600MW機(jī)組離心式引風(fēng)機(jī)增容改造

國(guó)能孟津熱電有限公司 劉 昆 中國(guó)電建集團(tuán)透平科技有限公司 邱 勇 陳 欣

為了落實(shí)國(guó)家環(huán)保節(jié)能政策，滿足煙氣超低排放標(biāo)準(zhǔn)，我廠對(duì)對(duì)脫硫、脫硝系統(tǒng)進(jìn)行了提效改造。脫硫、脫硝系統(tǒng)提效改造導(dǎo)致現(xiàn)有煙氣系統(tǒng)阻力增加，需對(duì)引風(fēng)機(jī)出力進(jìn)行性能評(píng)估，評(píng)估結(jié)果表明，雖然現(xiàn)有引風(fēng)機(jī)能滿足試驗(yàn)是鍋爐最大工況的運(yùn)行要求，但不能滿足鍋爐BMCR 工況點(diǎn)運(yùn)行要求，夏季時(shí)不一定能滿足試驗(yàn)時(shí)機(jī)組最大電負(fù)荷運(yùn)行要求，因此需對(duì)引風(fēng)機(jī)機(jī)組進(jìn)行增容改造。增容改造方案可選擇離心式引風(fēng)機(jī)局部改造方案、靜葉可調(diào)節(jié)軸流式引風(fēng)機(jī)改造方案和動(dòng)葉調(diào)節(jié)式軸流風(fēng)機(jī)改造方案三種，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)引風(fēng)機(jī)區(qū)域空間位置緊湊的問(wèn)題，對(duì)現(xiàn)有引風(fēng)機(jī)增容改造首先考慮不改變風(fēng)機(jī)形式，減少工作量的原則。

同步發(fā)電機(jī)通過(guò)勵(lì)磁的自動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)恒壓，勵(lì)磁的自動(dòng)調(diào)節(jié)方式種類繁多，但按其自動(dòng)調(diào)節(jié)原理分為三類：負(fù)反饋。優(yōu)點(diǎn)是靜態(tài)調(diào)壓指標(biāo)高、調(diào)壓特性曲線線性度好，缺點(diǎn)是動(dòng)態(tài)特性差；擾動(dòng)調(diào)節(jié)。優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)態(tài)特性好，缺點(diǎn)是調(diào)壓特性曲線線性度差；復(fù)式調(diào)節(jié)。兼有上述兩種調(diào)節(jié)原理的優(yōu)點(diǎn)。

1 現(xiàn)有引風(fēng)機(jī)出力分析

1.1 引風(fēng)機(jī)試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

引風(fēng)機(jī)主要試驗(yàn)結(jié)果摘自《1號(hào)機(jī)組鍋爐引風(fēng)機(jī)熱態(tài)性能試驗(yàn)報(bào)告》，引風(fēng)機(jī)試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果換算至設(shè)計(jì)狀態(tài)結(jié)果見表1。

圖1所示為1號(hào)機(jī)組鍋爐引風(fēng)機(jī)實(shí)測(cè)運(yùn)行點(diǎn)在其變轉(zhuǎn)速性能曲線上的分布位置，結(jié)合表1數(shù)據(jù)可知，現(xiàn)有引風(fēng)機(jī)實(shí)際性能與設(shè)計(jì)性能偏差較大，引風(fēng)機(jī)實(shí)際性能低于設(shè)計(jì)性能很多。實(shí)測(cè)效率與曲線對(duì)應(yīng)效率偏差在8.4%～14.1%，偏差較大；實(shí)際轉(zhuǎn)速與曲線對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速偏差在75r/min～78r/min，偏差較大。

表1 設(shè)計(jì)狀態(tài)引風(fēng)機(jī)試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

圖1 1號(hào)機(jī)組鍋爐引風(fēng)機(jī)實(shí)測(cè)運(yùn)行點(diǎn)在其變轉(zhuǎn)速性能曲線上的位置

1.2 滿足環(huán)保改造要求的新引風(fēng)機(jī)選型參數(shù)

由于引風(fēng)機(jī)必須滿足鍋爐連續(xù)最大出力的要求，因此需將實(shí)測(cè)最大工況引風(fēng)機(jī)流量換算至鍋爐BMCR 工況下，實(shí)測(cè)最大工況兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)流量基本接近，最終以兩臺(tái)實(shí)測(cè)平均值來(lái)計(jì)算?？紤]到脫硫、脫硝提效改造導(dǎo)致的煙道系統(tǒng)阻力增大，因此對(duì)于選型參數(shù)需進(jìn)行修正（表2）。工況點(diǎn)在修正后的性能曲線上的分布區(qū)域可知，環(huán)保改造后引風(fēng)機(jī)正常工況運(yùn)行預(yù)估點(diǎn)在實(shí)際出力線以內(nèi)，能夠滿足運(yùn)行要求，但BMCR 工況已落在實(shí)際最大出力線外邊緣，現(xiàn)有引風(fēng)機(jī)實(shí)際出力已無(wú)任何裕量。

表2 環(huán)保提效改造后滿足機(jī)組正常運(yùn)行要求風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)

基于上述分析結(jié)果可知，考慮脫硫、脫硝增加的煙氣系統(tǒng)阻力1200Pa，現(xiàn)有引風(fēng)機(jī)可滿足BMCR 工況即其以下工況的出力需求，但沒(méi)有足夠的裕量，因此建議對(duì)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造。

2 引風(fēng)機(jī)性能優(yōu)化改造

2.1 引風(fēng)機(jī)優(yōu)化改造要求

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境與試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，采用局部改造方案，要求如下：僅對(duì)葉輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，在滿足不改變總體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上達(dá)到改造后的參數(shù)要求；葉輪重量變化小，葉輪進(jìn)出口葉片寬度變化較小，以保證風(fēng)機(jī)強(qiáng)度；在TB 點(diǎn)的運(yùn)行效率需達(dá)到80%以上，并保證不超電流。

2.2 引風(fēng)機(jī)氣動(dòng)優(yōu)化

葉型優(yōu)化。根據(jù)風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)要求對(duì)引風(fēng)機(jī)葉型進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，葉片整體型線完全改變，葉輪直徑由3.06m 增加至3.2m；氣動(dòng)仿真計(jì)算。仿真模型采用單吸的結(jié)構(gòu)，為保證仿真模型與試驗(yàn)風(fēng)機(jī)的一致性，從而減小計(jì)算誤差，計(jì)算均采用全流道仿真。計(jì)算域包含機(jī)殼、葉輪和集流器，計(jì)算湍流模型采用SST 模型，轉(zhuǎn)速960rpm，進(jìn)口常溫常壓、出口質(zhì)量流量。模型網(wǎng)格均采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，結(jié)合網(wǎng)格無(wú)關(guān)性計(jì)算后，葉輪部分網(wǎng)格數(shù)控制在400萬(wàn)左右，其余部分網(wǎng)格數(shù)控制在200左右。

計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析。優(yōu)化后風(fēng)機(jī)比壓能與原型風(fēng)機(jī)較接近，但流量特性往大流量方向偏移；同時(shí)風(fēng)機(jī)效率相對(duì)于原型風(fēng)機(jī)有大幅度提高，最高效率提高了8%左右；同時(shí)高效區(qū)范圍往大流量方向偏移；選型點(diǎn)工況分析。由于需對(duì)比在同樣輪徑下的兩種風(fēng)機(jī)特性差異，計(jì)劃將葉輪加工至3.25m，因此這里對(duì)兩個(gè)葉輪都進(jìn)行?；?.25m 進(jìn)行分析風(fēng)機(jī)特性與運(yùn)行工況點(diǎn)分布，在最高轉(zhuǎn)速下原始風(fēng)機(jī)與優(yōu)化風(fēng)機(jī)雖然均能滿足性能要求，但優(yōu)化風(fēng)機(jī)具有更高的安全裕量以及效率，在充分滿足設(shè)計(jì)要求的同時(shí)風(fēng)機(jī)超電流運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)更小。

2.3 模型試驗(yàn)

基于氣動(dòng)仿真優(yōu)化結(jié)果，通過(guò)模型風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)測(cè)試的方式進(jìn)一步驗(yàn)證優(yōu)化風(fēng)機(jī)性能，本次試驗(yàn)根據(jù)GB1236-2017《工業(yè)通風(fēng)機(jī)用標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)道性能試驗(yàn)》規(guī)定，采用風(fēng)室式進(jìn)氣試驗(yàn)裝置進(jìn)行布置。將試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果模化至3.25m 對(duì)并比選型工況點(diǎn)的分布區(qū)域得到引風(fēng)機(jī)不同轉(zhuǎn)速性能曲線分布結(jié)果，風(fēng)機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速下均能夠較好的覆蓋改造后的選型設(shè)計(jì)點(diǎn)，整體滿足設(shè)計(jì)需要，且相對(duì)于原始風(fēng)機(jī)性能，優(yōu)化后的風(fēng)機(jī)整體效率有所提升，風(fēng)機(jī)最高效率達(dá)到82%，選型點(diǎn)效率能夠達(dá)到80%以上。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

為評(píng)估改造后引風(fēng)機(jī)的性能，特委托西安熱工研究院有限公司對(duì)1號(hào)爐引風(fēng)機(jī)進(jìn)行熱態(tài)性能試驗(yàn)。1號(hào)機(jī)組引風(fēng)機(jī)熱態(tài)考核試驗(yàn)的現(xiàn)場(chǎng)工作于2021年6月9日至2021年6月11日進(jìn)行。

在605MW（兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)調(diào)平）試驗(yàn)工況，引風(fēng)機(jī)實(shí)測(cè)流量為391.8m3/s、416.8m3/s，壓力為6660.0Pa、6663.6Pa，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為811r/min、842r/min，曲線對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速為810r/min、835r/min，轉(zhuǎn)速偏差為1r/min、7r/min，實(shí)測(cè)效率為81.0%、81.9%，效率偏差為-0.7%、-0.1%。

605MW 工況時(shí)，實(shí)測(cè)引風(fēng)機(jī)平均流量為404.1m3/s，壓力為6661.8Pa；換算至BMCR 工況，引風(fēng)機(jī)流量為420.3m3/s，風(fēng)機(jī)壓力為7131.3Pa，流量比BMCR 工況設(shè)計(jì)值偏小1.2%，壓力比BMCR工況設(shè)計(jì)值偏小15.4%，風(fēng)機(jī)流量裕量為11.8%，壓力裕量為26.2%，流量裕量合理、壓力裕量偏大。由于機(jī)組檢修后運(yùn)行時(shí)間較短，風(fēng)煙系統(tǒng)運(yùn)行良好，環(huán)保設(shè)備阻力較小，所以壓力裕量偏大，且引風(fēng)機(jī)采用液力耦合器進(jìn)行調(diào)速，壓力裕量通過(guò)降轉(zhuǎn)速來(lái)儲(chǔ)備，因此引風(fēng)機(jī)性能與系統(tǒng)匹配性較好。

605MW 工況時(shí)實(shí)測(cè)引風(fēng)機(jī)平均流量為404.1m3/s，壓力為6661.8Pa；換算至BMCR 工況，引風(fēng)機(jī)流量為420.3m3/s、風(fēng)機(jī)壓力為7131.3Pa，流量比BMCR 工況設(shè)計(jì)值偏小1.2%，壓力比BMCR 工況設(shè)計(jì)值偏小15.4%，風(fēng)機(jī)流量裕量為11.8%，壓力裕量為26.2%，流量裕量合理，壓力裕量偏大。由于機(jī)組檢修后運(yùn)行時(shí)間較短，風(fēng)煙系統(tǒng)運(yùn)行良好，環(huán)保設(shè)備阻力較小，所以壓力裕量偏大，且引風(fēng)機(jī)采用液力耦合器進(jìn)行調(diào)速，壓力裕量通過(guò)降轉(zhuǎn)速來(lái)儲(chǔ)備，因此引風(fēng)機(jī)性能與系統(tǒng)匹配性較好。

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求，可通過(guò)理論設(shè)計(jì)的方法較為快速高效的得到符合需求的離心風(fēng)機(jī)葉型結(jié)構(gòu)，并結(jié)合模型風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)測(cè)試對(duì)設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行性能研制，從而得到滿足設(shè)計(jì)要求的風(fēng)機(jī)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果可知，試驗(yàn)最大工況實(shí)測(cè)壓力比BMCR 工況設(shè)計(jì)值偏大15.4%，風(fēng)機(jī)流量裕量為11.8%，壓力裕量為26.2%。流量裕量合理，壓力裕量偏大。考慮到機(jī)組檢修后運(yùn)行時(shí)間較短、風(fēng)煙系統(tǒng)運(yùn)行良好、環(huán)保設(shè)備阻力較小，所以壓力裕量偏大，且引風(fēng)機(jī)采用液力耦合器進(jìn)行調(diào)速，壓力裕量通過(guò)降轉(zhuǎn)速來(lái)儲(chǔ)備。因此引風(fēng)機(jī)性能與系統(tǒng)匹配性較好。通過(guò)比較引風(fēng)機(jī)實(shí)測(cè)運(yùn)行點(diǎn)與其性能曲線上效率、轉(zhuǎn)速，判斷引風(fēng)機(jī)達(dá)到了其設(shè)計(jì)保證性能。