一、爐膛壓力控制系統(tǒng)的任務(wù)及特點(diǎn)
    鍋爐爐膛壓力控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是維持爐膛壓力在一定范圍內(nèi)變化，保證鍋爐設(shè)備的安全運(yùn)行。實(shí)踐表明，一旦鍋爐燃燒系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，最先反應(yīng)的就是爐膛壓力的變化。特別對(duì)于大容量、高參數(shù)的鍋爐更要求爐膛壓力控制系統(tǒng)響應(yīng)快，并能保持爐內(nèi)壓力不致波動(dòng)太厲害。因此，大機(jī)組爐膛壓力控制的設(shè)計(jì)與以往常規(guī)的“前饋-反饋”控制方案相比，還增加了防止?fàn)t膛負(fù)壓過(guò)低、防止鍋爐發(fā)生內(nèi)爆及防止引風(fēng)機(jī)發(fā)生喘振等許多超馳保護(hù)措施。
二、正常工況下的爐膛壓力控制方式
    對(duì)于采用平衡通風(fēng)方式的鍋爐，爐膛壓力控制通常是采取調(diào)節(jié)兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)的導(dǎo)葉角度來(lái)控制爐膛壓力略低于外界大氣壓力。為了使?fàn)t膛壓力盡快穩(wěn)定，控制系統(tǒng)采用了帶送風(fēng)前饋的單回路控制系統(tǒng)，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，鍋爐爐膛壓力按傳統(tǒng)的“前饋-反饋”方案進(jìn)行控制。

圖1  正常工況下的爐膛壓力控制方式
1、爐膛壓力測(cè)量信號(hào)的處理 
    為了提高爐膛壓力控制系統(tǒng)的可靠性，爐膛壓力測(cè)量采用三冗余信號(hào)取中值，為減少爐膛壓力信號(hào)的脈動(dòng)造成對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)頻繁操作帶來(lái)的不利影響，取中值后的爐膛壓力先經(jīng)過(guò)超前/滯后塊LEAD/LAG濾掉信號(hào)中的高頻脈動(dòng)干擾，然后與爐膛壓力設(shè)定值求偏差，該偏差信號(hào)再經(jīng)過(guò)一函數(shù)功能塊作非線性處理后才成為爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)器的輸入測(cè)量值。
2、引風(fēng)機(jī)公共控制指令形成回路
    正常情況下，當(dāng)爐膛壓力控制投自動(dòng)方式，前饋信號(hào)F.F(FEED FORWARD)有兩路。一路來(lái)自送風(fēng)控制系統(tǒng)的輸出，其作用是使送風(fēng)控制系統(tǒng)動(dòng)作的同時(shí)，引風(fēng)控制系統(tǒng)能相應(yīng)地動(dòng)作，使引風(fēng)量隨送風(fēng)量成比例地變化，以減小爐膛壓力在變負(fù)荷時(shí)的動(dòng)態(tài)偏差。從送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉控制回路(圖1)中可以看出，此前饋信號(hào)取自兩臺(tái)送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開(kāi)度指令的平均值(FDF AVG OUT)。另一路前饋信號(hào)由爐膛壓力的偏差產(chǎn)生，直接將爐膛壓力偏差經(jīng)一函數(shù)功能塊接到加法塊回的一個(gè)輸入端。
    爐膛壓力測(cè)量值為系統(tǒng)的反饋信號(hào)，爐膛壓力調(diào)節(jié)器根據(jù)爐膛壓力測(cè)量值和爐膛壓力設(shè)定值的偏差輸出調(diào)節(jié)作用，在加法塊中與兩路前饋信號(hào)綜合，加法塊的輸出為兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉的公共控制指令。公共指令再與操作人員設(shè)定的偏置(IDF BIAS)進(jìn)行綜合，最后將分別輸出引風(fēng)機(jī)A和引風(fēng)機(jī)B的導(dǎo)葉控制指令。
    爐膛壓力控制中，前饋信號(hào)對(duì)爐膛壓力的調(diào)節(jié)起粗調(diào)作用，爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)器起校正作用。
    當(dāng)引風(fēng)機(jī)A和引風(fēng)機(jī)B切到手動(dòng)方式時(shí)，爐膛壓力調(diào)節(jié)器的輸出將自動(dòng)跟蹤兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)手動(dòng)指令之和的平均值。由于偏置(IDFBIAS)的反演算，保證了爐膛壓力控制由手動(dòng)切回到自動(dòng)能實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)切換。
三、非正常工況下?tīng)t膛壓力控制方式
    超臨界機(jī)組的爐膛壓力控制除了采用傳統(tǒng)的“前饋-反饋”控制方案外，最突出的特點(diǎn)是對(duì)爐膛壓力控制設(shè)計(jì)了一些超馳保護(hù)回路，使機(jī)組運(yùn)行時(shí)更加安全。
1、MFT動(dòng)作時(shí)的超馳控制
    當(dāng)鍋爐接受到MFT動(dòng)作信號(hào)后，通常不到幾秒鐘就可以導(dǎo)致?tīng)t膛滅火。爐膛一旦滅火，爐內(nèi)溫度將急劇下降。從理想氣體狀態(tài)方程式pV=RT可知，當(dāng)爐膛內(nèi)煙氣容積V不變時(shí)，爐膛壓力p將隨爐內(nèi)溫度T的下降而降低，爐內(nèi)將出現(xiàn)較大的負(fù)壓。加之爐內(nèi)燃燒是急劇的化學(xué)變化過(guò)程，在燃燒后的煙氣中除包括一、二次風(fēng)外，還包括燃燒時(shí)產(chǎn)生的CO和水蒸氣。當(dāng)鍋爐滅火時(shí)，CO和水蒸氣將大大減少，從而使煙氣的質(zhì)量流量大大減少。如果此時(shí)引風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉仍保持原來(lái)的開(kāi)度，勢(shì)必造成很大的爐膛負(fù)壓，如不采取措施鍋爐將有產(chǎn)生內(nèi)爆的危險(xiǎn)。為了防止此類(lèi)事故的發(fā)生，爐膛壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)有防止鍋爐內(nèi)爆的超馳保護(hù)回路。
    當(dāng)MFT動(dòng)作時(shí)，控制系統(tǒng)首先強(qiáng)制關(guān)小引風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉一個(gè)角度，以減少引風(fēng)機(jī)的出力，避免使?fàn)t膛壓力下降過(guò)快。
    目前采用分散控制系統(tǒng)的大型機(jī)組，在超馳保護(hù)回路的設(shè)計(jì)上略有差別，大致可分為兩類(lèi)：在任何負(fù)荷情況下，MFT動(dòng)作后，引風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉角度固定關(guān)小10%左右；在MFT動(dòng)作后，引風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉角度關(guān)小的數(shù)值隨負(fù)荷而變化。
    第一種方案認(rèn)為鍋爐在滿負(fù)荷或接近滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，煤燃燒產(chǎn)生的CO2和水蒸氣使引風(fēng)機(jī)增加的出力不會(huì)大于10%。因此在MFT動(dòng)作時(shí)，先關(guān)閉引風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉約10%的角度(開(kāi)度滿量程為100%),然后逐步釋放，最終保證引風(fēng)機(jī)出力與空氣流量相平衡。這種估算比較粗略，當(dāng)MFT動(dòng)作時(shí)，恢復(fù)爐膛壓力到正常值的時(shí)間響應(yīng)比較長(zhǎng)。
    超臨界機(jī)組的爐膛壓力防內(nèi)爆超馳保護(hù)采用了第二種方案，其控制原理如圖2所示。

圖2 爐膛防內(nèi)爆超馳保護(hù)回路
    鍋爐輸入指令信號(hào)(BID)通過(guò)函數(shù)功能塊形成圖2中的變化曲線，該曲線表示隨著鍋爐輸入指令的增大，函數(shù)功能塊的輸出減小。
    當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，MFT=0,函數(shù)功能塊輸出的信號(hào)是不能繼續(xù)向下游傳遞的，因此該超馳保護(hù)回路不起作用。
    當(dāng)鍋爐發(fā)生主燃料跳閘時(shí)，MFT=1,一個(gè)與鍋爐輸入指令相對(duì)應(yīng)的負(fù)方向變化信號(hào)被送到A與B引風(fēng)機(jī)M/A控制站下游的加法塊ES|輸入。因此無(wú)論A與B引風(fēng)機(jī)M/A控制站是處于自動(dòng)方式還是手動(dòng)方式，該信號(hào)將快關(guān)兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)的導(dǎo)葉一個(gè)角度，防止了MFT動(dòng)作后有發(fā)生爐膛壓力過(guò)低的危險(xiǎn)產(chǎn)生，由于該信號(hào)控制的優(yōu)先級(jí)較自動(dòng)信號(hào)和手動(dòng)信號(hào)高，故稱為超馳控制信號(hào)。
    超馳關(guān)引風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉一個(gè)角度的信號(hào)只能維持短暫的時(shí)間然后逐漸恢復(fù)，該時(shí)間由圖2中的“延時(shí)開(kāi)”功能塊[TD]ON來(lái)設(shè)定。超過(guò)功能塊ON設(shè)置的時(shí)間后，關(guān)引風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉一個(gè)角度的超馳信號(hào)又恢復(fù)到零，使引風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉重新釋放，并恢復(fù)到正常爐膛壓力控制方式下運(yùn)行，或MFT動(dòng)作迫使鍋爐停爐，實(shí)現(xiàn)鍋爐自然通風(fēng)方式。
    超馳保護(hù)中還設(shè)計(jì)了引風(fēng)機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)修正回路，由常數(shù)1.0和2.0通過(guò)切換器T、乘法塊[輸出。當(dāng)兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)都在運(yùn)行時(shí)，乘法塊×的修正因子選擇1.0;而一臺(tái)引風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，則選擇2.0。
2、引風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉定向閉鎖保護(hù)
    當(dāng)引風(fēng)調(diào)節(jié)投自動(dòng)后，如果發(fā)現(xiàn)爐膛壓力太低或兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉均在最大位置，或兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)接近嘴振區(qū)時(shí)，引風(fēng)機(jī)控制指令被禁止進(jìn)一步增加(閉鎖增),直至“爐膛壓力低”邏輯條件消失。如果爐膛壓力太高，則引風(fēng)機(jī)控制指令禁止進(jìn)一步降低(閉鎖減)。
    當(dāng)喘振閉鎖功能檢測(cè)到引風(fēng)機(jī)快要發(fā)生喘振時(shí)，方向閉鎖功能還防止引風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉指令的增加(閉鎖增),以避免引風(fēng)機(jī)出現(xiàn)喘振。
    無(wú)論引風(fēng)機(jī)M/A控制站在手動(dòng)還是在自動(dòng)方式，當(dāng)爐膛壓力偏差過(guò)大時(shí)，引風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉定向閉鎖保護(hù)回路都起作用。
    MFT超馳保護(hù)、爐膛負(fù)壓低保護(hù)、定向閉鎖保護(hù)等均設(shè)計(jì)在引風(fēng)機(jī)M/A控制站的下游，從而可以避免運(yùn)行人員無(wú)意發(fā)出誤操作而使?fàn)t膛壓力繼續(xù)惡化，保證了鍋爐的運(yùn)行安全。