630MW机组单侧空气预热器停转分析

魏麟权，段锦宇

（京能集团内蒙古岱海发电有限责任公司，内蒙古 乌兰察布 013700）

0 引言

随着电厂锅炉蒸汽参数和机组容量的加大，现在大机组都采用结构紧凑、重量轻的回转空气预热器[1]。而空气预热器驱动电机电流异常升高，一般有如下可能：空气预热器壳体变形。启动速度过快，动静部分膨胀不均发生碰磨。润滑油粘度偏低或由于温度高造成的油粘度降低，在重载负荷下容易使油膜形成不好或不能形成油膜。传动装置方面的原因。密封松动或部件脱落。锅炉实际排烟温度比设计值高，底部的径向密封条会和扇形板发生摩擦。漏风控制系统故障。底部推力瓦油膜形成不好。空预器转子偏斜[2]。

当主、辅电动马达或减速传动机构故障，空预转子停转，而电机仍存在运行信号时，空预停运不能信号发出，备用马达无法自动联启，不能实现快速切除停转空预的风烟流量，可能出现空预出口烟气温度快速接近入口烟温，造成空预及除尘器超温损坏的事故[3]。针对以上现象，应防止传动部件故障后因空预停转造成锅炉灭火、一次风机损坏、空预卡涩变形损坏、布袋除尘器超温损坏等扩大性事件。

1 设备概况

某电厂锅炉采用北京巴布科克·威尔科克斯有限公司制造的亚临界参数、自然循环、一次中间再热、单炉膛、平衡通风、固态排渣、全钢构架的∏型单汽包锅炉。锅炉配用两台豪顿华有限公司生产的容克式空气预热器，型号为32VNT2300，三分仓结构，空气预热器主轴垂直布置，烟气与空气以逆流方式换热。烟气由上向下流动，空气由下向上流动。空预热力计算参数见表1，表中BMCR为锅炉最大连续出力工况，THA为热耗率验收工况。

表1 空预器热力计算参数

2 事件发生简介

机组负荷400MW，AGC投入，运行参数正常。DCS大屏上报警信息中“空预器”光字报警。22空预器主电机电流由13.64A突升至33A回落至30A后稳定，22空预器转速低Ⅰ值报警发出，随后转速低值Ⅱ报警发出，就地检查22空预器主轴已停止运行，空预器出口烟温开始快速上涨。

3 处理过程

事件发生后运行人员设定负荷上限300MW，负荷变化率15MW/min，开始降负荷[4]。

14:37，就地停运22空预器主电机，远方手动抢启22空预器辅电机，22空预器辅电机电流升至30A，DCS画面22空预器转速低Ⅰ值、低值Ⅱ均未消失。就地查看22空预器主轴不转，随后手动停运22空预器辅电机。

14:38，通知锅炉室22空预器故障停运，需就地手动盘车。联系空预器吹灰。开启一次风机出口联络门。

14:40，解除22引风机、22送风机动叶自动。退22引风机、22送风机。停运22引风机，22送风机联跳正常。送风机出口联络门连开。

14:41，解除22、21一次风机动叶自动，退22一次风机，停运22一次风机。其中一次风母管压力最低降至4.38Kpa，手动增加21一次风机出力后正常。一次风压最终维持在11Kpa。

14:43，联系投空预器吹灰。关闭22空预器烟气入口挡板。22空预器出口烟温涨至194℃。

14:44，联系除灰值班员，关闭B侧电除尘入出口挡板，通知就地检查22空预器布袋运行情况。

14:47，关闭22空预器出口二次热风出口挡板。22空预器出口烟温涨至210℃。

14:48，关闭送风机出口联络门。退出B侧脱硝。 除灰值班员回话，B侧电除尘入出口挡板已关闭。

14:48，关闭空预器出口热一次风挡板。关闭一次风机出口联络挡板。

4 事件处理过程注意事项

严格执行操作升级监护制度，在关闭电除尘出入口挡板时，一定要找对间隔，防止误关运行侧挡板；

B侧风机退出过程中，重点监视炉膛负压、风量、一次风压，及时调整。

紧急处理过程中，为保证布袋安全，退出B侧风烟过程中要重点监视22空预器出口烟温不高于160℃。B侧风烟系统解列后，B侧空预器烟气入口挡板及电除尘入出口挡板应第一时间关闭严密，以隔绝高温烟气持续流入除尘器。

空预器停运期间，应定时进行盘车，间隔不超过8min，防止动静部分卡涩或卡死。

A侧喷氨量不满足时，可就地稍开喷氨旁路手动门，控制脱硝出口及脱硫总出口NOx不超限。

处理过程中应注意各参数稳定，发现燃烧不稳及时投入等离子助燃。此过程中，出于保护空预器，防止锅炉尾部再燃烧出发，对投入燃油，应当相当谨慎的。

做好空预器启动前的检查和联锁试验工作，认真做好空预器检修后的试运工作。

检修结束投入另一侧风烟系统时，严禁空预入出口烟温增长过快，导致空预受热不均造成空预电机电流摆动过大。注意控制空预出口烟温不高于160℃。同时严格控制脱硝出口及脱硫总出口NOx小时均值不超限[5]。

5 原因分析

空预器停运并做好隔离措施后，检修人员对22空预器的主/辅驱动电机控制系统、驱动电机联轴器、减速机及其管道系统等进行了全面检查和分析。

5.1 空预器转子停转原因分析

通过对22空气预热器主电机侧一级减速机进行拆解，发现与电机相联的第一级齿轴轴承已损坏并出现了内外圈抱死的情况。发生损坏的主电机侧一级减速机型号为ZF108，外形如图1所示，损坏的轴承已经抱死，轴承的油脂密封挡圈已经脱落，为本次22空预器故障停运的直接原因[6]。

图1 空气预热器损坏的轴承部位

发生损坏的电机输入轴部位的内部结构如图2所示，从结构上来看，电机输入空心轴轴承与减速机内部属于隔离状态，此轴承为脂润滑，减速机箱体内部的用于润滑齿轮和轴承的油液无法参与电机输入空心轴轴承的润滑，同时该轴承未配置油脂加注孔，轴承的润滑仅依靠轴承更换时轴承原制造厂加注的油脂，不同厂家不同批次的轴承原装油脂加注量存在差异。

图2 空气预热器内部结构

从ZF108减速机与电机的连接结构来看，两者的外壳采用法兰联接，ZF108减速机为单轴承结构，电机为双轴承结构，减速机空心轴（带有键槽缺口，用于安放平行键）与电机联接，再用锁紧套锁紧，整个轴系由三只轴承和一只刚性联轴器组成，但是重量占比较大的电机与减速机使用精度有限的法兰联接方式，这种长轴系设计方式对于部件的匹配和安装要求比较高，匹配情况稍有偏差，减速机内的单轴承就存在工况恶化的风险，容易发生损坏及抱死的情况。

5.2 空预器转子停转未跳闸原因分析

22空预器停转事故中，主辅电机堵转运行但未跳闸，空预器主辅电机电流DCS显示最高至30A，主要原因为主辅电机堵转后变频器V/Hz控制方式限制在100%额定电流，变频器仍然有输出，空预器变频器无法设置过流保护，并且V/Hz控制方式限制电流时无报警信息，未能触发空预器电机跳闸。变频器电流量程和远传电流量程均为2倍额定电流，电流显示正确。

空预器保护逻辑中，判断空预器跳闸条件只取空预器主辅电机运行（取非）及停运状态反馈，当前保护逻辑不能有效判断空预器本体实际运行状态。空预器主辅电机跳闸后，保护逻辑设置是：另一侧风烟系统运行，空预器主辅电机均停，延时180秒联跳同侧引风机、送风机，联锁关闭空预器入口烟气挡板、出口热一次风挡板和出口热二次风挡板，联锁关闭SCR反应器入口喷氨快关阀。在空预器惰走至保护动作过程中，空预器出口烟温受烟气量、烟温影响将快速上升，存在空预器转子变形卡死、布袋烧损等风险。

空预器转速低信号单点设计且可靠性差，不考虑将其作为逻辑辅助判断条件。

6 防范改进措施

6.1 加强对空预器减速机点检、保养工作

ZF108减速机实施返厂检修时，着重对减速机内的单轴承的品牌和品质进行把控，尽量挑选轴承原制造厂加注油脂量和品质高的轴承。对实施返厂检修后的ZF108减速机运行状况进行跟踪，对存在声音异常的减速机进行监控，及时对存在劣化倾向的减速机进行处理。针对长轴系的减速机系统，应从结构上反向判断部件故障，积类相关经验。

6.2 对空预器热控保护逻辑进行优化

在原有空预器跳闸延时动作于风机及挡板基础上，增加空预器堵转工况判断。当空预器运行电机电流＞25A且空预器出口烟温3V3＞210℃（温度测点应加入质量判断，并能避开温度突变可能引起的保护误动）时，或者当空预器运行电机电流＞25A、空预器入口烟温3V3＞230℃、空预器出口烟温3V3＞165℃、空预器出口烟温2V3温升速率＞15℃/min（温升速率采集时间间隔不小于1 分钟，并考虑避开测点突变可能引起的保护误动）时。满足条件后不动作于空预器跳闸，直接作用于联跳同侧引风机、送风机，联锁关闭送风机联络挡板，联锁关闭空预器入口烟气挡板和出口热二次风挡板，联锁关闭SCR反应器入口喷氨快关阀[7]。

7 结论

本次空预器故障停运的直接原因是由于与电机相联的第一级齿轴轴承损坏并且内外圈抱死，轴承的油脂密封挡圈脱落。而空预器停转，主辅电机堵转运行但未跳闸是因为主辅电机堵转后变频器控制方式限制在100%额定电流，变频器仍然有输出，空预器变频器无法设置过流保护，未能触发空预器电机跳闸。现有空预器保护逻辑中，判断空预器跳闸条件只取空预器主辅电机运行及停运状态反馈，当前保护逻辑不能有效判断空预器本体实际运行状态。此次通过加强对空预器减速机点检保养工作以及对空预器热控保护逻辑进行优化，增加空预器堵转工况判断，消除设备存在的隐患。