超超臨界660 MW機(jī)組二次風(fēng)量異常下降分析與研究

張紅光，韓鐘鐘，潘友國(guó)，盛偉斌，鄭書明，周小航，沈霄華

(1.華能長(zhǎng)興電廠，浙江 長(zhǎng)興 313100；2.華能浙江分公司，浙江 杭州 310014)

在機(jī)組正常運(yùn)行期間，華能長(zhǎng)興電廠的總風(fēng)量為A,B側(cè)送風(fēng)機(jī)出口風(fēng)量與一次風(fēng)量之和，當(dāng)鍋爐總風(fēng)量<526 t/h，延時(shí)5 s，觸發(fā)鍋爐MFT風(fēng)量低保護(hù)。故風(fēng)量對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行有著重要影響[1-2]。在長(zhǎng)興電廠出現(xiàn)多次A側(cè)二次風(fēng)量測(cè)點(diǎn)1，2，3同時(shí)突降情況，嚴(yán)重時(shí)甚至突降至0，已經(jīng)對(duì)機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重影響。為保障機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析后解決該故障，并將相關(guān)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，可為同類型機(jī)組提供一定的借鑒意義。

1 設(shè)備簡(jiǎn)介

電廠鍋爐為超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行垂直管圈直流爐，由哈爾濱鍋爐制造有限公司設(shè)計(jì)制造，型號(hào)為HG-1968/29.3-YM5，采用Π型布置，單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)、低NOX主燃燒器、四角墻式切圓燃燒方式。

送風(fēng)機(jī)型式為動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)，每臺(tái)鍋爐配置2臺(tái)50%容量風(fēng)機(jī)，每臺(tái)機(jī)組的兩臺(tái)風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，動(dòng)葉調(diào)節(jié)方式，正常工況下調(diào)節(jié)葉片由最小開度到對(duì)應(yīng)滿負(fù)荷的最大開度動(dòng)作時(shí)間在25～40 s，非正常工況時(shí)的動(dòng)作時(shí)間不超過(guò)25 s。布置方式為水平對(duì)稱布置、垂直進(jìn)風(fēng)、水平出風(fēng)，兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的動(dòng)葉調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)分別布置在一臺(tái)風(fēng)機(jī)的右側(cè)，另一臺(tái)風(fēng)機(jī)的左側(cè)。送風(fēng)機(jī)在BMCR工況及設(shè)計(jì)煤種的性能參數(shù)[1-2]，如表1所示。

表1 送風(fēng)機(jī)主要性能參數(shù)

2 事件經(jīng)過(guò)

2020年11月3日23:30至11月4日0:00及11月4日9:30～10:00，2號(hào)機(jī)組在減負(fù)荷至270～280 MW并維持該負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，發(fā)生5次A側(cè)DCS顯示二次風(fēng)量突降情況，嚴(yán)重時(shí)A側(cè)二次風(fēng)量突降至0。

查閱歷史參數(shù)，2020年11月3日風(fēng)量發(fā)生突降時(shí)，送風(fēng)機(jī)A和B出口壓力分別為0.23，0.68 kPa，A和B側(cè)空預(yù)器出口二次風(fēng)壓分別為0.16，0.08 kPa，A和B側(cè)風(fēng)箱與爐膛差壓分別為0.08，0.27 kPa，在約40 s內(nèi)A側(cè)DCS顯示二次風(fēng)量由340 t/h突降至0 t/h，B側(cè)二次風(fēng)量穩(wěn)定。2020年11月4日發(fā)生風(fēng)量突降時(shí)，送風(fēng)機(jī)A和B出口壓力分別為0.46，0.49 kPa，A和B側(cè)空預(yù)器出口二次風(fēng)壓分別為-0.056，0.230 kPa，A和B側(cè)風(fēng)箱與爐膛差壓分別為0.17，0.34 kPa，在約50 s內(nèi)A側(cè)顯示二次風(fēng)量由300 t/h突降至30 t/h，B側(cè)二次風(fēng)量穩(wěn)定。這些壓力數(shù)據(jù)由于DCS死區(qū)設(shè)置過(guò)大的關(guān)系，變化過(guò)程呈階躍狀跳變，并為直線，給數(shù)據(jù)分析帶來(lái)一定困難。

3 原因分析

空預(yù)器出口二次風(fēng)量突降時(shí)，送風(fēng)機(jī)振動(dòng)情況，如表2所示。空預(yù)器出口二次風(fēng)量突降時(shí)，送風(fēng)機(jī)電流，動(dòng)葉開度變化情況如圖1所示。送風(fēng)機(jī)電流的動(dòng)葉開度參數(shù)對(duì)比如圖2所示。空預(yù)器出口二次風(fēng)量突降時(shí)，爐膛負(fù)壓的參數(shù)變化情況如圖3所示。

表2 送風(fēng)機(jī)振動(dòng)情況

圖1 空預(yù)器出口二次風(fēng)量突降時(shí)送風(fēng)機(jī)電流，動(dòng)葉開度變化情況

圖2 送風(fēng)機(jī)電流的動(dòng)葉開度參數(shù)對(duì)比

圖3 爐膛壓力的參數(shù)變化

通過(guò)分析得到：①送風(fēng)機(jī)振動(dòng)在風(fēng)量突降，回升過(guò)程中無(wú)明顯變化；②送風(fēng)機(jī)電流在風(fēng)量突降的情況下，能夠自動(dòng)根據(jù)風(fēng)量偏差增加送風(fēng)機(jī)出力，電流無(wú)晃動(dòng)、突升突降的情況；③送風(fēng)機(jī)的動(dòng)葉開度在緩慢開大，爐膛負(fù)壓緩慢上升說(shuō)明爐膛實(shí)際進(jìn)風(fēng)量是在增加的；④送風(fēng)機(jī)出口壓力跟隨負(fù)荷變化而變化，在送風(fēng)機(jī)風(fēng)量突降時(shí)，無(wú)明顯擺動(dòng)。綜合得到，判斷送風(fēng)機(jī)運(yùn)行是正常的，并沒(méi)有發(fā)生失速、喘振、搶風(fēng)、出力下降的情況。

空預(yù)器出口二次風(fēng)量取樣管堵塞。通知檢修，對(duì)空預(yù)器出口二次風(fēng)量測(cè)點(diǎn)進(jìn)行吹掃，吹掃過(guò)程中強(qiáng)制風(fēng)量不變。根據(jù)吹掃前后的風(fēng)量變化進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)吹掃之后的風(fēng)量波動(dòng)幅度有一定的變小，即A空預(yù)器出口二次風(fēng)量存在一定的堵灰現(xiàn)象，如圖4所示。雖然風(fēng)量波動(dòng)穩(wěn)定了，波動(dòng)的幅度有所好轉(zhuǎn)，但針對(duì)測(cè)點(diǎn)1，2，3風(fēng)量同時(shí)突降的情況仍需要繼續(xù)研究分析。

圖4 吹掃前后，風(fēng)量參數(shù)

空預(yù)器出口差壓值變小。2號(hào)爐二次風(fēng)量測(cè)量為差壓式測(cè)量原理，兩個(gè)測(cè)量元件分別安裝于兩側(cè)熱二次風(fēng)道內(nèi)。熱二次風(fēng)流經(jīng)測(cè)量元件，測(cè)量元件測(cè)出差壓值，再經(jīng)DCS公式計(jì)算后得出二次風(fēng)量值并在DCS畫面中顯示。差壓式測(cè)量元件測(cè)量二次風(fēng)量普遍存在的一個(gè)問(wèn)題是：當(dāng)風(fēng)量較小時(shí)，因二次風(fēng)道截面積很大，風(fēng)道內(nèi)流速較低，導(dǎo)致測(cè)出的差壓值過(guò)小。在低流量情況下，差壓值更易受到氣流流場(chǎng)、氣流脈動(dòng)、粉塵顆粒及其他因素的干擾產(chǎn)生較大波動(dòng)。差壓值的小幅波動(dòng)即會(huì)引起風(fēng)量的較大幅度波動(dòng)，在某些情況下，測(cè)得的差壓值甚至?xí)霈F(xiàn)負(fù)值，從而引起風(fēng)量直接顯示為0。壓差值參數(shù)變化如表3所示。

表3 壓差值參數(shù)變化 kPa

由于壓力下降幅度不大，作為非要因素排除，但通過(guò)查閱發(fā)現(xiàn)兩臺(tái)送風(fēng)機(jī)隨著負(fù)荷下降，出口壓力從0.9 kPa突降至0.363 kPa，變化幅度較大。由表2表明：當(dāng)空預(yù)器出口壓力大于0.5 kPa時(shí)，二次風(fēng)量比較穩(wěn)定，波動(dòng)幅度小；當(dāng)空預(yù)器出口風(fēng)壓明顯變小時(shí)，其二次風(fēng)量容易產(chǎn)生突降。

2號(hào)爐這幾次A側(cè)二次風(fēng)量突降均發(fā)生在機(jī)組減負(fù)荷至270～280 MW并維持在該負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，單側(cè)二次風(fēng)量減負(fù)荷過(guò)調(diào)最低至300 t/h左右，隨即A側(cè)二次風(fēng)量即開始波動(dòng)、突降，而B側(cè)二次風(fēng)量最后維持在360 t/h左右。根據(jù)熱二次風(fēng)溫度及熱二次風(fēng)道的截面積理論計(jì)算，單側(cè)二次風(fēng)量從300～360 t/h，風(fēng)量測(cè)量元件流量系數(shù)取1時(shí)，測(cè)量差壓值為15～21 Pa，差壓每變化1 Pa風(fēng)量變化10 t/h；若流量系數(shù)取0.8，測(cè)量差壓值為22～33 Pa，差壓每變化1.7 Pa風(fēng)量變化10 t/h。實(shí)際二次風(fēng)量測(cè)量元件的差壓值與二次風(fēng)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系應(yīng)根據(jù)DCS內(nèi)二次風(fēng)量計(jì)算公式進(jìn)行反算，風(fēng)量越小，差壓值越小。機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)單側(cè)二次風(fēng)量小，風(fēng)量測(cè)量元件測(cè)出的差壓值小，在受到氣流脈動(dòng)、粉塵顆粒、流場(chǎng)不穩(wěn)以及如爐膛壓力波動(dòng)等擾動(dòng)影響時(shí)，差壓值很容易產(chǎn)生較大的波動(dòng)，引起DCS顯示的二次風(fēng)量大幅波動(dòng)，甚至顯示至0。

檢查DCS內(nèi)部二次風(fēng)量計(jì)算公式，發(fā)現(xiàn)2號(hào)爐A側(cè)和B側(cè)二次風(fēng)量計(jì)算存在不同。DCS內(nèi)部A側(cè)和B側(cè)二次風(fēng)量計(jì)算模塊在流量測(cè)量元件輸出小差壓值時(shí)，其處理方式分別是：A側(cè)X1為10，Y1為0，B側(cè)X1為5，Y1為0，X1為元件測(cè)量的差壓值，Y1為輸出值(非最終風(fēng)量值)，即當(dāng)A側(cè)風(fēng)量測(cè)量元件輸出差壓值≤10 Pa時(shí)，運(yùn)算模塊即輸出為0，而當(dāng)B側(cè)測(cè)量元件輸出差壓值≤5 Pa時(shí)，運(yùn)算模塊輸出為0。從計(jì)算的測(cè)量元件差壓值來(lái)看，低風(fēng)量時(shí)A側(cè)二次風(fēng)量測(cè)量元件的差壓值受擾動(dòng)時(shí)完全有可能波動(dòng)至10 Pa以下，從而導(dǎo)致A側(cè)二次風(fēng)量直接顯示為0。因DCS內(nèi)部二次風(fēng)量計(jì)算公式設(shè)置的不同，加之A側(cè)和B側(cè)二次風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行中存在的差異，B側(cè)二次風(fēng)量突降直至為0的概率小于A側(cè)。

經(jīng)了解，2號(hào)爐燃燒器以及二次風(fēng)小風(fēng)門等不嚴(yán)密，漏風(fēng)嚴(yán)重，導(dǎo)致2號(hào)爐二次風(fēng)箱壓力過(guò)低。從現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)看，滿負(fù)荷時(shí)僅為0.2～0.3 kPa，機(jī)組負(fù)荷為280 MW時(shí)，兩側(cè)風(fēng)箱壓力更低，其中A側(cè)更甚，風(fēng)箱與爐膛差壓甚至出現(xiàn)負(fù)值，B側(cè)風(fēng)箱壓力相對(duì)較高。查歷史數(shù)據(jù)得到，280 MW時(shí)B側(cè)風(fēng)箱與爐膛差壓約為0.3 kPa。過(guò)低的風(fēng)箱壓力導(dǎo)致二次風(fēng)抗干擾能力弱，故而當(dāng)爐膛壓力出現(xiàn)波動(dòng)等擾動(dòng)時(shí)，B側(cè)因風(fēng)箱壓力較高抗擾動(dòng)能力較強(qiáng)而能保持二次風(fēng)量穩(wěn)定，A側(cè)二次風(fēng)量即出現(xiàn)隨爐膛壓力波動(dòng)而反向波動(dòng)。因A側(cè)二次風(fēng)箱壓力過(guò)低，即使?fàn)t膛壓力發(fā)生正向較小的波動(dòng)，也可能瞬間阻滯二次風(fēng)氣流，風(fēng)量測(cè)量元件輸出差壓值瞬間突降，顯示風(fēng)量突降。

4 預(yù)防二次風(fēng)量突降的措施

(1)做好風(fēng)量測(cè)量元件的維護(hù)工作，定期進(jìn)行吹堵工作，擇機(jī)徹底檢查測(cè)量元件的取壓孔、取壓管、取壓母管等是否積灰堵塞，及時(shí)疏通。追蹤、考察先進(jìn)的風(fēng)量測(cè)量裝置，有條件進(jìn)行更換。

(2)機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)盡量保持送風(fēng)機(jī)較大的動(dòng)葉開度，如動(dòng)葉開度不小于30%，提高送風(fēng)量，盡可能提高兩側(cè)風(fēng)箱壓力至0.30～0.35 kPa。在條件許可情況下，應(yīng)考慮對(duì)燃燒器進(jìn)行改造，封堵不必要的漏風(fēng)點(diǎn)，以提高二次風(fēng)箱壓力，提高二次風(fēng)的抗干擾能力。

(3)檢查DCS二次風(fēng)量計(jì)算公式是否正確，梳理并統(tǒng)一DCS的二次風(fēng)量計(jì)算公式，參考B側(cè)二次風(fēng)量計(jì)算公式，即X1為5，Y1為0。

(4)DCS風(fēng)壓測(cè)點(diǎn)死區(qū)重新設(shè)置。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)2號(hào)爐A側(cè)二次風(fēng)量異常突降非真實(shí)地送入爐內(nèi)的二次風(fēng)量突然減小，是機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)單側(cè)二次風(fēng)量較低、二次風(fēng)量測(cè)量元件輸出差壓較小所致。

(2)2號(hào)爐A側(cè)二次風(fēng)箱壓力過(guò)低，在較小擾動(dòng)下，風(fēng)量測(cè)量元件測(cè)量的差壓值發(fā)生相對(duì)大幅的波動(dòng)。

(3)差壓值至DCS風(fēng)量計(jì)算的差壓值下限，引起A側(cè)DCS顯示的二次風(fēng)量突降，這也是差壓式風(fēng)量測(cè)量元件的特性所致。