張漢柱，賈繼武，趙亮，江萬(wàn)澤，劉志超，張磊

(1.內(nèi)蒙古京科發(fā)電有限公司，內(nèi)蒙古 通遼 029400；2.華能嘉祥發(fā)電有限公司，山東 濟(jì)寧 272400；3.華能萊蕪發(fā)電有限公司，山東 萊蕪 271100；4.黑龍江苑博信息技術(shù)有限公司，黑龍江 哈爾濱 150001)

0 引言

引風(fēng)機(jī)是火力發(fā)電廠中的關(guān)鍵輔機(jī)，目前廣泛采用效率高和能耗低的動(dòng)葉可調(diào)式軸流風(fēng)機(jī)，在實(shí)際運(yùn)行中，不少電廠因引風(fēng)機(jī)頻頻發(fā)生失速、搶風(fēng)事故，往往運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)及處理不及時(shí)，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致鍋爐MFT甚至造成非計(jì)劃停機(jī)，影響了機(jī)組的發(fā)電量和設(shè)備的安全運(yùn)行[1-2]。當(dāng)出現(xiàn)風(fēng)機(jī)故障時(shí)，通常會(huì)立即出現(xiàn)報(bào)警，及時(shí)干預(yù)后一般可快速排除[3-4]；然而，當(dāng)出現(xiàn)大故障時(shí)，尤其引風(fēng)機(jī)失速，發(fā)生快、風(fēng)機(jī)負(fù)荷波動(dòng)大，極易引起爐膛負(fù)壓暴增從而觸發(fā)MFT。然而導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)失速的原因較多，尤其當(dāng)機(jī)組隨著負(fù)荷的不斷增加，引風(fēng)機(jī)爐膛的壓力會(huì)增大，風(fēng)道阻力特性曲線會(huì)沿水平方向不斷上移。當(dāng)引風(fēng)機(jī)需維持爐膛內(nèi)壓力不變時(shí)，就要開(kāi)大引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉實(shí)現(xiàn)，因此會(huì)造成風(fēng)機(jī)特性曲線呈不斷上移的狀態(tài)，此時(shí)引風(fēng)機(jī)調(diào)整出現(xiàn)滯后現(xiàn)象會(huì)造成引風(fēng)機(jī)失速問(wèn)題產(chǎn)生[5]。同時(shí)，當(dāng)對(duì)引風(fēng)機(jī)選型不合理時(shí)也將引起引風(fēng)機(jī)落入不穩(wěn)定工作區(qū)，從而在運(yùn)行中發(fā)生的引風(fēng)機(jī)失速及喘振現(xiàn)象[6]，所以針對(duì)風(fēng)機(jī)選型時(shí)應(yīng)注意，對(duì)于增引合一的大型引風(fēng)機(jī)而言，設(shè)計(jì)選型時(shí)要充分考慮各種異常工況，以風(fēng)煙系統(tǒng)極端工況下的阻力為依據(jù)進(jìn)行選型，從而降低出現(xiàn)風(fēng)機(jī)失速、喘振等問(wèn)題的概率[7-8]?，F(xiàn)有針對(duì)引風(fēng)機(jī)失速問(wèn)題的分析及應(yīng)對(duì)措施多是基于失速時(shí)風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行，如通過(guò)對(duì)比風(fēng)機(jī)性能及與系統(tǒng)匹配情況,來(lái)為分析問(wèn)題及綜合治理提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ),從而找出引風(fēng)機(jī)失速的原因,進(jìn)而提出解決方法[9-10]。此外，隨著現(xiàn)代大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的快速發(fā)展，可按照實(shí)際風(fēng)機(jī)系統(tǒng)構(gòu)造建立了一套基于數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法的煙氣循環(huán)煙道設(shè)計(jì)體系，深入研究風(fēng)機(jī)正常及多種葉片異常偏離情況下風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)變化情況,由此獲得兩級(jí)動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)的基本運(yùn)行特性及葉片異常偏離故障的故障特征,從而為風(fēng)機(jī)的優(yōu)化改進(jìn)、運(yùn)行維護(hù)及故障分析提供理論指導(dǎo)[11-12]。上述技術(shù)的實(shí)施在很大程度上提高了引風(fēng)機(jī)工作的穩(wěn)定性，尤其降低了引風(fēng)機(jī)出現(xiàn)失速的可能性；然而，引風(fēng)機(jī)出現(xiàn)失速后，如何從邏輯改造方面進(jìn)行優(yōu)化的方向來(lái)避免鍋爐MFT的研究，現(xiàn)有公開(kāi)權(quán)威文獻(xiàn)中未有詳細(xì)介紹。

本文以機(jī)組多次發(fā)生的引風(fēng)機(jī)失速事故為研究對(duì)象，針對(duì)如何降低因引風(fēng)機(jī)失速而導(dǎo)致鍋爐MFT的問(wèn)題為出發(fā)點(diǎn)，通過(guò)對(duì)送風(fēng)機(jī)、磨煤機(jī)控制邏輯進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，來(lái)避免出現(xiàn)引風(fēng)機(jī)失速所引起的爐膛負(fù)壓急劇增加的狀況，進(jìn)而降低出現(xiàn)MFT的概率。同時(shí)，為了驗(yàn)證該方法的有效性和可實(shí)施性，以實(shí)際多臺(tái)亞臨界300 MW級(jí)別機(jī)組進(jìn)行測(cè)試。

1 機(jī)組概況

該機(jī)組為亞臨界330 MW直接空冷機(jī)組，配備了北京巴布科克·威爾科克斯有限公司制造的自然循環(huán)、一次中間再熱、煙氣擋板調(diào)溫、平衡通風(fēng)、前后墻對(duì)沖燃燒方式、緊身封閉、固態(tài)排渣的全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)汽包爐，引風(fēng)機(jī)為上海鼓風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)的SAF30.5-21.1-1型動(dòng)葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)。機(jī)組自投產(chǎn)以來(lái)多次發(fā)生引風(fēng)機(jī)失速事故，雖然過(guò)程中制定一些相關(guān)措施，有效避免了引風(fēng)機(jī)失速事故發(fā)生，但隨著設(shè)備運(yùn)行工況變化等一些因素引風(fēng)機(jī)失速并未得到全面遏制，其中僅2018年內(nèi)便發(fā)生2起因引風(fēng)機(jī)發(fā)生失速事件，并且全部導(dǎo)致鍋爐MFT動(dòng)作，嚴(yán)重威脅機(jī)組安全運(yùn)行。

2 案例分析

2018年06月09日0時(shí)09分27秒，機(jī)組負(fù)荷299 MW，1 A引風(fēng)機(jī)失速，電流由264 A突降至178 A，0時(shí)09分43秒，爐膛壓力高2值1 750 Pa(開(kāi)關(guān)量三取二)，鍋爐MFT動(dòng)作，期間爐膛壓力最高1 706 Pa(模擬量)。如圖1所示，在140 s處既是事故發(fā)生時(shí)的各參數(shù)曲線走勢(shì)。

圖1 2018年06月09日引風(fēng)機(jī)失速動(dòng)作曲線

2018年06月30日15時(shí)56分24秒，機(jī)組負(fù)荷301 MW，1 A引風(fēng)機(jī)失速，電流由259 A突降至173 A，15時(shí)56分38秒，爐膛壓力高2值1 750 Pa(開(kāi)關(guān)量三取二)，鍋爐MFT動(dòng)作，期間爐膛壓力最高1 722 Pa(模擬量)。圖2中165 s處既是事故發(fā)生時(shí)的各參數(shù)曲線走勢(shì)。

圖2 2018年06月30日引風(fēng)機(jī)失速動(dòng)作曲線

通過(guò)上述兩起引風(fēng)機(jī)失速引發(fā)鍋爐MFT異常事件可以看出，引風(fēng)機(jī)失速后爐膛壓力快速上升，15 s內(nèi)便可達(dá)到爐膛壓力高2值，如何快速有效降低爐膛壓力上升幅度，成為避免鍋爐MFT的關(guān)鍵因素，由于引風(fēng)機(jī)失速，出力降低，減少進(jìn)入爐膛的總風(fēng)量是有效避免爐膛壓力快速上升的有效手段。第一，可以減少一次風(fēng)，通過(guò)停磨可以減少瞬間進(jìn)入爐膛的風(fēng)粉混合物，另外可以減弱燃燒，同樣可以降低爐膛負(fù)壓；第二，減少二次風(fēng)量，可以通過(guò)關(guān)小送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉方式，減少送入爐膛的二次風(fēng)量。上述措施的實(shí)施可直接降低引風(fēng)機(jī)失速給爐膛壓力帶來(lái)的直接影響，從而避免因壓力高觸發(fā)鍋爐MFT。

3 控制邏輯優(yōu)化

通過(guò)上述案例分析，從引風(fēng)機(jī)失速到鍋爐MFT只有15 s，對(duì)于運(yùn)行人員來(lái)說(shuō)，從發(fā)現(xiàn)再到做出反映及正確進(jìn)行干預(yù)十分困難，因此可以考慮從控制邏輯角度實(shí)現(xiàn)引風(fēng)機(jī)失速后進(jìn)行自動(dòng)操作，第一時(shí)間做出正確判斷，并執(zhí)行相關(guān)措施，這樣可以有效避免因人為發(fā)現(xiàn)及操作不及時(shí)等現(xiàn)象，從而達(dá)到快速消除爐膛壓力波動(dòng)，避免鍋爐MFT事件發(fā)生。

3.1 引風(fēng)機(jī)失速判斷邏輯

通過(guò)對(duì)以往失速參數(shù)進(jìn)行分析，引風(fēng)機(jī)失速后電流迅速下降，可以作為判斷失速的有效依據(jù)，保守起見(jiàn)決定將引風(fēng)機(jī)電流偏差40 A做為引風(fēng)機(jī)失速條件之一。由此可見(jiàn)引風(fēng)機(jī)電流可靠性尤為重要，為此對(duì)1 A1 B引風(fēng)機(jī)電流各增加一個(gè)測(cè)點(diǎn)，兩測(cè)點(diǎn)二取一，并對(duì)每個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行壞質(zhì)量判斷，測(cè)點(diǎn)異常時(shí)發(fā)出報(bào)警并自動(dòng)切除該測(cè)點(diǎn)，可以有效地防止設(shè)備誤動(dòng)。

為防止風(fēng)機(jī)剛啟動(dòng)電流偏差大造成設(shè)備誤動(dòng)，采取1 A1 B引風(fēng)機(jī)運(yùn)行5 min后邏輯起作用。一般引風(fēng)機(jī)失速均在高負(fù)荷下，因此決定采用負(fù)荷大于260 MW做為判斷引風(fēng)機(jī)失速的另一個(gè)條件。

3.2 引風(fēng)機(jī)失速保護(hù)動(dòng)作

通過(guò)上述案例分析可知，快速抑制引風(fēng)機(jī)失速后爐膛壓力快速上升到高2值，可以采取引風(fēng)機(jī)失速后跳掉一臺(tái)磨煤機(jī)的方式，為了在事故狀態(tài)下維持主蒸汽溫度，所以選擇引風(fēng)機(jī)失速跳掉一臺(tái)下層磨。通過(guò)該方式第一時(shí)間減少進(jìn)入爐膛的風(fēng)粉混合物，來(lái)抑制爐膛壓力上升。采取1 A1 D磨煤機(jī)同時(shí)運(yùn)行，優(yōu)先跳閘1A磨煤機(jī)。

另外在跳掉一臺(tái)磨煤機(jī)同時(shí)，為了進(jìn)一步抑制爐膛壓力上升，采取送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉超馳關(guān)閉至16%(根據(jù)以往事故處理時(shí)的經(jīng)驗(yàn)值)，維持1 min，以減少送風(fēng)量，1 min后由運(yùn)行人員根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。在事故狀態(tài)下，為了更好的保障機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，控制方式由協(xié)調(diào)方式切至機(jī)跟隨方式運(yùn)行，壓力給定值13.5 MPa(延用RB機(jī)跟隨方式壓力給定)。

4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2019年07月13日13時(shí)16分53秒，圖3中120 s，機(jī)組負(fù)荷293 MW，1 B引風(fēng)機(jī)失速，電流由224 A突降至159 A，13時(shí)16分58秒，機(jī)組協(xié)調(diào)方式切至機(jī)跟隨方式運(yùn)行，1 A磨煤機(jī)聯(lián)鎖跳閘，1 A1 B送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉自動(dòng)關(guān)閉至16%，期間爐膛壓力最高1 208 Pa(模擬量)。期間汽包水位、主蒸汽壓力、主蒸汽溫度等重要參數(shù)得到了很好的有效控制，有效避免了因引風(fēng)機(jī)失速觸發(fā)爐膛壓力高鍋爐MFT事故的發(fā)生。

圖3 失速判斷邏輯框圖

圖4 跳磨選擇邏輯框圖

表1 控制邏輯優(yōu)化前后引風(fēng)機(jī)失速參數(shù)對(duì)比

此外，另兩個(gè)火電廠的4臺(tái)實(shí)際亞臨界300 MW級(jí)別機(jī)組的測(cè)試結(jié)果也基本類(lèi)似，該邏輯改造方案易于實(shí)施且效果顯著，具有很高的實(shí)際推廣價(jià)值。

圖5 2019年07月13日引風(fēng)機(jī)失速動(dòng)作曲線

5 結(jié)論

軸流式引風(fēng)機(jī)失速是火力發(fā)電廠中常見(jiàn)異?，F(xiàn)象，本文通過(guò)分析京科電廠引風(fēng)機(jī)失速觸發(fā)鍋爐MFT因素，結(jié)合實(shí)際事故提出針對(duì)性的處理方法。

(1)提出引風(fēng)機(jī)失速后爐膛負(fù)壓快速上升是爐膛MFT的主要誘因；

(2)通過(guò)對(duì)磨煤機(jī)的控制邏輯優(yōu)化，來(lái)減少因磨煤機(jī)三次風(fēng)帶來(lái)的擾動(dòng)，從而降低爐膛滅火概率；

(3)送風(fēng)機(jī)邏輯中加入動(dòng)葉超馳關(guān)閉經(jīng)驗(yàn)值(16%)，給運(yùn)行人員提供干預(yù)時(shí)間；

(4)所提出的措施便于實(shí)施，可操作性強(qiáng)，且經(jīng)過(guò)實(shí)際驗(yàn)證了其可靠性。

整個(gè)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)事故過(guò)程中自動(dòng)處理，快速、準(zhǔn)確地做出判斷及操作，有效的避免了引風(fēng)機(jī)失速后引發(fā)鍋爐MFT事件發(fā)生，對(duì)提高機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行具有一定的參考價(jià)值。