軸流式引風(fēng)機(jī)失速原因分析與應(yīng)對(duì)策略

邱長(zhǎng)偉，劉維岐，宋大勇，張家維，張志遠(yuǎn),唐士明，武 超，任百智

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

0 引 言

軸流式引風(fēng)機(jī)廣泛應(yīng)用在中國(guó)電站鍋爐中，隨著發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量的不斷增加，引風(fēng)機(jī)的性能直接影響到機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性及安全性[1]。軸流式引風(fēng)機(jī)常被失速及喘振問題所困擾。引風(fēng)機(jī)失速與喘振主要與煙風(fēng)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(jī)組中，引風(fēng)機(jī)采用靜葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)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(fù)荷有較大降低，靜葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)更容易發(fā)生失速的問題[6-8]。以某600 MW燃煤發(fā)電機(jī)組為例，闡述靜葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)在超低排放改造及火電靈活性優(yōu)化運(yùn)行中，避免深度調(diào)峰工況下風(fēng)機(jī)失速問題的優(yōu)化方案。

1 低負(fù)荷下引風(fēng)機(jī)易失速原因分析

1.1 設(shè)備簡(jiǎn)介

研究對(duì)象為HG-1950/25.4-YM3型鍋爐配備的2臺(tái)靜葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)，引風(fēng)機(jī)采用汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 引風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)Table 1 Design parameters of induced draft fan

引風(fēng)機(jī)常規(guī)工況運(yùn)行時(shí)，能夠保證機(jī)組正常運(yùn)行，近幾年機(jī)組調(diào)峰工作較為頻繁，為了摸清深度調(diào)峰工況下引風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)以及超低排放改造，進(jìn)行不同工況下引風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)內(nèi)容及主要結(jié)果

試驗(yàn)在600 MW、450 MW、310 MW、210 MW四個(gè)負(fù)荷點(diǎn)工況下進(jìn)行，主要測(cè)試各負(fù)荷下2臺(tái)汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)全壓、流量等風(fēng)機(jī)主要性能指標(biāo)，并在風(fēng)機(jī)性能曲線圖上標(biāo)出實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)。600 MW、450 MW、310 MW、210 MW負(fù)荷下風(fēng)機(jī)實(shí)際工況點(diǎn)如圖1～4所示(圖中A、B分別表示引風(fēng)機(jī)實(shí)際工況點(diǎn))。圖中縱坐標(biāo)為風(fēng)機(jī)比壓能，為風(fēng)機(jī)全壓升與風(fēng)機(jī)入口介質(zhì)密度的比值。

圖1 600 MW工況下實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)

圖2 450 MW工況下實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)

圖3 310 MW工況下實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)

圖4 210 MW工況下實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)

1.3 低負(fù)荷下風(fēng)機(jī)易失速原因分析

由風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著機(jī)組負(fù)荷的降低，風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)逐漸接近風(fēng)機(jī)理論失速線，這與風(fēng)機(jī)的流量及系統(tǒng)阻力特性有直接關(guān)系，風(fēng)機(jī)流量越低、阻力越大，越容易失速。

以210 MW負(fù)荷為例，若進(jìn)行超低排放改造，此時(shí)風(fēng)道阻力升高，假定風(fēng)機(jī)流量保持不變，風(fēng)機(jī)性能曲線中的運(yùn)行工況點(diǎn)會(huì)有如圖5所示的變化情況。

圖5 系統(tǒng)阻力升高后運(yùn)行工況點(diǎn)變化

由圖5可以看出，僅系統(tǒng)阻力升高，風(fēng)機(jī)在210 MW負(fù)荷下有可能由工況點(diǎn)A、B點(diǎn)變化到工況點(diǎn)A′、B′點(diǎn)，此時(shí)風(fēng)機(jī)存在失速的風(fēng)險(xiǎn)。

以210 MW負(fù)荷為例，若繼續(xù)降低機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷，此時(shí)風(fēng)機(jī)流量和壓頭繼續(xù)降低，則其在風(fēng)機(jī)性能曲線中的運(yùn)行工況點(diǎn)會(huì)有如圖6所示的變化情況。

圖6 系統(tǒng)出力降低后運(yùn)行工況點(diǎn)的變化

由圖6可以看出，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷繼續(xù)降低時(shí)，風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)有可能由A、B點(diǎn)變化到A′、B′點(diǎn)，此時(shí)風(fēng)機(jī)存在失速的風(fēng)險(xiǎn)。

由以上分析可知，隨著負(fù)荷的降低，軸流式引風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)更接近失速曲線。當(dāng)負(fù)荷降至超低負(fù)荷或低負(fù)荷下，由于某種原因煙風(fēng)道阻力升高時(shí)，引風(fēng)機(jī)均存在失速的風(fēng)險(xiǎn)。

2 解決方案及分析

2.1 實(shí)際解決方案

該機(jī)組計(jì)劃進(jìn)行超低排放改造及火電靈活性改造，尾部煙道阻力將會(huì)繼續(xù)增加。經(jīng)過風(fēng)機(jī)廠家核算后，機(jī)組在常規(guī)工況下仍能夠滿足正常運(yùn)行，但機(jī)組超低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，存在失速風(fēng)險(xiǎn)，而更換引風(fēng)機(jī)成本較高，不符合實(shí)際。最終確定改造方案為： a.KSE(軸流式風(fēng)機(jī)消除風(fēng)機(jī)喘振裝置)打開； b.增加引風(fēng)機(jī)旁路煙道。

KSE裝置在額定工況下無(wú)任何作用，當(dāng)進(jìn)入小流量區(qū)產(chǎn)生失速時(shí)，位于葉片頂部所產(chǎn)生的反向氣流會(huì)流經(jīng)KSE分流裝置重新進(jìn)入主流道，減緩風(fēng)機(jī)失速問題[9]。

超低負(fù)荷下風(fēng)機(jī)易失速，原因是低流量區(qū)確保風(fēng)機(jī)不失速的全壓升較小。若將風(fēng)機(jī)本體流量提高，而保持其他煙風(fēng)道工質(zhì)流量不變時(shí)，風(fēng)機(jī)的不失速全壓升將會(huì)提高。因此將引風(fēng)機(jī)出口一部分煙氣通過旁路煙道引入引風(fēng)機(jī)入口，在保證整個(gè)系統(tǒng)煙風(fēng)量不變的情況下，通過開啟旁路煙道擋板門，提高引風(fēng)機(jī)本體煙氣流量來(lái)使引風(fēng)機(jī)運(yùn)行在穩(wěn)定工況區(qū)。引風(fēng)機(jī)旁路系統(tǒng)[10]如圖7所示。

圖7 引風(fēng)機(jī)旁路煙道系統(tǒng)

2.2 引風(fēng)機(jī)旁路系統(tǒng)分析

2.2.1 風(fēng)道阻力升高

以210 MW負(fù)荷為例，當(dāng)風(fēng)道阻力升高時(shí)，假定煙風(fēng)系統(tǒng)整體流量保持不變，開啟引風(fēng)機(jī)旁路煙道，風(fēng)機(jī)性能曲線中運(yùn)行工況點(diǎn)的變化如圖8所示。

由圖8可以看出，若提前打開引風(fēng)機(jī)煙氣旁路系統(tǒng)，通過調(diào)整流經(jīng)引風(fēng)機(jī)本體的煙氣量，可使風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況點(diǎn)變至A″、B″，避免風(fēng)機(jī)失速。

圖8 系統(tǒng)阻力升高后運(yùn)行工況點(diǎn)變化

2.2.2 系統(tǒng)出力降低

以210 MW負(fù)荷為例，當(dāng)系統(tǒng)出力降低時(shí)，風(fēng)機(jī)流量和壓頭繼續(xù)降低，開啟引風(fēng)機(jī)旁路煙道，風(fēng)機(jī)性能曲線中運(yùn)行工況點(diǎn)的變化如圖9所示。

圖9 系統(tǒng)出力降低后風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況點(diǎn)變化

由圖9可以看出，若提前打開引風(fēng)機(jī)煙氣旁路系統(tǒng)，通過調(diào)整流經(jīng)引風(fēng)機(jī)本體的煙氣量，可使風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況點(diǎn)變至A″、B″，避免風(fēng)機(jī)失速。

3 結(jié) 語(yǔ)

1)通過不同負(fù)荷下引風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)結(jié)果可知，低負(fù)荷工況下軸流式引風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)離風(fēng)機(jī)理論失速線越近，越容易失速。

2)機(jī)組在深度調(diào)峰工況下運(yùn)行時(shí)，當(dāng)煙風(fēng)阻力升高或者系統(tǒng)流量降低時(shí)，風(fēng)機(jī)的失速風(fēng)險(xiǎn)增加。

3)引風(fēng)機(jī)旁路煙道系統(tǒng)可在保證整個(gè)系統(tǒng)煙風(fēng)量不變的情況下，通過開啟旁路煙道擋板門，提高引風(fēng)機(jī)本體煙氣流量來(lái)使引風(fēng)機(jī)運(yùn)行在穩(wěn)定工況區(qū)。

4)為同類型火力發(fā)電機(jī)組深度調(diào)峰工況時(shí)出現(xiàn)引風(fēng)機(jī)搶風(fēng)問題提供了一個(gè)有效的解決方法。