范曉鵬

（大唐華中電力試驗研究院，河南鄭州 450046）

0 引言

風量自動調節(jié)系統(tǒng)是鍋爐燃燒過程控制的重要環(huán)節(jié)，風量自動調節(jié)系統(tǒng)一般由控制器、風機動（靜）葉、差壓式流量計等組成，主要為鍋爐燃燒均勻分配燃料和氧量，其控制性能直接影響機組運行的經濟性、安全性和環(huán)保水平。因此，很有必要對風量調節(jié)系統(tǒng)進行深入研究。某超臨界機組風量測量裝置故障引起自動調節(jié)系統(tǒng)發(fā)散，導致機組非正常停機。根據(jù)風量測量原理，分析事故成因，提出相應的防范措施，為機組的穩(wěn)定安全經濟運行提供參考依據(jù)。

1 風量測量原理

火力發(fā)電廠風量測量裝置一般采用差壓式流量計，通過測量流體流動過程中迎風管與背風管的差壓來測量流速或流量，其中迎風管壓力稱為“總壓”，背風管的壓力稱為“靜壓”，原理如圖1 所示。測量裝置的探頭插入風量管道中，當管道中有氣體流過時，迎風面受氣流沖擊，氣流的動能轉換成壓力能，所以迎面管中的壓力較高。背風側由于不受氣流沖擊，管中的壓力為風管內的靜壓力?？倝汉挽o壓之差稱為動壓，其大小與管內風速有關，風速越大動壓越大；風速小，動壓也小。因此，通過差壓變送器測量出動壓的大小后，經過參數(shù)補償和數(shù)學運算處理即可得出管內風量[1]。見式1、式2。

圖1 風量測量原理

式中：Kc為 測量裝置總流量系數(shù)；Qm為被測氣體質量流量（t/h）；Qv為被測氣體體積流量（km3/h）；ΔP 為風量測量裝置輸出差壓（kPa）；t 被測氣體溫度（℃）；Pa安裝現(xiàn)場大氣壓力（kPa）；Px被測管道內的壓力（kPa）；ρ 為被測介質密度。

2 某機組非停事故分析

2.1 事故經過

某日4 時25 分，2 號機組負荷195 MW，A，B，C，D 制粉系統(tǒng)運行，自動發(fā)電量控制（AGC）O 模式、入爐煤量96 t/h，總風量735 t/h，機組正常運行。4 時27 分07 秒，2 號機組運行中總風量＜25%，鍋爐自動保護（MFT）動作、汽機跳閘、發(fā)電機解列，立即按規(guī)程規(guī)定執(zhí)行停機操作。

檢查跳閘首出信號：MFT 首出為總風量＜25%，調取工程師站事件順序記錄（SOE），如圖2 所示。首發(fā)信號為總風量＜25%（其判斷邏輯為風量＜25%BMCR1、25%BMCR2、25%BMCR3“三取二”，定值310 t/h，延時3 s），鍋爐MFT，汽輪機跳閘，發(fā)電機程序逆功率跳閘。

圖2 機組事故記錄（SOE）

2.2 檢查處理情況

2.2.1 測量裝置檢查

4 時50 分，對二次風量儀表、電氣回路、信號屏蔽及分布式控制系統(tǒng)（DCS）卡件、控制器、電源檢查，均未發(fā)現(xiàn)異常。

6 時30 分，對二次風量測量管路進行吹掃，發(fā)現(xiàn)測量管路有輕微堵塞，吹掃后正常。

7 時30 分，檢查一次風量儀表、測量裝置，未發(fā)現(xiàn)異常。

2.2.2 執(zhí)行機構檢查

12 時26 分，熱工、鍋爐點檢、檢修人員對送、引風機動葉及執(zhí)行器檢查，進行傳動試驗，均未發(fā)現(xiàn)異常。

2.2.3 組態(tài)邏輯檢查

（1）總風量計算。DCS 邏輯中總風量計算公式：總風量=A側二次風量3 個測點的平均值+B 側二次風量3 個測點平均值+5 臺磨煤機一次風量總和。

（2）送風自動切手動條件排查。切手動之前總風量指令為737 t/h，反饋為457 t/h，偏差280 t/h，未達到送風被調量與設定值偏差大于300 t/h 切手動條件。

（3）二次風量控制。二次風量的給定值為燃料量主控函數(shù)及氧量校正后計算得出，可通過偏置微調定值?；芈肥謩訒r，自動計算偏置，使設定值跟蹤被調量，實現(xiàn)手/自動無擾切換；檢查煤量對應總風量函數(shù)配置符合現(xiàn)場工況要求。

（4）機組啟動后進行總風量擾動試驗。根據(jù)DL/T 657—2015《火力發(fā)電廠模擬量控制系統(tǒng)驗收測試規(guī)程》進行擾動試驗，定值擾動量為±100 t/h，衰減率、穩(wěn)定時間滿足要求。

（5）運行操作行為記錄。機組跳閘前30 min 無重大操作。

2.3 事故原因分析

查閱鍋爐MFT 動作前4 min 送、引風機動葉開度、爐膛負壓、總風量曲線，發(fā)現(xiàn)風量調節(jié)、爐膛壓力調節(jié)異常，總風量出現(xiàn)300～1000 t/h 波動，爐膛壓力在-1000～200 Pa 之間波動。風量調節(jié)系統(tǒng)重要參數(shù)如圖3 所示。

圖3 風量調節(jié)系統(tǒng)參數(shù)曲線

4 時23 分，A 送風機動葉開度38.2%，B 送風機動葉開度31.3%，系統(tǒng)出現(xiàn)輕微波動，總風量實際值低于設定值，送風機進行正常調節(jié)，引風機疊加送風機前饋作用參與負壓調節(jié)；4 時23 分16 秒，實際風量達到設定值，送風調節(jié)開始回調，總風量出現(xiàn)不減反增的現(xiàn)象，為減小風量偏差，送風機繼續(xù)減小開度，總風量減小速度遲緩；4 時24 分，實際總風量減至設定值以下，送風機開始回調增加動葉開度，總風量出現(xiàn)不增反減的現(xiàn)象，為維持風量，送風機繼續(xù)開大，隨即風量、爐膛壓力調節(jié)出現(xiàn)超調并逐漸發(fā)散；4 時26 分43 秒，運行人員發(fā)現(xiàn)爐膛負壓波動大，立即切除A/B 引風自動，隨即AGC、CCS 聯(lián)鎖退出，送風自動聯(lián)鎖切為手動，A 送風機此時開度19.2%，B 送風機此時開度15.3%，總風量波動至1000 t/h 后急劇下降到300 t/h 左右；爐膛負壓最大波動至-1283 Pa，送風機出口風壓、空預器出口二次風壓變?yōu)樨撝?，二次風量快速到0，一次風量保持穩(wěn)定，導致總風量急劇下降。4 時27 分07 秒，鍋爐MFT 動作，首出為“鍋爐總風量小于25%”。

通過分析可知機組跳閘原因為：二次風量取樣管路積灰、微堵，總風量測量數(shù)據(jù)變化遲緩、滯后，引起風量調節(jié)、爐膛壓力調節(jié)異常發(fā)散，且送風調節(jié)系統(tǒng)切手動條件的設定偏差值較大，不能在異常工況下及時切除自動，最終導致總風量＜25%，MFT 動作，機組跳閘。

2.4 處理建議

為了避免此類事故再次發(fā)生，提升機組運行穩(wěn)定性，結合現(xiàn)場情況提出以下處理建議：

（1）檢修人員加強對重要測量設備的日常巡檢，繼續(xù)加強定期工作管理，運行中發(fā)現(xiàn)參數(shù)異常報警，及時分析處理。

（2）通過現(xiàn)場擾動試驗，優(yōu)化送風、引風自動切手動限值、引風前饋及PID 參數(shù)，風量測點取值方式采用3 個測點取中值，對其他重要自動邏輯進行排查、優(yōu)化。

（3）提升風量測量裝置可靠性，保障裝置的測量準確性，利用機組檢修機會對裝置進行改造。

3 風量準確測量技術

在鍋爐燃燒過程中，風量的大小直接影響鍋爐運行的經濟性。風量過大時，大量爐膛熱量隨煙氣排出造成熱量損失，且隨著氧量的增加，鍋爐中NOx含量也隨之增加；風量較小時，煤粉不能充分燃燒，造成爐膛燃燒不穩(wěn)定。風量測量的準確與否對控制質量影響極大，提升風量測量的準確性十分必要。

3.1 陣列測量技術

鍋爐風管風道直管段一般較短，管道截面積上的流場不均勻，甚至會產生回流。當風道截面面積較大時，單點測量風道內風量值誤差較大。因此，在大風道截面上采用等截面多點陣列測量技術，對風道截面進行區(qū)域劃分，然后將多個測量探頭分布在截面上不同的區(qū)域，分別測量出每個區(qū)域的壓差。最后得到整個風道的平均壓差，將壓差信號進行參數(shù)補償和數(shù)學運算得到風量[2]。

3.2 防堵技術

風量測量需要通過取壓管測流量，而流體中往往帶有粉塵、固體顆粒等，容易導致取壓管堵塞，造成測得的差壓值減小，最終無法測量。防堵技術是在一次測量管路中懸掛清灰棒，清灰棒在管內氣流的沖擊下作無規(guī)則擺動，起到自清灰作用。其次，設計時與垂直管段連接一根斜管，斜管與垂直管間有節(jié)流孔，引壓管從斜管中部引出，起二次沉灰作用[1]。

4 結語

風量控制系統(tǒng)作為燃燒過程控制中的重要環(huán)節(jié)，提升其控制性能是保障機組穩(wěn)定經濟運行的關鍵。針對某超臨界機組風量控制系統(tǒng)發(fā)散導致機組跳機事故，分析事故經過及根本原因，找到機組運行與維護過程中存在的問題，提出防范風量控制系統(tǒng)發(fā)散的措施及改造技術，為超臨界機組的穩(wěn)定運行提供參考。