萬(wàn)立明,張 軍
(1.廣東粵電靖海發(fā)電有限公司,廣東揭陽(yáng) 515223;2.成都電力機(jī)械廠,四川成都 610000)
為滿足國(guó)家三部委《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014—2020 年)》《全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》和廣東省發(fā)改委《廣東省煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2015—2020 年)》的要求,廣東某電廠機(jī)組開(kāi)展超低排放改造項(xiàng)目工作,其中3#,4#1000 MW 機(jī)組的煙氣NOX、SO2、煙塵的排放濃度分別控制在50 mg/Nm3,35 mg/Nm3和5 mg/Nm3以內(nèi)。改造方案包括脫硝改造,除塵改造,脫硫改造,GGH(煙氣—煙氣換熱器)改造,引風(fēng)機(jī)、脫硫增壓風(fēng)機(jī)改造。引風(fēng)機(jī)、脫硫增壓風(fēng)機(jī)改造項(xiàng)目將各機(jī)組原來(lái)2 臺(tái)靜葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)和2 臺(tái)動(dòng)葉可調(diào)軸流式增壓風(fēng)機(jī)拆除,新裝2 臺(tái)雙級(jí)動(dòng)葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī),進(jìn)行增引合引改造;GGH 改造工程則將原回轉(zhuǎn)式GGH 改造為無(wú)煙氣泄漏的管式MGGH(中間熱媒體煙氣換熱器),在空預(yù)器出口與電除塵入口之間6 個(gè)煙道均設(shè)置一級(jí)MGGH 換熱器,煙氣冷卻后進(jìn)入靜電除塵器實(shí)現(xiàn)低溫除塵,至引風(fēng)機(jī)入口設(shè)計(jì)煙氣溫度可降到90 ℃,系統(tǒng)示意見(jiàn)圖1。超低排放改造后機(jī)組于2017 年4 月投入運(yùn)行。
機(jī)組為東方鍋爐股份有限公司制造的超超臨界本生直流爐,采用前后墻對(duì)沖燃燒、爐膛平衡通風(fēng)系統(tǒng),超排改造新安裝的兩臺(tái)雙級(jí)動(dòng)葉可調(diào)式軸流風(fēng)機(jī)型號(hào)為HU27448-222G,低高壓葉型(第一級(jí)為低壓葉型,第二級(jí)為高壓葉型),其變工況運(yùn)行時(shí)經(jīng)濟(jì)性好、調(diào)節(jié)特性好,是超超臨界機(jī)組超排改造引風(fēng)機(jī)的主流選型。
由于該引風(fēng)機(jī)受軸流風(fēng)機(jī)具有駝峰形狀的性能曲線、運(yùn)行環(huán)境惡劣以及系統(tǒng)阻力變化的影響,特別是在機(jī)組高負(fù)荷期間,客觀上有失速發(fā)生的可能性[1]。即風(fēng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的全壓(比壓能)升高到其特性曲線的頂點(diǎn)后,若風(fēng)煙系統(tǒng)阻力再增大,運(yùn)行工況點(diǎn)落入理論失速線,此時(shí)風(fēng)機(jī)出力將會(huì)突然下降,從而發(fā)生失速[2]。引風(fēng)機(jī)失速時(shí)由于壓力和流量劇烈下降和波動(dòng),直接影響爐膛負(fù)壓、機(jī)組出力和運(yùn)行安全;由于葉片激振、振動(dòng)突升則影響風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子有關(guān)部件的安全[3],因此機(jī)組高負(fù)荷期間應(yīng)避免引風(fēng)機(jī)發(fā)生失速。
經(jīng)統(tǒng)計(jì),#3 機(jī)組超低排放改造完成后,在2017 年底之前引風(fēng)機(jī)均未出現(xiàn)失速現(xiàn)象,但2018 年以來(lái)#3A 引風(fēng)機(jī)發(fā)生4 次高負(fù)荷失速,另#4 機(jī)組A,B 引風(fēng)機(jī)也各發(fā)生1 次失速。失速時(shí)典型歷史曲線見(jiàn)圖2,2018 年3 月13 日,10:28,#3A 引風(fēng)機(jī)在近滿負(fù)荷工況,電流逐漸升高后突降、出口壓力突降、入口導(dǎo)葉快速全開(kāi),風(fēng)機(jī)失速,經(jīng)及時(shí)調(diào)整后恢復(fù)正常運(yùn)行。
圖2 #3A 引風(fēng)機(jī)失速歷史趨勢(shì)曲線截圖
某試驗(yàn)單位在《引風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況分析》中,根據(jù)引風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)和引風(fēng)機(jī)特性曲線,并參考系統(tǒng)的煙氣流量,認(rèn)為當(dāng)前引風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率在高、中、低負(fù)荷工況下均處于正常水平;而在高負(fù)荷工況時(shí)其取煙氣密度約為0.83 kg/m3的條件下,計(jì)算壓頭裕量?jī)H約為800 Pa,低于設(shè)計(jì)的10%,不滿足《火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》的要求;若煤質(zhì)波動(dòng)較大,或者氧量波動(dòng)較大,引風(fēng)機(jī)中、高負(fù)荷失速風(fēng)險(xiǎn)極大。并且該試驗(yàn)單位認(rèn)為這一分析適用于2 臺(tái)機(jī)組。
針對(duì)上述關(guān)于引風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)壓頭裕量偏小的初步結(jié)論,筆者組織對(duì)引風(fēng)機(jī)失速前的工況、性能試驗(yàn)情況、煙氣系統(tǒng)參數(shù)以及系統(tǒng)阻力變化等因素進(jìn)行全面分析,找到失速的準(zhǔn)確原因并提出有效的解決措施。
1000 MW 機(jī)組超低排放改造引風(fēng)機(jī)選型主要參數(shù)及2017 年9 月初,#3爐A 引風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)(某電科院《#3 機(jī)組超低排放改造引風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)報(bào)告》)數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)表1。
根據(jù)表1 試驗(yàn)及計(jì)算數(shù)據(jù)表明,2017 年9 月,#3A 引風(fēng)機(jī)1000 MW 工況、最大出力工況風(fēng)機(jī)全壓升均小于B-MCR 設(shè)計(jì)參數(shù),且有一定的裕量,如按TB 工況與實(shí)際最大出力工況比較計(jì)算,此時(shí)實(shí)際壓頭裕量達(dá)20.7%,符合20%的設(shè)計(jì)要求[4];滿負(fù)荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)中,風(fēng)機(jī)入口溫度偏高,其余與BMCR 設(shè)計(jì)參數(shù)基本吻合,風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率高。因此,風(fēng)機(jī)的選型合理。
風(fēng)機(jī)失速前工況參數(shù)匯總見(jiàn)表2。2018 年6 月14 日,8:33:26,#4A 引風(fēng)機(jī)失速起因?yàn)闋t膛掉大渣,引起風(fēng)煙系統(tǒng)波動(dòng)。從失速前工況看,#4 機(jī)組A,B 引風(fēng)機(jī)運(yùn)行比較平衡,各發(fā)生1 次失速具有隨機(jī)性;#3 機(jī)組B 引風(fēng)機(jī)未發(fā)生失速,而A 引風(fēng)機(jī)發(fā)生4 次失速,具有典型性。分析應(yīng)以#3A 引風(fēng)機(jī)為主。從數(shù)據(jù)看出,#3 爐高負(fù)荷期間A,B 空預(yù)器煙氣側(cè)壓差較大,系長(zhǎng)期運(yùn)行逐漸增大,超排改造后高負(fù)荷期間空預(yù)器壓差變化情況如表3所示。空預(yù)器壓差增大的原因包括:蓄熱元件存在損壞情況,受煤質(zhì)、脫硝噴氨及環(huán)境溫度等因素影響發(fā)生堵塞。
同時(shí),#3,4 機(jī)組引風(fēng)機(jī)入口煙氣溫度均高于設(shè)計(jì)參數(shù)90℃,特別是#3 機(jī)組長(zhǎng)期高于110 ℃,其主要原因是空預(yù)器因元件損壞、堵塞等,導(dǎo)致排煙溫度高于130 ℃設(shè)計(jì)值,一級(jí)MGGH換熱器前排管組受煙氣沖刷泄漏后隔離了部分管組,同時(shí)考慮到電除塵煙氣溫度低容易發(fā)生灰斗堵灰以及內(nèi)部腐蝕等問(wèn)題而提高了入口煙氣溫度。
根據(jù)表1 工況數(shù)據(jù),經(jīng)計(jì)算,對(duì)#3A 引風(fēng)機(jī)在2018 年3 月13 日(971 MW),2018.6.21(931 MW)兩次失速前實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn),在風(fēng)機(jī)的流量—比壓能性能曲線上進(jìn)行標(biāo)定位置,如(圖3)。從圖中可以看出#3A 引風(fēng)機(jī)兩次失速前實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)在性能曲線的位置已經(jīng)偏離B-MCR 設(shè)計(jì)工況點(diǎn)(◆2),更加靠近失速線,本身已存在一定的失速風(fēng)險(xiǎn),此時(shí)如果風(fēng)煙系統(tǒng)壓力波動(dòng)或設(shè)備系統(tǒng)故障就容易導(dǎo)致風(fēng)機(jī)失速。
表1 #3 爐A 引風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)與選型參數(shù)對(duì)比
表2 #3,#4 機(jī)組引風(fēng)機(jī)失速前工況參數(shù)匯總
表3 #3 機(jī)組高負(fù)荷期間A、B 空預(yù)器壓差變化數(shù)據(jù) Pa
圖3 #3A 引風(fēng)機(jī)失速典型工況點(diǎn)在性能曲線上的標(biāo)定位置
根據(jù)上述失速前工況參數(shù)和運(yùn)行情況,引風(fēng)機(jī)高負(fù)荷失速主要原因如下。
(1)空預(yù)器在長(zhǎng)期運(yùn)行中堵塞逐漸嚴(yán)重、壓差高。#3 爐A 空預(yù)器壓差高值達(dá)2600 Pa,導(dǎo)致單側(cè)風(fēng)煙系統(tǒng)阻力嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì),A,B 引風(fēng)機(jī)出力(電流)不平衡,#3A 引風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)往上偏離設(shè)計(jì)工況點(diǎn),更接近失速邊界線,因此更容易發(fā)生失速。
(2)引風(fēng)機(jī)入口煙氣溫度偏高。#3 機(jī)組風(fēng)煙系統(tǒng)MGGH 一級(jí)換熱器出口平均煙溫超過(guò)110 ℃(設(shè)計(jì)值90 ℃),煙溫偏高致使煙氣密度偏小,按2018 年1 月7 日工況入口煙氣溫度111.3 ℃計(jì)算,密度約0.89 kg/m3(設(shè)計(jì)值為0.94 kg/m3);由于煙氣密度偏小,在相同的全壓下風(fēng)機(jī)比壓能升高,引風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)往上偏離設(shè)計(jì)工況點(diǎn),更接近失速邊界線。
計(jì)算式:入口煙氣密度=1.33×入口絕對(duì)壓力×273/101325(273+入口煙氣溫度)。入口絕對(duì)壓力=當(dāng)?shù)卮髿鈮?風(fēng)機(jī)入口靜壓。比壓能=風(fēng)機(jī)全壓/入口煙氣密度,其中,當(dāng)?shù)卮髿鈮喝≈?01 180 Pa,風(fēng)機(jī)入口靜壓-5250 Pa,壓縮性修正系數(shù)Kp取1,#4 機(jī)組A,B 空預(yù)器壓差正常,但引風(fēng)機(jī)入口煙氣溫度約100 ℃,高于設(shè)計(jì)值90 ℃,也是引風(fēng)機(jī)偶發(fā)性失速的影響因素之一。
(3)其他設(shè)備阻力影響,初步分析認(rèn)為引風(fēng)機(jī)出口直角彎頭和匯流段,以及脫硫系統(tǒng)阻力對(duì)風(fēng)煙系統(tǒng)阻力及波動(dòng)可能存在影響,其中脫硫塔阻力主要是由于噴淋層造成的,脫硫系統(tǒng)阻力跟噴淋層的投入數(shù)量有直接關(guān)系[5]。
根據(jù)上述分析,該試驗(yàn)單位在《引風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況分析》中計(jì)算得出引風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行中壓頭裕量較小的結(jié)論,其計(jì)算過(guò)程所選取的煙氣密度約為0.83 kg/m3,經(jīng)校核計(jì)算此時(shí)對(duì)應(yīng)的煙氣溫度應(yīng)達(dá)到141 ℃,而經(jīng)查當(dāng)時(shí)工況下引風(fēng)機(jī)入口實(shí)際煙氣溫度約101 ℃,對(duì)應(yīng)計(jì)算煙氣密度約為0.92 kg/m3。《分析》中密度選取值偏?。▽?duì)應(yīng)煙氣溫度高出實(shí)際煙溫40 ℃),導(dǎo)致計(jì)算得出比壓能偏高、壓頭裕量偏小,應(yīng)予以糾正。
(1)實(shí)施空預(yù)器蓄熱元件改造更換,針對(duì)空預(yù)器硫酸氫銨堵塞及酸腐蝕問(wèn)題對(duì)蓄熱元件進(jìn)行材料、板型等優(yōu)化設(shè)計(jì),解決因蓄熱元件損壞及堵塞問(wèn)題;2018 年12 月,#3 機(jī)組空預(yù)器實(shí)施改造后機(jī)組高負(fù)荷期間空預(yù)器壓差穩(wěn)定在1500 Pa 左右,排煙溫度降低約5℃,系統(tǒng)阻力和煙氣溫度降低顯著改善了風(fēng)煙系統(tǒng)的運(yùn)行工況。
(2)在空預(yù)器改造更換之前,運(yùn)行機(jī)組高負(fù)荷期間,對(duì)A,B引風(fēng)機(jī)的調(diào)平關(guān)注風(fēng)機(jī)電流和進(jìn)出口壓力,密切監(jiān)視空預(yù)器壓差和風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓變化,避免兩臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)行不平衡發(fā)生搶風(fēng);在總結(jié)失速工況的基礎(chǔ)上,確定引風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓達(dá)-5500 Pa 時(shí)應(yīng)限制機(jī)組負(fù)荷觀察。
(3)降低引風(fēng)機(jī)入口煙氣溫度,優(yōu)化MGGH 一級(jí)換熱器出口煙氣溫度控制,結(jié)合電除塵除灰輸灰對(duì)煙溫控制的要求逐步進(jìn)行調(diào)整,最終將電除塵入口煙氣平均溫度調(diào)整至約95 ℃,基本滿足設(shè)計(jì)值要求;在相同全壓下,按#3A 引風(fēng)機(jī)原入口煙氣溫度111℃計(jì)算,比壓能降低約4.2%,安全裕量明顯增大。
(4)檢查兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)出口煙道匯合段,初步確認(rèn)風(fēng)機(jī)出口煙道直角彎阻力偏大,兩股煙氣匯流隔板太短、導(dǎo)流不足存在對(duì)沖擾流,計(jì)劃對(duì)直角彎進(jìn)行導(dǎo)流板優(yōu)化、加長(zhǎng)匯流隔板,降低風(fēng)機(jī)出口阻力。
(5)空預(yù)器堵塞防治需有長(zhǎng)效措施并適應(yīng)機(jī)組超低排放條件,筆者認(rèn)為應(yīng)進(jìn)一步研究空預(yù)器前端脫硝優(yōu)化調(diào)整和脫硝均勻性改造以有效控制氨逃逸。
結(jié)合引風(fēng)機(jī)失速前工況參數(shù)分析和運(yùn)行、設(shè)備存在問(wèn)題檢查,對(duì)引風(fēng)機(jī)失速問(wèn)題進(jìn)行了比較全面的分析,糾正了某試驗(yàn)單位關(guān)于風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)壓頭裕量不足的初步結(jié)論,提出了下一步檢修和運(yùn)行調(diào)整的具體措施,實(shí)施后能夠有效防范引風(fēng)機(jī)失速問(wèn)題。從中發(fā)現(xiàn),系統(tǒng)阻力增加和煙氣溫度偏高是造成引風(fēng)機(jī)失速的2 個(gè)主要因素。超低排放改造后,低溫電除塵應(yīng)按照設(shè)計(jì)要求運(yùn)行,將引風(fēng)機(jī)入口煙氣溫度降低至符合設(shè)計(jì)要求,有利于引風(fēng)機(jī)高效率運(yùn)行、防止引風(fēng)機(jī)失速。