HU25038-22型雙級動葉可調風機失速分析與控制措施

董 彬

（大唐魯北發電有限責任公司，山東 濱州 251909）

隨著國家對環境保護的重視和環保政策的日益嚴格，新建煤粉鍋爐都設計安裝脫硫裝置并且要求脫硫系統隨機組同步設計、同步施工、同步投用。另外，鍋爐煙氣系統加入脫硝裝置也已提上議程。

引風機、增壓風機、脫硝風機合并運行是新建大型火電廠風煙系統一種新的運行方式，該運行方式可有效降低廠用電率。但HU25038-22 雙級動葉可調聯合風機改造的投運時間較短，風機改造后存在的問題未充分暴露，造成風機出現問題后可供借鑒的經驗較少。本文以大唐魯北發電有限責任公司一期工程2×330MW 機組為研究對象，介紹了該工程三合一雙級動葉可調軸流式聯合引風機的故障實例分析與控制措施。可為今后大型火電機組煙氣系統的初設選型、技術改造和運行控制策略提供借鑒。

1 魯北公司風煙系統設備簡介

風煙系統設備組成：大唐魯北發電有限責任公司2×330MW 機組分別于2009年9月、2009年12月投產運行，鍋爐采用哈爾濱鍋爐廠有限責任公司根據美國ABB-CE 燃燒工程公司技術設計制造的HG-1020/18.58-YM23 型自然循環鍋爐。燃燒器采用低NOx雙尺度燃燒器（用于控制爐內煙氣中NOx排放量≤200mg/Nm3），每臺鍋爐配有兩臺半模式、雙密封、三分倉容克式空氣預熱器，其型號為哈爾濱鍋爐廠生產的28.0-VI(T)-1983-SMR，逆轉布置（已經完成冷端蓄熱元件鍍搪瓷改造，防止煙氣低溫腐蝕）；2013年8月、10月兩臺爐脫硝設施先后投入正常運行；1、2 號機組引風機于2012年2月、5月改造為HU25038-22 型雙級動葉可調軸流風機；同時取消了脫硫增壓風機。

鍋爐最大連續蒸發量為1020t/h，鍋爐主要負荷帶基本負荷，有調峰能力，安裝地點為室外露天布置。煤灰成分見表1。

表1 煤灰成分

三合一風機設備型式為動葉可調軸流式，風機型號為HU25038-22，風機負責提供克服脫硫裝置（脫硫采用氧化鎂-亞硫酸鎂濕法脫硫工藝），脫硝裝置（脫硝采用SCR 脫硝工藝）及鍋爐風煙系統其他設備阻力的要求。風機采用三合一風機。每臺機組安裝2 臺引風機，布置位置在脫硫系統前，電袋除塵器之后安裝。風機運行方式為兩臺風機并聯運行，單臺風機出力滿足60%BMCR 負荷工況要求，布置方式為水平對稱布置，垂直進風，水平出風。

風機參數兩個工況，見表2。

表2 風機參數兩個工況

（續）

說明：TB（test block）點風量、風壓參數為B-MCR 工況考慮了裕量的數據。此工況為風機能力考核工況。B-MCR 工況系鍋爐最大連續出力工況，與汽輪機VWO 工況相匹配。BRL 工況的鍋爐出力與汽輪機TRL 工況的進汽量相匹配。風機在此工況下應運行在最高效率區內。此點為風機效率考核點。

三合一風機所配套的電動機的參數，見表3。

表3 所配套電動機參數表

2 引風機失速運行工況及處理過程

失速前機組運行工況：2013年11月27日17∶00，機組負荷310MW，鍋爐蒸發量1035t/h，1 號爐1A，1B，1C，1D，1E 五臺磨煤機運行，1A、1B 一次風機、1A、1B 送風機及1A、1B 引風機投自動運行。1A、1B 引風機動葉開度 86.9%/81.5%，電流為255A/307A，1A 引風機電流與1 號機組負負對比如圖1所示。

失速發生時工況：17時21分，1 號爐1A 引風機電流由254A 驟降至181A（動葉開度85%未變化），1 號爐爐膛負壓快速增至+900Pa，1B 引風機出力自動加至最大，快速停運1 號爐1E 制粉系統，打掉1 號爐1D 制粉系統，負荷由310MW 快速降至210MW，就地檢查18∶31分，保持1A 吸風機動葉開度不變的情況下停運1A 吸風機，在關閉1 號爐1A 吸風機入口擋板過程中1A 吸風機電流由147A突升至208A，（入口擋板無法關到位），爐膛負壓驟升至-1300Pa，立即停止1A 引風機并將爐膛負壓調至正常，負荷穩定至200MW。

圖1 電流、負荷對比圖

事件處理過程：11月27日異常發生后，就地檢查風機溫度、振動均正常，因本次異常現象與7月份1A 引風機設備損壞事故現象非常相似，為保證機組安全運行決定停運1A 引風機，解體檢查內部有無損傷。18∶34，1A 引風機停運，23∶00，引風機上蓋打開，觀察動葉無損壞，葉片執行機構及拐臂無異常，就地、遠方操作動葉開關靈活。為徹底排查異常原因，決定打開中心筒檢查內部設備，由于風機內硫味極重，人員不能在機殼內長時間逗留，直到28日凌晨04∶15，才將中心筒內部人孔門全部打開，檢查發現動葉伺服閥、連桿均無異常，將連桿和拐臂脫開后，就地活動連桿靈活、無卡澀，因此判斷設備本身無損壞。凌晨06∶35，開始設備回裝。15∶46，1A 引風機試運，就地測量溫度、振動均正常，風機恢復正常運行狀態。

3 引風機失速原因分析

11月29日，1A 引風機再次發生失速故障，失速時空預器及引風機參數曲線圖如圖2所示。

圖2 引風機失速時空預器及引風機參數曲線圖

結合兩次失速工況各參數歷史趨勢進行分析，發現異常發生后發出過“1A 引風機失速”報警信號，經過風機解體檢查排除了設備原因后，判斷異常發生的直接原因為風機失速，根據數據顯示風機失速前1A 引風機入口壓力為-6.6kPa，出口為+1.3kPa，已超出了風機的最大出力，因此判斷風機失速的原因在于入口負壓過高。經分析，風機失速的根本原因為空預器煙氣側壓差大，空預器進出口壓差設計值為1600Pa，而空預器內部堵灰后，空預器煙氣側進出口壓差超出設計值2000Pa，達到3600Pa，使引風機入口壓力達到-6700Pa，出口壓力1300Pa，風機全壓接近了風機的最大出力8100Pa，由于系統壓力波動，及兩臺引風機搶風，造成了風機進入失速區。

空預器堵灰的根本原因為NH4HSO4大量粘結在空預器轉子冷端蓄熱元件內部。其次脫硝投入增加了煙道阻力，同時也大大提高了SO3的生成率，11月初氣溫降低導致空預器冷端酸腐蝕加劇，二次風暖風器未及時投入運行，造成空預器冷端綜合溫度低于150℃（排煙溫度與空預器入口二次風溫度之和），脫硝的氨逃逸后與煙氣中的SO3及低溫煙氣中的水形成了常溫下為固態的 NH4HSO4，而NH4HSO4的結晶溫度在140℃，故隨著排煙溫度降低，空預器堵灰現象也隨之加劇，空預器差壓快速升高。

軸流風機的失速特性是由風機的葉型等特性決定的，同時也受到風道阻力等系統特性的影響，動葉調節軸流式引風機的特性曲線如圖3所示，其中，鞍形曲線M 為引風機不同安裝角的失速點連線，工況點落在馬鞍形曲線的左上方，均為不穩定工況區，這條線也稱為失速線。由圖中我們不難看出：①在同一葉片角度下，管路阻力越大，風機出口風壓越高，風機運行越接近于不穩定工況區；②在管路阻力特性不變的情況下，風機動葉開度越大，風機運行點越接近不穩定工況區。

圖3 動葉調節軸流式風機特性曲線

1 號爐空預器堵灰后，煙氣阻力增加，鍋爐大負荷運行時，引風機動葉開度大，長期接近于不穩定工況區工作。鍋爐負荷增加至最大出力時，1A 引風機達到臨界點而發生失速。

綜上所述，機組負荷升高至BMCR 工況，引風機出力接近BMCR 出力，至使兩臺引風機電流偏差造成兩臺風機搶風，產生失速現象。系統阻力增加是造成本次失速的直接原因。

脫硝投運后空預器堵灰是引起本次失速的間接原因。

4 針對此類失速事故的控制措施

1）正常運行中鍋爐引、送風調節投自動模式，負壓設定為50～100Pa 之間，爐膛負壓波動幅度大于200Pa時，切至手動調整，嚴禁爐膛冒正壓。

2）引風機入口煙氣聯絡門及送風機出口聯絡門正常運行中保持關閉，防止因兩側風機出力不平衡發生失速。

3）運行人員應盡量保持兩側送、引風機出力和電流平衡，嚴格控制兩側風機電流偏差不大于30A，單側引風機電流不超額定電流416A。

4）1 號爐引風機動葉開度規定運行調整上限不大于80%，2 號爐引風機動葉開度規定運行調整上限不大于85%，防止風機動葉開度過大進入失速不穩定區。

5）1、2號爐空預器蒸汽吹灰連續進行。

6）機組運行中加強引、送風機電流監視和就地檢查，發現異常立即匯報值長，通知維護人員檢查設備。

7）運行中嚴密監視空預器進出口煙氣差壓和一、二次風差壓變化，發現空預器堵灰情況有上升趨勢時及時聯系維護人員檢查處理。

8）脫硝SCR 運行時，嚴格控制系統氨逃逸不大于 3PPM，保證 SCR 出口 NOx濃度小于100mg/Nm3的前提下盡量降低噴氨濃度。

9）嚴格執行暖風器投運管理規定，保證空預器冷端綜合溫度不低于150℃（排煙溫度與空預器入口二次風溫度之和），防止空預器冷端酸結露腐蝕加重堵灰程度。

10）加強鍋爐入爐煤混配摻燒管理，嚴格控制入爐煤硫份不大于1.0%。

11）1 號機組供熱量不大于100t/h，發電量不超300MW，鍋爐總蒸發量不高于920t/h。

12）對引風機失速和風機全壓的報警值做適當調整。設置了風機全壓超過7400Pa 的報警點。

13）機組有停備機會時對空預器蓄熱元件進行高壓水沖洗，解決空預器堵灰問題。

14）加強對1 號爐蒸汽吹灰系統的檢修維護，確保設備正常投入。

15）調整布袋除塵器脈沖閥吹灰頻率，減少布袋除塵器進出口壓差。可降低引風機入口阻力約200Pa。

16）修改運行規程，根據氣溫度化，及時投運暖風器，調研暖風器投入的最佳工況點為一次風、二次風、排煙溫度三者之平均溫度低于145℃時投入最為合適，并加入運行規程。

5 結論

解決此類設備異常問題主要從三方面著手，首先，引風機本身設計選型過程中考慮的異常工況要全面，即空預器煙氣側堵灰在后進/出口壓差會升高至3000～4000Pa時，引風機設備選型時確定風機全壓要以鍋爐B-MCR 工況時，風煙系統阻力極端工況為選型參考。其次，系統阻力增加的影響，脫硝設施投運過程后，要將氨逃逸量控制在最小值，這就要求運行人員控制好低氮燃燒器的配風，減少脫 硝入口NOx的含量，合理控制氨的投入量，減少NH4HSO4在空預器冷端蓄熱元件的沉積。再次，控制二次風與排煙溫度二者的平均溫度值不低于145℃，減少NH4HSO4在低煙氣溫度中的結晶，同時加強空預器吹灰也是控制此問題的有效措施。

[1] 何川,等. 泵與風機[M]. 北京: 中國電力出版社,2008.

[2] 董彬,等. 鍋爐檢修規程[Z]. 大唐魯北發電有限責任公司,2009.

[3] 劉輝,等. 鍋爐運行規程[Z]. 大唐魯北發電有限責任公司,2009.

[4] 楊颺,等. 煙氣脫硫脫硝凈化工程技術與設備[M]. 北京: 化學工業出版社,2013.

[5] AP 動葉可調軸流通風機使用說明書［Z］. 成都電力機械廠,2011.