李星勇

(蘇州熱工研究院有限公司, 廣東深圳 518000)

軸流風(fēng)機(jī)性能曲線存在失速邊界，當(dāng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行時靠近失速邊界時，會發(fā)生失速甚至是喘振現(xiàn)象，如不能盡快脫離這種運(yùn)行工況，則會發(fā)生設(shè)備損毀。現(xiàn)階段大部分火力發(fā)電廠中，送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)及引風(fēng)機(jī)大部分都是軸流風(fēng)機(jī)，隨著機(jī)組的運(yùn)行，鍋爐煙道積灰造成煙道阻力增大，在負(fù)荷不變的情況下，會造成風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況點(diǎn)相比正常情況上移，如靠近失速邊界，則會造成風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)失速，甚至喘振。一般在此情況下運(yùn)行人員會降低負(fù)荷，使風(fēng)機(jī)脫離失速區(qū)。為了避免類似情形，風(fēng)機(jī)選型就需要預(yù)留足夠的余量，依據(jù)DL/T 468—2004 《電站鍋爐風(fēng)機(jī)選型和使用導(dǎo)則》的失速安全系數(shù)k計(jì)算公式，應(yīng)滿足失速裕度k>1.3的要求。

1 設(shè)備及試驗(yàn)

某發(fā)電廠一期工程為2臺630 MW超臨界發(fā)電機(jī)組，鍋爐為超臨界參數(shù)變壓直流爐，一次再熱、單爐膛、尾部雙煙道、采用擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)П形鍋爐。設(shè)計(jì)煤種為山西大同塔山煙煤；采用雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)，每臺鍋爐配5臺磨煤機(jī)，煤粉細(xì)度R90為16%～18%，煤粉均勻性系數(shù)R200為1.1。為保證前后墻熱負(fù)荷均勻，當(dāng)磨煤機(jī)切停時，前后墻投運(yùn)燃燒器層數(shù)之差不允許長時間大于1。

采用前后墻對沖燃燒方式。30只HT-NR3低NOx旋流式燃燒器按前墻三層和后墻二層布置在爐膛前后墻螺旋水冷壁上，使沿爐膛寬度方向熱負(fù)荷及煙氣溫度分布均勻。前墻燃燒器由上至下布置為B層、C層和D層，后墻燃燒器由上至下布置為A層和E層。

每臺鍋爐配備2臺雙級動葉可調(diào)式軸流一次風(fēng)機(jī)，型號為AST-1750/1250，其主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 一次風(fēng)機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù)

1號鍋爐一次風(fēng)機(jī)自2008年機(jī)組投產(chǎn)以來，多次發(fā)生失速現(xiàn)象。SCR脫硝改造后，B側(cè)一次風(fēng)機(jī)失速更為頻繁。根據(jù)DL/T 469—2004 《電站鍋爐風(fēng)機(jī)現(xiàn)場性能試驗(yàn)》在冷態(tài)下對1號鍋爐B側(cè)一次風(fēng)機(jī)進(jìn)行了流量-全壓特性試驗(yàn)及失速試驗(yàn)，并對1號鍋爐450 MW、500 MW負(fù)荷下進(jìn)行了常規(guī)試驗(yàn)，對在運(yùn)的2號鍋爐各負(fù)荷下風(fēng)機(jī)進(jìn)行了常規(guī)試驗(yàn)，以便對比。

2 試驗(yàn)方法

該失速試驗(yàn)的一次風(fēng)系統(tǒng)阻力調(diào)節(jié)以磨煤機(jī)進(jìn)口風(fēng)門調(diào)節(jié)為主，一次風(fēng)機(jī)出口風(fēng)門調(diào)節(jié)為輔，且必須在機(jī)組停運(yùn)期間進(jìn)行。其方法是：關(guān)閉兩側(cè)一次風(fēng)機(jī)的出口聯(lián)絡(luò)門和A、B、C磨煤機(jī)入口總風(fēng)門及A側(cè)空氣預(yù)熱器出口熱風(fēng)門，全開D、E磨煤機(jī)進(jìn)、出口所有風(fēng)門；然后，啟動一次風(fēng)機(jī)，將一次風(fēng)機(jī)動葉緩緩調(diào)至試驗(yàn)開度，待其穩(wěn)定運(yùn)行后，緩慢關(guān)小磨煤機(jī)進(jìn)口冷、熱風(fēng)門擋板，增加一次風(fēng)系統(tǒng)阻力，同時密切監(jiān)視失速探針壓差、風(fēng)機(jī)出口壓力和風(fēng)機(jī)氣流噪聲的變化，實(shí)時采集文丘里流量裝置的壓差，在主控室內(nèi)密切監(jiān)視失速報警、風(fēng)機(jī)電流及出口風(fēng)壓的變化；當(dāng)關(guān)至一次風(fēng)機(jī)出口壓力增加減緩或不增加，記錄風(fēng)機(jī)運(yùn)行各參數(shù)，再一點(diǎn)一點(diǎn)地關(guān)閉磨煤機(jī)進(jìn)口總風(fēng)門，同步記錄每次操作的風(fēng)機(jī)各參數(shù)，直至風(fēng)機(jī)出口壓力和電流大幅度波動，風(fēng)機(jī)噪聲劇烈上升，失速探針觸發(fā)報警，此時風(fēng)機(jī)已失速，失速前的風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)為風(fēng)機(jī)失速邊界點(diǎn)；快速關(guān)閉一次風(fēng)機(jī)動葉，或打開磨煤機(jī)風(fēng)門，將風(fēng)機(jī)帶出失速區(qū)。

流量的測量可以參照DL/T 469—2004中切比雪夫網(wǎng)格法來測量，該方法需要負(fù)荷平穩(wěn)，每個工況下測量時間約1 h?，F(xiàn)場軸流風(fēng)機(jī)大多在本體喉部都留有兩個壓差接頭，風(fēng)機(jī)的流量也可以通過壓差接頭進(jìn)行快速測量計(jì)算，其公式為[1]：

(1)

式中：Q為風(fēng)機(jī)體積流量，m3/s；Δp為壓差接頭的壓差，Pa；T1為氣體進(jìn)口溫度，K；p1為氣體進(jìn)口絕對壓力，Pa；K為常系數(shù)，需要校驗(yàn)。通過網(wǎng)格法測量風(fēng)機(jī)的流量，反向計(jì)算得到K；對于每一個風(fēng)機(jī)樣本，都需要現(xiàn)場校核K，然后利用差壓接頭快速地計(jì)算流量；冷態(tài)下調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)動葉開度在不同的角度，進(jìn)行流量-全壓特性曲線試驗(yàn)，便得到風(fēng)機(jī)的實(shí)際曲線。

通過冷態(tài)試驗(yàn)，得出1號鍋爐B側(cè)一次風(fēng)機(jī)的流量-全壓特性曲線，該曲線僅包含日常風(fēng)機(jī)組運(yùn)行中風(fēng)機(jī)可能達(dá)到的開度；結(jié)合機(jī)組正常運(yùn)行負(fù)荷范圍及磨煤機(jī)常用組合方式下的一次風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)，查找一次風(fēng)機(jī)頻繁失速的原因，為后續(xù)鍋爐運(yùn)行調(diào)整和一次風(fēng)機(jī)技術(shù)改造及運(yùn)行監(jiān)測奠定基礎(chǔ)。

3 試驗(yàn)過程及結(jié)果

冷態(tài)下將風(fēng)機(jī)啟動，依據(jù)失速試驗(yàn)方法，找到45%動葉開度下風(fēng)機(jī)失速點(diǎn)。在失速點(diǎn)全壓以下做5個風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)，工作點(diǎn)涵蓋正常運(yùn)行所需的壓力范圍；參照45%動葉開度下方法，完成60%開度下失速點(diǎn)和特性曲線的測試；隨后，依次完成35%和26%動葉開度下失速點(diǎn)和特性曲線的試驗(yàn)。

通過對26%(26°)、35%(29°)、45%(33°)、60%(38.5°)動葉開度下的流量-全壓特性曲線和失速點(diǎn)試驗(yàn)，得到B側(cè)一次風(fēng)機(jī)日常工作區(qū)域內(nèi)的實(shí)際特性曲線(見圖1)。將1號機(jī)組在450 MW、500 MW下1B一次風(fēng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)和2號機(jī)組各負(fù)荷下對應(yīng)一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況繪制在實(shí)際曲線圖中。

圖1 B側(cè)一次風(fēng)機(jī)日常工作區(qū)域內(nèi)的實(shí)際特性曲線

將正常運(yùn)行的2號機(jī)組兩臺一次風(fēng)機(jī)在不同負(fù)荷、不同數(shù)量磨煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下的風(fēng)機(jī)全壓、體積流量進(jìn)行測量，具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 2號機(jī)組A、B一次風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)

由圖1和表2可知：兩臺機(jī)組在同樣機(jī)組負(fù)荷下，一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況點(diǎn)偏差較大，具體體現(xiàn)在1號機(jī)組所需風(fēng)量較小，風(fēng)壓更高，因此更靠近失速線。

依據(jù)DL/T 468—2004，軸流風(fēng)機(jī)應(yīng)有足夠的失速裕度，可以用失速安全系數(shù)k來表示，k由設(shè)計(jì)工況點(diǎn)和該開度下(動葉調(diào)節(jié)為動葉角度，靜葉調(diào)節(jié)為調(diào)節(jié)導(dǎo)葉角度)的失速工況點(diǎn)(或最大壓力點(diǎn))的風(fēng)量、風(fēng)壓求出：

(2)

式中：p、q為設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的風(fēng)壓和風(fēng)量；pk、qk為失速工況點(diǎn)的風(fēng)壓和風(fēng)量。

代入450 MW負(fù)荷和500 MW負(fù)荷工況下B側(cè)一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)參數(shù)及相應(yīng)開度下的真實(shí)失速點(diǎn)參數(shù)，得到兩個負(fù)荷工況下B側(cè)一次風(fēng)機(jī)失速安全系數(shù)分別為1.23和1.07，不滿足k>1.3的要求。由此可知，實(shí)際運(yùn)行期間一次風(fēng)機(jī)易失速，尤其是SCR改造后空氣預(yù)熱器阻力增大，造成一次風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓上升，失速更為頻繁。

4 結(jié)語

通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較分析，有以下結(jié)論及建議：

(1) 1號鍋爐B側(cè)一次風(fēng)機(jī)實(shí)際特性曲線壓力偏低，失速裕度偏小，當(dāng)遇到磨煤機(jī)停運(yùn)操作、通風(fēng)量調(diào)節(jié)稍快及其他擾動時，一次風(fēng)機(jī)極易落入失速區(qū)。

(2) 在同等負(fù)荷情況下，盡可能運(yùn)行多套制粉系統(tǒng)，或延遲停運(yùn)制粉系統(tǒng)，提高一次風(fēng)流量。

(3) 改造密封風(fēng)系統(tǒng)，增加密封風(fēng)來源為取自一次風(fēng)機(jī)出口，增大一次風(fēng)機(jī)流量，以便使一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)遠(yuǎn)離失速線。

(4) 進(jìn)行一次風(fēng)機(jī)性能在線監(jiān)測系統(tǒng)改造，啟用風(fēng)機(jī)集氣箱上的已有文丘里流量裝置，加裝微壓差變送器，并將信號引入主控室，新增風(fēng)機(jī)運(yùn)行圖監(jiān)視畫面，使得風(fēng)機(jī)運(yùn)行工作點(diǎn)顯示在實(shí)際性能圖上，運(yùn)行人員可實(shí)時掌握一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行位置及距離失速線的余量。