低溫省煤器泄漏隔離對引風(fēng)機(jī)失速影響分析

韓 珂，孫緒炳

（華能山東濟(jì)南黃臺發(fā)電有限公司，山東 濟(jì)南 250001）

0 引言

某廠10號機(jī)組配套鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的HG-1146／25.4-PM1超臨界變壓直流爐，配套引風(fēng)機(jī)為成都電力機(jī)械廠制造廠生產(chǎn)的HU25036-22雙級動葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)。2017年10月，為充分利用煙氣余熱，機(jī)組建設(shè)低溫省煤器聯(lián)合暖風(fēng)器系統(tǒng)工程（簡稱“低省”）。2018年7月，低省C煙道換熱器發(fā)生泄漏，隔離低省C煙道換熱器后，鍋爐的B引風(fēng)機(jī)多次出現(xiàn)失速現(xiàn)象，對機(jī)組的安全、穩(wěn)定運行構(gòu)成了很大的威脅。通過對引風(fēng)機(jī)失速分析，找出原因并采取有效的應(yīng)對措施，保證了機(jī)組的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運行。

1 系統(tǒng)設(shè)備簡介

機(jī)組低溫省煤器聯(lián)合暖風(fēng)器系統(tǒng)布置：在電除塵器4條入口煙道各加裝1臺低溫省煤器，利用凝結(jié)水吸收煙氣余熱，可將電除塵入口煙溫由135℃降至90℃；低溫省煤器加熱后的凝結(jié)水加熱空預(yù)器入口一、二次風(fēng)，裝設(shè)一、二次風(fēng)暖風(fēng)器，空預(yù)器入口一次風(fēng)溫加熱至60℃，二次風(fēng)溫加熱至70℃，排煙溫度升高至165℃。低溫省煤器管箱采用獨立小集箱，獨立小集箱進(jìn)出口設(shè)計手動閘閥，可單獨運行和解列。系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 低溫省煤器及風(fēng)煙系統(tǒng)

引風(fēng)機(jī)設(shè)計參數(shù)見表1，性能曲線見圖2［1］。

表1 引風(fēng)機(jī)性能參數(shù)

圖2 引風(fēng)機(jī)性能特性曲線

2 引風(fēng)機(jī)失速過程

2018年7月31日，機(jī)組運行中B引風(fēng)機(jī)發(fā)生失速現(xiàn)象，失速前機(jī)組負(fù)荷310 MW，總風(fēng)量1 115 t／h，A、B引風(fēng)機(jī)并列運行，A、B引風(fēng)機(jī)動葉處于手動調(diào)整狀態(tài)，動葉開度分別為73%、83%，引風(fēng)機(jī)電流分別為260 A、260 A，引風(fēng)機(jī)入口溫度分別為120℃、140℃，B引風(fēng)機(jī)全壓7 274 Pa，爐膛負(fù)壓正常。

7月31日21∶07，在無任何操作的情況下，鍋爐爐膛負(fù)壓突然波動至+1 010 Pa，發(fā)現(xiàn)B引風(fēng)機(jī)電流突降至169 A，初步判斷為B引風(fēng)機(jī)失速，出力大幅度下降。運行人員立即降低鍋爐燃料量，將B引風(fēng)機(jī)動葉關(guān)小至60%，同時關(guān)小A引風(fēng)機(jī)動葉至70%，檢查B引風(fēng)機(jī)電流上升，逐漸開大B引風(fēng)機(jī)動葉，調(diào)整兩臺風(fēng)機(jī)出力平衡。其后3 h內(nèi)，B引風(fēng)機(jī)又連續(xù)發(fā)生2次失速，失速工況同第一次相同，B引風(fēng)機(jī)動葉分別處于80%、77%位置。引風(fēng)機(jī)三次失速均發(fā)生在動葉開度80%左右。

3 失速原因分析

3.1 風(fēng)機(jī)失速原理

軸流風(fēng)機(jī)葉片通常是機(jī)翼型的，在零沖角下，氣流只受葉型表面摩擦阻力的影響，離開葉型時基本不產(chǎn)生旋渦［2］。隨著沖角α的增大，開始在后緣附近產(chǎn)生渦流，氣流在葉片表面的分離點逐漸向前移動，氣流開始從葉片表面離開。當(dāng)沖角α增大到某一臨界值時，氣流在葉片背面的流動遭到破壞，邊界層嚴(yán)重分離，阻力大大增加，葉片流道阻塞，風(fēng)壓迅速降低。這種現(xiàn)象稱為失速［3］。沖角α大于臨界值越多，失速現(xiàn)象越嚴(yán)重，同時風(fēng)機(jī)風(fēng)壓也隨之迅速降低，風(fēng)機(jī)出力急劇下降。

軸流風(fēng)機(jī)的失速特性是由風(fēng)機(jī)的葉型特性決定的，同時也受到風(fēng)道系統(tǒng)阻力特性的影響，動葉調(diào)節(jié)軸流式風(fēng)機(jī)的特性曲線如圖3所示［4］，其中鞍形曲線為風(fēng)機(jī)不同安裝角的失速點連線，工況點落在馬鞍形曲線的左上方，均為不穩(wěn)定工況區(qū)，這條線也稱為失速線。從圖3中看出：在同一葉片角度下，管路阻力越大，風(fēng)量越低，風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓越高，風(fēng)機(jī)運行越接近于不穩(wěn)定工況區(qū)；在管路阻力特性不變的情況下，風(fēng)機(jī)動葉開度越大，風(fēng)機(jī)運行點越接近不穩(wěn)定工況區(qū)。

引風(fēng)機(jī)設(shè)計工況TB點最高全壓升為8 263.6 Pa，BMCR工況點全壓升為6 886 Pa，見圖2。因機(jī)組超低排放改造，先后增加一層脫硝催化劑、增加濕式電除塵、增加脫硫二級塔等系統(tǒng)設(shè)備，并結(jié)合預(yù)熱器差壓上升等因素，引風(fēng)機(jī)在高負(fù)荷工況時已經(jīng)接近理論失速曲線，風(fēng)機(jī)失速裕度已經(jīng)非常小。經(jīng)與風(fēng)機(jī)制造廠協(xié)商，風(fēng)機(jī)全壓按7 500 Pa控制，一直未發(fā)生失速，此次風(fēng)機(jī)失速前風(fēng)機(jī)全壓也小于7 500 Pa，停運風(fēng)機(jī)后，檢查未見動葉卡澀、風(fēng)機(jī)出入口擋板脫開等故障，可以排除風(fēng)機(jī)本體故障引起失速。

圖3 動葉調(diào)節(jié)軸流式風(fēng)機(jī)特性曲線

3.2 失速原因分析

2018年7月30日，檢查發(fā)現(xiàn)低省C煙道換熱器漏水后將其全部隔離。低省C煙道換熱器隔離后，A、B、D煙道換熱器正常投入，A引風(fēng)機(jī)入口為A、B煙道換熱器出口煙氣，溫度約為100℃；B引風(fēng)機(jī)入口溫度為C、D煙道換熱器出口煙氣，兩煙道出口混合后風(fēng)溫約為130℃，兩側(cè)偏差30℃。

選取標(biāo)準(zhǔn)煙氣密度為 1.33 kg／m3，根據(jù)引風(fēng)機(jī)進(jìn)出口壓力、煙氣溫度計算出引風(fēng)機(jī)入口煙氣的密度［5］：

式中：t為各測點煙氣平均溫度，℃；ρ0為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣密度，取1.33 kg／m3；p為煙氣靜壓絕對壓力，Pa。計算出低省C煙道換熱器隔離前后煙氣密度變化約為7%。

軸流風(fēng)機(jī)的全壓與流體密度成正比，密度的變化會影響風(fēng)機(jī)本身的性能曲線p-qv，管路性能曲線斜率發(fā)生變化也會影響風(fēng)機(jī)性能［6］，當(dāng)密度減小時，運行工況點的變化如圖4所示。

表2為低溫省煤器C煙道換熱器隔離前后風(fēng)機(jī)運行工況變化，因A、B引風(fēng)機(jī)出入口有聯(lián)絡(luò)管道，所以兩臺風(fēng)機(jī)出入口壓力較為接近，可以看到低溫省煤器C煙道換熱器隔離后，B引風(fēng)機(jī)出力明顯降低，B引風(fēng)機(jī)動葉開度同樣達(dá)到72%時，B引風(fēng)機(jī)入口溫度比C煙道換熱器隔離前高36℃，風(fēng)機(jī)入口煙氣密度下降8.4%，風(fēng)機(jī)全壓下降548 Pa，約7.4%，考慮到測量誤差，與煙氣密度變化基本一致。

圖4 密度減小時風(fēng)機(jī)運行工況點的變化

表2 引風(fēng)機(jī)動葉開度相同時的工況比較

因該機(jī)組未裝設(shè)單側(cè)風(fēng)機(jī)流量表，且低溫省煤器C煙道隔離不影響A引風(fēng)機(jī)出力，可近似認(rèn)為隔離前后A引風(fēng)機(jī)效率不變，表3以A引風(fēng)機(jī)電流相同時工況進(jìn)行比較。

表3 引風(fēng)機(jī)電流相同時的工況比較

低省C煙換熱器道隔離前，因A、B引風(fēng)機(jī)煙氣溫度基本相同，可以認(rèn)為A、B引風(fēng)機(jī)出力平衡，其煙氣流量基本相同。從表3可近似得出，當(dāng)A引風(fēng)機(jī)電流為240 A時，A、B引風(fēng)機(jī)抽出的煙氣量為567×103m3／h（1 135×103m3／h 的一半）。

低省C煙道換熱器隔離后，A引風(fēng)機(jī)煙氣溫度未發(fā)生變化，僅B引風(fēng)機(jī)煙氣溫度升高，此時如機(jī)組負(fù)荷保持不變，因煙氣溫度升高，總煙氣體積流量將升高，B引風(fēng)機(jī)必須增加出力才能維持原負(fù)荷。

以A引風(fēng)機(jī)運行工況為參考基準(zhǔn)，認(rèn)為A引風(fēng)機(jī)出力仍保持在低省C煙道換熱器隔離前的狀態(tài)，其效率不變。圖5為低省C煙道換熱器隔離前后，風(fēng)機(jī)動葉開度變化曲線，可以看出A、B引風(fēng)機(jī)電流一致時，B引風(fēng)機(jī)動葉開度較換熱器隔離前開度增大5%左右，低省C煙道換熱器隔離前B引風(fēng)機(jī)動葉未開至80%以上，隔離后最大開至83%。

圖5 低省隔離前后風(fēng)機(jī)動葉開度變化

從以上分析得出：鍋爐超低排放改造后，煙道阻力特性發(fā)生變化，引風(fēng)機(jī)全壓裕量及失速裕度已明顯不足，高負(fù)荷時段已瀕臨失速區(qū)。低溫省煤器換熱器退出運行后，其后煙氣溫度升高近30℃，煙氣密度下降，體積流量增大，為保證鍋爐煙氣量抽出需要，風(fēng)機(jī)動葉開度增大，風(fēng)機(jī)運行點愈加接近不穩(wěn)定工況區(qū)，最終導(dǎo)致風(fēng)機(jī)失速。

4 采取措施

運行中發(fā)生低省換熱器泄漏時，為預(yù)防引風(fēng)機(jī)失速，可采取以下措施。

1）機(jī)組運行中低省換熱器發(fā)生泄漏，應(yīng)盡快隔離泄漏模塊，并將隔離范圍簡化到最小范圍，投入未泄漏的換熱器模塊，盡量降低隔離側(cè)煙氣溫度與兩側(cè)煙溫偏差，減少煙溫突變及煙溫偏差增大對引風(fēng)機(jī)運行造成的影響。

2）高負(fù)荷時引風(fēng)機(jī)動葉開度超過70%以上時應(yīng)加強(qiáng)對引風(fēng)機(jī)各運行參數(shù)的監(jiān)視，必要時手動調(diào)整。

3）發(fā)生引風(fēng)機(jī)失速時，立即關(guān)小該引風(fēng)機(jī)動葉開度，脫離風(fēng)機(jī)失速區(qū)并及時調(diào)整兩臺風(fēng)機(jī)出力平衡。

4）調(diào)整兩臺風(fēng)機(jī)負(fù)荷分配，使B引風(fēng)機(jī)電流稍高于A引風(fēng)機(jī)，嚴(yán)格控制風(fēng)機(jī)全壓不超6 886 Pa，電流不超235 A。

經(jīng)過多次試驗，確定C低省換熱器最下組模塊泄漏（上中下共3組），隔離該模塊投入其他模塊后，B引風(fēng)機(jī)入口煙氣溫度保持在105℃，同時調(diào)整A引風(fēng)機(jī)入口煙氣溫度接近100℃，保持兩臺引風(fēng)機(jī)出力平衡。機(jī)組負(fù)荷升至340 MW時，B引風(fēng)機(jī)動葉開度達(dá)到80%，未再發(fā)生失速，失速現(xiàn)象消除。

5 結(jié)語

低溫省煤器聯(lián)合暖風(fēng)器系統(tǒng)可以充分利用煙氣余熱，提高機(jī)組效率，同時大幅改善電除塵和引風(fēng)機(jī)運行環(huán)境。在運行中發(fā)生低省換熱器泄漏隔離后，因煙氣溫度上升，將導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)出力下降，容易造成軸流式引風(fēng)機(jī)失速。低省換熱器對煙氣溫度的變化和鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)的運行起重要作用，運行中發(fā)生泄漏時應(yīng)及時判斷出準(zhǔn)確泄漏點，并進(jìn)行最小范圍隔離，以減輕對鍋爐運行的不利影響。