某燃氣輪機88BN風機工況調整

金緯

（江蘇華電能源有限公司望亭發電分公司，江蘇 蘇州 215155）

0 引言

GE公司生產的9FA級燃氣輪機是目前我國重型燃氣輪機中的主力機組。該型號的機組有一套密封和冷卻空氣系統，包括88BN和88TK等風機。由于這些風機的聯鎖保護與機組的保護邏輯關聯，所以技術人員對這類風機的運行參數比較關注。某廠的88BN風機在2019年出現了運行電流小幅超標的現象，在排除了常規故障原因后，通過對風機集流器與葉輪配合間隙的調整，解決了運行電流偏高的問題，同時還帶來了一定的節能效益。

1 設備介紹和問題分析

1.1 設備概況

某廠1、2號機組為9FA級燃氣-蒸汽聯合循環機組（GE STAG 109FA-SS），機島設備采用PG9351FA型燃氣輪機、D10型蒸汽輪機和390H型發電機，單軸室內布置。該機組冷卻和密封空氣系統包含2臺離心風機（88BN-1A、1B）向排氣機架冷卻歧管和2號軸承區提供空氣。風機的進風箱上安裝有進氣格柵式濾網，風機和進風風道對稱布置，葉輪都為后彎式，2臺風機的輸出都通過1個單轉向止回閥。88BN風機主要參數見表1。

表1 88BN風機主要參數

1.2 設備故障分析

2019年下半年以來，88BN風機運行情況較穩定。但是無論是在機組運行或備用狀態下啟動風機，88BN風機電流經常超額定電流1~1.5A。由于2臺燃氣輪機的4臺88BN都有此類超電流的現象，基于安全生產，技術人員從電氣和機務兩方面查找問題。技術人員通過電氣儀表校驗4臺88BN風機電動機本身的繞組絕緣和電動機控制系統回路的電氣元件，經過校驗排除了電氣系統的故障。

機務方面首先風機進氣濾網進行了吹掃，盤動風機馬達無卡澀、輕重現象。然后啟動風機后檢查振動情況，檢測結果是4臺88BN風機振幅值只有0.015mm。由于是對稱布置，2臺風機轉向相反，啟動后發現風機轉向也無誤[1]。經過初步排查，風機電流始終高于額定電流1~1.5A，且運行平穩。最后，技術人員判斷電流偏大的原因可能是風機長時間運行和頻繁啟停，導致風機通流部分動靜配合間隙變化，需要將風機從風殼中吊出檢查風機葉輪和風機進口風道集流器，并對其相關數據進行測量。

2 風機通流部分結構參數分析

2.1 集流器

目前高效離心風機普遍裝有集流器，其作用在于保證氣流均勻地充滿葉輪的進口端面，并且使風機進口處的阻力盡量減少。集流器對風機工況的影響視葉輪出口斷面被氣流充滿程度而定。88BN風機選用的集流器是采用一種圓錐型（近似流線型）進口帶有小圓弧擴散出口的縮放體集流器[2]。氣流進入集流器后逐步加速在劇烈收斂的喉部造成較高的速度，使之有較大的沖量和形成較高的真空度，這樣氣體能夠均勻地充滿葉輪后盤進入風道，也使氣體在較短的時間內較多得進入葉輪。因此能使集流器出來的氣流均勻地充滿整個葉輪的葉道中，同時在這種縮放體集流器中，氣流是緩慢加速再均勻地擴散，所以流動損失較少。

2.2 間隙調整

圖1所示為88BN風機葉輪與集流器相對位置圖。由于風機殼中的氣體壓力高于葉輪進口處的壓力，氣流在此壓力差影響下經過間隙Q2回到葉輪進口，該間隙Q2也叫做循環間隙。理論上講，離心風機葉輪與集流器相對間隙Q1，即葉輪與集流器軸向重疊度越大，電流越大。由于葉輪前緣和集流器之間存在著二次流旋渦，Q1如果超允許范圍太多，葉輪前緣附件會形成大渦流區，造成風機的能量損失。葉輪后緣到蓋板的距離Q3越大，風機能達到的靜壓越大。同時，在離心風機設計中，葉輪后緣到蓋板的距離Q3通常控制在10%的風機入口直徑左右，可以獲得最大風量[3]，88BN風機入口直徑為φ350mm。

圖1 88BN風機結構圖

技術人員在經過測量分析后，認為可以通過縮小重疊度Q1來降低風機電流，同時參考其他電廠類似問題的處理方法，保證間隙Q2在合理范圍內，以滿足風壓要求。在選取1臺88BN風機進行調整后，風機在試轉過程中電流降到了26.2A，且滿足運行工況需要，具體參數調整前后見表2所示。因為冗余風量較多，這里以降低電流為主要目標，即將減小重疊度Q1作為主要調整手段[4-5]。

表2 88BN風機工況調整前后數據對比

在對2臺燃氣輪機的4臺88BN風機按照上述方法調整葉輪與集流器的間隙后，電機電流都有了不同程度的下降，降幅都在2~3A之間，且風壓正常，風機振幅≦0.01mm。按照88BN風機年運行6000h，則全廠2臺機組，每臺機組的88BN風機運行小時為3000小時。上網電價0.38元，平均每臺風機電流可下降2.8A，得到單臺風機在調整后可以節能5529kWh，4臺88BN風機全年可以節約8403元。如表3所示，雖然風機實際節約生產成本不多，但是風機能效提升十分明顯，可以作為離心風機的一種節能方法進行推廣。

表3 88BN風機節能效益

3 結語

9F級燃氣輪機冷卻和密封空氣系統風機較多，總的運行情況較為良好，通常對于88BN這類雙向對稱進風的電流超標問題，需要重點考慮風機或電機在檢修過程中是否忽視了葉輪與集流器配合間隙的測量標記。經過調查發現，GE公司為大多數燃氣輪機機組配套的風機很少有電流超標的現象，這是因為GE公司的設計理念是嚴格控制輔機設備的容量冗余度，以符合節能降耗的趨勢。對于已經發生的風機電流超標問題，要及時確診消除冗余風量的可行性，降低輔機設備的廠用電率。技術人員也通過對此類問題的分析處理，將節能降耗的理念貫穿檢修消缺過程中。