軸流式引風機失速原因分析與應對策略

邱長偉，劉維岐，宋大勇，張家維，張志遠,唐士明，武 超，任百智

(1.國電康平發(fā)電有限公司，遼寧 康平 110500；2.國電科學技術(shù)研究院有限公司，南京 210023;3.河南城建學院 能源與建筑環(huán)境工程學院，河南 平頂山 467000;4.國電哈爾濱熱電有限公司，哈爾濱 150000)

0 引 言

軸流式引風機廣泛應用在中國電站鍋爐中，隨著發(fā)電機組單機容量的不斷增加，引風機的性能直接影響到機組的經(jīng)濟性及安全性[1]。軸流式引風機常被失速及喘振問題所困擾。引風機失速與喘振主要與煙風道阻力特性變化[2-5]、煙氣量變化等因素有關(guān)。大型燃煤發(fā)電機組中，引風機采用靜葉可調(diào)軸流式引風機的占有較大比重。深度調(diào)峰工況下，鍋爐煙氣量較常規(guī)負荷有較大降低，靜葉可調(diào)軸流式引風機更容易發(fā)生失速的問題[6-8]。以某600 MW燃煤發(fā)電機組為例，闡述靜葉可調(diào)軸流式引風機在超低排放改造及火電靈活性優(yōu)化運行中，避免深度調(diào)峰工況下風機失速問題的優(yōu)化方案。

1 低負荷下引風機易失速原因分析

1.1 設(shè)備簡介

研究對象為HG-1950/25.4-YM3型鍋爐配備的2臺靜葉可調(diào)軸流式引風機，引風機采用汽輪機驅(qū)動，汽動引風機設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 引風機設(shè)計參數(shù)Table 1 Design parameters of induced draft fan

引風機常規(guī)工況運行時，能夠保證機組正常運行，近幾年機組調(diào)峰工作較為頻繁，為了摸清深度調(diào)峰工況下引風機運行狀態(tài)以及超低排放改造，進行不同工況下引風機性能試驗。

1.2 試驗內(nèi)容及主要結(jié)果

試驗在600 MW、450 MW、310 MW、210 MW四個負荷點工況下進行，主要測試各負荷下2臺汽動引風機全壓、流量等風機主要性能指標，并在風機性能曲線圖上標出實際運行工況點。600 MW、450 MW、310 MW、210 MW負荷下風機實際工況點如圖1～4所示(圖中A、B分別表示引風機實際工況點)。圖中縱坐標為風機比壓能，為風機全壓升與風機入口介質(zhì)密度的比值。

圖1 600 MW工況下實際運行工況點

圖2 450 MW工況下實際運行工況點

圖3 310 MW工況下實際運行工況點

圖4 210 MW工況下實際運行工況點

1.3 低負荷下風機易失速原因分析

由風機性能試驗結(jié)果可知，隨著機組負荷的降低，風機實際運行工況點逐漸接近風機理論失速線，這與風機的流量及系統(tǒng)阻力特性有直接關(guān)系，風機流量越低、阻力越大，越容易失速。

以210 MW負荷為例，若進行超低排放改造，此時風道阻力升高，假定風機流量保持不變，風機性能曲線中的運行工況點會有如圖5所示的變化情況。

圖5 系統(tǒng)阻力升高后運行工況點變化

由圖5可以看出，僅系統(tǒng)阻力升高，風機在210 MW負荷下有可能由工況點A、B點變化到工況點A′、B′點，此時風機存在失速的風險。

以210 MW負荷為例，若繼續(xù)降低機組運行負荷，此時風機流量和壓頭繼續(xù)降低，則其在風機性能曲線中的運行工況點會有如圖6所示的變化情況。

圖6 系統(tǒng)出力降低后運行工況點的變化

由圖6可以看出，當機組負荷繼續(xù)降低時，風機工況點有可能由A、B點變化到A′、B′點，此時風機存在失速的風險。

由以上分析可知，隨著負荷的降低，軸流式引風機實際運行工況點更接近失速曲線。當負荷降至超低負荷或低負荷下，由于某種原因煙風道阻力升高時，引風機均存在失速的風險。

2 解決方案及分析

2.1 實際解決方案

該機組計劃進行超低排放改造及火電靈活性改造，尾部煙道阻力將會繼續(xù)增加。經(jīng)過風機廠家核算后，機組在常規(guī)工況下仍能夠滿足正常運行，但機組超低負荷運行時，存在失速風險，而更換引風機成本較高，不符合實際。最終確定改造方案為： a.KSE(軸流式風機消除風機喘振裝置)打開； b.增加引風機旁路煙道。

KSE裝置在額定工況下無任何作用，當進入小流量區(qū)產(chǎn)生失速時，位于葉片頂部所產(chǎn)生的反向氣流會流經(jīng)KSE分流裝置重新進入主流道，減緩風機失速問題[9]。

超低負荷下風機易失速，原因是低流量區(qū)確保風機不失速的全壓升較小。若將風機本體流量提高，而保持其他煙風道工質(zhì)流量不變時，風機的不失速全壓升將會提高。因此將引風機出口一部分煙氣通過旁路煙道引入引風機入口，在保證整個系統(tǒng)煙風量不變的情況下，通過開啟旁路煙道擋板門，提高引風機本體煙氣流量來使引風機運行在穩(wěn)定工況區(qū)。引風機旁路系統(tǒng)[10]如圖7所示。

圖7 引風機旁路煙道系統(tǒng)

2.2 引風機旁路系統(tǒng)分析

2.2.1 風道阻力升高

以210 MW負荷為例，當風道阻力升高時，假定煙風系統(tǒng)整體流量保持不變，開啟引風機旁路煙道，風機性能曲線中運行工況點的變化如圖8所示。

由圖8可以看出，若提前打開引風機煙氣旁路系統(tǒng)，通過調(diào)整流經(jīng)引風機本體的煙氣量，可使風機運行工況點變至A″、B″，避免風機失速。

圖8 系統(tǒng)阻力升高后運行工況點變化

2.2.2 系統(tǒng)出力降低

以210 MW負荷為例，當系統(tǒng)出力降低時，風機流量和壓頭繼續(xù)降低，開啟引風機旁路煙道，風機性能曲線中運行工況點的變化如圖9所示。

圖9 系統(tǒng)出力降低后風機運行工況點變化

由圖9可以看出，若提前打開引風機煙氣旁路系統(tǒng)，通過調(diào)整流經(jīng)引風機本體的煙氣量，可使風機運行工況點變至A″、B″，避免風機失速。

3 結(jié) 語

1)通過不同負荷下引風機性能試驗結(jié)果可知，低負荷工況下軸流式引風機實際運行工況點離風機理論失速線越近，越容易失速。

2)機組在深度調(diào)峰工況下運行時，當煙風阻力升高或者系統(tǒng)流量降低時，風機的失速風險增加。

3)引風機旁路煙道系統(tǒng)可在保證整個系統(tǒng)煙風量不變的情況下，通過開啟旁路煙道擋板門，提高引風機本體煙氣流量來使引風機運行在穩(wěn)定工況區(qū)。

4)為同類型火力發(fā)電機組深度調(diào)峰工況時出現(xiàn)引風機搶風問題提供了一個有效的解決方法。