引风机失速导致锅炉MFT的控制逻辑优化方法

张汉柱，贾继武，赵亮，江万泽，刘志超，张磊

(1.内蒙古京科发电有限公司，内蒙古 通辽 029400；2.华能嘉祥发电有限公司，山东 济宁 272400；3.华能莱芜发电有限公司，山东 莱芜 271100；4.黑龙江苑博信息技术有限公司，黑龙江 哈尔滨 150001)

0 引言

引风机是火力发电厂中的关键辅机，目前广泛采用效率高和能耗低的动叶可调式轴流风机，在实际运行中，不少电厂因引风机频频发生失速、抢风事故，往往运行人员发现及处理不及时，严重时将导致锅炉MFT甚至造成非计划停机，影响了机组的发电量和设备的安全运行[1-2]。当出现风机故障时，通常会立即出现报警，及时干预后一般可快速排除[3-4]；然而，当出现大故障时，尤其引风机失速，发生快、风机负荷波动大，极易引起炉膛负压暴增从而触发MFT。然而导致引风机失速的原因较多，尤其当机组随着负荷的不断增加，引风机炉膛的压力会增大，风道阻力特性曲线会沿水平方向不断上移。当引风机需维持炉膛内压力不变时，就要开大引风机动叶实现，因此会造成风机特性曲线呈不断上移的状态，此时引风机调整出现滞后现象会造成引风机失速问题产生[5]。同时，当对引风机选型不合理时也将引起引风机落入不稳定工作区，从而在运行中发生的引风机失速及喘振现象[6]，所以针对风机选型时应注意，对于增引合一的大型引风机而言，设计选型时要充分考虑各种异常工况，以风烟系统极端工况下的阻力为依据进行选型，从而降低出现风机失速、喘振等问题的概率[7-8]。现有针对引风机失速问题的分析及应对措施多是基于失速时风机运行状态进行，如通过对比风机性能及与系统匹配情况,来为分析问题及综合治理提供数据基础,从而找出引风机失速的原因,进而提出解决方法[9-10]。此外，随着现代大数据分析技术的快速发展，可按照实际风机系统构造建立了一套基于数值计算和实验测试方法的烟气循环烟道设计体系，深入研究风机正常及多种叶片异常偏离情况下风机的运行状态变化情况,由此获得两级动叶可调轴流风机的基本运行特性及叶片异常偏离故障的故障特征,从而为风机的优化改进、运行维护及故障分析提供理论指导[11-12]。上述技术的实施在很大程度上提高了引风机工作的稳定性，尤其降低了引风机出现失速的可能性；然而，引风机出现失速后，如何从逻辑改造方面进行优化的方向来避免锅炉MFT的研究，现有公开权威文献中未有详细介绍。

本文以机组多次发生的引风机失速事故为研究对象，针对如何降低因引风机失速而导致锅炉MFT的问题为出发点，通过对送风机、磨煤机控制逻辑进行重新设计，来避免出现引风机失速所引起的炉膛负压急剧增加的状况，进而降低出现MFT的概率。同时，为了验证该方法的有效性和可实施性，以实际多台亚临界300 MW级别机组进行测试。

1 机组概况

该机组为亚临界330 MW直接空冷机组，配备了北京巴布科克·威尔科克斯有限公司制造的自然循环、一次中间再热、烟气挡板调温、平衡通风、前后墙对冲燃烧方式、紧身封闭、固态排渣的全钢架悬吊结构汽包炉，引风机为上海鼓风机厂生产的SAF30.5-21.1-1型动叶可调轴流式引风机。机组自投产以来多次发生引风机失速事故，虽然过程中制定一些相关措施，有效避免了引风机失速事故发生，但随着设备运行工况变化等一些因素引风机失速并未得到全面遏制，其中仅2018年内便发生2起因引风机发生失速事件，并且全部导致锅炉MFT动作，严重威胁机组安全运行。

2 案例分析

2018年06月09日0时09分27秒，机组负荷299 MW，1 A引风机失速，电流由264 A突降至178 A，0时09分43秒，炉膛压力高2值1 750 Pa(开关量三取二)，锅炉MFT动作，期间炉膛压力最高1 706 Pa(模拟量)。如图1所示，在140 s处既是事故发生时的各参数曲线走势。

图1 2018年06月09日引风机失速动作曲线

2018年06月30日15时56分24秒，机组负荷301 MW，1 A引风机失速，电流由259 A突降至173 A，15时56分38秒，炉膛压力高2值1 750 Pa(开关量三取二)，锅炉MFT动作，期间炉膛压力最高1 722 Pa(模拟量)。图2中165 s处既是事故发生时的各参数曲线走势。

图2 2018年06月30日引风机失速动作曲线

通过上述两起引风机失速引发锅炉MFT异常事件可以看出，引风机失速后炉膛压力快速上升，15 s内便可达到炉膛压力高2值，如何快速有效降低炉膛压力上升幅度，成为避免锅炉MFT的关键因素，由于引风机失速，出力降低，减少进入炉膛的总风量是有效避免炉膛压力快速上升的有效手段。第一，可以减少一次风，通过停磨可以减少瞬间进入炉膛的风粉混合物，另外可以减弱燃烧，同样可以降低炉膛负压；第二，减少二次风量，可以通过关小送风机动叶方式，减少送入炉膛的二次风量。上述措施的实施可直接降低引风机失速给炉膛压力带来的直接影响，从而避免因压力高触发锅炉MFT。

3 控制逻辑优化

通过上述案例分析，从引风机失速到锅炉MFT只有15 s，对于运行人员来说，从发现再到做出反映及正确进行干预十分困难，因此可以考虑从控制逻辑角度实现引风机失速后进行自动操作，第一时间做出正确判断，并执行相关措施，这样可以有效避免因人为发现及操作不及时等现象，从而达到快速消除炉膛压力波动，避免锅炉MFT事件发生。

3.1 引风机失速判断逻辑

通过对以往失速参数进行分析，引风机失速后电流迅速下降，可以作为判断失速的有效依据，保守起见决定将引风机电流偏差40 A做为引风机失速条件之一。由此可见引风机电流可靠性尤为重要，为此对1 A1 B引风机电流各增加一个测点，两测点二取一，并对每个测点进行坏质量判断，测点异常时发出报警并自动切除该测点，可以有效地防止设备误动。

为防止风机刚启动电流偏差大造成设备误动，采取1 A1 B引风机运行5 min后逻辑起作用。一般引风机失速均在高负荷下，因此决定采用负荷大于260 MW做为判断引风机失速的另一个条件。

3.2 引风机失速保护动作

通过上述案例分析可知，快速抑制引风机失速后炉膛压力快速上升到高2值，可以采取引风机失速后跳掉一台磨煤机的方式，为了在事故状态下维持主蒸汽温度，所以选择引风机失速跳掉一台下层磨。通过该方式第一时间减少进入炉膛的风粉混合物，来抑制炉膛压力上升。采取1 A1 D磨煤机同时运行，优先跳闸1A磨煤机。

另外在跳掉一台磨煤机同时，为了进一步抑制炉膛压力上升，采取送风机动叶超驰关闭至16%(根据以往事故处理时的经验值)，维持1 min，以减少送风量，1 min后由运行人员根据实际情况进行调整。在事故状态下，为了更好的保障机组稳定运行，控制方式由协调方式切至机跟随方式运行，压力给定值13.5 MPa(延用RB机跟随方式压力给定)。

4 试验结果及分析

2019年07月13日13时16分53秒，图3中120 s，机组负荷293 MW，1 B引风机失速，电流由224 A突降至159 A，13时16分58秒，机组协调方式切至机跟随方式运行，1 A磨煤机联锁跳闸，1 A1 B送风机动叶自动关闭至16%，期间炉膛压力最高1 208 Pa(模拟量)。期间汽包水位、主蒸汽压力、主蒸汽温度等重要参数得到了很好的有效控制，有效避免了因引风机失速触发炉膛压力高锅炉MFT事故的发生。

图3 失速判断逻辑框图

图4 跳磨选择逻辑框图

表1 控制逻辑优化前后引风机失速参数对比

此外，另两个火电厂的4台实际亚临界300 MW级别机组的测试结果也基本类似，该逻辑改造方案易于实施且效果显著，具有很高的实际推广价值。

图5 2019年07月13日引风机失速动作曲线

5 结论

轴流式引风机失速是火力发电厂中常见异常现象，本文通过分析京科电厂引风机失速触发锅炉MFT因素，结合实际事故提出针对性的处理方法。

(1)提出引风机失速后炉膛负压快速上升是炉膛MFT的主要诱因；

(2)通过对磨煤机的控制逻辑优化，来减少因磨煤机三次风带来的扰动，从而降低炉膛灭火概率；

(3)送风机逻辑中加入动叶超驰关闭经验值(16%)，给运行人员提供干预时间；

(4)所提出的措施便于实施，可操作性强，且经过实际验证了其可靠性。

整个优化实现事故过程中自动处理，快速、准确地做出判断及操作，有效的避免了引风机失速后引发锅炉MFT事件发生，对提高机组安全稳定运行具有一定的参考价值。