張 興， 張 劍， 陳 濤

(中國大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司 華東分公司， 安徽 合肥 230031)

大型火電機(jī)組風(fēng)煙系統(tǒng)典型故障分析

張 興， 張 劍， 陳 濤

(中國大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司 華東分公司， 安徽 合肥 230031)

風(fēng)煙控制系統(tǒng)是大型火電機(jī)組自動控制系統(tǒng)的重要組成，也是機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)，它的工作狀態(tài)良好與否直接關(guān)系著機(jī)組的安全運行。文章介紹了大型火電機(jī)組風(fēng)煙控制系統(tǒng)中幾類典型故障的形式和特征，并結(jié)合風(fēng)煙系統(tǒng)的測量回路和控制策略對故障原因進(jìn)行了分析，提出了相應(yīng)的處理對策。

風(fēng)煙系統(tǒng)；參數(shù)振蕩；火電機(jī)組

1 概述

風(fēng)煙系統(tǒng)是保證鍋爐燃燒安全運行的重要系統(tǒng)。風(fēng)煙系統(tǒng)的基本功能是：向爐膛提供一定的有熱量的風(fēng)量，使煤粉在爐膛內(nèi)充分燃燒；使引風(fēng)量與送風(fēng)量相適應(yīng)，保持爐膛負(fù)壓在規(guī)定的范圍內(nèi)；將充分利用后的爐膛內(nèi)燃燒產(chǎn)物經(jīng)除塵處理后抽入煙囪排向大氣?；谝陨瞎δ?，通常大型火電機(jī)組風(fēng)煙系統(tǒng)設(shè)備配置為：靜葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)(部分機(jī)組已改造為變頻控制)、動葉可調(diào)軸流式送風(fēng)機(jī)和三分倉回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器各2 臺。風(fēng)煙系統(tǒng)中主要的模擬量控制子系統(tǒng)包括：氧量-總風(fēng)量控制系統(tǒng)和爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)，分別由送風(fēng)機(jī)實現(xiàn)對鍋爐氧量和總風(fēng)量的閉環(huán)控制和由引風(fēng)機(jī)實現(xiàn)對爐膛負(fù)壓的閉環(huán)控制，它們的控制品質(zhì)直接決定了鍋爐燃燒和協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性。本文將結(jié)合近年來發(fā)生的典型故障對風(fēng)煙系統(tǒng)控制回路設(shè)計、維護(hù)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行歸納，并對故障處理的方法進(jìn)行探討和歸納，為其他電廠的控制系統(tǒng)可靠性提升提供借鑒。

2 總風(fēng)量控制系統(tǒng)典型故障分析

2.1 總風(fēng)量異常振蕩事件分析

2.1.1 事件經(jīng)過

某660MW超超臨界機(jī)組在AGC方式下穩(wěn)定運行時，機(jī)組負(fù)荷405.14MW，A側(cè)二次風(fēng)量562t/h，B側(cè)二次風(fēng)量486t/h，爐膛負(fù)壓-231.72Pa，總煤量155.97t/h，氧量5.5%，A送風(fēng)機(jī)開度41.03%，B送風(fēng)機(jī)開度41.12%。此時B側(cè)二次風(fēng)量信號突然全部到0(主要參數(shù)趨勢見圖1)，兩送風(fēng)機(jī)擋板隨即快速開到53%，B側(cè)風(fēng)量上升至866t/h，A側(cè)風(fēng)量也隨之上升至790 t/h，爐膛負(fù)壓由-231 Pa上升至100Pa。之后風(fēng)量控制系統(tǒng)持續(xù)振蕩，直至運行人員將系統(tǒng)切至手動。

2.1.2 問題分析

(1)就地檢查A、B側(cè)二次風(fēng)量的測量裝置，認(rèn)為B側(cè)二次風(fēng)量測量管路出現(xiàn)堵塞，造成風(fēng)量信號突然至零。

(2)在總風(fēng)量控制系統(tǒng)持續(xù)大幅波動的情況下，系統(tǒng)未自動切至手動控制，而是在自動方式下持續(xù)振蕩、發(fā)散，直至運行人員切除自動。

2.1.3 結(jié)論

B側(cè)二次風(fēng)量測量回路堵塞，差壓信號突降至零是該次異常的起因，調(diào)節(jié)系統(tǒng)偏差大切手動定值設(shè)置的不合理造成事件擴(kuò)大，最終導(dǎo)致了鍋爐燃燒波動、參數(shù)振蕩，但由于運行人員干預(yù)及時，未造成事故擴(kuò)大。

2.2 “總風(fēng)量低低”MFT事件分析

2.2.1 事件經(jīng)過

某660MW超臨界機(jī)組在AGC方式下穩(wěn)定運行，當(dāng)日02時24分機(jī)組負(fù)荷350.93MW，主汽壓力16.71MPa，總風(fēng)量為922.42t/h，爐膛負(fù)壓-148.13Pa，給水流量1060.4t/h，總煤量139.57t/h。此時機(jī)組爐膛壓力、總風(fēng)量等參數(shù)突然同步發(fā)生大幅振蕩并呈發(fā)散趨勢?？傦L(fēng)量最高值達(dá)1080t/h，最低值到525.67t/h，兩送風(fēng)機(jī)動葉分別最低關(guān)至1.6%和5.5%。02時26分48s，總風(fēng)量實際值小于25%(600t/h)，延時3秒后觸發(fā)MFT，首出原因顯示為“總風(fēng)量低低”(參數(shù)見圖2)。

2.2.2 問題分析

(1)調(diào)取事件發(fā)生前的歷史趨勢，總風(fēng)量計算中各磨煤機(jī)的一次風(fēng)量并無明顯變化，但左右側(cè)二次風(fēng)量在時序上不匹配，相差十秒以上，且左側(cè)二次風(fēng)量波動較大(參數(shù)趨勢見圖3)，其測量管路存在輕微堵塞可能，造成信號波動。

(2)通過歷史趨勢的追憶，發(fā)現(xiàn)該機(jī)組在高負(fù)荷區(qū)間(570MW)也曾發(fā)生類似異?，F(xiàn)象，但當(dāng)時送風(fēng)控制系統(tǒng)能逐步過渡到新的穩(wěn)定狀態(tài)；而在低負(fù)荷區(qū)間風(fēng)量信號發(fā)生擾動時，在相同的調(diào)節(jié)參數(shù)作用下，送風(fēng)控制系統(tǒng)則無法達(dá)到新的平衡，說明風(fēng)機(jī)特性在不同開度區(qū)間相差較大。

(3)機(jī)組異常發(fā)生前總風(fēng)量的設(shè)定值為900t/h左右，但由于設(shè)置的“總風(fēng)量設(shè)定值與實際值偏差大切除自動”的定值過大(±500t/h)，在總風(fēng)量振蕩發(fā)散狀態(tài)下送風(fēng)控制系統(tǒng)未及時切換到手動狀態(tài)，造成實際總風(fēng)量振蕩幅值達(dá)到至“總風(fēng)量低低”MFT的設(shè)定值(600t/h)。

2.2.3 結(jié)論

左側(cè)二次風(fēng)量測量管路輕微堵塞導(dǎo)致風(fēng)量信號波動是這次異常的起因，測量信號擾動后在較強(qiáng)的調(diào)節(jié)參數(shù)作用下引起了系統(tǒng)振蕩，調(diào)節(jié)器抗擾動能力弱及偏差大切手動定值設(shè)置的不合理造成事件擴(kuò)大，最終導(dǎo)致了MFT的發(fā)生。

3 爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)典型故障分析

3.1 鍋爐正壓過高事件分析

3.1.1 事件經(jīng)過

某320MW亞臨界機(jī)組處于230MW穩(wěn)定工況時，由于不明原因DCS的某對DPU多個模擬量信號發(fā)生突變(見圖4)：其中三個參與調(diào)節(jié)的爐膛負(fù)壓信號中兩個階躍下降，另一個階躍上升(進(jìn)行監(jiān)視的爐膛負(fù)壓大量程變送器示值穩(wěn)定)，導(dǎo)致在DCS中經(jīng)過三取二判斷后的爐膛負(fù)壓綜合信號大幅階躍下降，兩臺引風(fēng)機(jī)擋板在調(diào)節(jié)器作用下快速全關(guān)。同時鍋爐左右側(cè)風(fēng)量信號也突降至零，導(dǎo)致兩臺送風(fēng)機(jī)動葉在調(diào)節(jié)器作用下快速開至最大開度。經(jīng)分析，發(fā)生上述現(xiàn)象時爐膛燃燒穩(wěn)定，所有階躍突變信號應(yīng)為虛假示值。

在送/引風(fēng)機(jī)擋板分別快速動作至最大/最小開度后，實際爐膛負(fù)壓快速上升至2000Pa以上(接近MFT動作值)，嚴(yán)重的正壓導(dǎo)致鍋爐人口門等處螺栓松動，威脅機(jī)組安全，之后運行人員緊急將送、引風(fēng)控制系統(tǒng)切至手動并恢復(fù)風(fēng)機(jī)擋板至正常開度，機(jī)組參數(shù)逐步恢復(fù)正常。

3.1.2 原因分析

經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)該機(jī)組送/引風(fēng)控制系統(tǒng)在被控參數(shù)與設(shè)定值偏差過大時，不能自動切至手動控制，導(dǎo)致了信號突變后調(diào)節(jié)器繼續(xù)運算直至輸出至最大/最小值，導(dǎo)致真實爐膛負(fù)壓上升至接近MFT正壓動作值。如該功能正常投入，即使信號再次發(fā)生突變的瞬間，系統(tǒng)就能及時切至手動，并保持之前輸出直至運行人員干預(yù)，可有效避免異常工況下風(fēng)機(jī)擋板指令的持續(xù)上升/下降。

3.1.3 結(jié)論

本次事件中導(dǎo)致DPU信號突變的原因另外開展調(diào)查，但“調(diào)節(jié)器設(shè)定值與測量值偏差大切手動”功能的缺失則是本次機(jī)組正壓過高的直接原因。

3.2 某機(jī)組停爐后爐膛負(fù)壓低聯(lián)鎖跳閘引、送風(fēng)機(jī)事件分析

3.2.1 事件經(jīng)過

某660MW超超臨界機(jī)組將負(fù)荷降至146MW準(zhǔn)備停機(jī)，此時工況：A、B磨煤機(jī)(最下兩層)運行，A磨煤量27t/h，各粉管一次風(fēng)速28、29、25、28m/s，B磨煤量20t/h，各粉管一次風(fēng)速23、22、22、21m/s；兩臺一次風(fēng)機(jī)運行，動葉開度均為40%；兩臺送風(fēng)機(jī)運行，動葉開度均為18%，總風(fēng)量1239t/h；兩臺引風(fēng)機(jī)運行，靜葉開度29%和31%，爐膛負(fù)壓正常。運行人員于23:17:46遮斷汽輪機(jī)，鍋爐MFT隨即動作，兩臺一次風(fēng)機(jī)、A、B磨煤機(jī)聯(lián)鎖跳閘，之后爐膛負(fù)壓于MFT發(fā)生10秒后快速持續(xù)下降，23:18:08爐膛負(fù)壓低三值報警發(fā)出，兩臺引風(fēng)機(jī)分別于23:18:12和23:18:13聯(lián)鎖跳閘，跳閘前引風(fēng)機(jī)靜葉開度降至為20%，兩臺送風(fēng)機(jī)隨之于23:18:14和23:18:15聯(lián)鎖跳閘。

3.2.2 原因分析

(1)調(diào)取本機(jī)組之前的歷史趨勢，發(fā)現(xiàn)機(jī)組歷次滑停MFT后爐膛負(fù)壓也都發(fā)生了較大幅度的下降，但未達(dá)到低三值。和本次停爐過程進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，由于本次停爐前磨煤機(jī)保留兩臺(之前停爐前只保留一臺磨煤機(jī))，此時總煤量、一次風(fēng)量和風(fēng)機(jī)出力較之前停爐過程更多，因此在MFT聯(lián)跳磨煤機(jī)、一次風(fēng)機(jī)后爐內(nèi)空氣收縮更為劇烈，對爐膛負(fù)壓擾動更大，導(dǎo)致爐膛負(fù)壓下降幅度的加大。

(2)由圖5可以看到，MFT發(fā)生后，引風(fēng)機(jī)動葉指令是在爐膛負(fù)壓開始下降后才在調(diào)節(jié)器作用下逐步關(guān)閉，又因引風(fēng)機(jī)動葉及其執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開關(guān)存在一定的滯后性，故動葉開度調(diào)整不夠及時，特別是停機(jī)之后的前幾秒內(nèi)由于風(fēng)機(jī)出力沒有變化，煙氣量快速減小，風(fēng)機(jī)工作點沿性能曲線向上移動，增大了風(fēng)機(jī)對爐膛的吸力。

3.2.3 結(jié)論

雖然該機(jī)組停機(jī)過程中煤量、風(fēng)量擾動過大是導(dǎo)致爐膛負(fù)壓下降過多的根本原因，但爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)滯后、開度調(diào)整不及時則直接導(dǎo)致了本次異常的發(fā)生。

4 案例總結(jié)

自從二十世紀(jì)八九十年代火電機(jī)組模擬量控制系統(tǒng)逐步推廣應(yīng)用以來，送、引風(fēng)機(jī)的自動控制作為鍋爐燃燒控制和協(xié)調(diào)控制的基礎(chǔ)就一直是專業(yè)人員研究的重點，控制方案較為成熟，但結(jié)合近年來多臺機(jī)組發(fā)生的故障，發(fā)現(xiàn)其控制邏輯中尚存在許多易被忽視的問題，結(jié)合上述機(jī)組發(fā)生的故障，給出風(fēng)煙控制系統(tǒng)優(yōu)化、維護(hù)的建議如下：

(1)建立風(fēng)量測量裝置定期吹掃制度?，F(xiàn)場風(fēng)量測量管路的堵塞常常是風(fēng)量、負(fù)壓控制系統(tǒng)波動的起因所在，即使輕微的堵塞，如果控制系統(tǒng)參數(shù)的整定不當(dāng)，往往就會造成較大幅度的振蕩、發(fā)散甚至導(dǎo)致停爐。建議各電廠應(yīng)建立一、二次風(fēng)量和爐膛負(fù)壓的定期吹掃制度，并在吹掃前做好相關(guān)安全保護(hù)工作，以提高風(fēng)量測量信號的真實性和可靠性。

(2)充分考慮風(fēng)機(jī)在不同區(qū)間的控制特性。在機(jī)組檢修期間應(yīng)對風(fēng)機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與動、靜葉進(jìn)行零位與滿位的對位校準(zhǔn)，確保風(fēng)機(jī)動、靜葉在各開度區(qū)間的特性盡量一致。同時送、引風(fēng)控制系統(tǒng)的PID參數(shù)整定應(yīng)在不同負(fù)荷區(qū)間分別進(jìn)行，并根據(jù)其動態(tài)特性的不同對PID進(jìn)行變參數(shù)設(shè)置。如無法實現(xiàn)變參數(shù)，則在參數(shù)整定中應(yīng)“留有余地”，切勿將其調(diào)節(jié)作用設(shè)置過強(qiáng)。

(3)嚴(yán)格設(shè)置調(diào)節(jié)系統(tǒng)“切手動”條件。目前隨著模擬量控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的提升，各種“切手動”條件往往容易被忽視，在很多機(jī)組中不僅各種觸發(fā)切手動信號的偏差限值設(shè)置過大，而且為了防止模擬量子系統(tǒng)自動切除引起AGC的切除，很多重要的切手動條件甚至被取消，這就導(dǎo)致在極端工況下控制系統(tǒng)一旦振蕩就長時間持續(xù)、甚至進(jìn)一步發(fā)散，無法自主切至手動控制并進(jìn)行保護(hù)和報警，一旦運行人員發(fā)現(xiàn)不及時就可能導(dǎo)致機(jī)組跳閘甚至設(shè)備損壞，本文中所述多次故障即是如此。因此除RB工況外，各調(diào)節(jié)系統(tǒng)均應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)特性和機(jī)組安全的需要嚴(yán)格設(shè)置“設(shè)定值與測量值偏差大”等切手動條件。

(4)爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置“MFT后鍋爐防內(nèi)爆”邏輯。在機(jī)組MFT后，隨著一次風(fēng)機(jī)、磨煤機(jī)等設(shè)備跳閘，入爐風(fēng)量、煤量瞬間降低，爐膛負(fù)壓擾動極為劇烈，此時如仍依靠爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)器比例、積分進(jìn)行運算往往較為滯后，故應(yīng)在爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)中設(shè)置“MFT后鍋爐防內(nèi)爆”邏輯：即在MFT發(fā)生后對引風(fēng)機(jī)靜葉進(jìn)行一定幅度的超馳關(guān)閉，并在保持一定時間后按一定速率恢復(fù)，實現(xiàn)對MFT后爐膛負(fù)壓下降的提前預(yù)判和提前干預(yù)，克服純PID調(diào)節(jié)的滯后，提高爐膛負(fù)壓的穩(wěn)定性。

5 結(jié)語

近年來隨著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，熱控技術(shù)人員的精力往往注重在一些新系統(tǒng)和新方案的研發(fā)和應(yīng)用上，常常忽視了一些模擬量控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)工作，但就是這些基礎(chǔ)的測量裝置維護(hù)、判斷邏輯設(shè)置和參數(shù)整定技巧，決定了機(jī)組控制和運行的可靠性，文中所述的故障案例和優(yōu)化措施無不如此。希望本文可以給各電廠熱控技術(shù)人員提供借鑒，以避免類似故障的再次發(fā)生。

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[責(zé)任編輯：程蓓]

Typical Fault Analysis for the Air and Flue System in the Large Thermal Unit

ZHANGXing,ZHANGJian,CHENTao

(ChinaDatangCorporationScienceandTechnologyResearchInstituteCo.,Ltd.EasternChinaBranch,Hefei230031,China)

Air and flue control system is an important component of the large thermal unit automatic control system, also it is an important foundation of coordinated control system. It′s in good working condition or not to directly relate to the safe operation of the unit. This paper introduces large thermal power air and flue control system in the form and characteristics of several types of typical failures, combined with the measuring circuit and control strategy of air and flue systems， the causes of the malfunction are analyzed, and the corresponding treatment measures are proposed.

air and flue system; parameter oscillation; thermal unit

2015- 07-18

張 興(1983-)，男，中國大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司華東分公司熱控室，工程師，從事火電廠先進(jìn)控制策略研究及應(yīng)用工作。

TK228

A

1672-9706(2015)03- 0047- 06