潘國(guó)清，蔡潔聰，應(yīng)明良，張 明，熊建國(guó)

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014）

600 MW超臨界機(jī)組鍋爐一次風(fēng)機(jī)失速原因分析及對(duì)策

潘國(guó)清，蔡潔聰，應(yīng)明良，張 明，熊建國(guó)

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014）

某發(fā)電廠2×600 MW超臨界機(jī)組1號(hào)鍋爐在整套啟動(dòng)調(diào)試期間遇到一次風(fēng)機(jī)失速，引發(fā)鍋爐MFT。分析了一次風(fēng)機(jī)發(fā)生失速的主要原因，并針對(duì)調(diào)試、運(yùn)行中發(fā)生的一次風(fēng)機(jī)失速問題，提出了相應(yīng)的避免或減輕一次風(fēng)機(jī)失速的調(diào)整方法和預(yù)防措施，提高了機(jī)組的安全穩(wěn)定性。

一次風(fēng)機(jī)；失速；原因；對(duì)策

一次風(fēng)機(jī)是大型電站鍋爐的重要輔機(jī)，為鍋爐燃燒所需的煤粉輸送提供動(dòng)力。由于動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)具有體積小、質(zhì)量輕、低負(fù)荷區(qū)域效率較高、調(diào)節(jié)范圍寬、反應(yīng)速度快等諸多優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)已被國(guó)內(nèi)電站鍋爐普遍采用。但是由于一次風(fēng)機(jī)具有流量小、壓頭高及駝峰形性能曲線的特點(diǎn)，決定了風(fēng)機(jī)存在不穩(wěn)定區(qū)，如果操作不當(dāng)或者運(yùn)行工況變化，容易發(fā)生失速以及喘振現(xiàn)象。

1 設(shè)備概況

某新建發(fā)電廠2×600 MW超臨界機(jī)組鍋爐為上海鍋爐廠有限公司生產(chǎn)的超臨界變壓運(yùn)行螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次中間再熱、采用四角切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼懸吊結(jié)構(gòu)Π型、半露天布置。

一次風(fēng)機(jī)為沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)廠設(shè)計(jì)制造的兩級(jí)動(dòng)葉可調(diào)式軸流風(fēng)機(jī)，主要參數(shù)如下：風(fēng)量為112.02 m3/s，風(fēng)壓為11.26 kPa，進(jìn)口密度為1.197kg/m3，進(jìn)口溫度為20℃，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1 490 r/min，風(fēng)機(jī)效率為84.5%，葉片可調(diào)范圍為45°，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)并列運(yùn)行。制粉系統(tǒng)為中速磨正壓直吹系統(tǒng)，磨煤機(jī)共6臺(tái)，BMCR（鍋爐最大出力工況）時(shí)5臺(tái)投運(yùn)、1臺(tái)備用，其中對(duì)A層燃燒器進(jìn)行了改造，配備山東煙臺(tái)龍?jiān)垂镜牡入x子點(diǎn)火系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)機(jī)組無(wú)油點(diǎn)火啟動(dòng)。

2 一次風(fēng)機(jī)失速事故分析

1號(hào)機(jī)組在整套啟動(dòng)調(diào)試期間進(jìn)入汽機(jī)沖轉(zhuǎn)試驗(yàn)階段，遇到一次風(fēng)機(jī)失速問題，導(dǎo)致磨煤機(jī)跳閘并最終引發(fā)鍋爐MFT（主燃料跳閘）。

2.1 事故經(jīng)過

事故發(fā)生當(dāng)日10∶14，汽輪機(jī)已沖轉(zhuǎn)至3 000 r/min，2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)并列運(yùn)行，風(fēng)機(jī)動(dòng)葉投自動(dòng)，一次風(fēng)壓設(shè)定值為10 kPa，磨煤機(jī)A（配備等離子裝置助燃）運(yùn)行，磨煤機(jī)B在暖磨準(zhǔn)備啟動(dòng)，鍋爐已斷油，總?cè)剂?4 t/h，總風(fēng)量1 516 t/h。一次風(fēng)機(jī)A/B的參數(shù)如下：電流86.2/85.3 A，動(dòng)葉開度37.7%/47.3%，風(fēng)機(jī)出口壓力9.98/10.02 kPa。

10∶16準(zhǔn)備啟動(dòng)第2套制粉系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)磨煤機(jī)進(jìn)口冷、熱風(fēng)調(diào)節(jié)擋板來(lái)增加磨煤機(jī)B的一次風(fēng)量。10∶29，2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)電流和出口壓力大幅波動(dòng)。10∶33，機(jī)組跳閘，首出是“全爐膛燃料喪失”，主要原因是磨煤機(jī)A一次風(fēng)量低低跳閘。

2.2 原因分析

2.2.1 一次風(fēng)機(jī)失速前鍋爐運(yùn)行情況

一次風(fēng)機(jī)A失速前只有磨煤機(jī)A在運(yùn)行，磨煤機(jī)B在暖磨階段，其余磨煤機(jī)均在停運(yùn)狀態(tài)，其中磨煤機(jī)C/D冷、熱風(fēng)隔離門關(guān)閉，磨煤機(jī)E/F冷風(fēng)門保留30%開度通風(fēng)，表1為10∶15各臺(tái)磨煤機(jī)冷、熱風(fēng)隔離門狀態(tài)及調(diào)門開度。

表1 事故前10:15各臺(tái)磨煤機(jī)冷、熱風(fēng)隔離門狀態(tài)

10∶15開始增加B磨入口一次風(fēng)量，將E/F磨的冷風(fēng)門開度從30%減小到10%，見圖1。磨煤機(jī)風(fēng)門的改變導(dǎo)致了一次風(fēng)機(jī)出口壓力和磨煤機(jī)A風(fēng)量的變化，運(yùn)行人員通過調(diào)節(jié)一次風(fēng)機(jī)動(dòng)葉來(lái)維持一次風(fēng)機(jī)出口壓力和磨煤機(jī)A風(fēng)量。10∶33磨煤機(jī)A由于風(fēng)量低跳閘，鍋爐MFT，首出是“全爐膛燃料喪失”。

圖1 磨煤機(jī)冷、熱風(fēng)調(diào)門狀態(tài)

2.2.2 一次風(fēng)機(jī)失速分析

事故發(fā)生后通過查閱DCS（分散控制系統(tǒng)）歷史數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，由于改變幾臺(tái)磨煤機(jī)入口一次風(fēng)門調(diào)節(jié)擋板幅度相對(duì)較大，在風(fēng)機(jī)出口壓力不變的情況下，風(fēng)機(jī)電流和動(dòng)葉開度均略有下降，風(fēng)機(jī)出口流量下降。在10∶21發(fā)現(xiàn)A磨一次風(fēng)量降低后將一次風(fēng)機(jī)動(dòng)葉A設(shè)定偏置值提高（如圖2所示），2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)動(dòng)葉逐步開大，出口壓力升高。到10∶29，一次風(fēng)機(jī)A電流從96.8 A急劇下降到89.5 A，出口壓力從11.32 kPa突降至8.71 kPa，動(dòng)葉開度從42.5%迅速提升至51.8%，一次風(fēng)機(jī)B電流從95.9 A急劇上升到109.0 A，出口壓力從 11.41 kPa降至 9.46 kPa，動(dòng)葉開度從52.4%上升至60.4%（如圖3、圖4所示），說(shuō)明此時(shí)一次風(fēng)機(jī)A已發(fā)生失速（相同出口壓力的工作狀態(tài)下一次風(fēng)機(jī)A發(fā)生失速的可能性較大）。由于一次風(fēng)機(jī)尚處于自動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)，為了維持一次風(fēng)母管壓力，2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開度不斷增大，風(fēng)機(jī)電流急劇上升，一次風(fēng)機(jī)B出口壓力隨著風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開度的增加而上升，而一次風(fēng)機(jī)A出口壓力隨著風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開度的增加反呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明一次風(fēng)機(jī)A已完全被壓制，此時(shí)一次風(fēng)母管壓力單靠一次風(fēng)機(jī)B已無(wú)法維持，最終導(dǎo)致磨煤機(jī)A因?yàn)橐淮物L(fēng)量低跳閘，引發(fā)鍋爐MFT。

圖2 一次風(fēng)機(jī)動(dòng)葉設(shè)定偏置

圖3 一次風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開度和電流

圖4給出了一次風(fēng)機(jī)動(dòng)葉和出口壓力的趨勢(shì)變化，由圖中可以看出，10∶21一次風(fēng)機(jī)A/B的出口壓力為10.03/10.18 kPa，到10∶24，在短短3 min時(shí)間內(nèi)一次風(fēng)機(jī)A/B的出口壓力快速提升到11.27/11.36 kPa，而在此時(shí)間段內(nèi)各磨煤機(jī)的風(fēng)門開度均無(wú)多大變化，也就是說(shuō)風(fēng)機(jī)流量并沒有隨著風(fēng)壓的增大而增加，從而引起壓力與流量嚴(yán)重不匹配，風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況偏移至不穩(wěn)定區(qū)域，連續(xù)運(yùn)行約4 min后發(fā)生一次風(fēng)機(jī)A失速事故。

圖4 一次風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開度和出口壓力

3 一次風(fēng)機(jī)失速后的緊急處理及預(yù)防措施

3.1 一次風(fēng)機(jī)失速后的緊急處理

正常運(yùn)行時(shí)如果有一臺(tái)風(fēng)機(jī)發(fā)生失速現(xiàn)象，立即解除一次風(fēng)壓自動(dòng)，在一次風(fēng)壓不低于8.0 kPa的前提下，減小其動(dòng)葉開度，直至失速現(xiàn)象消失。如果經(jīng)調(diào)整仍然無(wú)效，則應(yīng)立即減負(fù)荷停止失速風(fēng)機(jī)，防止因喘振、發(fā)熱而造成設(shè)備損壞。

3.2 預(yù)防措施

針對(duì)該電廠軸流一次風(fēng)機(jī)發(fā)生失速的原因，結(jié)合鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)設(shè)備情況，建議采取以下預(yù)防措施。

3.2.1 優(yōu)化邏輯參數(shù)控制

一次風(fēng)母管風(fēng)壓運(yùn)行中不得超過9.5 kPa。目前已經(jīng)將一次風(fēng)母管風(fēng)壓自動(dòng)給定值設(shè)為：3臺(tái)磨及以下運(yùn)行時(shí)8.0 kPa，4臺(tái)磨運(yùn)行時(shí)8.5 kPa（原8.75 kPa），5臺(tái)磨及以上運(yùn)行時(shí)9.0 kPa（原9.5 kPa）。在磨煤機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)變化時(shí)，一次風(fēng)壓給定值經(jīng)慣性模塊緩慢變化。

3.2.2 優(yōu)化運(yùn)行操作方式

（1）在正常運(yùn)行時(shí)，盡量保持2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)的參數(shù)一致，特別是電流一致。針對(duì)A/B 2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)自身特性存在的差異，在實(shí)際運(yùn)行中可考慮降低B一次風(fēng)機(jī)的電流（約比A一次風(fēng)機(jī)的電流低0.5 A左右)，或由運(yùn)行人員根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)確定2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)各自的動(dòng)葉開度和電流大小。

（2）為避免一次風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓波動(dòng)過大，一次風(fēng)母管風(fēng)壓偏置修改應(yīng)逐步進(jìn)行（推薦的步進(jìn)量以0.1 kPa為宜）。在運(yùn)行中啟停磨煤機(jī)時(shí)，各風(fēng)門的開啟和關(guān)閉應(yīng)緩慢調(diào)節(jié)，A/B一次風(fēng)機(jī)各動(dòng)葉操作調(diào)節(jié)應(yīng)緩慢進(jìn)行。必須在冷、熱風(fēng)調(diào)整風(fēng)門關(guān)閉的情況下，才能進(jìn)行開、關(guān)磨煤機(jī)進(jìn)口冷、熱一次風(fēng)快關(guān)門或出口快關(guān)門的操作。磨煤機(jī)一次風(fēng)量調(diào)整應(yīng)緩慢進(jìn)行，不得大開大關(guān)。

（3）2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)并列運(yùn)行，應(yīng)至少保證3臺(tái)磨煤機(jī)的流通通道。保持通道時(shí)可以使用備用磨煤機(jī)，保持冷風(fēng)快關(guān)門和冷風(fēng)調(diào)節(jié)風(fēng)門全開。

4 結(jié)論

（1）一次風(fēng)機(jī)低流量高壓頭的特性決定了風(fēng)機(jī)存在不穩(wěn)定區(qū)，如果調(diào)整不當(dāng)，就會(huì)發(fā)生失速和喘振現(xiàn)象。

（2）一次風(fēng)機(jī)失速會(huì)導(dǎo)致風(fēng)量和風(fēng)壓大幅波動(dòng)，引起鍋爐燃燒劇烈變化，易發(fā)生鍋爐滅火事故。風(fēng)機(jī)的壓力越高，容量越大，則失速的危害性越大，如果風(fēng)機(jī)發(fā)生失速現(xiàn)象，必須積極調(diào)整。

（3）運(yùn)行過程中應(yīng)盡量保持2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)出力一致（風(fēng)機(jī)運(yùn)行電流相近），尤其在低負(fù)荷工況下應(yīng)注意保留足夠的磨煤機(jī)流通通道。

[1]郭立君．泵與風(fēng)機(jī)[M]．北京：水利電力出版社，1986．

[2]劉家鈺．電站風(fēng)機(jī)改造與可靠性分析[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2002．

[3]侯凡軍，耿莉，王家新，等．并列運(yùn)行軸流風(fēng)機(jī)失速原因分析與處理[J]．熱力發(fā)電，2008，37（1）∶85-88．

[4]李春宏．軸流風(fēng)機(jī)失速與喘振分析及其處理[J]．熱力發(fā)電，2008，37（3）∶76-78．

（本文編輯：陸 瑩）

Cause Analysis and Countermeasure against Primary Air Fan Stall of 600 MW Supercritical Boiler

PAN Guoqing，CAI Jiecong，YING Mingliang，ZHANG Ming，XIONG Jianguo
（State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

During complete startup commissioning of boiler No.1 in 2×600 MW supercritical unit in a power plant，a primary air fan stall occurred，resulting in boiler MFT（main fuel trip）.This paper analyzes main reasons for the occurrence of the primary air fan stall and presents adjustment methods and preventive measures to reduce or mitigate primary air fan stall in accordance to the primary air fan stall in commissioning and operation to improve the security and stability of the unit.

primary air fan；stall；reason；countermeasure

TK223.26

：B

：1007-1881（2016）05-0032-03

2016-01-21

潘國(guó)清（1970），男，高級(jí)工程師，主要從事電站鍋爐基建調(diào)試與潔凈煤燃燒技術(shù)研究。