一、引言
循環硫化床作為一種清潔高效燃燒技術在國內被廣泛認可，循環流化床的燃燒是介于層燃和室燃之間的一種燃燒技術，是采用流態化的燃燒，其具有燃燒適應性廣、燃燒效率高、燃燒強度大，溫度分布均勻、由于采用低溫分級燃燒，高效脫硫、氮氧化合物排量低、負荷調節范圍大、污染物排放低、灰渣綜合利用性能好等特點，屬于環保型鍋爐，是國家大力推廣的新型鍋爐。其燃燒工藝如下：燃料由爐前給煤系統送入爐膛。送風系統由一次風（鼓風）和二次風組成，一次風由爐床下部送入爐膛，主要保證料層流化：二次風沿燃燒室分級多點送入，主要增加爐膛的含氧量起到助燃作用。燃燒后的物料變成一些較小的顆粒隨煙氣一起進入分離器，經過固氣分離其中大部分顆粒由分離器下部的返料器重新送入爐膛，使爐膛內有足夠高的灰度，保證流化；煙氣經過除塵器由引風機抽出。鍋爐控制系統主要有汽包水位自動控制、主汽壓力自動控制、爐膛壓力自動控制、給煤自動控制，鍋爐聯鎖控制等。其中汽包水位和主汽壓力、爐膛壓力主要是控制風機和水泵，而傳統的控制方式是采用檔板或閥門來調節風量和流量，雖然方法簡單，但實際上是通過人為增加阻力的辦法達到調節的目的，這種節流調節方法浪費大量電能。而采用變頻調速的特點是效率高，沒有因調速帶來的附加轉差損耗，調速的范圍大，精度高、無級調速。容易實現協調控制和閉環控制，由于可以利用原鼠籠式電動機，所以特別適合于對舊設備的技術改造，它既保持了原電動機結構簡單、可靠耐用、維護方便的優點，又能達到節電的顯著效果，是鍋爐風機水泵節能的較理想的方法。
二、系統介紹
控制系統采用PLC、觸摸屏、 AI調節器、 變頻器等先進的控制設備,對蒸汽鍋爐施行有效的聯動控制,系統具有聯鎖/手動切換功能，PLC 對鍋爐進行可靠的聯鎖控制、 報警提示，確保鍋爐的安全運行，由于采用變頻器對電機進行起停控制，將節約大量電能，實現鍋爐的經濟燃燒。下面以10噸流化床控制系統為例：
1．系統控制總體框圖如下：
2．主要監視參數：
汽包水位：汽包水位是鍋爐控制系統中最重要的參數之一。 采用單室平衡容器加差壓變送器的方法，可得到與汽包水位成正比的4—20mA的電流信號，測量儀表將該電流信號轉換為水位信號，直接在儀表上顯示汽包水位的高低。 該水位信號同時作為自動調節的汽包水位測量信號，參與系統的自動調節。
主汽壓力：用壓力變送器將主汽壓力轉換為4—20mA的電流信號，通過調節儀表將主汽壓力顯示出來。
爐膛壓力：爐膛壓力采用微壓變送器將爐膛壓力轉換為4—20mA的電流信號，通過顯示儀表將爐膛壓力顯示出來。同時顯示儀表對爐膛壓力進行判斷，當爐膛壓力越限時報警、停爐。
溫度系統測量：溫度監視點包括爐膛溫度、給水溫度、排煙溫度、空預器后溫度、冷風溫度、除塵器后溫度、返料溫度等，測溫元件所測信號送至溫度顯示儀表顯示，并對溫度進行異常判斷，異常時將異常信號送至PLC報警。
流量測量：蒸汽流量測量采用渦街流量計，將蒸汽流量轉換為頻率信號，送至流量記錄儀顯示出來。
還有一次風壓、二次風壓、引風電機/鼓風電機轉速等。這些參數可以接到數顯儀表上顯示也可以接到PLC模擬量輸入模塊并可在觸摸屏上顯示。
3．主要控制回路
汽包水位自動控制：汽包水位是影響鍋爐安全運行的重要參數，水位過高，會破壞汽水分離裝置的正常工作，嚴重時會導致蒸汽帶水增多，增加在管壁上的結垢和影響蒸汽質量。水位過低，則會破壞水循環，引起水冷壁管的破裂，嚴重時會造成干鍋，損壞汽包。所以其值過高過低都可能造成重大事故。它的被調量是汽包水位，而調節量則是給水流量，通過對給水流量的調節, 使汽包內部的物料達到動態平衡，變化在允許范圍之內。AI調節器根據差壓變送器測得的水位信號，經運算后直接控制變頻器的頻率，水位高時轉速降低，水位低時轉速升高，確保汽包水位恒定在設定水位。用切換開關選擇#1、#2水泵運行或備用。框圖如下：
爐膛負壓自動控制： 爐膛負壓的大小受引風量、鼓風量的影響。爐膛負壓太小，爐膛向外噴火和外泄漏高爐煤氣，危及設備與運行人員的安全。負壓太大，爐膛漏風量增加，排煙損失增加，引風機電耗增加。框圖如下：
蒸汽壓力自動控制：對蒸汽壓力穩定有要求的場合需要對它進行控制，通過控制鼓風的轉速來保持蒸汽壓力的穩定。如果要求不高的情況下在聯鎖控制時可以讓鼓風跟隨引風的大小進行調整。框圖如下：
在這幾個控制回路中都采用AI人工智能工業調節器進行調節，AI儀表具有模糊邏輯PID調節及參數自整定功能的先進控制算法。在誤差大時，運用模糊法進行調節，以消除PID飽和積分現象；當誤差減小時，采用改進后的PID算法進行調節，并能在調節中自動學習和記憶被控對象的部分特征以使效果最優化。其具有無超調、高精度、參數確定簡單，對復雜對象也能獲得較好控制效果等特點，其整體調節效果比一般的PID算法更明顯。
儀表的型號為AI-808EI4X3L2L2，儀表的主要設置參數有：
HIAL：上限報警
LOAL：下限報警
Df：回差（死區、滯環），用于避免因測量輸入值波動而產生報警頻繁動作。
Ctrl：控制方式，采用AI人工智能調節/PID調節，Ctrl＝1。
M5：保持參數，主要決定調節算法中的積分作用，和PID積分時間類似，M5越小，系統積分作用越強。M5=0時取消積分和AI人工智調節，成為PD調節器。
P：速率參數，與每秒內儀表輸出變化100%時測量值時應變化大小成正比，P=1000/每秒測量值的升高單位值（系統以0.1定義為一個單位）。
T：滯后時間，t越小，則比例和積分作用均成正比增強，而微分作用相對減弱，但整體反饋作用增強：反之，t越大，則比例和積分作用均減弱，而微分作用相對增強。
Ctl：輸出周期，反映儀表運算調節的快慢。
Sn：輸入反饋信號類型，Sn=15，信號為4-20mA。
Opt：輸出方式，Opt=4，輸出為4-20mA。
CF：系統功能選擇，可以選擇系統的調節方向。汽包水位和主汽壓力采用反作用調節方式，爐膛負壓采用正作用調節方式。
4、控制回路儀表的調試
AI儀表是這個系統的核心控制設備，它的控制效果直接影響整個系統的正常運行。在調試的時候鍋爐最好是帶壓狀態，因為帶壓情況下水泵、風機的負荷要比平時大的多，調試的結果也更理想。在沒有經驗控制參數的時候，為了達到最佳的控制效果，儀表要進行PID自整定，但一般的調節儀表在自整定時的調節狀態是位式控制，輸出量要么最大要么最小，在鍋爐系統中調節輸出大幅變化是不允許的。AI-808調節器具有手動自整定模式可以很好的解決這個問題，具體操作是：把儀表切換到手動輸出狀態，通過儀表的△ ▽鍵調整輸出量，使測量值盡量和設定值保持一致，然后在這個狀態下啟動自整定，這樣儀表的輸出值將限制在當前手動輸出值的±10%范圍內，從而避免出現輸出值的大幅變化。在多數情況下，自整定一次就可以使獲得滿意的控制效果。如果控制有偏差時，可以通過微調 M5、P、T參數來修正。
5、鍋爐聯鎖
鍋爐聯鎖對確保鍋爐的安全運行起著重要的作用。在本例中，考慮以下聯鎖條件：
其他聯鎖條件還有：（1）鼓風機運行時，出現停引風機，發出報警，同時停鼓風機，（2）鼓風機運行時，且極低水位時，發出報警，同時停鼓風機，停給煤。（3）二次風機變頻故障時，發出報警，停給煤，停鼓風和引風機。
三、運行和操作
1、引風機控制
啟動條件：引風機啟動時應滿足以下條件
未按“引風機停止”按鈕，未按“緊急停爐”按鈕，引風機變頻器無故障信號發出，引風機處于停運狀態。此時，按下“引風機啟動”按鈕，引風機將啟動運行，“引風機運行指示燈”亮。調節儀表控制引風機轉速
停止條件：當以下任一條件滿足時，引風機停止運行
“緊急停爐”按鈕按下，引風機變頻故障，“引風機停止”按鈕按下。
轉速調節：
Ⅰ、手動調節：當“爐膛負壓”智能調節儀表AI-808顯示為輸出狀態時，按菜單鍵，“MAN”指示燈亮，此時按△ ▽鍵可調節儀表的輸出電流，通過變頻器即可改變引風機轉速。
Ⅱ、自動調節：儀表自動調節輸出電流，通過變頻器改變引風機轉速，自動控制爐膛負壓。自動調節時，當儀表顯示為測量值、設定值狀態時，按△▽鍵可調節儀表的設定壓力，從而改變爐膛負壓的大小。
2、鼓風機控制
啟動條件：鼓風機啟動時應滿足以下條件
未按“鼓風機停止”按鈕，未按“緊急停爐”按鈕，鼓風機變頻器無故障信號發出，鼓風機處于停運狀態。無“蒸汽壓力高”信號，引風機運行，給水泵運行。此時，按下“鼓風機啟動”按鈕，鼓風機將啟動運行，“鼓風機運行指示燈”亮。調節儀表控制鼓風機轉速
停止條件：當以下任一條件滿足時，鼓風機停止運行
“緊急停爐”按鈕按下，鼓風機變頻器故障，引風機停止運行，給水泵停止，蒸汽壓力高報警，爐膛負壓高報警，汽包水位低報警，“鼓風機停止”按鈕按下。
轉速調節：
Ⅰ、手動調節：當AI-808顯示為輸出狀態時，按菜單鍵，“MAN”指示燈亮，此時按△▽鍵可調節儀表的輸出電流，通過變頻器即可改變鼓風機轉速。
Ⅱ、自動調節：儀表自動調節輸出電流，通過變頻器改變鼓風機轉速，自動控制蒸汽壓力。自動調節時，在儀表顯示為測量值、設定值狀態時，按△▽鍵可調節儀表的設定壓力，從而改變蒸汽壓力的大小。
3、給煤機控制
啟動條件：給煤機啟動時應滿足以下條件
未按“給煤機停止”按鈕，未按“緊急停爐”按鈕，給煤機變頻器無故障信號發出，給煤機處于停運狀態。鼓風機運行，此時，按下“給煤機啟動”按鈕，給煤機將啟動運行。“給煤機運行指示燈”亮，調節轉速設定器可改變給煤機轉速
停止條件：當以下任一條件滿足時，給煤機停止運行
“緊急停爐”按鈕按下，給煤機變頻器故障，鼓風機停止運行， “給煤機停止”按鈕按下。
轉速調節：
給煤機啟動運行后，轉動給煤機轉速調節器，可調節給煤機轉速。順時針調節轉速增大，逆時針調節轉速降低。同時，若鼓風機轉速低于設定轉速時，給煤機轉速為 0，鼓風機轉速大于設定轉速時，給煤機轉速升為設定轉速。
4、給水泵控制
#1給水泵啟動條件：#1 給水泵啟動時應滿足以下條件
未按“給水泵停止”按鈕，未按“緊急停爐”按鈕，給水泵變頻器無故障信號發出，給水泵處于停運狀態，#1/#2水泵切換開關切至#1。此時，按下“給水泵啟動”按鈕，給水泵將啟動運行。調節儀表控制#1給水泵轉速
停止條件：當以下任一條件滿足時，#1給水泵停止運行
“緊急停爐”按鈕按下，給水泵變頻器故障，#1/#2水泵切換開關切至#2， “給水泵停止”按鈕按下。
轉速調節：
Ⅰ、手動調節：當“汽包水位”調節儀表顯示為輸出狀態時，按菜單鍵，“MAN”指示燈亮，此時按△▽鍵可調節儀表的輸出電流，通過變頻器即可改變給水泵轉速。
Ⅱ、自動調節：儀表自動調節輸出電流，通過變頻器改變給水泵轉速，自動控制汽包水位。自動調節時，在儀表顯示為測量值、設定值狀態時，按△▽鍵可調節儀表的設定液位，從而改變汽包水位的大小。
#2給水泵啟動條件：#2給水泵啟動時應滿足以下條件
未按“給水泵停止”按鈕，未按“緊急停爐”按鈕，給水泵變頻器無故障信號發出，給水泵處于停運狀態，另未將泵切換開關切至#1水泵。此時，按下“給水泵啟動”按鈕，給水泵將啟動運行。調節儀表控制#2給水泵轉速
停止條件：當以下任一條件滿足時，#2給水泵停止運行
“緊急停爐”按鈕按下，給水泵變頻器故障，水泵切換開關切至#1，“給水泵停止”按鈕按下。
轉速調節：與#1水泵調節方式一樣。
當所有設備啟動完成后，且無故障發生，就可以切換到聯鎖控制狀態。
5、聯鎖報警控制
系統應具有可靠的報警裝置，當出現以下情況時，蜂鳴器將發出聲訊報警，同時，相應報警指示燈閃爍：
爐膛負壓高、蒸汽壓力高、汽包水位高、汽包水位低、爐膛溫度高、排煙溫度高、空預器后溫度高、給水溫度低、引風機變頻器故障、鼓風機變頻器故障、給煤機變頻器故障、給水泵變頻器故障等。
出現以上異常后，PLC將根據聯鎖條件決定停下相應的設備。按下“消音”按鈕后，蜂鳴器停發聲訊，報警指示燈常亮，直到報警信號消除為止。
四、結語
系統采用智能儀表進行自動調節，PLC聯鎖保護，控制精度和穩定性大大提高，是一個比較理想的控制方案，且鍋爐變頻改造后有以下優點：
1、變頻起動對電網任何沖擊小。由于有變頻調節，對于風機可以實現變頻軟起動，風機在低頻下啟動，啟動電流很小，啟動時間延長，避免了原來在較大慣性負荷情況下，數倍的額定起動電流對電網和機械設備的沖擊，有效延長了電機壽命。而且變頻還可以隨時起動或停止；
2、按需調節風量，避免浪費。由于變頻器通過變頻調節風機的轉速來控制風機的送風量而不再需要由風門來調節，其調節范圍可以從0%—100%；因而可以根據生產工藝要求隨意調節風量，減少了不必要的浪費；
3、變頻節能運行，節約了大量能源。采用變頻使用后，不再使風機一直處于滿負荷工作狀態，另外風機閥門處于全開狀態，其節能效率顯著；
4、降低風機工作強度，延長使用壽命。采用變頻使用后，風機的大部分工作時間都在較低的速度下運行，因而大大降低了風機工作的機械強度和電氣沖擊，將會大大延長風機的使用壽命，降低維修強度；
5、使用變頻后，由于啟動和停止時間都可以設定，減少了對煙道、風道和風門擋板的沖擊腐蝕，相應的延長了很多零件的使用壽命，有效的提高了相應設備的檢修周期，節約了大量維護費用。
6、可使電動機與風機直接相連接，減少傳動環節的費用；
7、電機和風機運轉速度下降，潤滑條件改善，傳動裝置的故障下降；
8、系統壓力降低，對管道的壓力和密封等條件緩解，延長使用壽命等。