一、爐膛壓力控制系統(tǒng)的任務(wù)及特點
    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)備的安全運行。實踐表明，一旦鍋爐燃燒系統(tǒng)發(fā)生故障時，最先反應(yīng)的就是爐膛壓力的變化。特別對于大容量、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)壓力不致波動太厲害。因此，大機組爐膛壓力控制的設(shè)計與以往常規(guī)的“前饋-反饋”控制方案相比，還增加了防止?fàn)t膛負壓過低、防止鍋爐發(fā)生內(nèi)爆及防止引風(fēng)機發(fā)生喘振等許多超馳保護措施。
二、正常工況下的爐膛壓力控制方式
    對于采用平衡通風(fēng)方式的鍋爐，爐膛壓力控制通常是采取調(diào)節(jié)兩臺引風(fēng)機的導(dǎo)葉角度來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)，機組正常運行時，鍋爐爐膛壓力按傳統(tǒng)的“前饋-反饋”方案進行控制。

圖1  正常工況下的爐膛壓力控制方式
1、爐膛壓力測量信號的處理 
    為了提高爐膛壓力控制系統(tǒng)的可靠性，爐膛壓力測量采用三冗余信號取中值，為減少爐膛壓力信號的脈動造成對執(zhí)行機構(gòu)頻繁操作帶來的不利影響，取中值后的爐膛壓力先經(jīng)過超前/滯后塊LEAD/LAG濾掉信號中的高頻脈動干擾，然后與爐膛壓力設(shè)定值求偏差，該偏差信號再經(jīng)過一函數(shù)功能塊作非線性處理后才成為爐膛負壓調(diào)節(jié)器的輸入測量值。
2、引風(fēng)機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方式，前饋信號F.F(FEED FORWARD)有兩路。一路來自送風(fēng)控制系統(tǒng)的輸出，其作用是使送風(fēng)控制系統(tǒng)動作的同時，引風(fēng)控制系統(tǒng)能相應(yīng)地動作，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荷時的動態(tài)偏差。從送風(fēng)機動葉控制回路(圖1)中可以看出，此前饋信號取自兩臺送風(fēng)機動葉開度指令的平均值(FDF AVG OUT)。另一路前饋信號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輸入端。
    爐膛壓力測量值為系統(tǒng)的反饋信號，爐膛壓力調(diào)節(jié)器根據(jù)爐膛壓力測量值和爐膛壓力設(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綜合，加法塊的輸出為兩臺引風(fēng)機導(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)進行綜合，最后將分別輸出引風(fēng)機A和引風(fēng)機B的導(dǎo)葉控制指令。
    爐膛壓力控制中，前饋信號對爐膛壓力的調(diào)節(jié)起粗調(diào)作用，爐膛負壓調(diào)節(jié)器起校正作用。
    當(dāng)引風(fēng)機A和引風(fēng)機B切到手動方式時，爐膛壓力調(diào)節(jié)器的輸出將自動跟蹤兩臺引風(fēng)機手動指令之和的平均值。由于偏置(IDFBIAS)的反演算，保證了爐膛壓力控制由手動切回到自動能實現(xiàn)無擾動切換。
三、非正常工況下爐膛壓力控制方式
    超臨界機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，最突出的特點是對爐膛壓力控制設(shè)計了一些超馳保護回路，使機組運行時更加安全。
1、MFT動作時的超馳控制
    當(dāng)鍋爐接受到MFT動作信號后，通常不到幾秒鐘就可以導(dǎo)致爐膛滅火。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，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)較大的負壓。加之爐內(nèi)燃燒是急劇的化學(xué)變化過程，在燃燒后的煙氣中除包括一、二次風(fēng)外，還包括燃燒時產(chǎn)生的CO和水蒸氣。當(dāng)鍋爐滅火時，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。如果此時引風(fēng)機導(dǎo)葉仍保持原來的開度，勢必造成很大的爐膛負壓，如不采取措施鍋爐將有產(chǎn)生內(nèi)爆的危險。為了防止此類事故的發(fā)生，爐膛壓力控制系統(tǒng)設(shè)計有防止鍋爐內(nèi)爆的超馳保護回路。
    當(dāng)MFT動作時，控制系統(tǒng)首先強制關(guān)小引風(fēng)機導(dǎo)葉一個角度，以減少引風(fēng)機的出力，避免使?fàn)t膛壓力下降過快。
    目前采用分散控制系統(tǒng)的大型機組，在超馳保護回路的設(shè)計上略有差別，大致可分為兩類：在任何負荷情況下，MFT動作后，引風(fēng)機導(dǎo)葉角度固定關(guān)小10%左右；在MFT動作后，引風(fēng)機導(dǎo)葉角度關(guān)小的數(shù)值隨負荷而變化。
    第一種方案認為鍋爐在滿負荷或接近滿負荷運行時，煤燃燒產(chǎn)生的CO2和水蒸氣使引風(fēng)機增加的出力不會大于10%。因此在MFT動作時，先關(guān)閉引風(fēng)機導(dǎo)葉約10%的角度(開度滿量程為100%),然后逐步釋放，最終保證引風(fēng)機出力與空氣流量相平衡。這種估算比較粗略，當(dāng)MFT動作時，恢復(fù)爐膛壓力到正常值的時間響應(yīng)比較長。
    超臨界機組的爐膛壓力防內(nèi)爆超馳保護采用了第二種方案，其控制原理如圖2所示。

圖2 爐膛防內(nèi)爆超馳保護回路
    鍋爐輸入指令信號(BID)通過函數(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)機組正常運行時，MFT=0,函數(shù)功能塊輸出的信號是不能繼續(xù)向下游傳遞的，因此該超馳保護回路不起作用。
    當(dāng)鍋爐發(fā)生主燃料跳閘時，MFT=1,一個與鍋爐輸入指令相對應(yīng)的負方向變化信號被送到A與B引風(fēng)機M/A控制站下游的加法塊ES|輸入。因此無論A與B引風(fēng)機M/A控制站是處于自動方式還是手動方式，該信號將快關(guān)兩臺引風(fēng)機的導(dǎo)葉一個角度，防止了MFT動作后有發(fā)生爐膛壓力過低的危險產(chǎn)生，由于該信號控制的優(yōu)先級較自動信號和手動信號高，故稱為超馳控制信號。
    超馳關(guān)引風(fēng)機導(dǎo)葉一個角度的信號只能維持短暫的時間然后逐漸恢復(fù)，該時間由圖2中的“延時開”功能塊[TD]ON來設(shè)定。超過功能塊ON設(shè)置的時間后，關(guān)引風(fēng)機導(dǎo)葉一個角度的超馳信號又恢復(fù)到零，使引風(fēng)機導(dǎo)葉重新釋放，并恢復(fù)到正常爐膛壓力控制方式下運行，或MFT動作迫使鍋爐停爐，實現(xiàn)鍋爐自然通風(fēng)方式。
    超馳保護中還設(shè)計了引風(fēng)機運行臺數(shù)修正回路，由常數(shù)1.0和2.0通過切換器T、乘法塊[輸出。當(dāng)兩臺引風(fēng)機都在運行時，乘法塊×的修正因子選擇1.0;而一臺引風(fēng)機運行時，則選擇2.0。
2、引風(fēng)機導(dǎo)葉定向閉鎖保護
    當(dāng)引風(fēng)調(diào)節(jié)投自動后，如果發(fā)現(xiàn)爐膛壓力太低或兩臺引風(fēng)機導(dǎo)葉均在最大位置，或兩臺引風(fēng)機接近嘴振區(qū)時，引風(fēng)機控制指令被禁止進一步增加(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)機控制指令禁止進一步降低(閉鎖減)。
    當(dāng)喘振閉鎖功能檢測到引風(fēng)機快要發(fā)生喘振時，方向閉鎖功能還防止引風(fēng)機導(dǎo)葉指令的增加(閉鎖增),以避免引風(fēng)機出現(xiàn)喘振。
    無論引風(fēng)機M/A控制站在手動還是在自動方式，當(dāng)爐膛壓力偏差過大時，引風(fēng)機導(dǎo)葉定向閉鎖保護回路都起作用。
    MFT超馳保護、爐膛負壓低保護、定向閉鎖保護等均設(shè)計在引風(fēng)機M/A控制站的下游，從而可以避免運行人員無意發(fā)出誤操作而使?fàn)t膛壓力繼續(xù)惡化，保證了鍋爐的運行安全。