫。床溫高時開大灰控閥，加大進入外置床的灰量，該部分熱灰經過布置在2、3號外置床的中溫過熱器進行熱交換后，溫度降低，再進入爐膛，能有效地降低床溫，反之，則關小灰控闊。床溫由外置床灰控閥控制后，將一次風量和煤量控制解放出來，使得一次風量能專心控制爐膛內物料的流化，煤量只和主汽壓有關。鍋爐一次風及下二次風量是負荷的函數，不參與床溫控制，這與常規的CFB機組（無外置床）有很大區別。
2.3主蒸汽溫度控制系統
    采用分別布置在低過、一級中過、二級中過出口的三級噴水減溫來調節主蒸汽溫度，控制部分一級、二級減溫采用常規的串級調節。由于2、3號外置床灰控閥在調節床溫時，將一、二級中溫過熱器汽溫產生較大擾動，再加上過熱汽溫存在較長時間的滯后，因此在三級過熱減溫上采用了帶狀態觀測的PID串級控制。在穩定工況時主汽溫穩定在給定值+1℃- 2℃之內；變負荷時，主汽溫穩定給定值+1℃—4℃之內，控制效果比常規PID調節好得多。
2.4再熱汽溫控制系統
    300 MW CFB鍋爐的高溫再熱器布置在1、4號外置床內，因此鍋爐正常運行時再熱汽溫主要通過1、4號外置床的灰控閥開度大小來調節。當再熱汽溫降低時，開大灰控閻以增加外置床進灰量以提高再熱汽溫，當再熱汽溫升高時與此相反。當工況變化太快，外置床灰控閥調節已不能滿足控制要求時，投入布置在低溫再熱器人口的噴水減溫，但噴水減溫僅用于事故或緊急工況。
2.5 -次風控制系統
    一次風壓力控制系統的目的是保持一次風壓與爐膛總差壓相匹配，以保證一次風量足夠。一次風壓設定值是左、右爐膛總差壓的二選大值。一次風壓通過調節一次風機人口擋板的開度進行調節。
    一次風量的設定值是鍋爐熱負荷的函數，其作用是保證爐膛內床料的充分流化。
2.6二次風控制系統
    二次風分上下兩層。下層二次風量是熱負荷的函數，作用是補充一次風量的不足，起流化作用；上層二次風的目的是助燃，用于控制總風量，保證爐膛內的燃料安全、經濟燃燒。
    二次風壓設定值是負荷的函數，以達到和鍋爐燃燒工況相匹配的目的。二次風壓通過二次風機人口擋板開度進行調節。
2.7引風控制系統
爐膛壓力通過引風機人口擋板的開度進行調節，采用串級PID控制：主調節器控制爐膛頂部壓力，設定值為0；副調節器控制尾部煙道頂部壓力，設定值為主調節器輸出，通常在-2 kPa。為減少爐膛壓力的波動，加快調節速度，在引風控制系統中加入負荷指令和總風量的前饋信號。
3、300 MW CFB機組的協調控制系統
    300 MW CFB鍋爐協調控制系統的控制原則是將汽輪機、鍋爐作為整體進行綜合考慮，通過前饋飯饋、連續／斷續、非線性、方向控制等控制機理的有機結合，來協調控制機組功率與機前壓力，協調處理負荷要求與實際能力的平衡。
    協調控制的基本組成包括負荷指令計算和機組協調運行方式管理兩大部分。
3.1負荷指令的形成
    負荷指令處理回路接受ACC指令、操作員指令和一次調頻指令，并根據機組運行狀態，對負荷指令進行處理，使之與運行狀態和負荷能力相適應。
3.1.1負荷指令的限制和修正
    當機組在協調控制方式下運行時，若主要輔機設備發生故障突然停運，將形成RB指令，通過該指令迫使機組的負荷快速下降到運行的輔機設備所能承受的負荷水平，同時RB指令還會被送到燃料量和風量管理系統( BMS)，減小給煤機及風機出力，協助鍋爐快速降負荷，從而確保機組與電網的安全、穩定運行。300 MW CFB機組設置了4種情況的Runback。
3.1.2一次調頻
    調頻校正基點為50 Hz，調頻死區為±2 lc/min，負荷調節限幅±24 MW，一次調頻要求全程投入。當機組發生Runback自動退出一次調頻控制。
3.1.3負荷指令的跟蹤
    負荷指令加上一次調頻給定即是機組目標負荷。在手動時，控制回路快速跟蹤電功率，以實現手／自動無擾切換。
3.2協調控制運行方式
    協調控制系統設計了CCS1（“爐跟機”協調方式）、CCS2(“機跟爐”協調方式)兩種模式。根據鍋爐主控制器、汽輪機主控制器的手動、自動方式的不同選擇，可以組合出MAN方式、BF方式、TF方式、“機跟爐”協調方式、“爐跟機”協調方式五種控制方式。機組運行中，可以根據機組實際工況需要選擇其中一種。
3.3協調控制效果
    機組運行中，為滿足電網對負荷的需求，同時也減少發電廠不合格電量的產生，在機組工況允許時，一般都采用CCS1的協調控制方式，由于主汽壓力的大遲延特性，為避免壓力的超調，機組負荷變化率一般限制在4 MW/min內。如果電網對機組負荷要求不高，則可以采用CCS2控制方式，畢竟CCS2,能減少CCS1對鍋爐工況造成的擾動，保證鍋爐穩定，對鍋爐健康有好處。
4、協調控制過程中遇到的問題
4.1升／降負荷速率問題
    由于主蒸汽壓力的大純滯后特性，盡管加入了負荷及汽包壓力的負微分信號，但為了免避產生超調，鍋爐主控調節器積分時間設得較長，造成300 MWCFI鍋爐升／降負荷速率尚不及煤粉爐，這一點有待在運行過程中逐漸研究，予以優化。
4.2 Runback問題
    RB功能是按常規煤粉爐的要求設置的。但由于300 MW CFB鍋爐巨大的熱容量，實際運行中，當4條給煤線全部跳閘，燃料全部中斷后，機組尚能維持20nun負荷再解列（此過程負荷逐漸減到0）。因此，RB的邏輯是否應針對CFB鍋爐做特殊設計，值得在運行中繼續進行探索。
4.3給煤熱值的在線計算邏輯還有待優化
    由于煤質在線計算存在很長時間的滯后，因此煤質大幅波動時，主汽壓力要出現過調現象，有待在運行過程中逐步優化。富通新能源生產銷售的生物質鍋爐以及木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。
5、結語
    300 MW CFB鍋爐四個外置床的引入，對CFB鍋爐各參數之間的復雜耦合解耦起到了關鍵作用，改變了協調控制難于投入的局面。