鍋爐吸風(fēng)機(jī)葉片非正常磨損狀態(tài)診斷

郭 蕾，郭修奎，尹民權(quán)

（1.合肥工業(yè)大學(xué)，安徽 合肥 230009；2.山東職業(yè)學(xué)院，山東 濟(jì)南 250104；3.華電國(guó)際鄒縣發(fā)電廠，山東 鄒城 273522）

0 引言

華電國(guó)際山東鄒縣發(fā)電廠Ⅲ期工程2×600 MW機(jī)組，5號(hào)爐1997年1月17日投產(chǎn)，該鍋爐是為美國(guó)Foster Wheeler公司生產(chǎn)的亞臨界中間再熱自然循環(huán)單汽包2 020 t/h燃煤鍋爐。鍋爐吸風(fēng)（煙氣）系統(tǒng)設(shè)計(jì)2臺(tái)50%容量的動(dòng)葉片角度可調(diào)節(jié)的軸流式吸風(fēng)機(jī)，MCR工況的煙氣流量1 389 000 kg/h，介質(zhì)溫度132℃，風(fēng)機(jī)流量裕量20%，風(fēng)壓裕量44%（表1）。每臺(tái)鍋爐設(shè)計(jì)有兩臺(tái)靜電除塵器，為使除塵器前后的煙氣壓力平衡，使進(jìn)入除塵器的煙氣分配均勻，在兩臺(tái)除塵器進(jìn)口煙道處設(shè)有聯(lián)絡(luò)管道，不設(shè)聯(lián)絡(luò)擋板。為防止煙氣倒流入吸風(fēng)機(jī)，在吸風(fēng)機(jī)出口煙道上處安裝有嚴(yán)密的閘板式關(guān)斷門。吸風(fēng)機(jī)由美國(guó)TLT-Babcock公司和上海風(fēng)機(jī)廠聯(lián)合制造。以往的吸風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速偏高（一、二期吸風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速在994 r/min），因此該吸風(fēng)機(jī)選用了降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的防磨措施，吸風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速只有744 r/min，減輕了對(duì)吸風(fēng)機(jī)葉片的磨損。

表1 吸風(fēng)機(jī)設(shè)備規(guī)范

1 存在問題

盡管Ⅲ期5號(hào)鍋爐投產(chǎn)以來，吸風(fēng)機(jī)運(yùn)行良好，可是，近年來卻時(shí)常出現(xiàn)當(dāng)鍋爐滿（甚至高）負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，存在嚴(yán)重的風(fēng)量不能滿足需求的狀況。雖然吸風(fēng)機(jī)動(dòng)葉全開，但吸風(fēng)機(jī)出力受限、影響發(fā)電量等問題越來越突出。

2009年5月20日10：00，5號(hào)機(jī)組負(fù)荷505 MW，B、C、D、E、F磨煤機(jī)運(yùn)行。機(jī)組在協(xié)調(diào)控制方式增負(fù)荷受限，解除機(jī)組協(xié)調(diào)控制，解除B、C、D、E、F磨煤機(jī)控制方式至“手動(dòng)”方式，機(jī)組增負(fù)荷至540 MW。A/B吸風(fēng)機(jī)電流分別為210.3 A、209.8 A，5號(hào)機(jī)組增負(fù)荷受限。

2009年5月29日17：00，5號(hào)機(jī)組基本控制方式A、B吸風(fēng)機(jī)電流分別為225.5 A、225.7 A，5號(hào)爐A、C、D、E、F磨煤機(jī)控制方式均為“手動(dòng)”方式。5號(hào)機(jī)組負(fù)荷最高帶至580 MW，投入5號(hào)爐F1、F2、F3、F4、C2、C3油槍，5號(hào)機(jī)組負(fù)荷增至600 MW。

2010年8月3日11：20，5號(hào)機(jī)組負(fù)荷530 MW、基本控制方式，B、C、D、E、F磨煤機(jī)運(yùn)行，A/B吸風(fēng)機(jī)電流218A/219 A，機(jī)組增負(fù)荷受限。5號(hào)機(jī)組申請(qǐng)降出力80 MW。

1.1 A吸風(fēng)機(jī)葉片磨損

在2010年9月份5號(hào)爐大修中，解體發(fā)現(xiàn)5號(hào)爐A吸風(fēng)機(jī)的16只葉片全部出現(xiàn)不同程度的磨損、部分缺失現(xiàn)象，葉片出口磨損較為嚴(yán)重，圖1、圖2所示。，葉片的缺失部分為寬度100 mm、長(zhǎng)度300 mm的不規(guī)則三角形，磨損較輕的葉片迎風(fēng)面也已沿寬度方向缺失40 mm。吸風(fēng)機(jī)原葉頂間隙（6.4±0.76）mm，結(jié)果發(fā)現(xiàn)葉頂磨損嚴(yán)重，實(shí)際葉頂間隙超過20 mm（圖2），對(duì)比B吸風(fēng)機(jī)，葉片的磨損應(yīng)屬于非正常磨損。按照正常的磨損速度，B吸風(fēng)機(jī)葉片仍可以使用2年。葉頂間隙的增大，將會(huì)明顯影響吸風(fēng)機(jī)的出力，按照常規(guī)葉頂間隙增大1 mm，風(fēng)機(jī)效率降低1%～2%。由于該葉片已經(jīng)報(bào)廢，A吸風(fēng)機(jī)全部更換了16只（16NA16 103-3007）新葉片。

1.2 吸風(fēng)機(jī)葉片明顯積灰

5號(hào)爐大修中還發(fā)現(xiàn)吸風(fēng)機(jī)各部件的積灰比以往停爐時(shí)明顯，B吸風(fēng)機(jī)葉片積灰比以往更嚴(yán)重，葉片表面灰層厚度超過近1 mm，就是吸風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子輪轂內(nèi)積灰也超過以往停爐時(shí)的厚度，A吸風(fēng)機(jī)也一定程度上存在積灰現(xiàn)象，只是看上去比B吸風(fēng)機(jī)輕一些。說明不但吸風(fēng)機(jī)前煙道存在漏風(fēng)現(xiàn)象，而電除塵的效率也存在問題。

圖1 吸風(fēng)機(jī)葉片出口迎風(fēng)面磨損情況

圖2 吸風(fēng)機(jī)葉片迎風(fēng)面及頂部磨損情況

2 原因分析

經(jīng)過分析，設(shè)備結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)布置、運(yùn)行環(huán)境為主要影響因素。

2.1 電除塵的影響

電除塵器電氣系統(tǒng)故障率高，導(dǎo)致電場(chǎng)停運(yùn)，致使煙氣中灰塵含量大。2010年前9個(gè)月，電除塵機(jī)械方面故障未統(tǒng)計(jì)，僅電氣系統(tǒng)故障達(dá)8次，B側(cè)兩次，A側(cè)占6次（因鍋爐投油等因素高壓柜停運(yùn)不算）。顯然，電除塵的效率不同，加大了A側(cè)煙氣中灰塵的攜帶量，這是A吸風(fēng)機(jī)葉片非正常磨損的主要因素。

2.2 電除塵氣流均勻性影響

電除塵器效率直接與煙氣流速有關(guān)，一般設(shè)計(jì)煙氣流速在1～1.5 m/s范圍內(nèi)，煙氣流速過高，煙塵在電場(chǎng)內(nèi)停留時(shí)間縮短，同時(shí)還會(huì)直接沖刷塵層或恰值振打時(shí)將灰塵吹起引起二次飛揚(yáng)，導(dǎo)致電除塵器效率惡化。由于實(shí)際運(yùn)行中電除塵器內(nèi)部各部位的煙氣流速各不相同，通過氣流速度分布圖和等速線可以看出（圖3），流速增大處除塵效率下降，流速降低處除塵效率提高。由于多依奇效率公式的對(duì)數(shù)性質(zhì)，流速高處除塵效率下降的程度比流速低處效率提高的程度要大，所以整體的效率是下降的。而且流速偏差越大，除塵效率下降也越大。由此可見，電除塵器中氣流的分布對(duì)除塵效率的影響是很大的。已經(jīng)通過實(shí)例證明：僅僅改善氣流的分布，就可以將效率由60%～70%提高到95%以上，反之氣流的突變同樣會(huì)引起電除塵器效率惡化。

圖3 電除塵煙氣流速度分布圖

2.3 電除塵均布板脫落

提高電除塵器的除塵效率，保證煙氣流速均勻，在電除塵器的煙氣入口通道上專門設(shè)計(jì)布置有大面積均布板（也稱均流多孔板）。早在2005年2月11日檢查發(fā)現(xiàn)6號(hào)爐電除塵器入口均布板開始損壞；A側(cè)通道入口均布板脫落10多塊，B側(cè)通道入口均布板脫落20多塊，C側(cè)通道入口均布板局部脫落，D側(cè)通道入口均布板脫落30多塊。而脫落的均布板脫落位置多數(shù)正對(duì)煙道的位置，形成了十多米高，幾米寬的氣流無阻力通道，造成了氣流的不均勻。后來在2006年10月5號(hào)爐檢修中，檢查發(fā)現(xiàn)5號(hào)爐電除塵器入口均布板損壞程度已經(jīng)超過6號(hào)爐。2005年2月開始，發(fā)現(xiàn)5號(hào)、6號(hào)爐電除塵器入口煙門處漏風(fēng)嚴(yán)重，每一組檔板8個(gè)門軸有7個(gè)漏風(fēng)，經(jīng)過測(cè)算5號(hào)爐入口煙門門軸處漏風(fēng)量在4 066 m3/h以上。6號(hào)爐入口煙門門軸處漏風(fēng)量在5 692 m3/h以上。

在2010年5號(hào)爐大修中，發(fā)現(xiàn)5號(hào)爐電除塵器A、B列第一排入口氣流均布板變形、開焊基本全部脫落，大量脫落的均布板雜亂的堆積在煙道入口（圖4、5），增加了煙氣阻力，致使煙氣氣流均勻性降低，導(dǎo)致除塵效率的明顯降低，加劇了吸風(fēng)機(jī)葉片的磨損。

圖4 脫落的均布板在煙道內(nèi)堆積情況

圖5 均布板脫落后的煙氣通道空間

2.4 煙氣系統(tǒng)漏風(fēng)

吸風(fēng)機(jī)的入口煙道系統(tǒng)設(shè)計(jì)有電除塵、煙氣擋板、膨脹節(jié)等部件。由于運(yùn)行多年，幾次停爐后發(fā)現(xiàn)電除塵入口各組煙道支撐的磨損以及煙道磨穿漏風(fēng)嚴(yán)重。由于漏風(fēng)加大煙氣流速，縮短了煙氣在電場(chǎng)的停留時(shí)間，降低煙氣溫度，所以嚴(yán)格控制漏風(fēng)率小于3%～5%。電除塵煙道殼體、入口煙道（膨脹節(jié)）外部有保溫和瓦楞裝飾板覆蓋，漏風(fēng)不易發(fā)現(xiàn)，大修中進(jìn)入電除塵入口煙道內(nèi)部后發(fā)現(xiàn)多處漏風(fēng)。其原因是投產(chǎn)時(shí)煙道加固用的槽鋼安裝不規(guī)范，加固用的槽鋼應(yīng)焊接在煙道外側(cè)，結(jié)果全部采用12號(hào)槽鋼在煙道內(nèi)側(cè)進(jìn)行加固，沿?zé)煹纼?nèi)壁的四面，稠密布置焊接（圖6）。不僅加大了煙氣阻力，還致使氣流紊亂，由于煙氣長(zhǎng)期沖刷，將煙道內(nèi)支撐以及煙道吹壞（圖6）。電除塵入口煙道內(nèi)漏風(fēng)面積近0.5 cm2大的孔洞很多（圖7），大大小小的孔洞近百處。

圖6 電除塵入口煙道內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)及磨損

圖7 電除塵入口煙道局部磨穿漏風(fēng)情況

2.5 吸風(fēng)機(jī)入口煙氣系統(tǒng)積灰

吸風(fēng)機(jī)入口煙道設(shè)計(jì)有煙氣擋板、膨脹節(jié)等，每臺(tái)吸風(fēng)機(jī)入口對(duì)應(yīng)一側(cè)電除塵的兩條煙道，每條煙道上設(shè)計(jì)有百葉窗式擋板，每組擋板有10片組成。大修中發(fā)現(xiàn)，4條煙道的下組擋板全部從連桿上脫開。因此導(dǎo)致吸風(fēng)機(jī)入口的煙道積灰嚴(yán)重，積灰從解除的擋板處開始堆積（圖8）延伸，積灰最厚處接近1 m。從吸風(fēng)機(jī)入口煙道積灰情況來看，B側(cè)入口煙道積灰比較嚴(yán)重，由此看出，吸風(fēng)機(jī)入口煙道積灰使得氣體流通體積狹小等，嚴(yán)重阻礙、干擾、影響氣流的正常流動(dòng)。A側(cè)吸風(fēng)機(jī)入口煙道積灰較輕，其煙道的通流面積影響小，也就出現(xiàn)A吸風(fēng)機(jī)的負(fù)荷量大于B吸風(fēng)機(jī)，磨損概率亦會(huì)增大。

圖8 吸風(fēng)機(jī)入口煙道積灰情況

圖9 電除塵入口擋板磨損情況

2.6 電除塵入口煙氣系統(tǒng)積灰

在2010年9月25日，5號(hào)爐大修中，發(fā)現(xiàn)5號(hào)爐A、B側(cè)聯(lián)絡(luò)煙道之間積灰非常嚴(yán)重，聯(lián)絡(luò)煙道規(guī)格L4500mm×3780mm，煙道內(nèi)積灰長(zhǎng)18m高達(dá)3.5m，聯(lián)絡(luò)煙道堵塞近80%。聯(lián)絡(luò)煙道及前后煙道的支撐磨損嚴(yán)重許多已吹斷倒伏。電除塵A、B側(cè)入口煙道擋板門軸均吹損斷（圖9）。門板已吹損、磨損、腐蝕等原因損毀嚴(yán)重，所以門板大部脫開失靈。

2.7 吸風(fēng)機(jī)出口插板門的影響

吸風(fēng)機(jī)出口煙道設(shè)計(jì)安裝有一垂直升降的插板式關(guān)斷門，在插板門兩邊設(shè)計(jì)有滑動(dòng)導(dǎo)軌，為了防止插板門導(dǎo)軌積灰，插板門的導(dǎo)軌中設(shè)計(jì)有吹掃風(fēng)，由于運(yùn)行多年，現(xiàn)在吹掃風(fēng)的風(fēng)機(jī)已不能運(yùn)行，由于插板門的軌道積灰以及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)損壞等導(dǎo)致出口煙道插板門不能完全開啟。在正常運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)B吸風(fēng)機(jī)出口插板門從外側(cè)看還有0.5 m未開啟，從煙道內(nèi)側(cè)看還差近1 m未開啟。因此就會(huì)造成吸風(fēng)機(jī)出口出現(xiàn)節(jié)流現(xiàn)象，因?yàn)椴灏彘T阻擋氣流，嚴(yán)重的影響了吸風(fēng)機(jī)的出 力。從表2看出不同電負(fù)荷下，因插板門未全開啟，吸風(fēng)機(jī)出口插板門前煙壓受到一定的影響，見表2。

表2 正常運(yùn)行中5號(hào)爐吸風(fēng)機(jī)出口煙氣壓力參數(shù)對(duì)比表

吸風(fēng)機(jī)出口插板門不全開，在低負(fù)荷時(shí)吸風(fēng)機(jī)出口煙壓偏差不大，當(dāng)高負(fù)荷時(shí)，對(duì)吸風(fēng)機(jī)的出力影響就比較明顯。由于兩側(cè)出口插板門開度不同，開度小的一側(cè)，吸風(fēng)機(jī)出口煙壓偏低甚至呈正壓狀態(tài)，高負(fù)荷工況運(yùn)行中，開度小的一側(cè)，與另一側(cè)煙氣呈現(xiàn)爭(zhēng)風(fēng)現(xiàn)象，會(huì)出現(xiàn)吸風(fēng)機(jī)出口煙壓波動(dòng)。常此以往不但會(huì)引起吸風(fēng)機(jī)喘振測(cè)點(diǎn)的堵塞或喘振信號(hào)誤發(fā)，插板門全開的A側(cè)煙氣流量變大，A吸風(fēng)機(jī)葉片的磨損就會(huì)比B吸風(fēng)機(jī)嚴(yán)重。

3 結(jié)束語

鑒于出現(xiàn)的上述問題，為有效的控制吸風(fēng)機(jī)葉片非正常磨損發(fā)生，應(yīng)從強(qiáng)化設(shè)備管理入手，提升消缺質(zhì)量。在抓好日常維護(hù)消缺的同時(shí)，利用好停爐機(jī)會(huì)，徹底清除系統(tǒng)內(nèi)積灰，消除系統(tǒng)漏風(fēng)，盡量不要采用去功能檢修法。利用大、小修機(jī)會(huì)將煙道內(nèi)部支撐改在煙道外側(cè)，逐步恢復(fù)部分輔助設(shè)備的功能。