基于補償式防堵取樣的引風機失速控制優(yōu)化

王小龍，李 堅

(廣東粵電靖海發(fā)電有限公司，廣東 揭陽 515223)

0 引言

某廠1號爐為東方鍋爐廠生產(chǎn)的DG1900/25.4-II2型600 MW超臨界參數(shù)變壓直流本生型鍋爐，其引風機系統(tǒng)經(jīng)超低排放改造后，實現(xiàn)了引增合一，并列布置2臺Howden雙級動葉調節(jié)軸流式引風機，型號ALT-2968/1400R，主要由外殼、進氣箱、擴散筒、葉輪、軸承箱及附屬軸承密封風機等組成。工作時煙氣進入風機進氣室，經(jīng)風機動葉輪的作功產(chǎn)生靜壓能和動壓能，后導向葉輪將煙氣的螺旋運動轉化為軸向運動進入擴壓器降速降壓后排至脫硫系統(tǒng)。軸承密封風機負責對風機軸承進行密封和冷卻。動葉采用液壓調節(jié)，調節(jié)范圍為25°～79°(0 %～100 %)。

引風機葉片產(chǎn)生的壓升一定程度上與進氣角α成正比。當α低于臨界值，空氣將沿著葉片表面流動。當α超過臨界值，氣流將離開葉片的弧形表面形成湍流，氣流在葉片背部的流動遭到破壞，升力減小，阻力增加，導致風機失速。失速將引起壓力和流量的損失，并導致引風機機械部件以及相鄰風道的劇烈振動，影響機組帶高負荷運行，嚴重時可能會造成機組跳閘，風機葉片損壞，引發(fā)安全事故。因此對引風機失速控制進行深入探究，提出有效合理的控制策略和方法，避免引風機發(fā)生失速，對機組的安全有效運行有著重要意義。

1 存在的問題

目前， 1號爐引風機經(jīng)超低排放改造后，其失速差壓的取樣裝置采用常規(guī)的防堵取樣探頭，雖然有一定程度的防堵效果，但取樣探頭還是會經(jīng)常堵塞。在實際運行中， 1號爐A/B引風機失速取壓探頭多次出現(xiàn)堵塞而導致引風機失速差壓偏離正常值，嚴重時甚至導致保護誤動作造成引風機跳閘，給機組的安全運行帶來很大的影響。

2017-07-19，1號 機 組 負 荷551.9 MW，A，B引風機正常運行，A引風機入口導葉開度82.4 %，B引風機入口導葉開度78.59 %。A引風機失速差壓測點低壓側取樣堵，無風壓，造成A引風機失速差壓大于500 Pa且超過120 s，觸發(fā)引風機跳閘條件“A引失速且動葉開度大于36 %跳閘”保護誤動作，導致A引風機跳閘、A送風機聯(lián)跳、RB保護動作，減負荷至300 MW。當引風機失速差壓(模擬量)大于500 Pa且葉片角度大于43°(動葉開度大于36 %)時，延時120 s跳閘引風機。

優(yōu)化改造之前，針對引風機失速取樣堵塞的問題，只能采取加強設備巡檢，定期對取樣管路進行吹掃，利用機組停運期間對失速差壓測點取樣裝置進行通堵清理的措施。但在吹掃和清堵期間，失速差壓的測量和保護聯(lián)鎖就要中斷和解除，導致引風機失速差壓取樣既要防堵又要測量準確的問題依然無法徹底解決。引風機控制邏輯中針對失速工況的設置和自動控制有待進一步優(yōu)化和完善。

2 優(yōu)化方案

2.1 控制邏輯優(yōu)化

為避免引風機在不穩(wěn)定區(qū)內運行，風機采用了失速自動控制邏輯，通過完善的控制邏輯確定出運行工況點的當前位置并監(jiān)測引風機失速差壓，當運行點在性能曲線穩(wěn)定區(qū)域時，失速差壓變動較小，當運行點超過失速線，失速差壓會變的很大，此時通過失速差壓報警與引風機失速控制系統(tǒng)自動調節(jié)動葉角度，使風機脫離失速區(qū)，達到安全運行目的。

通過對引風機控制系統(tǒng)進行可靠性研究和分析，應用自動控制理論對引風機控制邏輯中失速報警邏輯、自動控制邏輯進行了如下優(yōu)化措施。

(1) 當引風機失速差壓(模擬量)大于等于500 Pa時，“引風機失速”報警，并有聲光報警及顯示，提醒運行監(jiān)盤人員及時采取措施并切除引風機自動調節(jié)，及時降低機組負荷及鍋爐總風量，調整好爐膛負壓，使失速引風機出力降至失速點以下運行，待失速引風機恢復正常運行后，調整好機組運行參數(shù)，再投入引風機自動調節(jié)。

(2) 當引風機失速差壓(模擬量)大于等于500 Pa、葉片角度大于45°(動葉開度大于38 %)且引風機入口導葉在自動，運行人員未及時采取措施切除引風機自動調節(jié)時，引風機入口導葉開度指令則自動降至36 %，控制引風機及時脫離失速工況，保證引風機進入穩(wěn)定區(qū)運行，待引風機失速差壓恢復至正常范圍且設備運行穩(wěn)定后再恢復正常開度。

(3) 根據(jù)1號爐引風機的實際運行情況，結合引風機失速曲線，為防止風機超出力運行引起失速，在邏輯中限制引風機動葉最大開度為93 %，兩臺引風機并列運行時，不管引風機動葉調節(jié)采用自動或手動方式，均應控制動葉開度不要超過限制值。

2.2 測量裝置改造

失速差壓測量裝置的準確可靠，能夠使運行監(jiān)盤人員及時監(jiān)視引風機的運行狀況和差壓數(shù)據(jù)，并根據(jù)引風機的失速曲線，采取相應措施，避免風機進入不穩(wěn)定區(qū)運行。真實準確的測量數(shù)據(jù)，也可以有效提高風機失速控制系統(tǒng)的自動調節(jié)性能，保證風機在特性曲線允許區(qū)域內運行。

引風機失速控制采用差壓式測量探頭，分別由高壓側探頭和低壓側探頭組成，按照引風機葉片的旋轉方向先后布置，引風機的風量越小，失速壓差值越大。失速探頭與控制系統(tǒng)的差壓開關連接。當失速探頭測量的差壓值達到報警值，應能快速靈敏地發(fā)出報警，提醒運行操作人員及時采取相應的措施；當失速探頭測量的差壓值達到邏輯整定的跳機值時，保護應能準確可靠動作，跳閘相應引風機，從而避免風機進一步受到損壞。

在引風機失速測量裝置的高低壓側差壓取樣管上，增加HBC-2a型補償式防堵吹掃裝置，設置調壓穩(wěn)壓器、流量控制器和內置壓力補償器的取樣吹掃探頭。正常運行時，向取樣裝置內通入符合表1技術要求的壓縮空氣，保證連續(xù)不斷地向取樣管及探頭內通風吹掃，并在取樣管內設置補償器，利用流體力學的動壓補償原理，消除取樣管內吹掃氣體額外產(chǎn)生的壓力，從而有效保證了失速差壓測量的真實準確。首次投運補償式防堵吹掃前，應關閉調壓穩(wěn)壓器及吹掃氣源，直接測量風煙管道內的差壓值，觀察差壓的波動情況。當引風機運行穩(wěn)定正常后，慢慢打開調壓穩(wěn)壓器和流量控制器將吹掃氣控制為0.2 MPa，流量為1 m3/h，調整與無吹掃時所測量的差壓值應一樣，若有偏差再作微調。

表1 吹掃裝置主要技術指標

3 論證分析

1號機組A/B引風機失速差壓取樣裝置經(jīng)補償式防堵吹掃改造完后，其失速差壓取樣系統(tǒng)示意如圖1所示。圖1中，經(jīng)吹掃氣減壓閥和流量控制器調整后的恒流恒壓吹掃氣源，通過圖中補償裝置的1-1橫截面、取樣吹掃管的2-2橫截面后進入引風機煙氣通道，同時吹掃氣通過補償裝置的樣氣取樣孔進入失速變送器進行差壓測量。

圖1 改造后的失速差壓取樣系統(tǒng)示意

設通過圖中截面1-1，2-2處的面積為A1，A2；壓力為P1，P2；流速為V1，V2；高度為Z1，Z2；1-1截面至2-2截面間的管阻力系數(shù)為ξ；阻力消耗能量為hω；氣體的密度為ρ。

則根據(jù)伯努利方程，1-1，2-2兩截面之間的方程為：

由于氣體的流動壓差可以不考慮，設1-1，2-2的高度基本相等，而，則(1)式可化成：

由式(2)可知，要使P1=P2，只要滿足式(3)即可。

由于1-1與2-2截面為串聯(lián)管路，則流量相等，其連續(xù)性方程為：

因此，經(jīng)分析可知，只要改變吹掃氣體流通的橫截面積，調節(jié)截面1-1處的過截面滿足式使P1等于P2，保證吹掃氣源的動壓和氣體流通過的吹掃取樣管所產(chǎn)生的阻力一樣，取樣點所測量到的壓力就是煙道內真實的煙氣壓力，即失速變送器測量的差壓值即為引風機葉片的真實失速差壓。

從實際的投運情況來看，改造后引風機失速差壓取樣裝置運行穩(wěn)定，防堵吹掃效果良好，取壓管和探頭未發(fā)生堵塞現(xiàn)象，取壓口保持正常微負壓狀態(tài)，引風機失速差壓曲線平穩(wěn)無異常波動。差壓值能準確地反映出引風機的真實工作狀況。引風機的流量越小，失速探頭的壓差越大，反之壓差越小，從而有效保障了設備及機組的安全性和可靠性。

4 結束語

通過應用自動控制理論優(yōu)化完善引風機失速報警邏輯、自動控制邏輯，有效防止了引風機出現(xiàn)長時間的失速運行、失速保護誤動或拒動現(xiàn)象。利用流體力學的動壓補償吹掃方法，實現(xiàn)了差壓測點的自動連續(xù)吹掃，準確地反映出失速測點的差壓值，測量數(shù)據(jù)準確可靠，徹底解決了因測量值異常而導致的失速保護誤動跳閘現(xiàn)象。同時，補償式防堵吹掃取樣的優(yōu)化策略也很好地解決了風煙管道多粉塵和高溫狀態(tài)下壓力測量管路的堵塞和燒毀現(xiàn)象。此技術具有廣泛的應用價值，可有效解決發(fā)電廠生產(chǎn)現(xiàn)場磨煤機磨碗上下部差壓、密封風與磨碗差壓等既要防堵又要測量準確的壓力測量問題，并適合在行業(yè)內多種差壓式取樣裝置上推廣應用，可有效提高差壓式取樣裝置運行的準確性和可靠性，并為將來有關差壓式取樣裝置的優(yōu)化改造提供了經(jīng)驗。