350 MW機(jī)組鍋爐引風(fēng)機(jī)失速原因的運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

江凝音

(遼寧東方發(fā)電有限公司；遼寧 撫順 113007)

引風(fēng)機(jī)失速會引起爐膛壓力、風(fēng)量大幅波動，使鍋爐燃燒不穩(wěn)，進(jìn)而導(dǎo)致負(fù)荷波動，影響機(jī)組安全運(yùn)行。遼寧東方發(fā)電有限公司(下文稱遼寧東方電廠)350 MW機(jī)組進(jìn)行超低排放改造，更換安裝了2臺雙級動葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)后，多次出現(xiàn)引風(fēng)機(jī)在運(yùn)行期間發(fā)生失速的問題。對此，本文在對引風(fēng)機(jī)失速的工況參數(shù)、煙風(fēng)系統(tǒng)壓力等進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和計(jì)算基礎(chǔ)上，結(jié)合引風(fēng)機(jī)的出廠設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)，分析并確認(rèn)引起風(fēng)機(jī)失速主要原因?yàn)楫惓５某隹趬毫ι吆妥枇ψ兇螅⑨槍Υ耸僭?，給出了處理辦法，處理后機(jī)組運(yùn)行情況良好。

1 設(shè)備概述

遼寧東方電廠燃煤2×350 MW機(jī)組鍋爐型號：HG-1165/17.45-YM1型，為亞臨界、一次再熱、自然循環(huán)、燃煤汽包鍋爐，采用正壓直吹式制粉系統(tǒng)、平衡通風(fēng)、直流式燃燒器、四角切圓燃燒方式。鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量：1 165 t/h。額定負(fù)荷時(shí)的鍋爐蒸發(fā)量：1 051.4 t/h。

2009年鍋爐完成脫硫改造工程，2016年完成了超低排放改造，引風(fēng)機(jī)改造為HU25240-221G型軸流風(fēng)機(jī)。

2 鍋爐引風(fēng)機(jī)失速情況

兩臺350 MW機(jī)組中的1號機(jī)組負(fù)荷在200 MW以上、蒸發(fā)量700 t/h以上、A側(cè)B側(cè)引風(fēng)機(jī)動葉開度70%左右、A側(cè)B側(cè)引風(fēng)機(jī)電流達(dá)到200 A左右時(shí)，經(jīng)常發(fā)生在鍋爐其他系統(tǒng)運(yùn)行正常情況下，爐膛壓力、風(fēng)量的大幅波動，導(dǎo)致鍋爐燃燒不穩(wěn)。隨著機(jī)組負(fù)荷持續(xù)升高，引風(fēng)機(jī)出現(xiàn)振動增大，風(fēng)機(jī)電流降低或大幅波動，現(xiàn)場檢查風(fēng)機(jī)異音嚴(yán)重，其風(fēng)機(jī)出力、系統(tǒng)負(fù)壓出現(xiàn)較大幅度波動等運(yùn)行異常狀況。此時(shí)需及時(shí)解除自動，進(jìn)行手動調(diào)整，關(guān)小動葉開度，降低負(fù)荷，平衡兩側(cè)風(fēng)壓，消除負(fù)壓波動。如此時(shí)調(diào)整不及時(shí)，將造成設(shè)備損壞和鍋爐滅火情況發(fā)生，存在著較大的安全風(fēng)險(xiǎn)，影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3 引風(fēng)機(jī)失速原因分析

3.1 引風(fēng)機(jī)失速機(jī)理

HU25240-2210型軸流風(fēng)機(jī)，其葉片為機(jī)翼型式，當(dāng)風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，氣流方向與葉片葉弦夾角的沖角很小，繞過機(jī)翼型葉片的氣流呈流線狀態(tài)，流動阻力較小。當(dāng)氣流與葉片入口沖角大于零，并超過臨界值時(shí)，在葉片的背面氣流流動會出現(xiàn)明顯渦流區(qū)，此時(shí)氣流邊界層被破壞，流動工況開始惡化，流動阻力變大，產(chǎn)生“失速”現(xiàn)象。

當(dāng)沖角大于臨界值越多，產(chǎn)生的失速現(xiàn)象越嚴(yán)重，流體的流動阻力也就越大，進(jìn)而發(fā)生葉道阻塞，外在表現(xiàn)為風(fēng)機(jī)風(fēng)壓迅速降低。同時(shí)，由于風(fēng)壓的劇烈波動，引起風(fēng)機(jī)設(shè)備的振動和噪聲[1]。

一般產(chǎn)生“失速”問題的原因如下：

a.鍋爐各受熱面、空氣預(yù)熱器有嚴(yán)重積灰或煙氣通流受阻(如擋板誤關(guān)、調(diào)整失誤等)、煙風(fēng)道堵塞、局部煙風(fēng)道彎頭設(shè)計(jì)布置不合理等引起煙風(fēng)系統(tǒng)阻力增大，造成動葉開度與實(shí)際煙氣量不符，使風(fēng)機(jī)運(yùn)行在不穩(wěn)定工況區(qū)，引起“失速”；

b.兩臺風(fēng)機(jī)帶負(fù)荷不均衡，負(fù)荷較大風(fēng)機(jī)進(jìn)入失速區(qū)；

c.動葉調(diào)節(jié)的幅度過大、過快，使風(fēng)機(jī)進(jìn)入了失速區(qū)；

d.自動控制裝置反饋失真，風(fēng)機(jī)實(shí)際進(jìn)入失速區(qū)運(yùn)行[2]。

實(shí)際運(yùn)行過程中產(chǎn)生的大部分“失速”問題，從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)上看主要是a原因所致。

3.2 運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析

兩臺350 MW機(jī)組鍋爐系統(tǒng)的生產(chǎn)運(yùn)行管理，以LiEMS5.0產(chǎn)品的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)為鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的核心技術(shù)指標(biāo)，通過監(jiān)測大量的實(shí)時(shí)信息，掌握系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行動態(tài)。通過對設(shè)備運(yùn)行時(shí)其所產(chǎn)生的各項(xiàng)歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，對判斷引風(fēng)機(jī)失速原因具有重要意義。

由于兩臺350 MW機(jī)組型式完全一致，其歷史統(tǒng)計(jì)運(yùn)行數(shù)據(jù)通過統(tǒng)計(jì)處理可具有一定的可比性。通過對兩臺機(jī)組在包括產(chǎn)生風(fēng)機(jī)出力、系統(tǒng)負(fù)壓出現(xiàn)較大幅度波動事件時(shí)間段內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，取其中各30組數(shù)據(jù)，對各組的同一時(shí)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，其中的數(shù)據(jù)項(xiàng)包括：主蒸汽量、脫硫入口壓力、除霧器差壓、A引風(fēng)機(jī)動葉開度、B引風(fēng)機(jī)動葉開度、A引風(fēng)機(jī)電流、B引風(fēng)機(jī)電流、A引風(fēng)機(jī)入口壓力、B引風(fēng)機(jī)入口壓力、A預(yù)熱器出口壓力、B預(yù)熱器出口壓力、A反應(yīng)器出口壓力、B反應(yīng)器出口壓力、A反應(yīng)器入口壓力、B反應(yīng)器入口壓力。

由于鍋爐運(yùn)行主蒸汽量與其他各參數(shù)間呈正相關(guān)，隨著主蒸汽量增減，各參數(shù)隨之增減，因此對統(tǒng)計(jì)各數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行處理，將各參數(shù)與主蒸汽量間進(jìn)行比例化后，取30組數(shù)據(jù)的平均值見表1，其中偏差百分比以2號爐數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)。

表1 兩臺爐各參數(shù)比例化后平均值比較

從表1可見，發(fā)生風(fēng)機(jī)出力、系統(tǒng)負(fù)壓較大幅度波動的1號爐部分參數(shù)均大于正常運(yùn)行的2號爐，兩臺爐偏差比較大的項(xiàng)目為：脫硫入口壓力與主蒸汽量之比、除霧器差壓與主蒸汽量之比，偏差分別達(dá)到了274%、543%，屬于較明顯的偏差。A引動葉與主蒸汽量之比、B引動葉開度與主蒸汽量之比、A引電流與主蒸汽量之比、B引電流與主蒸汽量之比等偏差項(xiàng)目，考慮到兩臺爐由于脫硫入口壓力、除霧器差壓差異較大影響，會引起相應(yīng)引風(fēng)機(jī)電流、動葉開度發(fā)生相應(yīng)數(shù)據(jù)的偏差，造成以上項(xiàng)目存在一定的偏差。因此，初步分析引起1號爐發(fā)生風(fēng)機(jī)出力、系統(tǒng)負(fù)壓較大幅度波動的原因與脫硫入口壓力高、除霧器差壓大密切相關(guān)。

3.3 風(fēng)機(jī)出力、系統(tǒng)負(fù)壓較大幅度波動原因分析

對發(fā)生風(fēng)機(jī)出力、系統(tǒng)負(fù)壓較大幅度波動時(shí)點(diǎn)的數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行分析，其存在明顯異于正常波動的曲線尖峰，對應(yīng)的引風(fēng)機(jī)電流、動葉開度即時(shí)數(shù)據(jù)等大幅增加。HU25240-221G型軸流風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)各工況參數(shù)見表2.

表2 工況參數(shù)

風(fēng)機(jī)出力、系統(tǒng)負(fù)壓較大幅度波動時(shí)點(diǎn)數(shù)據(jù)見表3。由于A、B側(cè)引風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，當(dāng)一側(cè)風(fēng)機(jī)發(fā)生失速情況時(shí)，會引起煙風(fēng)系統(tǒng)的壓力劇烈波動，為維持系統(tǒng)穩(wěn)定，必須進(jìn)行及時(shí)人工調(diào)節(jié)干預(yù)，避免造成停爐事件發(fā)生。因此兩臺引風(fēng)機(jī)中動葉開度最大的風(fēng)機(jī)先進(jìn)入失速狀態(tài)，從表3數(shù)據(jù)分析可知，風(fēng)機(jī)出力、系統(tǒng)負(fù)壓較大幅度波動的3個(gè)時(shí)間點(diǎn)引風(fēng)機(jī)參數(shù)，失速風(fēng)機(jī)的動葉開度參數(shù)為78%，其對應(yīng)HU25240-221G型軸流風(fēng)機(jī)特性曲線圖上的動葉開度曲線的+5°曲線。

表3 1號爐風(fēng)機(jī)的時(shí)點(diǎn)數(shù)據(jù)

由HU25240-221G型軸流風(fēng)機(jī)特性曲線圖和表2工況參數(shù)表分析，當(dāng)動葉開度相同的情況下，主蒸汽流量越大，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)入口容積流量越大，風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)在特性曲線上越不易接近風(fēng)機(jī)失速曲線，因此，對3個(gè)風(fēng)機(jī)出力、系統(tǒng)負(fù)壓較大幅度波動時(shí)間點(diǎn)參數(shù)可只選取主蒸汽流量最大點(diǎn)分析是否失速[3]。

按照表2風(fēng)機(jī)工況參數(shù)，采用差值方法計(jì)算，主蒸汽流量788 t/h對應(yīng)的風(fēng)機(jī)系統(tǒng)流量為：

式中：lv1是運(yùn)行工況1下的風(fēng)機(jī)入口容積流量；lv2是運(yùn)行工況2下的風(fēng)機(jī)入口容積流量；q1是運(yùn)行工況1下的鍋爐蒸發(fā)流量；q2是運(yùn)行工況2下的鍋爐蒸發(fā)流量。

計(jì)算Q=232 m3/s，按動葉開度+5°線及風(fēng)機(jī)系統(tǒng)流量232 m3/s，查HU25240-221G型軸流風(fēng)機(jī)特性曲線其工作點(diǎn)已在風(fēng)機(jī)失速曲線之上，說明此時(shí)風(fēng)機(jī)已工作在失速區(qū)，發(fā)生失速。風(fēng)機(jī)全壓查曲線對應(yīng)值約為11 000 Pa，靜壓值為5 566 Pa，動壓約為5 434 Pa，符合風(fēng)機(jī)動壓約為全壓50%工程實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)值。

對照表3參數(shù)值進(jìn)行2號爐相近運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表4。

表4 2號爐風(fēng)機(jī)的時(shí)點(diǎn)數(shù)據(jù)

與表3中 1號爐風(fēng)機(jī)的時(shí)點(diǎn)數(shù)據(jù)比較，其存在較大差異項(xiàng)目為：動葉開度、脫硫塔入口壓力、除霧器差壓，結(jié)合運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果和風(fēng)機(jī)的時(shí)點(diǎn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，可以判斷脫硫塔入口壓力、除霧器差壓的異常大幅升高為風(fēng)機(jī)失速產(chǎn)生的原因。進(jìn)一步分析除霧器差壓增大原因，一般是由于噴淋層設(shè)備損壞造成吸收塔煙氣帶漿液量大，經(jīng)過除霧器時(shí)，漿液附著在除霧器片上，并形成部分堵塞，造成差壓大。脫硫塔入口壓力測量點(diǎn)在吸收塔入口煙道與引風(fēng)機(jī)出口煙道之間，按照現(xiàn)場煙道布置情況，初步判斷應(yīng)為在吸收塔入口煙道處發(fā)生堵塞。

3.4 停機(jī)檢查實(shí)際情況及處理措施

機(jī)組停機(jī)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)除霧器堵塞(見圖1)，噴淋層設(shè)備損壞(見圖2)，脫硫塔入口煙道堵塞(見圖3)。

圖1 除霧器堵塞情況

圖2 噴淋層設(shè)備損壞情況

停機(jī)處理措施：通過對除霧器進(jìn)行全面水沖洗，徹底清理葉片附著的漿液。噴淋層損壞噴頭、管路進(jìn)行全面更換，對脫硫塔入口煙道堵塞石膏進(jìn)行人工清理。處理后機(jī)組啟動正常運(yùn)行，除霧器差壓、脫硫塔入口壓力在正常參數(shù)范圍之內(nèi)。同時(shí)，風(fēng)機(jī)動葉開度在對應(yīng)主蒸汽流量下已降至正常范圍。

圖3 脫硫塔入口煙道堵塞情況

4 結(jié)束語

本文在350 MW機(jī)組鍋爐引風(fēng)機(jī)頻繁發(fā)生失速無法帶高負(fù)荷、機(jī)組安全運(yùn)行增加了風(fēng)險(xiǎn)的情況下，通過分析引風(fēng)機(jī)失速機(jī)理、運(yùn)行引風(fēng)機(jī)性能調(diào)節(jié)曲線、鍋爐機(jī)組運(yùn)行各項(xiàng)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)對比，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，確定產(chǎn)生失速的根本原因是噴淋層設(shè)備損壞導(dǎo)致除霧器部分堵塞以及吸收塔入口煙道堵塞，經(jīng)停機(jī)檢查并進(jìn)行人工清堵處理，啟動機(jī)組運(yùn)行后，風(fēng)機(jī)動葉恢復(fù)正常。此舉措可用于指導(dǎo)運(yùn)行期間動葉可調(diào)引風(fēng)機(jī)失速的防范措施制定，避免因風(fēng)機(jī)失速所帶來的設(shè)備損壞、鍋爐滅火等事件的發(fā)生。并在機(jī)組停機(jī)處理前，有針對性地提前做好處理項(xiàng)目和人力資源安排，縮短機(jī)組停機(jī)處理時(shí)間。

目前，機(jī)組正常運(yùn)行的大量參數(shù)中，只有部分主要參數(shù)在設(shè)備運(yùn)行期間設(shè)置了事故報(bào)警及控制保護(hù)。由于機(jī)組運(yùn)行參數(shù)、引風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及各運(yùn)行設(shè)備參數(shù)間相互關(guān)聯(lián)性的復(fù)雜，對各參數(shù)之間存在的關(guān)聯(lián)性的異常現(xiàn)象，難以有效地在正常運(yùn)行期間進(jìn)行預(yù)警和保護(hù)。有關(guān)這方面問題有待進(jìn)一步的研究與討論，以期能真正應(yīng)用到實(shí)際機(jī)組運(yùn)行中，達(dá)到經(jīng)濟(jì)安全穩(wěn)定運(yùn)行的目的。