引風機失速導(dǎo)致鍋爐MFT的控制邏輯優(yōu)化方法

張漢柱，賈繼武，趙亮，江萬澤，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

引風機是火力發(fā)電廠中的關(guān)鍵輔機，目前廣泛采用效率高和能耗低的動葉可調(diào)式軸流風機，在實際運行中，不少電廠因引風機頻頻發(fā)生失速、搶風事故，往往運行人員發(fā)現(xiàn)及處理不及時，嚴重時將導(dǎo)致鍋爐MFT甚至造成非計劃停機，影響了機組的發(fā)電量和設(shè)備的安全運行[1-2]。當出現(xiàn)風機故障時，通常會立即出現(xiàn)報警，及時干預(yù)后一般可快速排除[3-4]；然而，當出現(xiàn)大故障時，尤其引風機失速，發(fā)生快、風機負荷波動大，極易引起爐膛負壓暴增從而觸發(fā)MFT。然而導(dǎo)致引風機失速的原因較多，尤其當機組隨著負荷的不斷增加，引風機爐膛的壓力會增大，風道阻力特性曲線會沿水平方向不斷上移。當引風機需維持爐膛內(nèi)壓力不變時，就要開大引風機動葉實現(xiàn)，因此會造成風機特性曲線呈不斷上移的狀態(tài)，此時引風機調(diào)整出現(xiàn)滯后現(xiàn)象會造成引風機失速問題產(chǎn)生[5]。同時，當對引風機選型不合理時也將引起引風機落入不穩(wěn)定工作區(qū)，從而在運行中發(fā)生的引風機失速及喘振現(xiàn)象[6]，所以針對風機選型時應(yīng)注意，對于增引合一的大型引風機而言，設(shè)計選型時要充分考慮各種異常工況，以風煙系統(tǒng)極端工況下的阻力為依據(jù)進行選型，從而降低出現(xiàn)風機失速、喘振等問題的概率[7-8]?，F(xiàn)有針對引風機失速問題的分析及應(yīng)對措施多是基于失速時風機運行狀態(tài)進行，如通過對比風機性能及與系統(tǒng)匹配情況,來為分析問題及綜合治理提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ),從而找出引風機失速的原因,進而提出解決方法[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，可按照實際風機系統(tǒng)構(gòu)造建立了一套基于數(shù)值計算和實驗測試方法的煙氣循環(huán)煙道設(shè)計體系，深入研究風機正常及多種葉片異常偏離情況下風機的運行狀態(tài)變化情況,由此獲得兩級動葉可調(diào)軸流風機的基本運行特性及葉片異常偏離故障的故障特征,從而為風機的優(yōu)化改進、運行維護及故障分析提供理論指導(dǎo)[11-12]。上述技術(shù)的實施在很大程度上提高了引風機工作的穩(wěn)定性，尤其降低了引風機出現(xiàn)失速的可能性；然而，引風機出現(xiàn)失速后，如何從邏輯改造方面進行優(yōu)化的方向來避免鍋爐MFT的研究，現(xiàn)有公開權(quán)威文獻中未有詳細介紹。

本文以機組多次發(fā)生的引風機失速事故為研究對象，針對如何降低因引風機失速而導(dǎo)致鍋爐MFT的問題為出發(fā)點，通過對送風機、磨煤機控制邏輯進行重新設(shè)計，來避免出現(xiàn)引風機失速所引起的爐膛負壓急劇增加的狀況，進而降低出現(xiàn)MFT的概率。同時，為了驗證該方法的有效性和可實施性，以實際多臺亞臨界300 MW級別機組進行測試。

1 機組概況

該機組為亞臨界330 MW直接空冷機組，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、前后墻對沖燃燒方式、緊身封閉、固態(tài)排渣的全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)汽包爐，引風機為上海鼓風機廠生產(chǎn)的SAF30.5-21.1-1型動葉可調(diào)軸流式引風機。機組自投產(chǎn)以來多次發(fā)生引風機失速事故，雖然過程中制定一些相關(guān)措施，有效避免了引風機失速事故發(fā)生，但隨著設(shè)備運行工況變化等一些因素引風機失速并未得到全面遏制，其中僅2018年內(nèi)便發(fā)生2起因引風機發(fā)生失速事件，并且全部導(dǎo)致鍋爐MFT動作，嚴重威脅機組安全運行。

2 案例分析

2018年06月09日0時09分27秒，機組負荷299 MW，1 A引風機失速，電流由264 A突降至178 A，0時09分43秒，爐膛壓力高2值1 750 Pa(開關(guān)量三取二)，鍋爐MFT動作，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)生時的各參數(shù)曲線走勢。

圖1 2018年06月09日引風機失速動作曲線

2018年06月30日15時56分24秒，機組負荷301 MW，1 A引風機失速，電流由259 A突降至173 A，15時56分38秒，爐膛壓力高2值1 750 Pa(開關(guān)量三取二)，鍋爐MFT動作，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)生時的各參數(shù)曲線走勢。

圖2 2018年06月30日引風機失速動作曲線

通過上述兩起引風機失速引發(fā)鍋爐MFT異常事件可以看出，引風機失速后爐膛壓力快速上升，15 s內(nèi)便可達到爐膛壓力高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，由于引風機失速，出力降低，減少進入爐膛的總風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，通過停磨可以減少瞬間進入爐膛的風粉混合物，另外可以減弱燃燒，同樣可以降低爐膛負壓；第二，減少二次風量，可以通過關(guān)小送風機動葉方式，減少送入爐膛的二次風量。上述措施的實施可直接降低引風機失速給爐膛壓力帶來的直接影響，從而避免因壓力高觸發(fā)鍋爐MFT。

3 控制邏輯優(yōu)化

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

3.1 引風機失速判斷邏輯

通過對以往失速參數(shù)進行分析，引風機失速后電流迅速下降，可以作為判斷失速的有效依據(jù)，保守起見決定將引風機電流偏差40 A做為引風機失速條件之一。由此可見引風機電流可靠性尤為重要，為此對1 A1 B引風機電流各增加一個測點，兩測點二取一，并對每個測點進行壞質(zhì)量判斷，測點異常時發(fā)出報警并自動切除該測點，可以有效地防止設(shè)備誤動。

為防止風機剛啟動電流偏差大造成設(shè)備誤動，采取1 A1 B引風機運行5 min后邏輯起作用。一般引風機失速均在高負荷下，因此決定采用負荷大于260 MW做為判斷引風機失速的另一個條件。

3.2 引風機失速保護動作

通過上述案例分析可知，快速抑制引風機失速后爐膛壓力快速上升到高2值，可以采取引風機失速后跳掉一臺磨煤機的方式，為了在事故狀態(tài)下維持主蒸汽溫度，所以選擇引風機失速跳掉一臺下層磨。通過該方式第一時間減少進入爐膛的風粉混合物，來抑制爐膛壓力上升。采取1 A1 D磨煤機同時運行，優(yōu)先跳閘1A磨煤機。

另外在跳掉一臺磨煤機同時，為了進一步抑制爐膛壓力上升，采取送風機動葉超馳關(guān)閉至16%(根據(jù)以往事故處理時的經(jīng)驗值)，維持1 min，以減少送風量，1 min后由運行人員根據(jù)實際情況進行調(diào)整。在事故狀態(tài)下，為了更好的保障機組穩(wěn)定運行，控制方式由協(xié)調(diào)方式切至機跟隨方式運行，壓力給定值13.5 MPa(延用RB機跟隨方式壓力給定)。

4 試驗結(jié)果及分析

2019年07月13日13時16分53秒，圖3中120 s，機組負荷293 MW，1 B引風機失速，電流由224 A突降至159 A，13時16分58秒，機組協(xié)調(diào)方式切至機跟隨方式運行，1 A磨煤機聯(lián)鎖跳閘，1 A1 B送風機動葉自動關(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，有效避免了因引風機失速觸發(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)化前后引風機失速參數(shù)對比

此外，另兩個火電廠的4臺實際亞臨界300 MW級別機組的測試結(jié)果也基本類似，該邏輯改造方案易于實施且效果顯著，具有很高的實際推廣價值。

圖5 2019年07月13日引風機失速動作曲線

5 結(jié)論

軸流式引風機失速是火力發(fā)電廠中常見異?，F(xiàn)象，本文通過分析京科電廠引風機失速觸發(fā)鍋爐MFT因素，結(jié)合實際事故提出針對性的處理方法。

(1)提出引風機失速后爐膛負壓快速上升是爐膛MFT的主要誘因；

(2)通過對磨煤機的控制邏輯優(yōu)化，來減少因磨煤機三次風帶來的擾動，從而降低爐膛滅火概率；

(3)送風機邏輯中加入動葉超馳關(guān)閉經(jīng)驗值(16%)，給運行人員提供干預(yù)時間；

(4)所提出的措施便于實施，可操作性強，且經(jīng)過實際驗證了其可靠性。

整個優(yōu)化實現(xiàn)事故過程中自動處理，快速、準確地做出判斷及操作，有效的避免了引風機失速后引發(fā)鍋爐MFT事件發(fā)生，對提高機組安全穩(wěn)定運行具有一定的參考價值。