動葉調(diào)節(jié)汽動引風機在660MW 超臨界燃煤發(fā)電機組應用

吳兆香

（淮浙電力有限責任公司鳳臺發(fā)電廠，安徽 鳳臺 232131）

0 引 言

大型火電機組的節(jié)能減排是目前國家的重要國策, 汽動引風機作為節(jié)能項目，在各電廠得到廣泛應用，當前由于汽動引風機一般設計為靜葉調(diào)節(jié)，在實際運行過程中出現(xiàn)葉片斷裂[1]、出力不足、運行效率不高等問題。汽動引風機靜葉在全開位，驅(qū)動的小汽輪機變轉(zhuǎn)速控制，風機在低負荷運行時容易失速[2-3]，失速后難以并入。在機組升降負荷時，風機變轉(zhuǎn)速會出現(xiàn)共振現(xiàn)象，造成風機軸承振動大。將汽動引風機由靜葉調(diào)節(jié)改造為成雙級動葉調(diào)節(jié)，比靜葉調(diào)節(jié)風機更節(jié)能，可解決風機變轉(zhuǎn)速共振[4]、低負荷失速、風機并入困難[5]等問題。

1 某電廠概況

1.1 機組概況

某電廠3 號660MW 機組鍋爐為上海鍋爐廠有限公司生產(chǎn)的超超臨界參數(shù)變壓直流爐、一次再熱、平衡通風、露天布置、固態(tài)排渣、全懸吊鋼結(jié)構(gòu)Π 型鍋爐。鍋爐風煙系統(tǒng)原配備兩臺動葉可調(diào)式軸流一次風機、兩臺動葉可調(diào)式軸流送風機和兩臺靜葉可調(diào)式軸流引風機，其中引風機采用小汽輪機驅(qū)動。脫硫系統(tǒng)采用濕法石灰石脫硫，不設置GGH 換熱器和增壓風機，相關(guān)系統(tǒng)阻力由引風機克服。

1.2 原汽動引風機設計參數(shù)

某電廠3 號機組原汽動引風機為靜葉調(diào)節(jié)軸流式引風機，主要設計參數(shù)見表1。驅(qū)動原汽動引風機的小汽輪機，主要設計參數(shù)見表2。

表2 驅(qū)動原汽動引風機的小汽輪機設計參數(shù)

2 汽動引風機改造原因及方案

2.1 原汽動引風機改造原因

2.1.1 原汽動引風機存在共振區(qū)

3 號機組原汽動引風機運行時，存在共振區(qū)域，機組升降負荷時無法避免共振，長時間運行后，風機葉片根部出現(xiàn)裂紋現(xiàn)象，造成引風機跳閘現(xiàn)象。

2.1.2 原汽動引風機出力不足

3 號機組超低排放改造后，煙氣系統(tǒng)阻力上升1kPa 左右，原汽動引風機出力不足，機組滿負荷時引風機靜葉開度達到100%，驅(qū)動引風機的小汽輪機轉(zhuǎn)速達到上限，引風機出力也達到上限，影響機組帶滿負荷。

2.1.3 原汽動引風機易失速

3 號機組超低排放改造后，煙氣系統(tǒng)阻力上升1kPa 左右，在機組低負荷階段，引風機在失速區(qū)附近，機組出現(xiàn)擾動時，引風機容易失速。

2.2 汽動引風機改造為雙級動葉調(diào)節(jié)軸流引風機

2.2.1 改造后風機設計參數(shù)

3 號機組靜葉調(diào)節(jié)軸流汽動引風機改造為動葉調(diào)節(jié)軸流汽動引風機，其主要設計參數(shù)見表3。

表3 動葉調(diào)節(jié)軸流汽動引風機設計參數(shù)

2.2.2 風機控制策略

改造后，對驅(qū)動引風機的小汽輪機轉(zhuǎn)速進行分檔位，不同負荷區(qū)間對應相應檔位，同時引風機動葉參與調(diào)節(jié)。引風機小機檔位設置見表4。

表4 引風機改造后小機節(jié)省耗汽量

表4 引風機小機檔位設置

當機組負荷大于280MW 并延時300s 后，引風機小機升為1 檔；當機組負荷大于480MW 并延時300s 后，引風機小機升為2 檔；當機組負荷大于660MW 并延時300s 后，引風機小機升為3檔。當機組負荷小于630MW 并延時300s 后，引風機小機降為2 檔；當機組負荷小于450MW 并延時300s 后，引風機小機降為1 檔；當機組負荷小于250MW 并延時300s 后，引風機小機降為0檔。

3 改造后效果

3.1 節(jié)能效果

汽動引風機由靜葉調(diào)節(jié)風機改造為動葉調(diào)節(jié)后，節(jié)能效果明顯，驅(qū)動引風機的小汽輪機平均節(jié)省耗汽15%。小汽輪機耗汽節(jié)省量見表4。

3.2 風機軸承振動

改造前，爐膛負壓由驅(qū)動引風機的小汽輪機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，驅(qū)動引風機的小汽輪機轉(zhuǎn)速實時變化，引風機軸承振動變化較大，特別在升降負荷時，引風機轉(zhuǎn)速變化范圍大，會經(jīng)過引風機共振區(qū)，造成風機軸承振動瞬時增大。靜葉調(diào)節(jié)引風機軸承振動見圖1。

圖1 靜葉調(diào)節(jié)引風機軸承振動

改造后，動葉調(diào)節(jié)引風機根據(jù)負荷分檔控制，由風機動葉調(diào)節(jié)爐膛負壓，驅(qū)動引風機的小汽輪機轉(zhuǎn)速根據(jù)負荷在小范圍變化，引風機軸承振動變化較小，風機軸承振動穩(wěn)定。動葉調(diào)節(jié)引風機軸承振動見圖2。對比圖1、圖2 可以看出，靜葉調(diào)節(jié)引風機軸承振動幅度較大，頻次較高，改造后動葉調(diào)節(jié)引風機軸承振動幅度減小，趨勢較為穩(wěn)定。

3.3 引風機并入和退出操作效果

3.3.1 引風機退出操作效果

改造前，兩臺靜葉調(diào)節(jié)汽動引風機并列運行時，當需要退出其中一臺引風機時，爐膛負壓波動較大，爐膛負壓一般至正800Pa 左右，見圖3。

圖3 單臺靜葉調(diào)節(jié)引風機退出

改造后，兩臺動葉調(diào)節(jié)汽動引風機并列運行時，當需要退出其中一臺引風機時，退出運行引風機出力會慢慢減少，爐膛負壓穩(wěn)定，見圖4。

圖4 單臺動葉調(diào)節(jié)引風機退出

3.3.2 引風機并入操作效果

改造前，一臺靜葉調(diào)節(jié)汽動引風機退出后重新并列運行時，并入困難，爐膛負壓波動較大，爐膛負壓一般至正400Pa 左右，見圖5。

圖5 靜葉調(diào)節(jié)引風機并入

改造后，一臺動葉調(diào)節(jié)汽動引風機退出后重新并列運行時，并入簡易，待并入引風機緩慢增大出力至兩臺引風機并列運行，爐膛負壓穩(wěn)定無波動，見圖6。

圖6 動葉調(diào)節(jié)引風機并入

4 汽動引風機改動葉調(diào)節(jié)風機優(yōu)勢

4.1 風機耗能方面

靜葉調(diào)節(jié)風機實際運行效率往往低于其性能曲線設計效率，而動葉調(diào)節(jié)風機實際運行效率基本可以達到設計水平，這就導致靜葉調(diào)節(jié)風機實際運行效率往往要低于動葉調(diào)節(jié)風機10 個百分點以上[6-7]，增加小汽輪機耗功，進一步降低小汽機功率裕量。因此動葉調(diào)節(jié)風機的運行經(jīng)濟性更佳，小汽輪機軸功率更低，節(jié)省煤耗。

4.2 風機失速安全方面

靜葉調(diào)節(jié)風機在低開度下存在較大的失速不穩(wěn)定區(qū)，在實際運行中如果調(diào)節(jié)不當或系統(tǒng)堵塞嚴重，靜葉調(diào)節(jié)風機容易出現(xiàn)搶風失速問題[8-11]；而動葉調(diào)節(jié)風機在中低開度下基本不存在失速區(qū)域，風機運行失速風險明顯降低。

4.3 風機實際出力方面

由于靜葉調(diào)節(jié)風機實際出力往往低于性能曲線設計出力，靜葉調(diào)節(jié)風機實際運行轉(zhuǎn)速往往高于其性能曲線對應設計轉(zhuǎn)速，減少了引風機的實際出力裕量[12]。而動葉調(diào)節(jié)風機出力基本可以達到設計水平值，一般情況下不存在實際運行轉(zhuǎn)速偏離設計轉(zhuǎn)速的問題，保證原有的風機設計出力裕量。

4.4 風機共振風險方面

靜葉調(diào)節(jié)風機葉片長固有頻率高，而動葉調(diào)節(jié)風機葉片短固有頻率低，理論上在變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)下動葉調(diào)節(jié)風機的共振風險大于靜葉調(diào)節(jié)風機[13]。但由于動葉調(diào)節(jié)風機葉片本身加工優(yōu)勢，可以通過葉片局部調(diào)整來改變固有頻率，避開危險共振轉(zhuǎn)速[14]；而靜葉調(diào)節(jié)風機葉片為一次性壓制成型，無法通過葉型結(jié)構(gòu)優(yōu)化改變本身固有頻率，只能通過外部結(jié)構(gòu)優(yōu)化（如增加葉片環(huán)）來調(diào)整固有頻率，但這種方法頻率調(diào)整幅度有限，無法徹底避免靜葉調(diào)節(jié)風機共振風險。綜合考慮變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)下動葉調(diào)節(jié)風機的共振風險比靜葉調(diào)節(jié)風機更低。

5 結(jié)論

與改造前的靜葉調(diào)節(jié)引風機相比，本次動葉調(diào)節(jié)引風機改造后在節(jié)能效果、出力影響及失速安全性等多方面均有明顯提升，降低了風機單側(cè)退出和并入時操作風險。尤其是在風機出力大幅度提高的情況下，還能取得可觀的節(jié)能效果，實現(xiàn)了風機節(jié)能與增容有機融合，打破了原有風機增容改造必然犧牲能耗的技術(shù)瓶頸。