超临界机组风量控制系统发散跳机事故分析

范晓鹏

（大唐华中电力试验研究院，河南郑州 450046）

0 引言

风量自动调节系统是锅炉燃烧过程控制的重要环节，风量自动调节系统一般由控制器、风机动（静）叶、差压式流量计等组成，主要为锅炉燃烧均匀分配燃料和氧量，其控制性能直接影响机组运行的经济性、安全性和环保水平。因此，很有必要对风量调节系统进行深入研究。某超临界机组风量测量装置故障引起自动调节系统发散，导致机组非正常停机。根据风量测量原理，分析事故成因，提出相应的防范措施，为机组的稳定安全经济运行提供参考依据。

1 风量测量原理

火力发电厂风量测量装置一般采用差压式流量计，通过测量流体流动过程中迎风管与背风管的差压来测量流速或流量，其中迎风管压力称为“总压”，背风管的压力称为“静压”，原理如图1 所示。测量装置的探头插入风量管道中，当管道中有气体流过时，迎风面受气流冲击，气流的动能转换成压力能，所以迎面管中的压力较高。背风侧由于不受气流冲击，管中的压力为风管内的静压力。总压和静压之差称为动压，其大小与管内风速有关，风速越大动压越大；风速小，动压也小。因此，通过差压变送器测量出动压的大小后，经过参数补偿和数学运算处理即可得出管内风量[1]。见式1、式2。

图1 风量测量原理

式中：Kc为 测量装置总流量系数；Qm为被测气体质量流量（t/h）；Qv为被测气体体积流量（km3/h）；ΔP 为风量测量装置输出差压（kPa）；t 被测气体温度（℃）；Pa安装现场大气压力（kPa）；Px被测管道内的压力（kPa）；ρ 为被测介质密度。

2 某机组非停事故分析

2.1 事故经过

某日4 时25 分，2 号机组负荷195 MW，A，B，C，D 制粉系统运行，自动发电量控制（AGC）O 模式、入炉煤量96 t/h，总风量735 t/h，机组正常运行。4 时27 分07 秒，2 号机组运行中总风量＜25%，锅炉自动保护（MFT）动作、汽机跳闸、发电机解列，立即按规程规定执行停机操作。

检查跳闸首出信号：MFT 首出为总风量＜25%，调取工程师站事件顺序记录（SOE），如图2 所示。首发信号为总风量＜25%（其判断逻辑为风量＜25%BMCR1、25%BMCR2、25%BMCR3“三取二”，定值310 t/h，延时3 s），锅炉MFT，汽轮机跳闸，发电机程序逆功率跳闸。

图2 机组事故记录（SOE）

2.2 检查处理情况

2.2.1 测量装置检查

4 时50 分，对二次风量仪表、电气回路、信号屏蔽及分布式控制系统（DCS）卡件、控制器、电源检查，均未发现异常。

6 时30 分，对二次风量测量管路进行吹扫，发现测量管路有轻微堵塞，吹扫后正常。

7 时30 分，检查一次风量仪表、测量装置，未发现异常。

2.2.2 执行机构检查

12 时26 分，热工、锅炉点检、检修人员对送、引风机动叶及执行器检查，进行传动试验，均未发现异常。

2.2.3 组态逻辑检查

（1）总风量计算。DCS 逻辑中总风量计算公式：总风量=A侧二次风量3 个测点的平均值+B 侧二次风量3 个测点平均值+5 台磨煤机一次风量总和。

（2）送风自动切手动条件排查。切手动之前总风量指令为737 t/h，反馈为457 t/h，偏差280 t/h，未达到送风被调量与设定值偏差大于300 t/h 切手动条件。

（3）二次风量控制。二次风量的给定值为燃料量主控函数及氧量校正后计算得出，可通过偏置微调定值。回路手动时，自动计算偏置，使设定值跟踪被调量，实现手/自动无扰切换；检查煤量对应总风量函数配置符合现场工况要求。

（4）机组启动后进行总风量扰动试验。根据DL/T 657—2015《火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程》进行扰动试验，定值扰动量为±100 t/h，衰减率、稳定时间满足要求。

（5）运行操作行为记录。机组跳闸前30 min 无重大操作。

2.3 事故原因分析

查阅锅炉MFT 动作前4 min 送、引风机动叶开度、炉膛负压、总风量曲线，发现风量调节、炉膛压力调节异常，总风量出现300～1000 t/h 波动，炉膛压力在-1000～200 Pa 之间波动。风量调节系统重要参数如图3 所示。

图3 风量调节系统参数曲线

4 时23 分，A 送风机动叶开度38.2%，B 送风机动叶开度31.3%，系统出现轻微波动，总风量实际值低于设定值，送风机进行正常调节，引风机叠加送风机前馈作用参与负压调节；4 时23 分16 秒，实际风量达到设定值，送风调节开始回调，总风量出现不减反增的现象，为减小风量偏差，送风机继续减小开度，总风量减小速度迟缓；4 时24 分，实际总风量减至设定值以下，送风机开始回调增加动叶开度，总风量出现不增反减的现象，为维持风量，送风机继续开大，随即风量、炉膛压力调节出现超调并逐渐发散；4 时26 分43 秒，运行人员发现炉膛负压波动大，立即切除A/B 引风自动，随即AGC、CCS 联锁退出，送风自动联锁切为手动，A 送风机此时开度19.2%，B 送风机此时开度15.3%，总风量波动至1000 t/h 后急剧下降到300 t/h 左右；炉膛负压最大波动至-1283 Pa，送风机出口风压、空预器出口二次风压变为负值，二次风量快速到0，一次风量保持稳定，导致总风量急剧下降。4 时27 分07 秒，锅炉MFT 动作，首出为“锅炉总风量小于25%”。

通过分析可知机组跳闸原因为：二次风量取样管路积灰、微堵，总风量测量数据变化迟缓、滞后，引起风量调节、炉膛压力调节异常发散，且送风调节系统切手动条件的设定偏差值较大，不能在异常工况下及时切除自动，最终导致总风量＜25%，MFT 动作，机组跳闸。

2.4 处理建议

为了避免此类事故再次发生，提升机组运行稳定性，结合现场情况提出以下处理建议：

（1）检修人员加强对重要测量设备的日常巡检，继续加强定期工作管理，运行中发现参数异常报警，及时分析处理。

（2）通过现场扰动试验，优化送风、引风自动切手动限值、引风前馈及PID 参数，风量测点取值方式采用3 个测点取中值，对其他重要自动逻辑进行排查、优化。

（3）提升风量测量装置可靠性，保障装置的测量准确性，利用机组检修机会对装置进行改造。

3 风量准确测量技术

在锅炉燃烧过程中，风量的大小直接影响锅炉运行的经济性。风量过大时，大量炉膛热量随烟气排出造成热量损失，且随着氧量的增加，锅炉中NOx含量也随之增加；风量较小时，煤粉不能充分燃烧，造成炉膛燃烧不稳定。风量测量的准确与否对控制质量影响极大，提升风量测量的准确性十分必要。

3.1 阵列测量技术

锅炉风管风道直管段一般较短，管道截面积上的流场不均匀，甚至会产生回流。当风道截面面积较大时，单点测量风道内风量值误差较大。因此，在大风道截面上采用等截面多点阵列测量技术，对风道截面进行区域划分，然后将多个测量探头分布在截面上不同的区域，分别测量出每个区域的压差。最后得到整个风道的平均压差，将压差信号进行参数补偿和数学运算得到风量[2]。

3.2 防堵技术

风量测量需要通过取压管测流量，而流体中往往带有粉尘、固体颗粒等，容易导致取压管堵塞，造成测得的差压值减小，最终无法测量。防堵技术是在一次测量管路中悬挂清灰棒，清灰棒在管内气流的冲击下作无规则摆动，起到自清灰作用。其次，设计时与垂直管段连接一根斜管，斜管与垂直管间有节流孔，引压管从斜管中部引出，起二次沉灰作用[1]。

4 结语

风量控制系统作为燃烧过程控制中的重要环节，提升其控制性能是保障机组稳定经济运行的关键。针对某超临界机组风量控制系统发散导致机组跳机事故，分析事故经过及根本原因，找到机组运行与维护过程中存在的问题，提出防范风量控制系统发散的措施及改造技术，为超临界机组的稳定运行提供参考。