600 MW超臨界機組鍋爐一次風機失速原因分析及對策

潘國清，蔡潔聰，應明良，張 明，熊建國

（國網浙江省電力公司電力科學研究院，杭州 310014）

600 MW超臨界機組鍋爐一次風機失速原因分析及對策

潘國清，蔡潔聰，應明良，張 明，熊建國

（國網浙江省電力公司電力科學研究院，杭州 310014）

某發電廠2×600 MW超臨界機組1號鍋爐在整套啟動調試期間遇到一次風機失速，引發鍋爐MFT。分析了一次風機發生失速的主要原因，并針對調試、運行中發生的一次風機失速問題，提出了相應的避免或減輕一次風機失速的調整方法和預防措施，提高了機組的安全穩定性。

一次風機；失速；原因；對策

一次風機是大型電站鍋爐的重要輔機，為鍋爐燃燒所需的煤粉輸送提供動力。由于動葉可調軸流風機具有體積小、質量輕、低負荷區域效率較高、調節范圍寬、反應速度快等諸多優點，近年來已被國內電站鍋爐普遍采用。但是由于一次風機具有流量小、壓頭高及駝峰形性能曲線的特點，決定了風機存在不穩定區，如果操作不當或者運行工況變化，容易發生失速以及喘振現象。

1 設備概況

某新建發電廠2×600 MW超臨界機組鍋爐為上海鍋爐廠有限公司生產的超臨界變壓運行螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次中間再熱、采用四角切圓燃燒方式、平衡通風、固態排渣、全鋼懸吊結構Π型、半露天布置。

一次風機為沈陽鼓風機廠設計制造的兩級動葉可調式軸流風機，主要參數如下：風量為112.02 m3/s，風壓為11.26 kPa，進口密度為1.197kg/m3，進口溫度為20℃，風機轉速為1 490 r/min，風機效率為84.5%，葉片可調范圍為45°，機組正常運行時2臺一次風機并列運行。制粉系統為中速磨正壓直吹系統，磨煤機共6臺，BMCR（鍋爐最大出力工況）時5臺投運、1臺備用，其中對A層燃燒器進行了改造，配備山東煙臺龍源公司的等離子點火系統，以實現機組無油點火啟動。

2 一次風機失速事故分析

1號機組在整套啟動調試期間進入汽機沖轉試驗階段，遇到一次風機失速問題，導致磨煤機跳閘并最終引發鍋爐MFT（主燃料跳閘）。

2.1 事故經過

事故發生當日10∶14，汽輪機已沖轉至3 000 r/min，2臺一次風機并列運行，風機動葉投自動，一次風壓設定值為10 kPa，磨煤機A（配備等離子裝置助燃）運行，磨煤機B在暖磨準備啟動，鍋爐已斷油，總燃料44 t/h，總風量1 516 t/h。一次風機A/B的參數如下：電流86.2/85.3 A，動葉開度37.7%/47.3%，風機出口壓力9.98/10.02 kPa。

10∶16準備啟動第2套制粉系統，通過調節磨煤機進口冷、熱風調節擋板來增加磨煤機B的一次風量。10∶29，2臺一次風機電流和出口壓力大幅波動。10∶33，機組跳閘，首出是“全爐膛燃料喪失”，主要原因是磨煤機A一次風量低低跳閘。

2.2 原因分析

2.2.1 一次風機失速前鍋爐運行情況

一次風機A失速前只有磨煤機A在運行，磨煤機B在暖磨階段，其余磨煤機均在停運狀態，其中磨煤機C/D冷、熱風隔離門關閉，磨煤機E/F冷風門保留30%開度通風，表1為10∶15各臺磨煤機冷、熱風隔離門狀態及調門開度。

表1 事故前10:15各臺磨煤機冷、熱風隔離門狀態

10∶15開始增加B磨入口一次風量，將E/F磨的冷風門開度從30%減小到10%，見圖1。磨煤機風門的改變導致了一次風機出口壓力和磨煤機A風量的變化，運行人員通過調節一次風機動葉來維持一次風機出口壓力和磨煤機A風量。10∶33磨煤機A由于風量低跳閘，鍋爐MFT，首出是“全爐膛燃料喪失”。

圖1 磨煤機冷、熱風調門狀態

2.2.2 一次風機失速分析

事故發生后通過查閱DCS（分散控制系統）歷史數據發現，由于改變幾臺磨煤機入口一次風門調節擋板幅度相對較大，在風機出口壓力不變的情況下，風機電流和動葉開度均略有下降，風機出口流量下降。在10∶21發現A磨一次風量降低后將一次風機動葉A設定偏置值提高（如圖2所示），2臺一次風機動葉逐步開大，出口壓力升高。到10∶29，一次風機A電流從96.8 A急劇下降到89.5 A，出口壓力從11.32 kPa突降至8.71 kPa，動葉開度從42.5%迅速提升至51.8%，一次風機B電流從95.9 A急劇上升到109.0 A，出口壓力從 11.41 kPa降至 9.46 kPa，動葉開度從52.4%上升至60.4%（如圖3、圖4所示），說明此時一次風機A已發生失速（相同出口壓力的工作狀態下一次風機A發生失速的可能性較大）。由于一次風機尚處于自動調節狀態，為了維持一次風母管壓力，2臺一次風機動葉開度不斷增大，風機電流急劇上升，一次風機B出口壓力隨著風機動葉開度的增加而上升，而一次風機A出口壓力隨著風機動葉開度的增加反呈下降趨勢，說明一次風機A已完全被壓制，此時一次風母管壓力單靠一次風機B已無法維持，最終導致磨煤機A因為一次風量低跳閘，引發鍋爐MFT。

圖2 一次風機動葉設定偏置

圖3 一次風機動葉開度和電流

圖4給出了一次風機動葉和出口壓力的趨勢變化，由圖中可以看出，10∶21一次風機A/B的出口壓力為10.03/10.18 kPa，到10∶24，在短短3 min時間內一次風機A/B的出口壓力快速提升到11.27/11.36 kPa，而在此時間段內各磨煤機的風門開度均無多大變化，也就是說風機流量并沒有隨著風壓的增大而增加，從而引起壓力與流量嚴重不匹配，風機運行工況偏移至不穩定區域，連續運行約4 min后發生一次風機A失速事故。

圖4 一次風機動葉開度和出口壓力

3 一次風機失速后的緊急處理及預防措施

3.1 一次風機失速后的緊急處理

正常運行時如果有一臺風機發生失速現象，立即解除一次風壓自動，在一次風壓不低于8.0 kPa的前提下，減小其動葉開度，直至失速現象消失。如果經調整仍然無效，則應立即減負荷停止失速風機，防止因喘振、發熱而造成設備損壞。

3.2 預防措施

針對該電廠軸流一次風機發生失速的原因，結合鍋爐風煙系統設備情況，建議采取以下預防措施。

3.2.1 優化邏輯參數控制

一次風母管風壓運行中不得超過9.5 kPa。目前已經將一次風母管風壓自動給定值設為：3臺磨及以下運行時8.0 kPa，4臺磨運行時8.5 kPa（原8.75 kPa），5臺磨及以上運行時9.0 kPa（原9.5 kPa）。在磨煤機運行臺數變化時，一次風壓給定值經慣性模塊緩慢變化。

3.2.2 優化運行操作方式

（1）在正常運行時，盡量保持2臺一次風機的參數一致，特別是電流一致。針對A/B 2臺一次風機自身特性存在的差異，在實際運行中可考慮降低B一次風機的電流（約比A一次風機的電流低0.5 A左右)，或由運行人員根據實際運行情況來確定2臺一次風機各自的動葉開度和電流大小。

（2）為避免一次風機出口風壓波動過大，一次風母管風壓偏置修改應逐步進行（推薦的步進量以0.1 kPa為宜）。在運行中啟停磨煤機時，各風門的開啟和關閉應緩慢調節，A/B一次風機各動葉操作調節應緩慢進行。必須在冷、熱風調整風門關閉的情況下，才能進行開、關磨煤機進口冷、熱一次風快關門或出口快關門的操作。磨煤機一次風量調整應緩慢進行，不得大開大關。

（3）2臺一次風機并列運行，應至少保證3臺磨煤機的流通通道。保持通道時可以使用備用磨煤機，保持冷風快關門和冷風調節風門全開。

4 結論

（1）一次風機低流量高壓頭的特性決定了風機存在不穩定區，如果調整不當，就會發生失速和喘振現象。

（2）一次風機失速會導致風量和風壓大幅波動，引起鍋爐燃燒劇烈變化，易發生鍋爐滅火事故。風機的壓力越高，容量越大，則失速的危害性越大，如果風機發生失速現象，必須積極調整。

（3）運行過程中應盡量保持2臺一次風機出力一致（風機運行電流相近），尤其在低負荷工況下應注意保留足夠的磨煤機流通通道。

[1]郭立君．泵與風機[M]．北京：水利電力出版社，1986．

[2]劉家鈺．電站風機改造與可靠性分析[M]．北京：中國電力出版社，2002．

[3]侯凡軍，耿莉，王家新，等．并列運行軸流風機失速原因分析與處理[J]．熱力發電，2008，37（1）∶85-88．

[4]李春宏．軸流風機失速與喘振分析及其處理[J]．熱力發電，2008，37（3）∶76-78．

（本文編輯：陸 瑩）

Cause Analysis and Countermeasure against Primary Air Fan Stall of 600 MW Supercritical Boiler

PAN Guoqing，CAI Jiecong，YING Mingliang，ZHANG Ming，XIONG Jianguo
（State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

During complete startup commissioning of boiler No.1 in 2×600 MW supercritical unit in a power plant，a primary air fan stall occurred，resulting in boiler MFT（main fuel trip）.This paper analyzes main reasons for the occurrence of the primary air fan stall and presents adjustment methods and preventive measures to reduce or mitigate primary air fan stall in accordance to the primary air fan stall in commissioning and operation to improve the security and stability of the unit.

primary air fan；stall；reason；countermeasure

TK223.26

：B

：1007-1881（2016）05-0032-03

2016-01-21

潘國清（1970），男，高級工程師，主要從事電站鍋爐基建調試與潔凈煤燃燒技術研究。