火电厂引风机故障预警与诊断综述

火电厂引风机故障预警与诊断综述

廉军柱

阳城国际发电有限责任公司 山西省晋城市 048000

摘要：目前，随着火电厂节能减排工作的推进，对烟气排放的要求越来越严格，对烟气燃烧系统的改进也越来越完善。引风机作为锅炉排放高温烟气的设备，在高温、杂质多、摩擦和腐蚀严重的工况下易发生故障。引风机作为典型的重要运行设备，故障率最高，故障分析难度最大，已成为引风机故障预警和诊断的研究热点。引风机作为一种多故障类型的设备，在运行过程中由于不同的信号相互耦合，会受到许多不确定因素和随机扰动的影响，导致设备运行症状与故障之间的关系不明确。在传统的实际应用中，大多采用操作数据作为阈值比较法，辅以巡检法进行预警和诊断，不能充分准确地进行预警和诊断。随着火电厂信息化技术的发展，从历史数据中挖掘关键信息，提取故障特征信息，构建引风机智能大数据监控系统已成为可能。

关键词：火电厂；引风机故障；预警；诊断

引言：

燃煤火电厂引风机易发生大振动和高温金属轴承，严重影响机组的安全稳定运行。因此，有必要对引风机失效现象及振动增大的原因进行分析，制定预防性措施，进行维护和运行优化，确保引风机的长期安全稳定运行，本文打算分析的原因是亚临界燃煤化石燃料发电厂的振动和轴承合金的高温,并揭示不同的影响因素对引风机的振动。本文的分析有助于了解引风机振动的直接因素和影响规律，通过合理控制影响引风机振动的因素，提高机组运行的安全性、稳定性和经济性。

1. 发展历程

由于引风机是火电厂的重要类型之一，其设备的运行状态直接关系到机组的启停。引风机主要依靠电动机的转动带动叶轮，使进入进风箱的气体获得克服叶轮内管网阻力所需的能量。机械故障主要通过传感器监测设备的温度和压力进行判断，而性能故障则通过运行数据进行分析。同时，叶轮、转子及其支承轴承的故障率是风机所有部件中最高的。因此，滚动轴承和叶轮的故障诊断是引风机故障诊断领域的主要研究对象。

1.1引风机智能故障诊断发展历程

早期，火电厂引风机的状态是通过定期检查振动、温度和气压来确定的。这种检查是手动的，繁琐的，不能在故障早期发现问题。此后，随着计算机在发电行业的普及，数据库、通信网络等都可以实现对设备的远程监控。此后，引风机的监测也向自动化、智能化方向发展。为了满足电厂信息化的趋势，在国内外大容量机组中安装检测点，监控数据实时接入电厂运行监控系统，供实时报警系统使用。目前，点表门限值的比较法在电站故障保护装置中被广泛应用。如果短时间设备的实时运行值不在报警系统DOT表设置的运行范围内，则报警;如果运行数据长时间后仍处于异常运行状态，设备将被切断，机组将不会按计划停止运行。该软件构建了一个维护平台。首先，从运行数据表中提取实时数据，进行状态评估和风险评估。同时根据维护记录给出维护建议，操作人员根据软件维护建议操作引风机。后台操作优化部分主要针对数据操作模块，即智能故障诊断方法的研究。现有的智能故障诊断研究方向主要集中在两个主要方向。首先，采用多变量状态估计方法对引风机系统的运行状态进行建模和分析。

1.2引风机监测参数

目前,主要有两种方法来使用历史数据的故障诊断性能:一是利用振动信号分析设备异常,另一种是使用振动、压力、叶轮转子速度和电流信号构造状态矩阵进行分析,和设备的速度可以被电机功率所取代。目前，各电厂均采用SIS技术对引风机进行状态监测。SIS包含了能够反映引风机运行状态和故障信息的数据。总结了各种文献研究中需要的测量点。SIS系统可以实时记录参数的运行数据，每条记录包括振动、温度、压力、流量、电压、电流等22个参数。其中22个站点全部进行相关分析，选取相关性较强的站点15个。采用传感器测量4个振动幅值，风机出口压力，风机轴转速，电机电流7个测量点。

2研究现状

2.1多元状态估计法

随着数据挖掘技术的发展，利用模式识别对引风机状态进行建模具有很强的现实意义。其中，MSET (multivariant estimation technique)是Singer等人提出的一种非线性多预测诊断技术。通过分析设备正常运行时的实际监测参数和健康数据，估算出正常运行时各参数的标准量，称为估计向量。根据实际运行数据构造观测向量，利用估计向量与观测向量之间的距离度量实际状态与正常状态之间的相似性，进行诊断。MEST方法在引风机故障诊断中的应用。首先收集SIS引风机系统关键测试点的正常运行数据，通过聚类方法获得大量正常运行历史数据的质心;通过计算实时运行状态向量和根据历史数据计算的状态估计向量，利用欧式距离估计状态估计向量和被测向量之间的距离，作为相似性预测。如果距离超过设定的阈值，将发出警报。该多诊断方法可以检测设备状态初始劣化点的特征，捕捉故障的动态过程，实现风机故障的预警。但它需要大量的历史数据来支持，如果历史国家图书馆不能涵盖目前的工作条件，结果是没有参考价值的。该方案对噪声敏感。如果有传感器或数据传输异常，则会产生误报警。随着时间的积累，该方案可以越来越完善，建模过程简单，物理意义明确。该方法也是火电厂智能诊断应用的一个热点研究方向。

2.2振动信号频谱分析

引风机是一种转速很高的旋转设备，其故障可以在振动信号中得到反映。从振动角度来看，引风机的振动是由引风机的振动和引风机的共振引起的。电机故障排除后，确定引风机故障引起的异常振动，利用振动信号频谱分析检测异常振动。在基于引风机的监测方法中，利用SIS数据进行信号分析和故障特征提取成为研究热点。为了从实测振动瞬态信号中有效地提取故障信息，各种信号分析方法在工业领域得到了广泛的应用。信号分析和故障特征提取最基本的方法有时域分析、频谱分析、倒频谱分析和包络分析。同时，包络分析可以对滚动轴承的振动调制信号进行解调，提取轴承故障的特征信息，是振动故障特征提取的主要方法之一。介绍了大卫希尔伯特变换在振动信号分析中的应用。针对引风机故障特征提取的小波分形方法，开发了引风机振动监测系统。振动信号分析方法的研究越来越完善，相关的方法也层出不穷。本实用新型具有故障信息丰富、反应速度快、故障识别能力强等优点。但振动信号的主要缺点是对干扰噪声非常敏感，而引风机的干扰信号较多。现有的引风机需要根据火电厂的负荷自动调节。在提高风机稳定性的同时，故障特征随时间变化，易成为非平稳信号。

3引风机改造的必要性

现代火电厂一般采用机组锅炉发电。在当今火电厂的工作中，机组锅炉过热引起的事故是非常常见的。过热现象的盛行影响着机组锅炉的正常运行，也影响着火电厂的效率。现代火电厂使用的机组锅炉一般采用反击燃烧法，单缸变压直流炉，炉膛内为水冷壁，防止炉膛在工作过程中过热，炉膛内，上面的垂直上升水墙和下面的螺旋上升水墙都是为了防止炉壁受热面过热。一般来说，在锅炉机组的设计中，设计者会在锅炉内设置措施，防止锅炉内对流造成过热。在我国目前使用的锅炉机组中，防过热措施主要是利用燃油水和喷雾冷却的比例来发挥防热的作用。当锅炉内壁温度过高时，设置在锅炉内壁的低温再热器就会起到作用。同时,并行在锅炉烟气挡板可以防止过热造成的受热面烟气的热对流,为了防止低温再热器的失败在高温下工作很长一段时间,事故喷水器通常设置在低温再热器的出水管上，对再热器进行冷却，防止再热器发生故障。然而，在我国的火电厂建设中，由于建设成本的限制，国内火电厂锅炉所用的金属与管道内蒸汽的温差相对较小。因此，在使用过程中，在高负荷运行的情况下，容易发生超温现象，导致受热面氧化，破坏其工作性能。除了因工作表现不佳造成的诱导通风风扇在发电、脱硫和脱氮过程中火力发电厂排放的单位系统的操作压力和负担增加由于处理设备的修改,引风机的工作系统不能满足要求的引风机的效率时,单位在满载运行,因此有必要改革引风机的结构和使用模式来满足环境保护系统的要求。基于以上两个原因，扩建锅炉引风机是当前火电厂改造的必然要求。在今后的建设中，引风机的建设不仅可以提高锅炉的运行效率，还可以提高锅炉烟气系统和脱硫系统的运行可靠性。

4. 引风机改造策略

在现行火电系统引风机改造过程中，主要的改造策略包括:一是对升压风机进行改造，保留原安装在锅炉系统中的引风机。二是只改造引风机，保持升压风机。第三，将引风机与助推器风机相结合，将改造的思路称为引进与增加合一。

4.1改造增压风机

有必要提供原电厂环保改造的所有次升，这在理论研究中是一个可行的研究方案。改造期间，技术人员将串联运行两台引风机和一台升压风机。本系统运行中可能出现的问题是，一旦升压风机出现故障，机组必须使劲运行，故障后可以重新启动。由于连接方式，这种故障是不可避免的，但技术人员可以通过设置增压器风机旁路来提高串联风机运行的可靠性。在运行中，风机旁路可以降低风机运行对锅炉发电系统的负荷，提高运行稳定性。但是，由于引风机在运行过程中存在压力，风机在实际运行中仍会出现性能不足的情况，这时就需要停机整顿，避免出现故障。

4.2改造引风机

引风机改造是锅炉发电系统改造中最简单的方法。改造的主要对象是对引风机的叶片宽度和叶片数量进行调整，并对引风机的转速进行一定的调整，可以满足发电锅炉的运行要求。在对系统进行改造时要考虑升压器，如果风机改造符合系统对升压器的要求，且电机的尺寸合适，则改造小。如果改造不能满足锅炉的要求，那么技术人员将需要更换引风机，直到它适合在发电过程中使用。这样一来，升压风机和引风机仍然是串联运行的，而升压风机作为主锅炉运行中的安全保障，仍然需要设置旁路以保证其运行的稳定性。当发生故障时，可开启增压风机，降低引风机的运行顺应性，增加烟气系统阻力。机组吻合的计算过程中，技术人员应结合锅炉系统的实际运行情况。理论值可能与实际操作有偏差。因此，在实际改造中，引风机应单独改造，保持升压风机不利于机组稳定运行。

4.3引增合一

取消脱硫增压风机，对引风机进行改造，引风机压力扬程考虑整个系统阻力。与引风机和升压风机串联运行相比，引风机和升压风机的组合减少了系统的故障点，能更好的保证系统的安全运行，且调节对象单一，烟气系统对负荷变化的响应比分流策略更快、更准确，运行维护成本比分流策略更低。在“加-加-加-加-加-加-加-加-加-加-加-加-加”后，升压风机被取消，每个炉有两个诱导风机并联运行。当单引风机失效时，机组负荷可降低约60% BMC，且单引风机不停机运行。

5发展趋势

在实际工业诊断中，振动信号分析具有精度高、效率高等优点，但需要较多的设备和仪器，对操作人员的分析和操作要求较高，因此在火电厂引风机中应用不广泛。多元状态估计模型简单易用，已逐渐成为火电厂常用的报警方法。但无法实现具体的故障诊断方案，计算的准确性、故障信息的丰富性和响应速度均未达到应用要求。发展的主要趋势是逐步完善实时分析数据库和通信传输设备的技术，从而提高实时诊断的响应速度;建立故障诊断专家数据库，提高故障分类的准确性。同时，由于数据库的运行和故障分析需要大量的硬件和软件资源，而智能故障诊断系统的运行和维护是一个非常复杂和高度专业化的问题。开发大数据、多接口、多电站的故障诊断平台将是今后的重点方向之一。

总结：针对引风机故障诊断的问题，阐述了现有的引风机故障诊断系统的基本结构、故障预警和诊断方法。从综合文献和现场可以看出，目前的引风机智能故障诊断方法单一，能够实现实时报警功能。利用历史数据进行状态维护的理论和实践还处于小样本阶段，缺乏自适应能力。所建立的模型还需要通过更多的实测振动数据和故障案例来验证，以测试系统的功能和故障诊断效果，通过现场实践来提高系统的功能和可靠性

参考文献：

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