大型火電廠投入脫硝系統后軸流風機失速原因及對策分析

曹燦

摘要：近年來，為有效降低大氣污染，在既有火電機組中增加設置脫硫設備與脫銷系統，盡量降低氮氧化物的含量，減少排放量。在脫銷系統投入使用以后，同樣也對相關設備產生了一定的影響，特別是空預器與軸流風機。基于此，文章將某大型火電廠作為重點研究對象，闡述在脫銷系統投入以后導致軸流風機失速的原因與相關對策，希望有所幫助。

關鍵詞：大型火電廠；脫銷系統；軸流風機；失速原因；對策

現階段，對于國內大型火力發電機組而言，軸流式一次風機與正壓直吹式制粉系統最常見。若一次風機選型設計與制粉系統出現故障，很容易導致風機失速的問題，會損壞風機或者是燃燒不穩定，嚴重的還會致使鍋爐滅火機組停止運行。由此可見，一次風機合理選型與設計工作的開展，也是確保機組運行安全的重要措施。將脫銷系統引入大型火電廠，會影響軸流風機的運行質量與效果，所以有必要深入研究并分析軸流風機失速的原因與對策。

一、大型火電廠鍋爐與脫銷設備概述

在某大型火電廠中，8號600兆瓦機組選擇使用的是亞臨界自然循環且緊身封閉的全鋼構架Ⅱ型汽包爐。其主要的爐膛燃燒方式就是正壓直吹前后墻的對沖燃燒，所配備的低氮軸向旋流式煤粉燃燒器數量為30，以三層分布方式被布置于鍋爐前后墻的水冷壁中。在煙道的下部位置布置了兩臺受熱面回轉空氣預熱器，在制粉系統中布設了六臺磨煤機，且鍋爐爐膛風煙系統是平衡通風的方式。

此機組的脫銷系統主要選擇使用的是液氨來制備脫銷換還原劑，而在系統當中，還選用了選擇性催化還原法的全煙氣脫銷工藝。SCR是選擇性催化還原法的簡稱，其反應器主要被布設于省煤器出口和空預器入口間的高含塵區域之內，且處于鍋爐的工況之下，實現了全煙氣脫硝目標。其中，布置的結構主要是單爐體雙SCR，而催化劑的層數則以“2+1”的模式布置，初始階段裝入兩層，其余一層預留。將雙吹掃裝置安裝在反應器當中，具體包括了聲波吹灰器與蒸汽吹灰器，而具體的反應原理表現為：

SCR脫銷系統對催化劑使用的過程中，要求在特定溫度背景下，混合煙氣當中所含的氮氧化物和氨氣供應系統中的氨氣，通過還原反應而形成氮氣與水，使得氮氧化物的實際排放量不斷減少，以免煙氣污染生態環境。在SCR反應器中所發生的主要反應就是。通常情況下，煙氣中所含有的氮氧化物一般都是通過形式存在，若缺少催化劑，反應僅僅會在較小的溫度范圍內進行[1]。在對催化劑進行合理選擇的情況下，能夠使反應的溫度下降，同時拓展其溫度范圍，控制在290-430攝氏度之間，與電廠的實際工況相吻合。

分解與氧化成反應，要求溫度超過350攝氏度才會進行，而且在超過450攝氏度的情況下反應會更加劇烈。通常來講，選擇性催化還原工藝中的反應溫度會超過300攝氏度，所以有部分會發生氧化反應并形成。

二、大型火電廠投入脫銷系統后軸流風機失速問題與原因

（一）失速表現

該大型火電廠投入脫銷系統以后，其空預器的差壓明顯增加，即便在停爐以后會沖洗空預器，但在啟動一定時間滯后，各個風機電流與出口壓力等都會出現小幅度的擺動，直接影響了一次風機系統，且風機失速的情況經常出現。以某一次風機失速事故為例進行分析，在機組運行過程中，發生異常之前，機組的復核是600兆瓦，且磨處于運行狀態，每小時的煤量是320噸，而F磨煤機是備用機，同時A、B一次風機處于運行的狀態。大概在11時左右，煤量由每小時296噸提高到每小時320噸，而且A空預器的差壓是2.1千帕，B空預器的差壓是1.7千帕[2]。經過兩分鐘，A一次風機的出口壓力達到了13.4千帕，而風機的風量則由每小時370噸驟降到0，此時一次風機出現了失速的情況。另外，A一次風機動葉有83%是跳手動，同時電流是120安，而B一次風機動葉處于全開狀態，電流是260安。除此之外，一次風壓下降到7.3千帕且始終呈現出下降的趨勢。隨后，通過手動形式減少B一次風機的動葉開度，以免其出現過流的情況。將燃料自控自動解除，將E磨煤機打掉，將通風與密封風關閉。失速原因第一，風機動葉的沖角不大，使氣流繞過機翼型的葉片始終處于流線的狀態，在動葉開大的情況下，在氣流和葉片呈現出正沖角時，沖角會超出臨界數值。此時，葉片背面流動工況會不斷惡化，嚴重破壞邊界層并且在葉片的背部尾端形成渦流區。在實踐過程中，沖角超出臨界值越大，失速的情況就越明顯，且流體流動的阻力也會隨之增加，最終阻塞葉道，風機風壓下降，使得風機處于不穩定工況狀態。

第二，風機亦或是制粉系統發生故障，具體表現在擋板關閉、磨煤機風門聯關或者是磨煤機跳閘等。在風量瞬間下降的情況下，系統的阻力也會提高，導致風機壓力上升且風量下降。這樣一來，風機就會進入到不穩定的區域，引發嚴重的失速問題。

三、大型火電廠投入脫銷系統后軸流風機失速解決對策

（一）預防風機失速對策

第一，將磨煤熱風門的開度作為參考，對一次風母管的壓力進行控制，保證一次風機處于大風量低壓頭的工況之下。如果高負荷一次風機的出口壓力大于13千帕亦或是一次風機的擋板開度超過80%的情況下，需要對一次風壓的負偏置進行調整，以保證一次風機的處理下降。

第二，如果是漲負荷的狀態，要對一次風機電流的變化進行監視，特別是針對兩風機處理失衡的情況要及時采取調平的措施，以保證出力相同。與此同時，要對一次風機對油壓力變化的控制效果進行監視，一旦壓力增加就代表動葉出現了卡澀的情況，要對機組負荷進行限制，以達到風機出力下降的目標。

（二）空預器堵灰對策

導致風機處于失速狀態的另一原因就是空預器，所以在火電廠投入脫銷系統以后，針對空預器堵灰的問題要合理地采取相應的措施，具體表現在以下幾方面：

首先，空預器進口冷風溫度的有效提高。將一、二次風暖風器供汽門的開度加大，以保證供氣壓力的提高，保證空預器一、二次的冷風溫度得以增加。在冬季期間，鍋爐暖風器的及早投入使用能夠保證空預器的冷端溫度不斷提升。

其次，對機組噴氨量的有效控制。因鍋爐的風道相對較大，所以氮氧化物的分布與噴氨并不均勻，致使煙氣當中所含氨氣量過多。通過對機組脫硝系統內各個測點位置的優化，能夠保證測量更加準確與有效。對出口的氮氧化物進行控制，在達標的基礎上，保證氨的逃逸量不超過3 ，盡量降低副反應，使得硫氫氨生成量減少，在降低空預器堵灰的基礎上減少液氮實際消耗量。

結束語：

綜上所述，在大型火電廠中投入脫銷系統以后，很容易引發軸流風機失速的故障問題。在這種情況下，在環保的基礎上盡量降低機組的噴氨量，減少硫酸氫氨生成量，將鍋爐的一、二次風暖風器供汽門全部打開，對停爐的時間予以充分利用沖洗空預器，將在線水沖洗設備加裝在鍋爐中，能夠有效地解決空預器的堵灰問題，而且風機電流明顯降低，在確保設備運行安全正常的基礎上，火電廠的用電量也顯著節省。由此可見，在脫銷系統應用于大型火電廠以后，有必要深入探究軸流風機的失速原因，基于此采取解決的對策，以保證火電廠的正常運行。

參考文獻：

[1]邵寶坤.某大型火電廠投入脫硝系統后軸流風機失速原因及對策[J].中文信息，2016（10）：266-267.

[2]馬瑞.脫硝噴氨自動控制在大型火電廠中應用案例分析[C].2016燃煤電廠超低排放形勢下SCR（SNCR）脫硝系統運行管理及氨逃逸與空預器堵塞技術交流研討會論文集.2016：339-344.