吳兆香

（淮浙電力有限責(zé)任公司鳳臺發(fā)電廠，安徽 鳳臺 232131）

0 引 言

大型火電機(jī)組的節(jié)能減排是目前國家的重要國策, 汽動引風(fēng)機(jī)作為節(jié)能項目，在各電廠得到廣泛應(yīng)用，當(dāng)前由于汽動引風(fēng)機(jī)一般設(shè)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(fēng)機(jī)靜葉在全開位，驅(qū)動的小汽輪機(jī)變轉(zhuǎn)速控制，風(fēng)機(jī)在低負(fù)荷運行時容易失速[2-3]，失速后難以并入。在機(jī)組升降負(fù)荷時，風(fēng)機(jī)變轉(zhuǎn)速會出現(xiàn)共振現(xiàn)象，造成風(fēng)機(jī)軸承振動大。將汽動引風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)更節(jié)能，可解決風(fēng)機(jī)變轉(zhuǎn)速共振[4]、低負(fù)荷失速、風(fēng)機(jī)并入困難[5]等問題。

1 某電廠概況

1.1 機(jī)組概況

某電廠3 號660MW 機(jī)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(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全懸吊鋼結(jié)構(gòu)Π 型鍋爐。鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)原配備兩臺動葉可調(diào)式軸流一次風(fēng)機(jī)、兩臺動葉可調(diào)式軸流送風(fēng)機(jī)和兩臺靜葉可調(diào)式軸流引風(fēng)機(jī)，其中引風(fēng)機(jī)采用小汽輪機(jī)驅(qū)動。脫硫系統(tǒng)采用濕法石灰石脫硫，不設(shè)置GGH 換熱器和增壓風(fēng)機(jī)，相關(guān)系統(tǒng)阻力由引風(fēng)機(jī)克服。

1.2 原汽動引風(fēng)機(jī)設(shè)計參數(shù)

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

表2 驅(qū)動原汽動引風(fēng)機(jī)的小汽輪機(jī)設(shè)計參數(shù)

2 汽動引風(fēng)機(jī)改造原因及方案

2.1 原汽動引風(fēng)機(jī)改造原因

2.1.1 原汽動引風(fēng)機(jī)存在共振區(qū)

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

2.1.2 原汽動引風(fēng)機(jī)出力不足

3 號機(jī)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(fēng)機(jī)出力不足，機(jī)組滿負(fù)荷時引風(fēng)機(jī)靜葉開度達(dá)到100%，驅(qū)動引風(fēng)機(jī)的小汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到上限，引風(fēng)機(jī)出力也達(dá)到上限，影響機(jī)組帶滿負(fù)荷。

2.1.3 原汽動引風(fēng)機(jī)易失速

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

2.2 汽動引風(fēng)機(jī)改造為雙級動葉調(diào)節(jié)軸流引風(fēng)機(jī)

2.2.1 改造后風(fēng)機(jī)設(shè)計參數(shù)

3 號機(jī)組靜葉調(diào)節(jié)軸流汽動引風(fēng)機(jī)改造為動葉調(diào)節(jié)軸流汽動引風(fēng)機(jī)，其主要設(shè)計參數(shù)見表3。

表3 動葉調(diào)節(jié)軸流汽動引風(fēng)機(jī)設(shè)計參數(shù)

2.2.2 風(fēng)機(jī)控制策略

改造后，對驅(qū)動引風(fēng)機(jī)的小汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行分檔位，不同負(fù)荷區(qū)間對應(yīng)相應(yīng)檔位，同時引風(fēng)機(jī)動葉參與調(diào)節(jié)。引風(fēng)機(jī)小機(jī)檔位設(shè)置見表4。

表4 引風(fēng)機(jī)改造后小機(jī)節(jié)省耗汽量

表4 引風(fēng)機(jī)小機(jī)檔位設(shè)置

當(dāng)機(jī)組負(fù)荷大于280MW 并延時300s 后，引風(fēng)機(jī)小機(jī)升為1 檔；當(dāng)機(jī)組負(fù)荷大于480MW 并延時300s 后，引風(fēng)機(jī)小機(jī)升為2 檔；當(dāng)機(jī)組負(fù)荷大于660MW 并延時300s 后，引風(fēng)機(jī)小機(jī)升為3檔。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷小于630MW 并延時300s 后，引風(fēng)機(jī)小機(jī)降為2 檔；當(dāng)機(jī)組負(fù)荷小于450MW 并延時300s 后，引風(fēng)機(jī)小機(jī)降為1 檔；當(dāng)機(jī)組負(fù)荷小于250MW 并延時300s 后，引風(fēng)機(jī)小機(jī)降為0檔。

3 改造后效果

3.1 節(jié)能效果

汽動引風(fēng)機(jī)由靜葉調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)改造為動葉調(diào)節(jié)后，節(jié)能效果明顯，驅(qū)動引風(fēng)機(jī)的小汽輪機(jī)平均節(jié)省耗汽15%。小汽輪機(jī)耗汽節(jié)省量見表4。

3.2 風(fēng)機(jī)軸承振動

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

圖1 靜葉調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)軸承振動

改造后，動葉調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)根據(jù)負(fù)荷分檔控制，由風(fēng)機(jī)動葉調(diào)節(jié)爐膛負(fù)壓，驅(qū)動引風(fēng)機(jī)的小汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速根據(jù)負(fù)荷在小范圍變化，引風(fēng)機(jī)軸承振動變化較小，風(fēng)機(jī)軸承振動穩(wěn)定。動葉調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)軸承振動幅度較大，頻次較高，改造后動葉調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)軸承振動幅度減小，趨勢較為穩(wěn)定。

3.3 引風(fēng)機(jī)并入和退出操作效果

3.3.1 引風(fēng)機(jī)退出操作效果

改造前，兩臺靜葉調(diào)節(jié)汽動引風(fēng)機(jī)并列運行時，當(dāng)需要退出其中一臺引風(fēng)機(jī)時，爐膛負(fù)壓波動較大，爐膛負(fù)壓一般至正800Pa 左右，見圖3。

圖3 單臺靜葉調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)退出

改造后，兩臺動葉調(diào)節(jié)汽動引風(fēng)機(jī)并列運行時，當(dāng)需要退出其中一臺引風(fēng)機(jī)時，退出運行引風(fēng)機(jī)出力會慢慢減少，爐膛負(fù)壓穩(wěn)定，見圖4。

圖4 單臺動葉調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)退出

3.3.2 引風(fēng)機(jī)并入操作效果

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

圖5 靜葉調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)并入

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

圖6 動葉調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)并入

4 汽動引風(fēng)機(jī)改動葉調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)優(yōu)勢

4.1 風(fēng)機(jī)耗能方面

靜葉調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)實際運行效率往往低于其性能曲線設(shè)計效率，而動葉調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)實際運行效率基本可以達(dá)到設(shè)計水平，這就導(dǎo)致靜葉調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)實際運行效率往往要低于動葉調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)10 個百分點以上[6-7]，增加小汽輪機(jī)耗功，進(jìn)一步降低小汽機(jī)功率裕量。因此動葉調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的運行經(jīng)濟(jì)性更佳，小汽輪機(jī)軸功率更低，節(jié)省煤耗。

4.2 風(fēng)機(jī)失速安全方面

靜葉調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)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(dāng)或系統(tǒng)堵塞嚴(yán)重，靜葉調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)容易出現(xiàn)搶風(fēng)失速問題[8-11]；而動葉調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)在中低開度下基本不存在失速區(qū)域，風(fēng)機(jī)運行失速風(fēng)險明顯降低。

4.3 風(fēng)機(jī)實際出力方面

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

4.4 風(fēng)機(jī)共振風(fēng)險方面

靜葉調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)葉片長固有頻率高，而動葉調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)的共振風(fēng)險大于靜葉調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)[13]。但由于動葉調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)共振風(fēng)險。綜合考慮變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)下動葉調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的共振風(fēng)險比靜葉調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)更低。

5 結(jié)論

與改造前的靜葉調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)相比，本次動葉調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)單側(cè)退出和并入時操作風(fēng)險。尤其是在風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)節(jié)能與增容有機(jī)融合，打破了原有風(fēng)機(jī)增容改造必然犧牲能耗的技術(shù)瓶頸。