660 MW 超超臨界機(jī)組引風(fēng)機(jī)失速引起鍋爐MFT的原因分析及對策

章榮頂，沈 利

（1.浙江浙能樂清發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 溫州 325600；2.浙江浙能電力股份有限公司，杭州 310003）

引風(fēng)機(jī)是電站鍋爐的重要輔助設(shè)備，其風(fēng)機(jī)性能直接影響鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性[1]。經(jīng)過超低排放改造后，環(huán)保脫硫設(shè)備及其附屬尾部煙道側(cè)阻力增加，引風(fēng)機(jī)失速現(xiàn)象增多，嚴(yán)重時影響爐膛負(fù)壓并觸發(fā)鍋爐MFT（主燃料跳閘）保護(hù)。本文針對某發(fā)電廠近期發(fā)生的引風(fēng)機(jī)失速引起鍋爐MFT 的原因進(jìn)行詳細(xì)分析，并提出相應(yīng)的處理措施。

1 鍋爐運(yùn)行情況

該發(fā)電廠二期工程為2×660 MW 燃煤發(fā)電機(jī)組，鍋爐型號為SG-2013/26.15-M623 型超臨界，變壓運(yùn)行、單爐膛、一次中間再熱、四角切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、固態(tài)干式排渣、露天布置、全鋼懸吊∏型結(jié)構(gòu)直流爐。鍋爐采用正壓直吹式制粉系統(tǒng)，配HP1003 型磨煤機(jī)，正常運(yùn)行時五運(yùn)一備[2]。引風(fēng)機(jī)型號HU26650-22G。鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1，引風(fēng)機(jī)及配套設(shè)備電機(jī)參數(shù)見表2。

2 引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行情況

2.1 引風(fēng)機(jī)熱態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)分析

超低排放改造前進(jìn)行引風(fēng)機(jī)熱態(tài)試驗(yàn)，在4號機(jī)組負(fù)荷分別為100%BMCR（660 MW），75%BMCR（500 MW）及50%BMCR（330 MW）3 個工況下測量引風(fēng)機(jī)流量、全壓、功率等參數(shù)。試驗(yàn)期間的引風(fēng)機(jī)熱態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)與性能曲線值比較結(jié)果見表3，并將實(shí)測的引風(fēng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)描繪于由制造廠提供的性能曲線上，見圖1。

表1 鍋爐主要設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)

表2 引風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)性能參數(shù)

由表3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出：現(xiàn)有動調(diào)引風(fēng)機(jī)的實(shí)測效率和動葉角度與性能曲線對應(yīng)值基本吻合，開度偏差為2°～6°，效率偏差在4%以內(nèi)，說明現(xiàn)有引風(fēng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行性能達(dá)到其設(shè)計(jì)值。

表3 引風(fēng)機(jī)熱態(tài)試驗(yàn)主要結(jié)果與性能曲線值比較

2.2 引風(fēng)機(jī)實(shí)測值與設(shè)計(jì)值的比較

將引風(fēng)機(jī)熱態(tài)試驗(yàn)工況實(shí)測參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)換算至同一工況和同一介質(zhì)密度進(jìn)行比較，見表4。由表4 可以看出。引風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)與TB點(diǎn)的對應(yīng)設(shè)計(jì)參數(shù)比較，風(fēng)量裕量為17.9%，較為合理，風(fēng)壓裕量為31.7%，風(fēng)壓裕量較大。

表4 引風(fēng)機(jī)熱態(tài)試驗(yàn)實(shí)測值與其設(shè)計(jì)值

2.3 風(fēng)煙系統(tǒng)沿程阻力的分析

在機(jī)組負(fù)荷660 MW 工況下，對機(jī)組的風(fēng)煙系統(tǒng)沿程靜阻力進(jìn)行了測量，試驗(yàn)期間機(jī)組脫硝阻力817 Pa，空預(yù)器阻力780 Pa，電除塵阻力278 Pa，兩側(cè)GGH（氣-氣加熱器）阻力1 468 Pa，系統(tǒng)阻力較為正常，主要設(shè)備無明顯的堵塞情況。由圖1 可以看出，由于風(fēng)機(jī)壓力裕量偏大，試驗(yàn)期間引風(fēng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行點(diǎn)并沒有完全通過動調(diào)風(fēng)機(jī)高效區(qū)，風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行效率離動調(diào)風(fēng)機(jī)88%的最高設(shè)計(jì)效率還有一定距離。對于試驗(yàn)狀態(tài)而言，現(xiàn)有引風(fēng)機(jī)還有較大的出力空間。

圖1 引風(fēng)機(jī)運(yùn)行的性能曲線及設(shè)計(jì)參數(shù)位置

2.4 超低排放標(biāo)準(zhǔn)環(huán)保技術(shù)改造對系統(tǒng)的影響

該發(fā)電廠已在2016 年10 月對4 號機(jī)組進(jìn)行脫硝擴(kuò)容、煙氣冷卻器改造、脫硫技術(shù)擴(kuò)容改造、煙道除霧器以及濕式除塵器、煙氣加熱器等超低排放標(biāo)準(zhǔn)環(huán)保技術(shù)改造，在改變煙風(fēng)道的阻力分布的同時也改變了現(xiàn)有系統(tǒng)的運(yùn)行特性。將4 號機(jī)組實(shí)測660 MW 負(fù)荷的引風(fēng)機(jī)前入口壓力根據(jù)蒸發(fā)量以及阻力特性曲線換算到BMCR 工況（2 031.0 t/h）后，得出BMCR 工況風(fēng)機(jī)前現(xiàn)有風(fēng)煙系統(tǒng)阻力為4 004 Pa?？紤]脫硝擴(kuò)容改造后的設(shè)備阻力，則環(huán)保改造后BMCR 工況引風(fēng)機(jī)前系統(tǒng)總阻力為4 004+200=4 204 Pa。BMCR 工況引風(fēng)機(jī)出口系統(tǒng)所保留相關(guān)煙道及煙囪系統(tǒng)阻力（主要是引風(fēng)機(jī)出口至吸收塔入口之間煙道以及煙囪阻力）為300 Pa，脫硫系統(tǒng)擴(kuò)容改造后吸收塔阻力為2 508 Pa，煙氣冷卻器阻力為400 Pa，煙道除霧器阻力為150 Pa，濕式除塵器及煙道阻力為700 Pa 以及煙氣加熱器阻力為650 Pa，相加后得出機(jī)組環(huán)保改造后風(fēng)機(jī)出口系統(tǒng)BMCR 工況阻力為4 708 Pa。綜上所述，機(jī)組環(huán)保改造后BMCR 工況風(fēng)機(jī)風(fēng)壓為4 708+4 204=8 912 Pa，環(huán)保改造后引風(fēng)機(jī)的各工況點(diǎn)預(yù)估參數(shù)見表5。將表5 所得運(yùn)行參數(shù)標(biāo)在原有引風(fēng)機(jī)的性能曲線上，給出了環(huán)保改造后的阻力預(yù)估曲線及現(xiàn)有引風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況，見圖2。

表5 環(huán)保改造后引風(fēng)機(jī)運(yùn)行預(yù)估參數(shù)

機(jī)組環(huán)保改造后主要阻力堵塞源GGH 拆除，系統(tǒng)的主要堵塞源只有空預(yù)器以及煙氣冷卻器和煙氣加熱器，考慮到試驗(yàn)期間空預(yù)器的阻力比較低，機(jī)組長期噴氨脫硝運(yùn)行后空預(yù)器阻力將會有明顯增加，煙氣冷卻器、煙氣加熱器因積灰阻力也將增加。

圖2 環(huán)保改造后現(xiàn)有引風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況

由圖2 可以看出，環(huán)保改造后現(xiàn)有引風(fēng)機(jī)可以滿足機(jī)組出力需求，但此時TB 工況已接近現(xiàn)有引風(fēng)機(jī)理論出力極限，風(fēng)機(jī)出力裕量非常有限。同時與試驗(yàn)期間引風(fēng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)相比，環(huán)保改造后風(fēng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)明顯向小流量高壓頭的失速區(qū)偏移。為了進(jìn)一步分析，表6 給出了環(huán)保改造前后各負(fù)荷工況現(xiàn)有引風(fēng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)的安全失速裕量。

由表6 對比可以看出，機(jī)組環(huán)保改造后現(xiàn)有引風(fēng)機(jī)各負(fù)荷點(diǎn)的安全失速裕量均有所下降，其中BMCR 以及660 MW 負(fù)荷工況環(huán)保改造后現(xiàn)有引風(fēng)機(jī)的失速安全裕量在1.5 左右，與改造前相比雖然有下降明顯，雖然仍明顯大于電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《電站鍋爐風(fēng)機(jī)選型和使用導(dǎo)則》（DL/T 468—2004）中規(guī)定的風(fēng)機(jī)最小失速安全裕度系數(shù)1.3的要求[3]，但是在夏季極端高溫或設(shè)備嚴(yán)重堵塞，機(jī)組高負(fù)荷運(yùn)行時現(xiàn)有引風(fēng)機(jī)存在一定的失速安全隱患。

3 引風(fēng)機(jī)失速引起鍋爐MFT 經(jīng)過及對策

3.1 引風(fēng)機(jī)失速現(xiàn)象及鍋爐MFT 過程

2019 年10 月1 日，異常發(fā)生前，4 號機(jī)組負(fù)荷646 MW，4A 引風(fēng)機(jī)電流554 A，動葉開77%。4B 引風(fēng)機(jī)電流560 A，動葉開度77%。爐膛負(fù)壓-0.1 kPa。異常發(fā)生時，4A 引風(fēng)機(jī)動葉開度從77%上升至80%（高限），電流從564 A 上升至675 A。4B 引風(fēng)機(jī)動葉開度從77%上升至80%，電流從549 A 下降至341 A，4B 引風(fēng)機(jī)失速。爐膛負(fù)壓從-0.1 kPa 上升至+1.34 kPa。鍋爐MFT（爐膛壓力開關(guān)量高高三取二，+1.52 kPa，延時2 s）。曲線見圖3。

3.2 引風(fēng)機(jī)失速原因及參數(shù)分析

3.2.1 引風(fēng)機(jī)常見失速原因

引風(fēng)機(jī)失速原因一般有：

（1）引風(fēng)機(jī)前風(fēng)道阻力增加，如空預(yù)器煙氣側(cè)阻力增加，脫硝SCR（選擇性催化還原技術(shù)）系統(tǒng)阻力增加。

（2）引風(fēng)機(jī)后風(fēng)道阻力增加，如煙氣冷卻器阻力增加，煙氣加熱器阻力增加，脫硫吸收塔進(jìn)出口阻力增加，引風(fēng)機(jī)進(jìn)出口擋板突然關(guān)閉[4]。

（3）2 臺引風(fēng)機(jī)動葉調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)靈敏度不一致，風(fēng)機(jī)動葉卡澀或執(zhí)行機(jī)構(gòu)脫落。

3.2.2 參數(shù)分析

根據(jù)機(jī)組跳閘前后DCS（分散控制系統(tǒng)）參數(shù)分析：超低排放改造時，引風(fēng)機(jī)前煙道設(shè)計(jì)阻力BMCR 工況時為4 204 Pa，檢查4 號機(jī)組MFT 前（負(fù)荷646 MW）空預(yù)器煙氣側(cè)阻力為900 Pa，脫硝SCR 系統(tǒng)阻力為450 Pa，較設(shè)計(jì)值和日常運(yùn)行值并無明顯增加。根據(jù)引風(fēng)機(jī)進(jìn)口壓力表顯示，引風(fēng)機(jī)前煙道阻力達(dá)到了4 300 Pa，超過了設(shè)計(jì)值，比較超低排放改造后近年同樣工況下的煙道阻力，沒有明顯變化。但引風(fēng)機(jī)前煙道設(shè)計(jì)阻力存在設(shè)計(jì)值偏小的現(xiàn)象，具體見表7。

圖3 4B 引風(fēng)機(jī)失速及鍋爐MFT 時主要參數(shù)趨勢曲線

表7 引風(fēng)機(jī)前煙道阻力 Pa

超低排放改造時，引風(fēng)機(jī)后煙道設(shè)計(jì)阻力在BMCR 工況時為4 708 Pa，檢查機(jī)組MFT 前（負(fù)荷646 MW）引風(fēng)機(jī)后煙道阻力達(dá)到了5 100 Pa。煙道阻力主要來自于吸收塔、管式煙氣冷卻器和管式煙氣加熱器。具體數(shù)值見表8，其中，濕式電除塵器簡稱為“濕電”。根據(jù)引風(fēng)機(jī)進(jìn)出口煙道阻力計(jì)算，4 號機(jī)組MFT 前，引風(fēng)機(jī)的全壓升為9 400 Pa，超過了設(shè)計(jì)值（8 912 Pa）。

3.2.3 設(shè)備檢查

利用機(jī)組停運(yùn)機(jī)會，對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行檢查：

（1）對2 臺引風(fēng)機(jī)動葉開、關(guān)進(jìn)行調(diào)試，葉片動作同步且全行程未發(fā)現(xiàn)卡頓現(xiàn)象；對引風(fēng)機(jī)油箱油質(zhì)化驗(yàn)合格；對引風(fēng)機(jī)進(jìn)、出口擋板開關(guān)位置檢查正常；對引風(fēng)機(jī)后煙道內(nèi)檢查無異物，導(dǎo)流板無異常。

（2）檢查濕式電除塵器、煙道除霧器內(nèi)部清潔無雜物，吸收塔內(nèi)部除霧器、噴淋系統(tǒng)及托盤均正常。檢查管式煙氣冷卻器有輕微堵塞。

（3）檢查管式煙氣加熱器，其迎風(fēng)面有堵塞，堵塞物經(jīng)分析主要成分為石膏。分析堵塞原因?yàn)槌鲇冢汗?jié)能考慮，從2019 年5 月10 日開始停運(yùn)4 號機(jī)組濕式電除塵器第3、第4 電場，6 月份開始管式煙氣加熱器阻力逐步上升，滿負(fù)荷時的阻力由1 000 Pa 上升至1 400 Pa 左右。濕式電除塵器對不純凈的石膏細(xì)顆粒有去除作用，當(dāng)濕式電除塵器部分電場停運(yùn)后，去除作用減弱，部分殘余石膏細(xì)顆粒穿透濕式電除塵器水噴淋，堵塞管式煙氣加熱器。

表8 引風(fēng)機(jī)后煙道阻力 Pa

3.2.4 綜合分析及結(jié)果

綜合設(shè)備檢查、DCS 歷史數(shù)據(jù)分析：4 號機(jī)管式煙氣冷卻器和管式煙氣加熱器在機(jī)組高負(fù)荷646 MW 運(yùn)行時，阻力值比設(shè)計(jì)值660 MW 運(yùn)行時分別高了860 Pa 和390 Pa（未停濕式電除塵器前），而停運(yùn)濕式電除塵器后引起管式煙氣加熱器部分堵塞又增加了約500 Pa。對此次4B 引風(fēng)機(jī)失速前安全裕度進(jìn)行核算，見表9。

4B 引風(fēng)機(jī)在失速前的理論失速裕度僅為1.141，已經(jīng)低于電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《電站鍋爐風(fēng)機(jī)選型和使用導(dǎo)則》（DL/T 468—2004）中規(guī)定的風(fēng)機(jī)最小失速安全裕度系數(shù)1.3 的要求，失速安全裕度明顯不足，存在著較大的失速風(fēng)險(xiǎn)。如按濕式電除塵器電場停運(yùn)前管式煙氣加熱器阻力來核算，失速裕度為1.33，裕量也偏小。

綜上分析，該發(fā)電廠4 號機(jī)組超低排放改造后，引風(fēng)機(jī)失速安全裕度明顯下降，加上濕式電除塵器停運(yùn)，引起管式煙氣加熱器部分堵塞，引風(fēng)機(jī)后煙道阻力增加，引起4B 引風(fēng)機(jī)失速，引風(fēng)機(jī)失速后由于爐膛壓力波動較大，爐膛壓力高高保護(hù)定值設(shè)置過低，導(dǎo)致鍋爐MFT。

表9 4B 引風(fēng)機(jī)失速安全裕度計(jì)算

3.3 解決措施

（1）每次機(jī)組停運(yùn)，對煙氣加熱器、煙氣冷卻器及其余易堵設(shè)備進(jìn)行徹底沖洗。2019 年11月，利用機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行期間，對煙氣加熱器進(jìn)行單側(cè)隔離水沖洗。經(jīng)沖洗后，阻力由滿負(fù)荷運(yùn)行時的1 400 Pa 下降至1 000 Pa，引風(fēng)機(jī)電流由460 A 下降至420 A。

圖4 4B 引風(fēng)機(jī)失速前運(yùn)行工況點(diǎn)

（2）原有按照鍋爐廠爐膛壓力保護(hù)的給定值設(shè)置過于保守，現(xiàn)參照某發(fā)電廠DG1900/25.4（±3 kPa，延時3 s），B&W B-1903/25.4（±3.25，延時2 s），SG-2009/28-M6004（±2.5 kPa，延時2 s）鍋爐保護(hù)定值，適當(dāng)放大爐膛壓力保護(hù)定值和延時，由原來的爐膛壓力+1.52 kPa 及-1.78 kPa，延時2 s，MFT 保護(hù)動作，修改為±3.0 kPa，延時5 s，MFT 保護(hù)動作。

（3）投運(yùn)濕式電除塵器第3、第4 電場，下階段就投用不同濕式電除塵器電場組合，對煙氣中攜帶的脫硫石膏霧滴的脫除能力進(jìn)行試驗(yàn)分析。

（4）加強(qiáng)參數(shù)分析。增加管式煙氣冷卻器、管式煙氣加熱器等易堵設(shè)備差壓高的大屏報(bào)警；增加“引風(fēng)機(jī)電流＞500 A”大屏告警信息；增加“引風(fēng)機(jī)電流＞510 A”閉鎖負(fù)荷增邏輯；運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)兩側(cè)引風(fēng)機(jī)電流偏差大于20 A，撤出機(jī)組AGC（自動發(fā)電控制），減負(fù)荷處理。

（5）盡快安排試驗(yàn)，對超低排放改造后煙道阻力進(jìn)行重新核算，校核風(fēng)機(jī)失速安全裕度，研究引風(fēng)機(jī)后煙道降低阻力的措施或風(fēng)機(jī)改型的必要性。

4 結(jié)語

通過對引風(fēng)機(jī)超低排放改造前后的運(yùn)行參數(shù)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)和引風(fēng)機(jī)煙道阻力的變化進(jìn)行分析，認(rèn)為本次引風(fēng)機(jī)失速原因?yàn)槌团欧鸥脑旌?，引風(fēng)機(jī)后煙道因管式煙氣加熱器積灰和冷卻器石膏積聚導(dǎo)致阻力增加較多，在機(jī)組高負(fù)荷運(yùn)行時達(dá)到風(fēng)機(jī)失速臨界點(diǎn)，風(fēng)機(jī)失速導(dǎo)致鍋爐爐膛壓力劇烈波動，引起鍋爐MFT。因此通過對煙氣加熱器、冷卻器進(jìn)行清洗，從而降低了引風(fēng)機(jī)后煙道阻力，并修改了鍋爐MFT 保護(hù)定值，增加運(yùn)行調(diào)節(jié)手段等措施，有效避免了引風(fēng)機(jī)失速和鍋爐MFT。