“先進控制非常適合于循環流化床爐這樣的強耦合、強關聯、大滯后的系統，通過UES的實施，得到的最重要的是兩點：一是提高生產能力，二是節能降耗，保護環境。”
― 上海石化熱電總廠副總工程師 趙偉杰
所獲收益
2005年，上海石化熱電總廠正式與霍尼韋爾公司合作開展專為電力公司、發電廠和供熱廠設計的先進控制系統——綜合能源解決方案（UES）的原應用研究，截至2008年上半年，雙方已完成了2臺CFB中的5A爐主壓力控制（MPC）、先進燃燒控制（ACC）、先進溫度控制（ATC）部分，另一臺5B爐也將于8月份完成上述部分先進控制模塊，然后聯合實現兩臺鍋爐的經濟負荷分配ELA，并預計2008年9月份召開項目鑒定會。以上解決方案，給熱電總廠帶來了以下效益：
通過ATC先進控制模塊，主蒸汽溫度控制系統在10%外擾下的氣溫超調量由±5℃降低到±2℃，提高機組的蒸汽平均溫度3℃。由此創造發電效益近150萬元；
根據對先進燃燒控制性能的測試表明：ACC可有效地提高燃燒熱效率，節約0.4%的燃料成本。大大減少了廢氣排放量。本項目如按節約0.4%的燃料成本計算，則可減少成本220余萬元；
通過CFB機組負荷分配優化控制，優化機組的運行，在滿足技術和環境的約束下，使機組取得最大的運行效益。
執行背景
作為上海石化最重要的輔助生產系統。一直以來，熱電總廠是公司內部的燃料消耗大戶，有燃煤和燃油的兩個發電站。近年來，熱電總廠以節能環保為目標，一邊關停耗能大的燃油機組，一邊大力推進先進的循環流化床機組發電技術及其自動化控制與優化水平。上海石化熱電總廠的循環流化床機組為二爐一機結構，采用典型的CFB 燃燒方式，以煤、石油焦混合燃料作為鍋爐的主要燃料。早在2002年，熱電總廠便開始使用霍尼韋爾TPS集散控制系統（DCS）作為該發電機組的主控系統，2003年該機組的控制系統投入率已經達到95％以上。期望于更高的節能、減排的目標，2004年上半年該廠與霍尼韋爾一道開始探討除了常規模擬量控制方法之外的先進控制技術。
面臨挑戰
常規PID控制作為一般“低級”控制手段在工業過程中一直發揮著重要作用，然而面對現實復雜多變的控制對象，常規PID控制往往效果不佳，甚至無法控制復雜工業過程。
具體而言，CFB的控制難題體現在其工藝本身的4大特性上面。首先，因CFB所特有的爐內流化狀態，燃料處在流化狀態下燃燒。因此燃燒系統是一個大滯后、強耦合、多輸入/多輸出的非線性系統，各個變量之間相互影響；其次，床料特性造成床溫控制是逆向響應特性，具有很大的不穩定性；其三，熱流量的動態特性取決于床料中含有的還未燃燒的燃料量——“即燃燃料量”。這是個無法用在線儀表測量的過程狀態變量。所以，大量的即燃燃料和石灰石床料，對控制過程的影響很大；其四，由于循環流化床鍋爐燃料——負荷特性具有很大的遲延和慣性，系統的調整時間比較長。
解決方案
根據先進控制項目的實施經驗，一般項目時間都要至少持續一年左右。為了達到預期效果，合同雙方緊密合作，實施的過程大致如下：
首先是采集數據建立實時數據庫，并進行數據試驗。副總工程師趙偉杰說：“我們將鍋爐負荷分幾個不同的值運行，在每一個點上可以把空氣溫度，空氣氧量等參數設置到不同點，比如300t/h負荷的時候氧量分3個點，分別是2.5、3.5、4，考慮到石灰石對CFB燃燒效率的影響，我們在不同的參數下進行了為期2月每天24小時的試驗。”其次，分析各種采集數據，例如底灰的含碳量等。所有數據拿到之后進入霍尼韋爾的先進控制實驗室進行分析，以便得出一個可行性業績報告，對鍋爐特性和先控效益提升進行分析。然后，雙方進一步進行動態的特性研究，辨識出CFB的控制特性。
趙偉杰高工認為，項目取得的重大技術突破是對CFB的燃燒特性分析和控制實現。“循環流化床爐燃燒系統控制的難點是床料中的即燃燃料量、石灰石量對燃燒過程的影響。對此，我們采用基于卡爾曼濾波的軟測量技術建立了爐內的即燃燃料量、石灰石量、瞬時石灰石的消耗率以及熱流量等4個模型，并成功應用在循環流化床鍋爐的先進控制系統中。目前正在為這些模型申請國際專利。”霍尼韋爾電站部系統顧問戴宗繚專家說道。
UES系統的軟件方面主要實現了先進燃燒控制（ACC），先進溫度自控（ATC），主壓力控制（MPC）、汽機/鍋爐經濟負荷分配ELA-T/ELA-B以及連線控制（TLC）等幾大模塊，其工作流程是：操作員將每天計劃生產的供熱量、發電量輸入TLC模塊，將蒸汽母管壓力控制的范圍輸入到MPC中；TLC模塊不斷優化生產方案，將數據送到MPC和ELA_T；MPC的多變量控制器按壓力設定的控制范圍，給出總熱量作為ELA_B的設定值，由ELA_B分配給每臺鍋爐，作為每臺鍋爐ACC的設定值；ACC向DCS上鍋爐的常規控制回路給出設定值，控制鍋爐的燃燒在最佳狀態。
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