韓 珂，孫緒炳

（華能山東濟南黃臺發(fā)電有限公司，山東 濟南 250001）

0 引言

某廠10號機組配套鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責任公司生產的HG-1146／25.4-PM1超臨界變壓直流爐，配套引風機為成都電力機械廠制造廠生產的HU25036-22雙級動葉可調軸流式引風機。2017年10月，為充分利用煙氣余熱，機組建設低溫省煤器聯合暖風器系統工程（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引風機多次出現失速現象，對機組的安全、穩(wěn)定運行構成了很大的威脅。通過對引風機失速分析，找出原因并采取有效的應對措施，保證了機組的安全、穩(wěn)定、經濟運行。

1 系統設備簡介

機組低溫省煤器聯合暖風器系統布置：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水加熱空預器入口一、二次風，裝設一、二次風暖風器，空預器入口一次風溫加熱至60℃，二次風溫加熱至70℃，排煙溫度升高至165℃。低溫省煤器管箱采用獨立小集箱，獨立小集箱進出口設計手動閘閥，可單獨運行和解列。系統如圖1所示。

圖1 低溫省煤器及風煙系統

引風機設計參數見表1，性能曲線見圖2［1］。

表1 引風機性能參數

圖2 引風機性能特性曲線

2 引風機失速過程

2018年7月31日，機組運行中B引風機發(fā)生失速現象，失速前機組負荷310 MW，總風量1 115 t／h，A、B引風機并列運行，A、B引風機動葉處于手動調整狀態(tài)，動葉開度分別為73%、83%，引風機電流分別為260 A、260 A，引風機入口溫度分別為120℃、140℃，B引風機全壓7 274 Pa，爐膛負壓正常。

7月31日21∶07，在無任何操作的情況下，鍋爐爐膛負壓突然波動至+1 010 Pa，發(fā)現B引風機電流突降至169 A，初步判斷為B引風機失速，出力大幅度下降。運行人員立即降低鍋爐燃料量，將B引風機動葉關小至60%，同時關小A引風機動葉至70%，檢查B引風機電流上升，逐漸開大B引風機動葉，調整兩臺風機出力平衡。其后3 h內，B引風機又連續(xù)發(fā)生2次失速，失速工況同第一次相同，B引風機動葉分別處于80%、77%位置。引風機三次失速均發(fā)生在動葉開度80%左右。

3 失速原因分析

3.1 風機失速原理

軸流風機葉片通常是機翼型的，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生旋渦［2］。隨著沖角α的增大，開始在后緣附近產生渦流，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，邊界層嚴重分離，阻力大大增加，葉片流道阻塞，風壓迅速降低。這種現象稱為失速［3］。沖角α大于臨界值越多，失速現象越嚴重，同時風機風壓也隨之迅速降低，風機出力急劇下降。

軸流風機的失速特性是由風機的葉型特性決定的，同時也受到風道系統阻力特性的影響，動葉調節(jié)軸流式風機的特性曲線如圖3所示［4］，其中鞍形曲線為風機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，風量越低，風機出口風壓越高，風機運行越接近于不穩(wěn)定工況區(qū)；在管路阻力特性不變的情況下，風機動葉開度越大，風機運行點越接近不穩(wěn)定工況區(qū)。

引風機設計工況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設備，并結合預熱器差壓上升等因素，引風機在高負荷工況時已經接近理論失速曲線，風機失速裕度已經非常小。經與風機制造廠協商，風機全壓按7 500 Pa控制，一直未發(fā)生失速，此次風機失速前風機全壓也小于7 500 Pa，停運風機后，檢查未見動葉卡澀、風機出入口擋板脫開等故障，可以排除風機本體故障引起失速。

圖3 動葉調節(jié)軸流式風機特性曲線

3.2 失速原因分析

2018年7月30日，檢查發(fā)現低省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引風機入口為A、B煙道換熱器出口煙氣，溫度約為100℃；B引風機入口溫度為C、D煙道換熱器出口煙氣，兩煙道出口混合后風溫約為130℃，兩側偏差30℃。

選取標準煙氣密度為 1.33 kg／m3，根據引風機進出口壓力、煙氣溫度計算出引風機入口煙氣的密度［5］：

式中：t為各測點煙氣平均溫度，℃；ρ0為標準狀態(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%。

軸流風機的全壓與流體密度成正比，密度的變化會影響風機本身的性能曲線p-qv，管路性能曲線斜率發(fā)生變化也會影響風機性能［6］，當密度減小時，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機運行工況變化，因A、B引風機出入口有聯絡管道，所以兩臺風機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引風機出力明顯降低，B引風機動葉開度同樣達到72%時，B引風機入口溫度比C煙道換熱器隔離前高36℃，風機入口煙氣密度下降8.4%，風機全壓下降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 密度減小時風機運行工況點的變化

表2 引風機動葉開度相同時的工況比較

因該機組未裝設單側風機流量表，且低溫省煤器C煙道隔離不影響A引風機出力，可近似認為隔離前后A引風機效率不變，表3以A引風機電流相同時工況進行比較。

表3 引風機電流相同時的工況比較

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

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

以A引風機運行工況為參考基準，認為A引風機出力仍保持在低省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，風機動葉開度變化曲線，可以看出A、B引風機電流一致時，B引風機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引風機動葉未開至80%以上，隔離后最大開至83%。

圖5 低省隔離前后風機動葉開度變化

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，引風機全壓裕量及失速裕度已明顯不足，高負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，風機動葉開度增大，風機運行點愈加接近不穩(wěn)定工況區(qū)，最終導致風機失速。

4 采取措施

運行中發(fā)生低省換熱器泄漏時，為預防引風機失速，可采取以下措施。

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

2）高負荷時引風機動葉開度超過70%以上時應加強對引風機各運行參數的監(jiān)視，必要時手動調整。

3）發(fā)生引風機失速時，立即關小該引風機動葉開度，脫離風機失速區(qū)并及時調整兩臺風機出力平衡。

4）調整兩臺風機負荷分配，使B引風機電流稍高于A引風機，嚴格控制風機全壓不超6 886 Pa，電流不超235 A。

經過多次試驗，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引風機入口煙氣溫度保持在105℃，同時調整A引風機入口煙氣溫度接近100℃，保持兩臺引風機出力平衡。機組負荷升至340 MW時，B引風機動葉開度達到80%，未再發(fā)生失速，失速現象消除。

5 結語

低溫省煤器聯合暖風器系統可以充分利用煙氣余熱，提高機組效率，同時大幅改善電除塵和引風機運行環(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，將導致引風機出力下降，容易造成軸流式引風機失速。低省換熱器對煙氣溫度的變化和鍋爐風煙系統的運行起重要作用，運行中發(fā)生泄漏時應及時判斷出準確泄漏點，并進行最小范圍隔離，以減輕對鍋爐運行的不利影響。