离心式一次风机实现负荷快速返回功能改造.doc

离心式一次风机实现负荷快速返回功能改造邢希东/天津大唐国际盘山发电有限责任公司摘要：针对G9-23617F型离心式一次风机由于设计原因不能成功实现RB保护功能的问题，分析出一次风机出进口挡板关闭过慢回风导致母管压力过低的根本原因，分别对进出口挡板的改造过程以及对应的试验方案和结论进行了分析介绍，最后通过出口挡板改造成功实现了RB一次风机保护功能，消除了潜在的安全隐患。关键词：离心式通风机；RB保护中图分类号：TH432 文献标识码：B文章编号：1006-8155（2008）02-0073-04RB Function Reconstruction for a Centrifugal Fan Abstract: According to the problem of RB protection cannot be successfully completed due to design of G9-236No17F centrifugal fan, the basic reason of main tube pressure so low due to inlet & outlet baffle shutting off too slowly has introduced in this paper. Furthermore, the reconstruction process for inlet & outlet baffle and the corresponding test scheme and solution are analyzed respectively. At last, RB protection function has been completed successfully based on the reconstruction on outlet baffle, and the potential risks are eliminated. Key words: centrifugal fan; RB protection 1 设备概述我公司2600MW火电机组是我国华北地区建设投产最早的600MW亚临界火电机组，是京津唐电网的主力机组。工程于1998年10月开工，其中3号机组于2001年12月18日正式投产，4号机组于2002年6月5日正式投产。从设备调试至今，根据实际生产情况，对锅炉一次风机进行了多次改造，使其运行安全性和经济性有了大幅度提高。该公司每台机组配有两台沈阳鼓风机（集团）有限公司生产的双吸入前向离心式一次风机。一台一次风机容量为50BMCR（锅炉最大连续负荷），其具体参数见表1。表1 一次风机参数项 目设计参数形式双吸入离心式型号G9-23617F生产厂家沈阳鼓风机（集团）有限公司风压/ Pa15542风量/（m3/s）160.5型号YKK710-4额定电压/ kV6额定电流/ A260绝缘等级F功率/ kW2400转速/(r/min)1494收稿日期：2007-09-20 天津市 301900我公司锅炉一次风机主要是给6套直吹式制粉系统提供输粉的风源。锅炉一次风机系统的布置如图1所示。空气经双吸入式进口管道进入离心风机，加压后在风机出口分为两部分。其中一部分称为冷一次风，直接通过一次冷风母管分配至各制粉系统的冷风调节站；另一部分进入空预器加热后称为热一次风，通过一次热风母管分配至各制粉系统的热风调节站。对于正压直吹式制粉系统，一次风正常运行中主要起携带和干燥煤粉的作用，并提供煤粉着火初期所需空气。因此，一次风系统的运行直接关系到锅炉燃烧工况的稳定和安全。作为如此锅炉重要的子系统，必须高度重视其运行的安全性。图1 锅炉一次风机系统布置图2 一次风机为实现RB保护功能改造2.1 RB保护简介机组RB保护（Runback：负荷快速返回）是指处于协调控制方式时，机组在某一或者某些重要辅机发生故障负荷快速下降的过程。不同辅机引发的RB目标负荷不同和辅机的容量有关系。一次风机的容量是50BMCR，因此，一台一次风机故障将引发50RB动作，负荷将快速自动下降到50%满负荷即300MW。RB保护属于大型机组的一项重要保护，当因为某重要辅机失去时，机组降负荷需要的负荷变化率、目标负荷均由CCS（协调控制系统）自动设定、需要解列的制粉系统以及故障辅机与系统的隔绝也是自动完成，不但避免了人为干预误操作的可能，而且动作迅速准确，为事故的处理赢得宝贵的时间，大大降低了重要辅机故障导致锅炉MFT（主燃料跳闸灭火）和机组跳闸的可能性。因此，发电厂运行规程明确规定：机组正常运行中，RB保护必须保证投入，RB动作过程中，一般不能人为干预。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5kPa，正常情况下最小值应在7kPa以上。当一次风压低于5kPa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。因此，一次风机RB保护动作成功的难点在于单台一次风机跳闸后，一次风母管压力是否能维持在最低安全值5.0kPa以上，否则会因为一次风压力大幅度扰动，导致锅炉灭火甚至机组跳闸。600MW机组锅炉一次风机要求具备50%RB保护，即负荷大于480MW时，单台一次风机跳闸，系统自动设定目标负荷300MW(50%BMCR)，负荷变化率100MW/min；最上层制粉系统自动解列，然后每隔15s由上至下解列一套制粉系统，最终保持3套制粉系统运行；跳闸风机出口挡板、进口动叶自动关闭与系统隔绝。2.2 一次风机RB保护存在的问题一次风机RB保护不能正常实现既有设计问题也有挡板质量问题。最终集中表现：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送粉导致大量煤粉的积存，同时另一台运行一次风机有过电流跳闸的危险。2003年3号机发生过因为1号一次风机跳闸导致机组非停的事故。分析原因主要是一次风机出、进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，运行的制粉系统和输粉管道里大量煤粉积存，当一次风压突然恢复后引起积存的大量煤粉瞬时进入炉膛爆燃，汽包水位急剧升高，导致汽包水位在几十秒内由最低水位200mm迅速上升到+300mm高值保护动作跳机。究其根本原因在于一次风机出、进口挡板关闭过慢引起回风所致。这一问题也是设备调试时就没能完全解决的问题，在原始设备调试报告中有这样的分析：“调试中发现一次风机出口挡板电动执行机构力矩过小（原设计为2kN），风机全速运行后出口挡板打不开，后更换为4kN仍然打不开，最终更换为6kN的电动执行机构，工作正常。但是，挡板全行程动作时间较长（60s），且风机进口导叶也是电动机构，调节速度慢。因此，当一台一次风机故障跳闸后，系统一次风压会有较大扰动，如想克服这一弊病，建议今后在合适的机会更换这两个电动执行机构为动作快速的气动执行机构”。后来对一次风机的改造也正是以此为依据和指导方向的。2.3 一次风机进口调整挡板改造不成功分析为了吸取事故教训，保证一次风机RB功能成功实现，盘山发电公司开始对一次风机开始改造。在4号炉一次风机变频改造过程中，对4号炉一次风机进口挡板执行器进行了改造，在原一次风机进口电动调节挡板上增加一套气动执行装置，按照设计可以实现在一次风机跳闸后8s内将进口调节挡板关闭。2006年小修完成后，进行了一次风机冷态RB模拟试验，试验过程中，一次风母管压力变化曲线如图2所示。图2 进口挡板改造后RB试验一次风母管压力变化曲线从试验中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），将会导致大量煤粉的积存甚至直接灭火，已经无法满足制粉系统的需求。原因是虽然一次风机进口挡板按照快关设计，但实际关闭时间仍达15 s左右，回风问题还是没有得到解决，可以说进口挡板的改造没有成功解决一次风机RB功能不能实现的问题。这次试验虽然是冷态模拟试验，但是试验中模拟正常600MW情况下一次风机的工况，采用了根据一次风机电流、一次风母管压力来确定磨煤机通风量的方法，等于是根据一次风机负荷的情况来确定磨煤机的最终通风量，在一定程度上克服了由于冷、热态一次风温不同造成的试验偏差，试验结果具有可信性。2.4 一次风机出口挡板改造成功分析进口挡板改造失败后，经过认真分析，因为进口挡板同时具有动叶调整功能，在进行进一步的改造会影响到其调整功能，弊大于利。我公司决定调整改造对象，对仅用来隔绝系统用的出口挡板进行改造，吸取入口挡板的改造经验，将一次性对出口挡板进行较为彻底的改造。一次风机出口挡板门尺寸为85024002800mm，挡板驱动装置为调节型的角行程电动执行器，关闭时间为60s左右，盘山发电公司利用3号机组大修的机会将两台一次风机出口门驱动装置由电动方式改为气动方式。每台风机拆除掉原有的电动执行器，安装了一套气动执行机构和一套气动执行器的就地控制箱。经过对气动出口挡板单体调试，在大修机组稳定运行以后，完全真实地进行了一次风机RB保护试验。试验过程：机组负荷570MW，5套制粉系统运行，就地按2号一次风机事故按钮，2号一次风机跳闸后，50RB保护动作，先后依次解列上两层制粉系统，目标负荷自动设定为300MW。试验中一次风母管压力以及1号一次风机动叶开度的变化曲线如图3所示，机组负荷和主汽压力的变化曲线如图4所示。图3 出口挡板改造后RB试验一次风母管压力、运行风机动叶开度变化曲线图4 出口挡板改造后RB试验机组负荷、主汽压力变化曲线从试验曲线看出，一次风母管压力最低降到5.1kPa，而且是瞬时值，很快就恢复到正常值以上，几乎没有对制粉系统产生积粉的影响。试验监测到一次风机出口挡板实际全行程关闭时间为6s，与设计相符。同时，在一台一次风机运行的情况下，运行风机动叶开度最高为84，并很快关小（如图4中曲线所示），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300MW、主汽压力最高升至17.7MPa、汽包水位变化范围为192+121mm。这些实际试验数据充分说明，实际运行中一次风机RB保护是完全可以实现的，也证明了这次对一次风机的改造取得了完全成功。3 一次风机RB保护动作的处理方法 机组正常运行中，一次风机是双台运行，一旦一台一次风机故障跳闸，将触发50RB保护动作。一台一次风机RB保护动作的处理方法如下。（1） 检查机组50RB保护动作，协调控制方式自动切至“汽机跟随”方式，目标负荷指令降至300MW。（2）最上一台磨煤机在RB保护动作后立即跳闸，15s后，如果4台磨煤机运行，则最上一台磨煤机跳闸。最终保留下层3台磨煤机运行的方式。（3）检查跳闸风机的出口门关闭，并立即手动关闭一次风机出口联络挡板、跳闸侧的预热器出口一次风热风挡板、跳闸侧的至磨煤机冷风挡板。（4）注意监视汽包水位，如水位自动调整波动幅度较大，应切为手动调整。（5）注意主、再热汽温的变化，在磨煤机跳闸后，应提前调整燃烧器辅助风挡板和燃烧器摆角，避免汽温大幅度下降。（6）严密监视炉膛压力的变化，必要时可以进行手动控制。（7）当RB失灵或自动降负荷出现故障时，应手动快速将机组负荷降至300MW。（8）注意监视运行一次风机的电流不超标，否则应适当降低运行的磨煤机一次风量。（9）尽快查明故障原因，及时消缺。4 结论根据改造后一次风机运行的实际情况，提出以下建议：（1）择机开展一次风机变频工况下RB保护动作情况的实际试验，确保一次风机变频运行时RB保护动作可靠；（2）一次风机设计风压为15.542kP