范曉鵬

（大唐華中電力試驗(yàn)研究院，河南鄭州 450046）

0 引言

風(fēng)量自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是鍋爐燃燒過程控制的重要環(huán)節(jié)，風(fēng)量自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般由控制器、風(fēng)機(jī)動(dòng)（靜）葉、差壓式流量計(jì)等組成，主要為鍋爐燃燒均勻分配燃料和氧量，其控制性能直接影響機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、安全性和環(huán)保水平。因此，很有必要對(duì)風(fēng)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行深入研究。某超臨界機(jī)組風(fēng)量測(cè)量裝置故障引起自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)散，導(dǎo)致機(jī)組非正常停機(jī)。根據(jù)風(fēng)量測(cè)量原理，分析事故成因，提出相應(yīng)的防范措施，為機(jī)組的穩(wěn)定安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供參考依據(jù)。

1 風(fēng)量測(cè)量原理

火力發(fā)電廠風(fēng)量測(cè)量裝置一般采用差壓式流量計(jì)，通過測(cè)量流體流動(dòng)過程中迎風(fēng)管與背風(fēng)管的差壓來測(cè)量流速或流量，其中迎風(fēng)管壓力稱為“總壓”，背風(fēng)管的壓力稱為“靜壓”，原理如圖1 所示。測(cè)量裝置的探頭插入風(fēng)量管道中，當(dāng)管道中有氣體流過時(shí)，迎風(fēng)面受氣流沖擊，氣流的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成壓力能，所以迎面管中的壓力較高。背風(fēng)側(cè)由于不受氣流沖擊，管中的壓力為風(fēng)管內(nèi)的靜壓力?？倝汉挽o壓之差稱為動(dòng)壓，其大小與管內(nèi)風(fēng)速有關(guān)，風(fēng)速越大動(dòng)壓越大；風(fēng)速小，動(dòng)壓也小。因此，通過差壓變送器測(cè)量出動(dòng)壓的大小后，經(jīng)過參數(shù)補(bǔ)償和數(shù)學(xué)運(yùn)算處理即可得出管內(nèi)風(fēng)量[1]。見式1、式2。

圖1 風(fēng)量測(cè)量原理

式中：Kc為 測(cè)量裝置總流量系數(shù)；Qm為被測(cè)氣體質(zhì)量流量（t/h）；Qv為被測(cè)氣體體積流量（km3/h）；ΔP 為風(fēng)量測(cè)量裝置輸出差壓（kPa）；t 被測(cè)氣體溫度（℃）；Pa安裝現(xiàn)場(chǎng)大氣壓力（kPa）；Px被測(cè)管道內(nèi)的壓力（kPa）；ρ 為被測(cè)介質(zhì)密度。

2 某機(jī)組非停事故分析

2.1 事故經(jīng)過

某日4 時(shí)25 分，2 號(hào)機(jī)組負(fù)荷195 MW，A，B，C，D 制粉系統(tǒng)運(yùn)行，自動(dòng)發(fā)電量控制（AGC）O 模式、入爐煤量96 t/h，總風(fēng)量735 t/h，機(jī)組正常運(yùn)行。4 時(shí)27 分07 秒，2 號(hào)機(jī)組運(yùn)行中總風(fēng)量＜25%，鍋爐自動(dòng)保護(hù)（MFT）動(dòng)作、汽機(jī)跳閘、發(fā)電機(jī)解列，立即按規(guī)程規(guī)定執(zhí)行停機(jī)操作。

檢查跳閘首出信號(hào)：MFT 首出為總風(fēng)量＜25%，調(diào)取工程師站事件順序記錄（SOE），如圖2 所示。首發(fā)信號(hào)為總風(fēng)量＜25%（其判斷邏輯為風(fēng)量＜25%BMCR1、25%BMCR2、25%BMCR3“三取二”，定值310 t/h，延時(shí)3 s），鍋爐MFT，汽輪機(jī)跳閘，發(fā)電機(jī)程序逆功率跳閘。

圖2 機(jī)組事故記錄（SOE）

2.2 檢查處理情況

2.2.1 測(cè)量裝置檢查

4 時(shí)50 分，對(duì)二次風(fēng)量?jī)x表、電氣回路、信號(hào)屏蔽及分布式控制系統(tǒng)（DCS）卡件、控制器、電源檢查，均未發(fā)現(xiàn)異常。

6 時(shí)30 分，對(duì)二次風(fēng)量測(cè)量管路進(jìn)行吹掃，發(fā)現(xiàn)測(cè)量管路有輕微堵塞，吹掃后正常。

7 時(shí)30 分，檢查一次風(fēng)量?jī)x表、測(cè)量裝置，未發(fā)現(xiàn)異常。

2.2.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)檢查

12 時(shí)26 分，熱工、鍋爐點(diǎn)檢、檢修人員對(duì)送、引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉及執(zhí)行器檢查，進(jìn)行傳動(dòng)試驗(yàn)，均未發(fā)現(xiàn)異常。

2.2.3 組態(tài)邏輯檢查

（1）總風(fēng)量計(jì)算。DCS 邏輯中總風(fēng)量計(jì)算公式：總風(fēng)量=A側(cè)二次風(fēng)量3 個(gè)測(cè)點(diǎn)的平均值+B 側(cè)二次風(fēng)量3 個(gè)測(cè)點(diǎn)平均值+5 臺(tái)磨煤機(jī)一次風(fēng)量總和。

（2）送風(fēng)自動(dòng)切手動(dòng)條件排查。切手動(dòng)之前總風(fēng)量指令為737 t/h，反饋為457 t/h，偏差280 t/h，未達(dá)到送風(fēng)被調(diào)量與設(shè)定值偏差大于300 t/h 切手動(dòng)條件。

（3）二次風(fēng)量控制。二次風(fēng)量的給定值為燃料量主控函數(shù)及氧量校正后計(jì)算得出，可通過偏置微調(diào)定值?；芈肥謩?dòng)時(shí)，自動(dòng)計(jì)算偏置，使設(shè)定值跟蹤被調(diào)量，實(shí)現(xiàn)手/自動(dòng)無擾切換；檢查煤量對(duì)應(yīng)總風(fēng)量函數(shù)配置符合現(xiàn)場(chǎng)工況要求。

（4）機(jī)組啟動(dòng)后進(jìn)行總風(fēng)量擾動(dòng)試驗(yàn)。根據(jù)DL/T 657—2015《火力發(fā)電廠模擬量控制系統(tǒng)驗(yàn)收測(cè)試規(guī)程》進(jìn)行擾動(dòng)試驗(yàn)，定值擾動(dòng)量為±100 t/h，衰減率、穩(wěn)定時(shí)間滿足要求。

（5）運(yùn)行操作行為記錄。機(jī)組跳閘前30 min 無重大操作。

2.3 事故原因分析

查閱鍋爐MFT 動(dòng)作前4 min 送、引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開度、爐膛負(fù)壓、總風(fēng)量曲線，發(fā)現(xiàn)風(fēng)量調(diào)節(jié)、爐膛壓力調(diào)節(jié)異常，總風(fēng)量出現(xiàn)300～1000 t/h 波動(dòng)，爐膛壓力在-1000～200 Pa 之間波動(dòng)。風(fēng)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)重要參數(shù)如圖3 所示。

圖3 風(fēng)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)曲線

4 時(shí)23 分，A 送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開度38.2%，B 送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開度31.3%，系統(tǒng)出現(xiàn)輕微波動(dòng)，總風(fēng)量實(shí)際值低于設(shè)定值，送風(fēng)機(jī)進(jìn)行正常調(diào)節(jié)，引風(fēng)機(jī)疊加送風(fēng)機(jī)前饋?zhàn)饔脜⑴c負(fù)壓調(diào)節(jié)；4 時(shí)23 分16 秒，實(shí)際風(fēng)量達(dá)到設(shè)定值，送風(fēng)調(diào)節(jié)開始回調(diào)，總風(fēng)量出現(xiàn)不減反增的現(xiàn)象，為減小風(fēng)量偏差，送風(fēng)機(jī)繼續(xù)減小開度，總風(fēng)量減小速度遲緩；4 時(shí)24 分，實(shí)際總風(fēng)量減至設(shè)定值以下，送風(fēng)機(jī)開始回調(diào)增加動(dòng)葉開度，總風(fēng)量出現(xiàn)不增反減的現(xiàn)象，為維持風(fēng)量，送風(fēng)機(jī)繼續(xù)開大，隨即風(fēng)量、爐膛壓力調(diào)節(jié)出現(xiàn)超調(diào)并逐漸發(fā)散；4 時(shí)26 分43 秒，運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)爐膛負(fù)壓波動(dòng)大，立即切除A/B 引風(fēng)自動(dòng)，隨即AGC、CCS 聯(lián)鎖退出，送風(fēng)自動(dòng)聯(lián)鎖切為手動(dòng)，A 送風(fēng)機(jī)此時(shí)開度19.2%，B 送風(fēng)機(jī)此時(shí)開度15.3%，總風(fēng)量波動(dòng)至1000 t/h 后急劇下降到300 t/h 左右；爐膛負(fù)壓最大波動(dòng)至-1283 Pa，送風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓、空預(yù)器出口二次風(fēng)壓變?yōu)樨?fù)值，二次風(fēng)量快速到0，一次風(fēng)量保持穩(wěn)定，導(dǎo)致總風(fēng)量急劇下降。4 時(shí)27 分07 秒，鍋爐MFT 動(dòng)作，首出為“鍋爐總風(fēng)量小于25%”。

通過分析可知機(jī)組跳閘原因?yàn)椋憾物L(fēng)量取樣管路積灰、微堵，總風(fēng)量測(cè)量數(shù)據(jù)變化遲緩、滯后，引起風(fēng)量調(diào)節(jié)、爐膛壓力調(diào)節(jié)異常發(fā)散，且送風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)切手動(dòng)條件的設(shè)定偏差值較大，不能在異常工況下及時(shí)切除自動(dòng)，最終導(dǎo)致總風(fēng)量＜25%，MFT 動(dòng)作，機(jī)組跳閘。

2.4 處理建議

為了避免此類事故再次發(fā)生，提升機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況提出以下處理建議：

（1）檢修人員加強(qiáng)對(duì)重要測(cè)量設(shè)備的日常巡檢，繼續(xù)加強(qiáng)定期工作管理，運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)參數(shù)異常報(bào)警，及時(shí)分析處理。

（2）通過現(xiàn)場(chǎng)擾動(dòng)試驗(yàn)，優(yōu)化送風(fēng)、引風(fēng)自動(dòng)切手動(dòng)限值、引風(fēng)前饋及PID 參數(shù)，風(fēng)量測(cè)點(diǎn)取值方式采用3 個(gè)測(cè)點(diǎn)取中值，對(duì)其他重要自動(dòng)邏輯進(jìn)行排查、優(yōu)化。

（3）提升風(fēng)量測(cè)量裝置可靠性，保障裝置的測(cè)量準(zhǔn)確性，利用機(jī)組檢修機(jī)會(huì)對(duì)裝置進(jìn)行改造。

3 風(fēng)量準(zhǔn)確測(cè)量技術(shù)

在鍋爐燃燒過程中，風(fēng)量的大小直接影響鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。風(fēng)量過大時(shí)，大量爐膛熱量隨煙氣排出造成熱量損失，且隨著氧量的增加，鍋爐中NOx含量也隨之增加；風(fēng)量較小時(shí)，煤粉不能充分燃燒，造成爐膛燃燒不穩(wěn)定。風(fēng)量測(cè)量的準(zhǔn)確與否對(duì)控制質(zhì)量影響極大，提升風(fēng)量測(cè)量的準(zhǔn)確性十分必要。

3.1 陣列測(cè)量技術(shù)

鍋爐風(fēng)管風(fēng)道直管段一般較短，管道截面積上的流場(chǎng)不均勻，甚至?xí)a(chǎn)生回流。當(dāng)風(fēng)道截面面積較大時(shí)，單點(diǎn)測(cè)量風(fēng)道內(nèi)風(fēng)量值誤差較大。因此，在大風(fēng)道截面上采用等截面多點(diǎn)陣列測(cè)量技術(shù)，對(duì)風(fēng)道截面進(jìn)行區(qū)域劃分，然后將多個(gè)測(cè)量探頭分布在截面上不同的區(qū)域，分別測(cè)量出每個(gè)區(qū)域的壓差。最后得到整個(gè)風(fēng)道的平均壓差，將壓差信號(hào)進(jìn)行參數(shù)補(bǔ)償和數(shù)學(xué)運(yùn)算得到風(fēng)量[2]。

3.2 防堵技術(shù)

風(fēng)量測(cè)量需要通過取壓管測(cè)流量，而流體中往往帶有粉塵、固體顆粒等，容易導(dǎo)致取壓管堵塞，造成測(cè)得的差壓值減小，最終無法測(cè)量。防堵技術(shù)是在一次測(cè)量管路中懸掛清灰棒，清灰棒在管內(nèi)氣流的沖擊下作無規(guī)則擺動(dòng)，起到自清灰作用。其次，設(shè)計(jì)時(shí)與垂直管段連接一根斜管，斜管與垂直管間有節(jié)流孔，引壓管從斜管中部引出，起二次沉灰作用[1]。

4 結(jié)語

風(fēng)量控制系統(tǒng)作為燃燒過程控制中的重要環(huán)節(jié)，提升其控制性能是保障機(jī)組穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵。針對(duì)某超臨界機(jī)組風(fēng)量控制系統(tǒng)發(fā)散導(dǎo)致機(jī)組跳機(jī)事故，分析事故經(jīng)過及根本原因，找到機(jī)組運(yùn)行與維護(hù)過程中存在的問題，提出防范風(fēng)量控制系統(tǒng)發(fā)散的措施及改造技術(shù)，為超臨界機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行提供參考。