鍋爐引風(fēng)機(jī)選型改造的可靠性

邱勇

摘要：我國對(duì)節(jié)能減排力度的逐步加大，原來的燃煤火力發(fā)電機(jī)組由于沒有配套的脫硫設(shè)施，需要進(jìn)行脫硫改造。現(xiàn)普遍采用了對(duì)除塵器進(jìn)行技術(shù)改造，改造后的除塵器型式多為電袋復(fù)合除塵器或純袋式除塵器。設(shè)備改造前應(yīng)進(jìn)行全面的技術(shù)可靠性評(píng)估，以防止設(shè)備改造后引風(fēng)機(jī)不能安全穩(wěn)定運(yùn)行。文中對(duì)幾個(gè)發(fā)電企業(yè)在不同設(shè)備改造中，引起的引風(fēng)機(jī)喘振、失速這一共性問題進(jìn)行針對(duì)性分析，提出必須關(guān)注的問題及相應(yīng)的解決辦法。

關(guān)鍵詞：電廠鍋爐：引風(fēng)機(jī);失速裕度;分析

一、脫硫設(shè)備改造后的失速問題

1.1問題描述

某A燃煤電廠2號(hào)機(jī)組鍋爐系東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限公司引進(jìn)美國福斯特·惠勒能源公司（FWEC）技術(shù)設(shè)計(jì)制造的DG1025/17.4-II14型“W”火焰煤粉鍋爐，配300MW汽輪發(fā)電機(jī)組，單元制運(yùn)行。鍋爐原配2臺(tái)引風(fēng)機(jī)，型號(hào)AN28e6（V19+4°）、轉(zhuǎn)速740r/min、全壓4828Pa、電機(jī)功率1800kW，沒有進(jìn)行脫硫系統(tǒng)改造前，引風(fēng)機(jī)能滿足機(jī)組從低負(fù)荷150～300MW額定負(fù)荷的調(diào)節(jié)需要，并且穩(wěn)定運(yùn)行沒有發(fā)生失速問題。200年進(jìn)行鍋爐煙氣系統(tǒng)的脫硫改造，脫硫系統(tǒng)為濕法脫硫、不設(shè)增壓風(fēng)機(jī)和GGH（再熱式煙氣-煙氣換熱器）、脫硫塔為平流塔，增設(shè)脫硫系統(tǒng)后在脫硫島投入運(yùn)行情況下引風(fēng)機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)失速、出力不足的問題。

1.2原因分析

對(duì)引風(fēng)機(jī)在不同鍋爐運(yùn)行工況下進(jìn)行參數(shù)測(cè)試（見圖1）。圖中“#”點(diǎn)表示脫硫系統(tǒng)解裂時(shí)風(fēng)機(jī)運(yùn)行工作點(diǎn);“*”點(diǎn)表示脫硫系統(tǒng)投入時(shí)風(fēng)機(jī)運(yùn)行工作點(diǎn)。

在脫硫系統(tǒng)解裂狀態(tài)下，引風(fēng)機(jī)在鍋爐不同負(fù)荷下的工作點(diǎn)，距離理論失速線較遠(yuǎn)，，風(fēng)機(jī)工作于安全區(qū)域;而在脫硫系統(tǒng)投入的狀態(tài)下，引風(fēng)機(jī)運(yùn)行中還需克服脫硫系統(tǒng)增加的阻力，煙氣流量基本不變，系統(tǒng)阻力增加。

鍋爐燃燒過程中爐膛壓力和煙氣量的波動(dòng)，會(huì)波及引風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)發(fā)生變化，穩(wěn)定狀態(tài)很容易遭到破壞，風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)靠近理論失速線，風(fēng)機(jī)進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)運(yùn)行（圖1中虛線圈內(nèi)淡綠色的部分），發(fā)生失速現(xiàn)象，均可造成風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子有關(guān)部件的疲勞與損壞，危及風(fēng)機(jī)本身和機(jī)組安全。軸流式風(fēng)機(jī)應(yīng)有足夠的失速裕度，失速裕度可用失速安全系數(shù)k來表示，k由設(shè)計(jì)工況點(diǎn)和該開度下的失速工況點(diǎn)的風(fēng)量、風(fēng)壓按下式求出，在選型設(shè)計(jì)時(shí)，宜選取k大于1.3。

k=pk/p×（q/qk）2（1）

式中：p為設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的風(fēng)壓，Pa;q為設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的風(fēng)量，m3/s;pk為失速工況點(diǎn)的風(fēng)壓，Pa;qk為失速工況點(diǎn)的風(fēng)量，m3/s。

脫硫系統(tǒng)解裂時(shí)，各工作點(diǎn)測(cè)試表明，機(jī)組額定負(fù)荷運(yùn)行引風(fēng)機(jī)對(duì)應(yīng)的失速裕度2.97，機(jī)組運(yùn)行在240MW負(fù)荷及以下，對(duì)應(yīng)靜葉開度在小于45°的運(yùn)行區(qū)不發(fā)生失速現(xiàn)象，鍋爐引風(fēng)機(jī)運(yùn)行不會(huì)發(fā)生失速現(xiàn)象，運(yùn)行安全。脫硫系統(tǒng)投入運(yùn)行時(shí)，各工作點(diǎn)測(cè)試表明，機(jī)組額定負(fù)荷運(yùn)行引風(fēng)機(jī)對(duì)應(yīng)的失速裕度系數(shù)1.42，運(yùn)行中煙風(fēng)的波動(dòng)導(dǎo)致煙氣量和系統(tǒng)阻力發(fā)生波動(dòng)，引風(fēng)機(jī)運(yùn)行工作點(diǎn)接近或越過理論失速線，引風(fēng)機(jī)發(fā)生失速現(xiàn)象，電機(jī)電流發(fā)生波動(dòng);在機(jī)組210MW負(fù)荷以下，對(duì)應(yīng)靜葉開度在小于45°的運(yùn)行區(qū)沒有發(fā)生失速現(xiàn)象。

1.3解決對(duì)策

為解決機(jī)組運(yùn)行中引風(fēng)機(jī)出現(xiàn)的失速現(xiàn)象，風(fēng)機(jī)改造選型參數(shù)的選取，充分考慮夏季工況運(yùn)行，由于鍋爐排煙溫度的升高，引起同負(fù)荷下煙氣量和系統(tǒng)阻力增加，軸流式風(fēng)機(jī)型號(hào)尺寸的選擇應(yīng)使發(fā)電機(jī)組在經(jīng)濟(jì)負(fù)荷下（一般為發(fā)電機(jī)組額定出力）運(yùn)行時(shí)，引風(fēng)機(jī)處于最高效率區(qū)運(yùn)行，同時(shí)當(dāng)機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，工作點(diǎn)遠(yuǎn)離理論失速線，引風(fēng)機(jī)各工作點(diǎn)的失速裕度系數(shù)k大于1.3。

在確保風(fēng)機(jī)改造后安全運(yùn)行的同時(shí)，盡量降低改造工作量和投資成本的原則上，基礎(chǔ)不做大的改動(dòng)，原有電機(jī)功率1800kW能滿足風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、軸功率的運(yùn)行要求;保持風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)、進(jìn)出口接口不變，僅需改造葉輪和葉輪外殼（含KSE裝置）、進(jìn)氣箱、小集流器、前導(dǎo)葉芯筒、后導(dǎo)葉外殼等。

二、防止引風(fēng)機(jī)失速的措施和建議

2.1試驗(yàn)測(cè)試

在對(duì)現(xiàn)有設(shè)備改造前，應(yīng)進(jìn)行機(jī)組不同運(yùn)行負(fù)荷下的測(cè)試工作;若為新上機(jī)組，則可通過了解同類型機(jī)組的情況，獲取必要的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)為引風(fēng)機(jī)的選型和評(píng)估提供依據(jù)。

2.2風(fēng)機(jī)選型或改造時(shí)煙氣量的選取原則

在對(duì)引風(fēng)機(jī)容量參數(shù)選取時(shí)，應(yīng)考慮在不同季節(jié)和臨近下次大修時(shí)機(jī)組狀態(tài)變化影響，包括鍋爐燃煤煤質(zhì)變化而引起煙氣量的變化;夏季環(huán)境溫度增高對(duì)鍋爐排煙溫度影響引起煙氣體積增大;同時(shí)夏季汽輪機(jī)真空降低、機(jī)組老化效率降低、閥門泄漏等因素影響引起汽耗量增加，導(dǎo)致機(jī)組同樣負(fù)荷鍋爐出力增加引起引風(fēng)機(jī)的出力增加;煙道、空氣預(yù)熱器漏風(fēng)直接引起的煙氣量的增加導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)出力增加，在機(jī)組額定負(fù)荷運(yùn)行時(shí)引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量選取應(yīng)留有10%的裕量。

2.3風(fēng)機(jī)選型或改造時(shí)壓頭的選取原則

考慮煙道和空氣預(yù)熱器積灰引起系統(tǒng)阻力增加;空氣預(yù)熱器漏風(fēng)量增加后引起鍋爐煙氣量增加并造成系統(tǒng)阻力的增加;脫硫系統(tǒng)若不設(shè)置增壓風(fēng)機(jī)，脫硫塔不同漿液泵運(yùn)行方式以及除霧器阻力變化而引起整個(gè)脫硫系統(tǒng)阻力增加;除塵器經(jīng)過電袋除塵方式改造后，隨著運(yùn)行時(shí)間增加布袋除塵器阻力上升而引起除塵系統(tǒng)阻力增加，因此在風(fēng)機(jī)選型或改造時(shí)壓頭的選取應(yīng)留有20%的裕量。

2.4引風(fēng)機(jī)的改造選型

電廠鍋爐引風(fēng)機(jī)的型式有離心式、靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)和動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)選型不當(dāng)造成風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行點(diǎn)在不穩(wěn)定氣流區(qū)或接近甚至進(jìn)入失速區(qū)，以及風(fēng)機(jī)管路系統(tǒng)特性不合理，造成引風(fēng)機(jī)的工作不穩(wěn)定。通過試驗(yàn)測(cè)試得到運(yùn)行實(shí)際狀況數(shù)據(jù)，根據(jù)規(guī)程要求選取額定負(fù)荷的流量和壓頭，確定轉(zhuǎn)速后，結(jié)合具體使用場合并經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定風(fēng)機(jī)型式。選擇軸流風(fēng)機(jī)時(shí)，風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)工況點(diǎn)（TB點(diǎn)）應(yīng)落在比相應(yīng)最高效率工況動(dòng)葉（或靜葉）開度再開大15°左右的曲線上。這樣，即使機(jī)組在低于額定工況下運(yùn)行，風(fēng)機(jī)仍可在最高效率區(qū)內(nèi)運(yùn)行。對(duì)于燃煤鍋爐，由于動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)圓周速度高，考慮到磨損問題宜采用中轉(zhuǎn)速。

2.5安全性預(yù)評(píng)估

通過改造選型的試驗(yàn)測(cè)試，獲取同類型機(jī)組設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，進(jìn)行必要的理論推算，預(yù)測(cè)設(shè)備改造后引風(fēng)機(jī)不同的工作點(diǎn)狀態(tài)和選型后的引風(fēng)機(jī)特性曲線進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)行風(fēng)機(jī)運(yùn)行安全性的評(píng)估工作，防止設(shè)備選型改造出力不足、運(yùn)行可靠性差、裕量過大而造成設(shè)備選型浪費(fèi)現(xiàn)象。

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