孫偉鵬，馮庭有

(華能海門電廠，廣東省汕頭市，515071)

0 引言

華能海門電廠一期建設4×1036 MW機組，1號、2號機組各配備2×50%容量引風機、脫硫增壓風機。引風機是由成都電力機械廠生產(chǎn)的入口靜葉調(diào)節(jié)軸流式風機，功率7400 kW，型號為AN42e6(V19+4°)。增壓風機為靜葉可調(diào)軸流風機，功率為3400 kW，型號為ANT45e6(13)。隨著國內(nèi)燃煤發(fā)電廠容量的日趨大型化，鍋爐引風機的容量也隨之增大。且目前環(huán)保要求脫硫系統(tǒng)與機組同時投產(chǎn)，引風機與脫硫增壓風機合并成為可能，從而使得功率更大。華能海門電廠3號、4號機組，引風機與脫硫增壓風機合并，引風機驅(qū)動采用杭州汽輪機股份有限公司生產(chǎn)的NKS63/71/0型號，單缸、單流、單軸、反動式、純冷凝單汽源、下排汽凝汽式，自帶凝汽器型式的積木塊系列汽輪機。引風機運行時可以實現(xiàn)變參數(shù)、變功率、變轉(zhuǎn)速，汽輪機額定功率為11 MW。通過汽輪機驅(qū)動式引風機的連續(xù)、高效運行，機組廠用電率、供電煤耗均明顯下降，節(jié)能效果顯著。

1 系統(tǒng)介紹

引風機采用小汽輪機驅(qū)動，在系統(tǒng)上需要設置開式循環(huán)冷卻水、凝汽器抽真空系統(tǒng)、小汽輪機進汽系統(tǒng)、凝結(jié)水回收系統(tǒng)、小汽輪機軸封系統(tǒng)、小汽輪機潤滑油系統(tǒng)。相對應的設備有小汽輪機、凝汽器、凝結(jié)水泵、真空泵、汽封冷卻器、潤滑油供油裝置等。汽輪機驅(qū)動式引風機簡化熱力系統(tǒng)見圖1。

引風機小汽機正常工作汽源采用主機四段抽汽，啟停及備用汽源采用輔助蒸汽。引風機汽輪機的調(diào)試汽源來自輔助蒸汽系統(tǒng)，輔助蒸汽設計參數(shù)為:壓力0.8～1.3 MPa(g)，溫度300～350℃。引風機汽輪機的調(diào)試用汽量為10～16 t/h。機組正常工況進汽壓力1.09 MPa，溫度387.4℃，額定流量29.1 t/h。

2 機組基本控制策略

2.1 爐膛壓力控制策略

在機組啟停及低負荷時由引風機導葉控制負壓，風機小機在最小轉(zhuǎn)速運行。機組正常運行情況下由導葉閉環(huán)控制切換到轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制:爐膛壓力偏差通過比例+積分作用和送風機動葉指令前饋控制引風機小機轉(zhuǎn)速;引風機入口導葉開環(huán)控制，開度指令由負荷指令的函數(shù)產(chǎn)生。

2.2 引風機運行定義

引風機運行定義為:引風機小機的轉(zhuǎn)速大于2750 r/min且無小機跳閘指令。

圖1 汽輪機驅(qū)動式引風機簡化熱力系統(tǒng)Fig.1 Simplifed thermal system of induced draft fan driven by turbine

引風機自動定義為:引風機A、引風機B，當小機轉(zhuǎn)速控制或?qū)~自動控制任一滿足時，負壓即為自動調(diào)節(jié)狀態(tài);導葉控制范圍為0～80%，轉(zhuǎn)速自動調(diào)節(jié)范圍為2600～6200 r/min。

2.3 引風機自動、手動控制

(1)引風機轉(zhuǎn)速投自動條件(與):引風機A、B運行且導葉開度均不小于70%;引風機A運行、引風機B停止，且引風機A導葉不小于70%開度、小機轉(zhuǎn)速不小于2800 r/min;引風機B運行，引風機A停止，且引風機B導葉不小于70%開度、小機轉(zhuǎn)速不小于2800 r/min。

(2)引風機轉(zhuǎn)速跳手動條件(或):引風機A、B運行且任一小機轉(zhuǎn)速小于2650 r/min;引風機A運行、B停止，且小機轉(zhuǎn)速小于2650 r/min;引風機B運行、引風機A停止，且小機轉(zhuǎn)速小于2650 r/min;爐膛負壓測點故障;引風機跳閘。

(3)引風機導葉投自動條件(與):引風機運行延時60 s且引風機沒有閉鎖增減信號。

(4)引風機導葉跳手動條件(或):引風機入口導葉執(zhí)行機構(gòu)故障或爐膛負壓測點故障。

2.4 安全性考慮策略

(1)引風機汽輪機轉(zhuǎn)速可遠方控制，在2750～6235 r/min(對應風機轉(zhuǎn)速為375～850 r/min)范圍內(nèi)應能連續(xù)平穩(wěn)運行。

(2)引風機汽輪機暖機轉(zhuǎn)速在800 r/min左右(該轉(zhuǎn)速可以根據(jù)現(xiàn)場調(diào)試需要上下調(diào)整，調(diào)整范圍一般為500～1000 r/min)，目前齒輪箱速比為7.33，對應引風機轉(zhuǎn)速109 r/min，引風機廠與設計院商定方案避開喘振區(qū)。

(3)轉(zhuǎn)速自動控制，當負壓超過±1500 Pa時，會閉鎖增或減。

(4)導葉自動控制，當負壓超過±2200 Pa時，會閉鎖增或減。

(5)當主機出現(xiàn)甩負荷、汽機跳閘、鍋爐跳閘等狀況時，引風機降負荷是逐步實現(xiàn)的過程，因此需要切換至輔汽。

(6)引風機跳閘，延時跳相應側(cè)送風機;兩側(cè)風機均運行時，若送風機跳閘聯(lián)跳相應側(cè)引風機，該引風機入口導葉超馳關(大于最小開度)。

(7)主燃料跳閘(main fuel trip，MFT)時，引風機入口導葉超馳關，轉(zhuǎn)速回路若在自動調(diào)節(jié)方式則繼續(xù)維持爐膛壓力。

(8)引風機汽輪機跳閘轉(zhuǎn)速設置如下:電子跳閘轉(zhuǎn)速1為6308 r/min，延時30 min后跳閘，電子跳閘轉(zhuǎn)速2為6382 r/min，無須延時直接跳閘;機械跳閘轉(zhuǎn)速為6858 r/min;電液控制系統(tǒng)(micro-electro-hydraulic system，MEH)電超速后備6950 r/min。

3 風機交叉冷卻管路設置

由于小汽機啟動時間較長，特別是暖機時間，在此過程中，要保證風機不能在失速區(qū)運行，更不允許發(fā)生喘振。在小汽機啟動后多長時間、開啟多大風量給引風機，是一個很為棘手的問題。為防止第2臺引風機啟動后并列運行前發(fā)生風機過熱、喘振等異常工況，特設置“推型”交叉冷卻管路，如圖2所示。當?shù)?臺引風機小機轉(zhuǎn)速大于500 r/min時，開引風機入口再循環(huán)門，由正常運行的1臺啟動的風機出口進入另一臺剛啟動風機的入口，待升速至2750～2850 r/min時，入口門聯(lián)開，然后導葉逐漸開大，逐步升速并列。

圖2 汽輪機驅(qū)動式引風機交叉冷卻管路Fig.2 Crossed cooling pipeline for induced draft fan driven by turbine

4 引風機并列試驗

為檢驗引風機并列效果，特在機組負荷400 MW，風量1950 t/h的狀況下進行了并列試驗，試驗動態(tài)特性曲線見圖3。

(1)一臺引風機出力維持穩(wěn)定(自動)，另一臺風機轉(zhuǎn)速加大導葉關小?？梢?在保持引風機B導葉、轉(zhuǎn)速不變的情況下，提高引風機A轉(zhuǎn)速，關小引風機導葉。這個過程在關小導葉時，06:34，風機B轉(zhuǎn)速3150 r/min，導葉開度54%。引風機A轉(zhuǎn)速升至3881 r/min，導葉開度關至38%，此時風機A被壓住，導致引風機A入口壓力升高，齒輪箱后軸承振動由33.196 μm升至62.6 μm，爐膛負壓由－100 Pa增至192 Pa，進一步提高A風機轉(zhuǎn)速，齒輪箱后振動下降至較低水平。

(2)降低一臺風機出力，另一臺調(diào)整負壓。由圖3可知:維持爐膛負壓基本穩(wěn)定的情況下退出引風機A運行，此過程也存在齒輪箱后軸承振動增大的過程，最大值為61.8 μm。

(3)穩(wěn)定負荷、風量下進行風機并列。機組負荷400 MW，風量1950 t/h。如圖3，引風機A從盤車狀態(tài)重新掛閘沖轉(zhuǎn)，升速至2000 r/min左右，此過程風機、齒輪箱及小機各軸承溫度、振動正常，沒有出現(xiàn)喘振現(xiàn)象。此時開啟進口擋板門，爐膛負壓、風機軸承及齒輪箱振動等基本無影響。在引風機A小機轉(zhuǎn)速升至2850 r/min時，開啟導葉后維持7%固定開度繼續(xù)升速，2臺小機轉(zhuǎn)速一致后繼續(xù)開大導葉開度直至出力平衡，從開啟風機入空門直至并列用時8 min。在引風機A出力增大過程中，爐膛負壓波動較小，齒輪箱振動在升速至4000 r/min時，風機憋壓較大時，齒輪箱后軸承振動最大為57.3 μm。之后壓力風機出力的增大，振動恢復至正常水平。

圖3 汽輪機驅(qū)動式引風機并列性能實驗動態(tài)特性曲線Fig.3 Dynamic characteristic curves of parallel tests for induced draft fan driven by turbine

從這次試驗中可以看出:汽輪機驅(qū)動式引風機在機組50%負荷下，在不用交叉冷卻管路的情況下，其并列基本正常，爐膛負壓較為穩(wěn)定，風機軸承、小機軸承溫度均在可控范圍，見圖4。風機沒有發(fā)生過熱、明顯喘振異常現(xiàn)象，只是風機并列前即將出力時刻或并列風機退出前齒輪箱后軸承振動有突增現(xiàn)象，最大至62.6 μm，離開此種工況時，振動恢復正常。

5 異常工況分析

脫硫系統(tǒng)啟動后，關閉煙氣旁路擋板對引風機的影響。由于該脫硫系統(tǒng)無增壓風機，僅依靠鍋爐引風機提供相應動力，因此當爐后脫硫系統(tǒng)煙氣阻力發(fā)生變化時，引風機需進行一定調(diào)整，調(diào)整速率過快會導致爐膛壓力波動，影響燃燒，甚至發(fā)生鍋爐MFT。為此在機組負荷550 MW時，進行旁路擋板開關對鍋爐的影響試驗。

一般電廠考慮對脫硫設備的保護，當進入煙氣脫硫系統(tǒng)的煙溫、含塵量超標以及脫硫系統(tǒng)故障等，必須旁路運行時，旁路擋板自動打開，并快速切除脫硫系統(tǒng)。切換過程中引風機的運行工況快速變化，即流量不變，揚程較少，脫硫系統(tǒng)阻力約1500 Pa，會對爐膛負壓產(chǎn)生相應的影響

脫硫旁路擋板開關試驗如圖5所示，可以看出:

(1)脫硫旁路擋板開關快開時，由于阻力減小，脫硫原煙氣壓力、引風機出口壓力均由850 Pa降至0，導致引風機入口壓力由 －1800 Pa降至－2140 Pa，爐膛壓力由 －100 Pa降至 －420 Pa，引風機自動調(diào)節(jié)正常，轉(zhuǎn)速下降400 r/min。

(2)脫硫旁路擋板開關關閉時，由于脫硫系統(tǒng)煙氣阻力發(fā)生變化，脫硫原煙氣壓力、引風機出口壓力變大至900～1000 Pa，導致風機出力變大，風機入口壓力也同步提高，風機出力增大400 r/min，爐膛負壓較為穩(wěn)定，處于可調(diào)狀態(tài)。

(3)脫硫旁路擋板開關關閉后，繼續(xù)升高負荷，引風機出口壓力也隨之增大，機組達額定負荷時，引風機出口壓力變大至1500～1600 Pa。整體對引風機出口至脫硫煙道是一種考驗，一旦發(fā)生海水脫硫系統(tǒng)的吸收塔阻塞等事故，會導致系統(tǒng)阻力增大，增大了整個煙道的安全性，現(xiàn)旁路擋板開啟壓力為小于－1000 Pa或大于3000 Pa。

6 后續(xù)問題

(1)汽輪機驅(qū)動式引風機，當爐膛負壓由導葉調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時，如何快速地參與變負荷、甩負荷等工況的調(diào)節(jié)，需深度優(yōu)化控制策略，以提高引風機調(diào)節(jié)爐膛負壓的快速性，要充分利用引風機導葉進行前饋或超馳控制。

(2)引風機準備并列或退出時間不能停留過長，否則會造成風機發(fā)生輕微喘振，造成齒輪箱振動過大問題。

7 結(jié)語

總體來說，采用汽輪機驅(qū)動引風機，通過并列實驗及實際正常運行證明了其可行性、可靠性和經(jīng)濟性。通過一系列的調(diào)試運行，在爐膛負壓、小機轉(zhuǎn)速、齒輪箱振動等方面取得了可控性的試驗效果，積累了大量先進技術和經(jīng)驗，對大型電廠輔機選型、調(diào)試、運行調(diào)節(jié)、輔機改造等多方面都具有較大的參考性和推廣價值。

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