一次风机跳闸分析及提高安全性分析

一次风机跳闸分析及提高安全性分析

发表时间：2018-08-08T18:44:25.057Z 来源：《电力设备》2018年第12期作者：刘晶

[导读] 摘要：本文针对国厂300MW正压直吹式冷一次风制粉系统机组中，一次风机单边停运、跳闸以及RB保护动作过程进行研究，分析单台一次风机停运后一次风压的变化情况以及对锅炉燃烧的影响，找出一次风机跳闸后RB成功率不高的原因，结合国电长源荆州热电有限公司2×330MW机组一次风机停运经验及RB试验结果，提出改进方法，提高了运行安全性。

（国电长源荆州热电公司湖北荆州 434000）

摘要：本文针对国厂300MW正压直吹式冷一次风制粉系统机组中，一次风机单边停运、跳闸以及RB保护动作过程进行研究，分析单台一次风机停运后一次风压的变化情况以及对锅炉燃烧的影响，找出一次风机跳闸后RB成功率不高的原因，结合国电长源荆州热电有限公司2×330MW 机组一次风机停运经验及RB试验结果，提出改进方法，提高了运行安全性。关键词：一次风机，单台停运，RB保护

1 设备概述

荆州热电有限公司2×330MW热电联产机组为正压直吹式制粉系统，5台ZGM95N中速磨煤机，单台一次风机按50％BMCR（锅炉最大连续负荷）设计，其一次风机型号为GG23733，双支撑、单吸离心式冷一次风机，正常运行时主要由变频调节，工频运行时由其入口导叶调节，变频与工频的切换需要将风机停运，在变频器柜上手动操作切换刀闸完成。其系统布置简图如下图1所示：

2 单台一次风机停运或跳闸分析

2.1 问题的引出

由于一次风机是锅炉最主要的辅助设备之一，其运行条件恶劣，长期运行过程中，不仅在外受风吹日晒，亦受粉尘、振动等影响，不可避免的需要单台停运维护，甚至会出现运行中突然跳闸的故障。一次风机跳闸一直是影响锅炉安全运行的重要问题。如何保障单台一次风机停运或跳闸后不会造成锅炉MFT，通过什么办法和采取哪些措施，能有效控制一次风压，保障制粉系统运行安全，是我们集控运行人员面临的主要问题之一。

解决这个问题，需要可靠的设备性能，合理的控制逻辑，丰富的运行经验，缺一不可。而目前采用最多的方式，还是一次风机自动RB 保护。

2.2 一次风压对机组运行的影响

锅炉正常运行中，一次风系统必须保证一定的风压以克服磨煤机本体及粉管的阻力，顺利的将煤粉送入锅炉燃烧。考虑到磨煤机一次风进口挡板、磨煤机本体、磨煤机出口粉管及节流缩孔的阻力，保证正常煤粉携带的一次风压极限值应不低于6kPa，正常情况下最小值应在7kPa以上。

当一次风压低于6kPa时，由于一次风粉管风速降低，大量煤粉无法正常吹进炉膛，可能在磨煤机及粉管内沉积，引起堵管和锅炉断粉。因此，一次风机单台停运和RB保护动作成功的难点在于一次风母管压力是否能维持在最低安全值6kPa以上，否则会因为一次风压力大幅度扰动，导致锅炉灭火。

2.3 一次风压偏低的原因分析

2.3.1 一次风机设计容量的影响

我厂单台一次风机按50%BMCR设计。设计容量越大，对实现单台一次风机运行及RB功能越有利，但对节能不利。风机设计裕度过大，会造成一次风机单耗过大，特别是采取挡板调节时，大量能量白白浪费在风机节流损失上。采取变频调速，选用过大压头和流量裕度，也会造成低负荷时，风机运行在性能曲线最高点左侧，导致风机并联困难，两台风机发生“抢风”现象。因此，现在电厂普遍采用50%容量的风机设计。所以，单台一次风机带负荷能力还是应从减少系统漏风，改进系统管道和风门，完善控制逻辑和联锁保护等几方面入手来采取对策。

2.3.2 空预器漏风对一次风压的影响

单台一次风机停运过程中，机组负荷逐渐降低，空气预热器漏风会不断增大。空预器漏风率与一次风漏风率属不同概念，前者是指一、二次风总漏风情况。我厂采用三分仓回转式空预器，其设计漏风率为6%～10%。其中一次风漏风量占总漏风量绝大部分，甚至高达80% 以上。低负荷时一次风漏风率占总一次风量30%～40%，或更高。空预器漏风率作为机组达标投产一项主要考核指标，投产初期，一般都能达到。随着机组长期运行，空预器密封间隙增大与低温腐蚀以及转子变形、密封片磨损等因素的影响，空预器普遍存漏风率超标现象。空预器堵灰同样会增加一次风系统管网阻力，限制风机出力。

随着机组负荷不断降低，一次风系统漏风率呈增加趋势。

2.3.3 一次风机进、出口门对一次风压的影响

风机出、入口门严密性差，一台风机运行，另一台停运抢修或启动时风机反转，造成风机启动困难。对于我厂这种一次风机采用变频调速的机组，此现象更突出。往往一次风机RB保护不能正常实现的问题最终集中表现在：一台一次风机跳闸后，由于跳闸风机的出、进口挡板关闭缓慢，导致一次风“回风”，即部分一次风通过跳闸风机回到大气中，一次风母管压力快速下降不能保证运行制粉系统的正常输粉，从而导致大量煤粉积存，同时另一台运行一次风机有过电流跳闸的危险。

今年7月，我厂#2机组曾发生过一次单台一次风机跳闸导致锅炉灭火事故。分析原因主要是一次风机进、出口挡板关闭时间太长，使大量一次风长时间通过跳闸风机回风，造成一次风压力过低，燃烧器风粉浓度严重下降，引起锅炉灭火。其一次风压变化情况如下图2所示：

图2：单台一次风机跳闸后一次风母管压力变化曲线从一次风母管压力的变化曲线看出，一次风压力由最初的9kPa降到最低的3.6kPa且在低于5kPa范围内维持时间较长（约35s），已经无法满足制粉系统的需求。

3 一次风机出口档板改造分析

总结经验教训，经过认真分析，和学习了其他同型机组的先进经验，我们认为在现有基础上，改造一次风机出口档板是最实际可行的方案。原一次风机出口挡板门驱动装置为调节型的角行程电动执行器，完全关闭时间为40s左右，严重影响一次风压的恢复。而采用气动执行机构以后，关闭时间可以大大缩短，理论上可在5s内完成全行程的操作过程，极大的提高了安全性。

从同型电厂的一次风机RB保护试验数据来看，采用气动快关出口档板门的机组是可以安全实现单台一次风机跳闸保护的。某电厂一次风机RB 试验过程中，一次风母管压力及一次风机入口导叶开度变化曲线如下图3所示：

图3：采用出口气动快关挡板门的一次风机RB试验过程曲线（一次风压，风机导叶开度）从试验曲线可以看出，采用气动快关档板门以后，单台一次风机跳闸后，一次风母管压力最低降到4.2KPa，而且是瞬时值，很快就恢复到正常值以上，几乎对制粉系统没有影响。试验监测到一次风机出口挡板实际全行程关闭时间为6s左右，相比原电动执行机构，大大提高了一次风压的恢复速度，保障了机组安全运行。

在一台一次风机运行的情况，运行风机入口导叶开度最高为84％，并很快关小，没有对运行风机的安全运行造成大的影响。在RB动作过程中机组负荷在3min内降至目标值150MW左右，主汽压力最高升至16.7Mpa，汽包水位变化范围为－192～+121mm。其变化过程曲线如下图4所示：

图4：采用出口气动快关挡板门的一次风机RB试验过程曲线（负荷，主汽压力）这些试验数据充分说明，实际运行中一次风机RB保护是完全可以实现的，也证明了采用出口气动快关档板门后，当发生一次风机跳闸时，对锅炉的运行安全有很好的保护作用。

4 结论与建议