摘要：炉膛压力保护是锅炉安全运行的重要因素。某电厂1036MW超临界机组现实投运中炉膛保护用压力开关存在动作定值漂移，取样堵塞等问题。为解决此类问题，提出优化改造方案，保证测量及逻辑判断可靠性。
关键词：锅炉；炉膛压力；优化方案；可靠性
0 引言
机组炉膛负压，是保证机组安全运行、锅炉燃烧稳定的重要参数。作为大机组锅炉重要运行安全参数，其准确可靠对于机组安全稳定运行来说有着重要的作用。其中涉及锅炉保护用的炉膛压力测点的准确性及稳定性不论对锅炉的安全使用或者对炉内燃烧来说都是至关重要的，所以必须保证锅炉炉膛压力的准确稳定可靠测量。
华能海门电厂现已建设4台1036MW燃煤机组，锅炉由东方厂设计制造的超超临界压力直流炉。炉内燃烧所需的风量由两台送风机保证，而炉膛压力系统由两台引风机保持炉内燃烧形成一定微负压，压力控制在（-100~0）Pa之间。这样既可保证炉内燃料的充分燃烧，又保证燃烧时的火焰稳定在炉膛内，不向外冒。
1 基本情况
炉膛压力测点取自锅炉两侧炉膛出口处火焰上部，炉膛压力所测介质是燃料经充分燃烧产生的烟气，具有较高烟温。标高54m，位置可真实反映炉膛内部的真实情况。炉膛压力调节保护系统在炉两侧共设置了10套测量仪表，其中4套变送器作为CCS系统炉膛压力自动调节回路控制用，6套压力控制器作为锅炉主保护MFT系统炉膛压力（高高、低低）保护用。从机组陆续投产以来，发现存在着取样口处结块使测量延迟、保护用压力开关动作定值漂移、保护逻辑具有一定拒动误动风险等问题。
2 问题分析
2.1 取样堵塞
日常维护过程中，偶有发现取样装置存在堵塞现象。解体取样装置发现，堵塞均在接近取样孔附近，堵塞物基本为灰质结块，结块结构不严密，日常定期吹扫中仍能吹通，但结块不脱落，日积月累至堵塞严重，结构层层叠结后才会时出现取样延迟的情况，无法及时发现，影响机组负压正常调节，威胁机组安全运行。
（1）堵塞原因：炉膛出口处的烟气具有较高烟温，进入取样装置后遇冷凝结易产生凝露，加上烟气具有一定硫分、挥发分及灰分，两者结合容易在取样装置与炉壁间的取样口处结块，使测量产生一定的延迟。现场勘查取样发现，取样装置安装实际倾斜角度满足烟气取样，微负压状态下烟气不易进入取样装置内，主要原因为机组负荷变化频繁，负荷大幅度变化引起炉膛压力的大幅度波动，冒正压也时有发生，因而导致炉膛燃烧产生的高温烟气进入取样筒内遇冷凝结成块后引起了装置堵塞。还要关注到近年来煤种煤质变化，也是引起堵塞的原因之一。
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图1 炉膛压力堵塞情况
（2）堵塞后的清通工作繁琐；需将取样装置切除下来进行清通，清通及后续恢复的工作量极大，机组在线运行处理难度大；同时多次切除焊接，装置材质会发生变化，容易破裂，影响测量。
2.2 压力开关自身缺陷
我厂炉膛压力开关采用日本太平的机械式压力开关，精度1%，测量精度与变送器无法比拟。最大问题在于机械开关的缺陷，机械结构在长时间未动作下，动作定值会有变化，变化方向、变化的程度均无预见性可言。这一不确定性，只有通过定期校验手段来发现来修正，无法及时了解定值情况，无可靠的维护手段保证保护定值的稳定性。其次，压力开关与变送器最大区别是无法做到实时监控，也没法在线监控压力开关取样情况，只有通过定期吹扫手段保证测量畅通。压力开关自身缺陷使保护可靠性大大下降，同时人员维护工作被动且定期工作量大。
2.3 压力开关布置缺陷
参与我厂机组锅炉炉膛压力主保护的压力开关共6套；以A侧二高一低，B侧二低一高的取样方式布置，再经由DCS三取二逻辑判断作为炉膛压力高高低低的保护判断：
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图2 炉膛压力布置图
图3 原设计炉膛压力逻辑判断
此种布置方式存在着拒动误动风险：
（1）误动的可能性：炉膛内部燃烧，炉内受热面结焦在所难免。如发生锅炉一侧结焦较重，单侧掉大焦的瞬间，炉膛内部左右侧压力产生极大偏差，布置在同侧的二个压力开关捕捉到该压力变化输出保护动作，而实际上炉膛内部压力并未真正达到动作压力，误动作引起了锅炉MFT。
（2）拒动的可能性：极致的情况下，炉膛内部燃烧偏烧严重，导致炉膛内压力不均衡，左右偏差大，如果在布置单个压力开关侧的压力偏差更大，炉膛内部真正到达压力设定值时即便开关正常动作，由于逻辑三取二关系，因对侧布置的两个开关并未到达设定值，保护系统无法及时动作，甚至拒动，锅炉的损失不可估量。
3 优化措施
3.1 增加清通装置
针对堵塞的情况，首先考虑反吹扫装置，即加一路吹扫气源进行反吹扫工作。鉴于应用于炉膛压力保护系统，反吹扫装置存在着对其影响的可能性。比如，反吹扫时如对测点隔离不彻底，就会引起反吹气源倒回测点处，造成误测量，甚至引起机组误跳闸，得不偿失。再三考虑，决定增加手动清通装置。
清通装置的设计，本着既达到清通目的又能减轻清通难度的目的，按以简单的形式配套现有取样装置的方向考虑，在炉壁取样口与取样装置中间增加一个三通清通装置。如图示的装置，形式相当简单，留出分支，做日常观测发现堵塞用，也留出了清通取样孔结块的通道，这样能达到及时发现及时处理的功能。
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图4 三通清通装置安装后
目前该清通装置已应用一台机组，经过周期检查发现，清通后的取样筒在半年左右时间内就会重新结块，气源仍能通畅，但结块基本覆盖住取样口，个别取样口结块坚硬。清通时，可利用手动清通装置三通结构，边吹扫边清通，大大减轻清通难度。
3.2 压力保护装置改造
（1）确定改造方案
根据《华能集团企业标准——火力发电厂燃煤机组热工监督标准》中提出，炉膛负压保护信号的检测可选用压力变送器，便于随时观察取压管路堵塞情况和灵活改变保护策略。通过压力变送器测量的模拟信号作为炉膛压力保护，经过测量，信号采样、转换和逻辑运算而产生延迟，但变送器测量精度能达0.5%，DCS的I/O模件有较高的精度要求，可达0.2%精度。系统综合转换精度还是能达到0.5精度。以我厂炉膛压力动作定值3000Pa为例，误差在15Pa，这一值可近似忽略。决定将压力开关更换成压力变送器。
再考虑我厂在装机组为百万机组，左右侧布置2台压力变送器，显然不足以取到较为全面的炉膛出口压力。如利用原有用于炉膛压力调节的压力测量加入判断，不符合热控系统独立性要求。结合本厂的原有实际布置情况，提出按照原有在装炉膛压力开关数量，如数均更换为压力变送器，按原有压力开关的取样点以保证炉膛压力取样数量，两侧各布置3台压力变送器作为炉膛压力保护系统的测量，将压力信号引入DCS后进行逻辑判断。综合上述考虑，不同的布置方式，不能照搬全抄，需要重新设计有别于其他的逻辑，希望能够避免前文提出的误动拒动情况。
（2） 新逻辑设计
既防拒动又防误动，这对逻辑设计要求相当高。我们观察到，串并联的设计方式可以在相当程度上满足要求。单侧的3台炉膛压力保护变送器分别采用逻辑运算比较大于3000Pa（小于-3000Pa）后输出3个开关量信号再三取二输出作为单侧炉膛压力高高（低低）信号输出，此为串联的信号之一。
考虑避免前文提出的误动、拒动情况，起初考虑引入对侧的炉膛压力高高（低低）信号作为实际炉膛压力高高（低低）的辅助判断，即作为串联的另一个信号。但考虑如果两侧均以三取二判断来输出最终炉膛高高（低低）信号，未免条件太苛刻。于是决定将辅助判断条件改为三取一的方式，即当本侧炉膛保护压力三取二达到时只要另一侧有一个炉膛保护压力达到即可判断为保护输出。这一逻辑可有效避免炉膛单侧掉大焦引起的压力波动，即使是在极致偏烧情况下，单侧先达到压力保护，另一侧只要有瞬间达压力值时便可发出动作，动作响应比原设计要更高灵敏度。
值得提出的是，我们压力三取二、三取一的逻辑判断中，并未引入坏质量判断，目的在于炉膛压力波动处于不正常的情况下，变化速率较大，可能达到DCS系统判读坏质量的速率，从而会使，本该正常速度反映的保护动作因坏质量被屏蔽。于是取消了坏质量判据。另一方面，我们在定值判断中加入死区带，避免炉膛压力频繁大波动时造成三取二判断不同步。
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图5 修改后的逻辑
4 结论
设备调试投运的结果和运行状况看，#1机组2018年底改造以来的1年多运行时间内，炉膛保护压力测量稳定，能很好观察到整个炉膛保护压力的测量情况：
（1）能够实时掌控测量动态，发现异常及时处理。
（2）按半年周期对手动清通装置进行检查，可以适时有效地将取样筒内的结块及时清通，保证取样筒内不板结。
（3）可结合机组调停情况进行工作安排，减少不必要的在线清通风险
（4）可根据情况适时延长定期吹扫周期，。
（5）可以应对掉大焦、严重偏烧等极致状态下的工况。
此次炉膛压力保护优化为百万机组锅炉的新尝试，模拟量测量延迟在允许范围内，将精度较低的压力开关更换为精度较高的压力变送器；优化逻辑，尽可能避免极致工况下的误动拒动情况，为锅炉安全运行设置了一道可靠的底线。
参考文献
[1] 黄伟，张建玲，梁志明，胡晓辉等.多点式测风装置在600MW超临界锅炉上的应用.湖南电力，2005年，25卷，43—44页
[2] 史昱，郎澄宇，褚衍伟．压力变送器用于炉膛压力保护控制的探讨与实现
[3] 张子慧．火力发电厂热工自动化系统可靠性评估技术导则[M] 北京 中国电力出版社
作者简历：
杨扬生，男，工程师，华能海门电厂炉控专工。
纪洁虹，女，助理工程师，华能海门电厂炉控班班长。
王金润，男，助理工程师，华能海门电厂炉控班副班长。