單元機組燃燒控制系統是火電廠控制系統中極為重要的一環，它既關系到負荷、主汽壓控制又關系到汽溫、水位控制等，準格爾電廠2×330MW機組燃燒系統采用中速磨直吹正壓，冷一次風機送粉系統。每臺爐配5臺中速磨煤機，4臺運行，1臺備用。鍋爐為前后墻對沖式燃燒方式，分隔風室的二次風分別從風箱兩端左右二次總風道上引入。
　　
　　根據其特點，設計了基于配風的串級燃燒控制系統。在機組調試期間及投運之后，又根據實際運行情況對原控制系統進行了一系列的優化設計，取得了較好的效果。
　　
　　一、燃燒控制系統整體設計
　　
　　a.鍋爐主控根據主汽壓力和負荷的變化改變燃料主控的輸出，燃料量主控將鍋爐主控的指令分配給各給煤機控制回路以維持主汽壓力的穩定并使燃料量與負荷的變化相適應。
　　
　　b.煤量信號經過風煤配比后作為二次風箱擋板控制系統的給定值調整相應的二次風量，進行燃燒經濟性的粗調。
　　
　　c.爐膛空氣燃燒系數校正（包含氧量校正）根據配風的原則校正二次風箱擋板的開度，即進行燃燒經濟性的細調。
　　
　　燃燒控制系統原理示意圖如圖1所示。

　　
　　二、各子系統的設計及優化
　　
　　2.1燃料量主控系統設計及其優化
　　
　　燃料量主控的給定值是鍋爐主控的輸出（負荷指令），被調量是總燃料量，其輸出作為給煤機轉速控制的給定值調整各臺給煤機的給煤量。
　　
　　2.1.1原方案的不足
　　
　　對于準格爾電廠的中速磨直吹式系統，當某臺磨煤機啟動時，將有十幾噸煤（zui低煤量）在很短時間內被吹入爐膛，燃料量主控回路將會根據煤量反饋是有純遲延的，這個純遲延造成了一系列控制的滯后。
　　
　　反映在實際煤量的變化上就是首先大幅上升，經過一段時間的遲延又大幅下降，這種劇烈變化不僅影響負荷、壓力，而且會影響汽溫和水位，嚴重時運行人員不得不解除一些回路的自動，實際操作中運行人員不得不解除一般都要將燃料量主控系統和各給煤機控制系統切手動，預先減煤，然后再啟磨，待系統穩定后再投入自動。
　　
　　優化前啟磨時溫度的動態過程如圖2所示（圖中1，2和3，4分別為爐膛甲、乙側過熱和再熱汽溫θ曲線；1，2基本相似；3，4也基本相似）。
　　
　　2.1.2優化設計（見圖1虛線部分）
　　
　　在燃料量主控回路中加入一個超馳信號，該信號在啟磨的同時將使其他運行的磨煤機自動減煤，減的煤量與由于啟磨而多加入的煤量相當，而無需等待由于啟磨而多加的十幾噸煤的反饋到了才減煤，如此，在啟磨時該煤量擾動基本被消除，控制系統也無需切手動，優化后啟磨時的動態過程見圖3（圖中曲線1為主汽壓力p；2，3分別為再熱、過熱汽溫θ；4為實際負荷PL）。
　　
　　2.2給煤機轉速控制系統設計及其優化
　　
　　以單臺給煤機為例（見圖1），介紹給煤機轉速控制系統設計及其優化。

　　
　　2.2.1功能及特點
　　
　　接受燃料量主控的指令RM，并與實際給煤量相比較調整轉速；完成風、煤的動態配比，根據風、煤比產生相應二次風擋板控制回路的風量指令。
　　
　　2.2.2解耦算法的應用
　　
　　煤量控制和二次風風量控制是多變量耦合的，當煤量或風量發生變化時，給煤機轉速或二次風擋板開度應作相應變化，以維持風、煤比，保證*氧量。而氧量校正是一個慢速回路，對于由負荷指令變化引起的煤量或風量變化，可以快速通過比值控制初步保證風、煤比，然后再通過氧量調節細調；而對于煤量或風量的自發性內擾，要想僅僅通過氧量校正調整風量則顯太慢，為了解決這個問題，分別把風量偏差和煤量偏差引入對方的控制回路，通過解耦控制提高系統快速抑制內擾的能力。
　　
　　把風量偏差ε引入給煤機轉速控制回路中，可以實現當風量不夠時，在一定范圍內產生一個解耦信號適當減煤的功能。
　　
　　0<ε<2%，表示風量略微不夠，解耦回路的輸出Outl=0，不影響煤量控制；
　　
　　ε>2%，表示風量不夠，Outl<0，輸出解耦信號適當減煤。
　　
　　同樣，把給煤量偏差e引入二次風控制回路中，可以實現當煤量過多時，在一定范圍內產生一個解耦信號適當加風的功能。
　　
　　-2%<e<0，表示煤量略多，解耦回路輸出Out2=0，不影響風量控制；
　　
　　e<-2%，表示煤量較多，Out2>0，輸出解耦信號適當加風。
　　
　　2.2.3積分分離PID控制算法的應用
　　
　　在調試時發現給煤機轉速控制效果不好，反復修改PID參數但收效甚微。經過分析發現原因是給煤機除了在DCS側有一個轉速控制回路外，在就地還有一個轉速控制器，該就地控制器的PID參數只有兩種模式，分別適用于滑差電機和變頻調速，且兩種模式下其PID參數是固定的。在就地控制器上作轉速指令階躍振動試驗，發現其動態特性遲延較大且過渡過程較長，這樣一來，如果在DCS側的轉速控制器仍然采用比例加積分的算法就會出現在不該積分的時候卻積分，當積分過頭時又減不下來的情況。為了避免造成動態偏差過大和積分飽和，乃至系統振蕩，引入積分分離PID控制算法，既保持了積分作用，又減小了超調量，使得控制性能有了較大的改善，其具體實現如下：
　　
　　a.根據實際情況，設定一煤量偏差閾值E>0；
　　
　　b.當實際煤量偏差│e│>E，取消DCS側給煤機轉速控制器的積分作用，即采用P控制，既可避免過大的超調，又可使系統有較快的響應；
　　
　　c.當實際偏差│e│<E，采用PI控制，可使系統有較高的穩態控制精度。
　　
　　2.3基于配風原理的二次風控制系統
　　
　　2.3.1設計思想
　　
　　準格爾電廠的二次風箱為小風箱結構，即風箱與磨煤機一一對應，目前常見的控制方案是氧量調節器的輸出（氧量校正系數）乘在二次風擋板控制回路中構成具有氧量校正的比值控制系統，即氧量校正系數乘在圖1中KRS的位置，氧量調節器的設定值是負荷-O2%曲線，考慮到爐膛漏風，又在二次風控制回路中乘以漏風系數。這種方案應用較普遍，但它存在著不足，比如漏風系數是一個常量，這就不能根據實際漏風情況加以變化。同樣當負荷不變而爐膛燃燒工況變化時，負荷-O2%曲線不能相應變化以維持燃燒的經濟性。
　　
　　針對上述情況，在準格爾電廠設計了基于配風原理的二次風控制系統，即以送風機控制空預器二次風道出口風壓，以與磨煤機對應的二次風擋板開度控制二次風量，首先計算出每臺磨的煤量對應的*過剩風量，然后根據整個爐膛的過剩風量（包括理論過剩風、漏風和吹掃風量等）計算出燃燒空氣系數校正二次風擋板開度，以保證燃燒的經濟性。它具有如下特點：
　　
　　a.與給煤機轉速控制系統相結合，較好地解決了負荷變化時風煤的動態配比問題（詳見前述）。
　　
　　b.是一個串接在燃料量主控系統下的具有燃燒空氣系數校正功能的比值控制系統，其中燃燒空氣系數校正回路又是一個包含了氧量校正、漏風校正等功能的系統。

　　
　　2.3.2理論基礎
　　
　　按照煤的元素分析，使燃料*燃燒所需的空氣量稱為理論空氣量Vth，實際上按理論空氣量無法達到*燃燒的目的，一般總要使送風量比理論空氣量多一些，這可用過剩空氣系數α衡量，α=V/Vth,實際空氣量V過高，會增加風機的耗電和排煙損失；過低又會加大不*燃燒，降低鍋爐熱效率。保證鍋爐熱效率zui高的α值稱為*過剩空氣系數。實際應用中，過剩空氣系數α可用爐膛出口煙氣含氧量的百分數O2%衡量，即
　　
　　α=21/（21-O2%）（1）
　　
　　由上式可知，兩者成反比關系，控制O2%就間接控制了α。
　　
　　2.3.3燃燒空氣系數校正回路的原理
　　
　　燃燒空氣系數校正回路的目的就是盡可能地計算出燃燒空氣系數KRS以校正二次風擋板的開度，基本原理就是根據式（1），通過計算全爐膛的過剩空氣量求出氧量校正系數，再由氧量校正系數校正全爐膛的總風量，經過計算得出燃燒空氣系數KRS。
　　
　　a.氧量調節器的給定值——總過剩空氣需求的計算。每臺磨煤機對應的過剩空氣為
　　
　　Vsu=Viαbest-Vi+Vi'αoil-Vi'（t/h）
　　
　　全爐膛對應的總過剩空氣需求為
　　
　　V'su=5Vsu（t/h）
　　
　　式中Vi為根據鍋爐廠資料將某臺磨煤機的煤量轉化而得的理論風量（t/h）;V'i為根據鍋爐廠資料將某臺磨煤機對應的油量轉化而得的理論風量（t/h）;αbest為鍋爐廠資料給出的不同負荷下煤的*過剩空氣系數；αoil為鍋爐廠資料給出的不同負荷下燃油的*過剩空氣系數。
　　
　　全爐膛對應的總過剩空氣需求V'su（t/h）就是根據*過剩空氣系數計算的*過剩空氣量，它將用于校正實際的過剩空氣量。
　　
　　b.氧量調節器的被調量——實際過剩空氣量的計算：氧量調節器的被調量應是根據實際氧量反推而得的實際過剩空氣量，根據式（1）有
　　

　　式中，α'為實際氧量對應的實際過剩空氣系數；V're為實際沖刷我量；Vre,th為α'對應的實際理論風量；Vsu,re為實際過剩空氣量。
　　
　　c.根據式（1）（2）經氧量調節器可以計算出氧量校正系數K02。
　　
　　d.燃燒空氣系數計算回路。
　　
　　以上計算的K02僅是根據運行磨煤機的過剩風而得到的校正系數，考慮到以下情況：當某臺磨煤機停運時，雖然該臺磨煤機所對應的一次風沒有了，但仍要保證該臺磨煤機所對應的二次風箱擋板有一定的開度，以便冷卻燃燒器，這部分二次風也進入爐膛助燃，它對于全爐膛而言是過剩風；磨緊急跳閘時，用于吹掃的一次風也進入爐膛助燃，它對于全爐膛而言也是過剩風；變化的爐膛漏風量。
　　
　　因此，K02不能直接校正二次風擋板的開度，燃燒空氣系數校正正是為了解決這個不足的，它的著眼點是全爐膛的燃燒經濟性。
　　
　　燃燒空氣系數調節器的被調量是實際總風量Vre，這樣就包括了所有進入爐膛的風量。
　　
　　給定值=（總燃料量轉化的理論理論風量+總過剩空氣需求Vsu）K02,這樣其給定值就是基于*氧量的總風量，經過調節器運算得出燃燒空氣系數KRS送往二次風控制回路，校正風量給定，改變二次風箱擋板的開度，使煙氣的含氧量O2%保持*，從而使鍋爐達到較高的燃燒效率。
　　
　　三、結論
　　
　　a.啟磨時煤量陡降導致負荷、壓力和溫度等發生較大變化從而影響控制品質，針對這種情況，本文介紹的超馳控制方案具有較好的控制品質。
　　
　　b.對于給煤機轉速控制，DCS側和就地各有一個控制器顯然是不合適的，由于DCS組態靈活，可以完成較復雜的控制策略，故宜將就地控制器旁路掉，但由于給煤量的測量是集成在給煤機的就地控制器中，改造工作宜在停機期間進行，本文采取的積分分離PID算法較好地解決了由于就地控制器的存在而導致給煤量控制動態偏差大且過渡過程長的問題。
　　
　　c.燃料量和風量是一對相互耦合的控制變量，必須采用解耦算法設計燃燒控制系統，本文提出的解耦方案不僅在外擾（升、降負荷）發生時起作用，在燃料量和風量發生自發性內擾時也同樣起作用。
　　
　　d.由于校正回路中已經考慮了爐膛漏風、吹掃風、冷卻風和氧量等因素而不僅僅是氧量，因此，基于配風原理的二次風控制系統，具有更、更快速的特點。