軸流式引風機失速原因分析與應對策略

邱長偉，劉維岐，宋大勇，張家維，張志遠,唐士明，武 超，任百智

(1.國電康平發電有限公司，遼寧 康平 110500；2.國電科學技術研究院有限公司，南京 210023;3.河南城建學院 能源與建筑環境工程學院，河南 平頂山 467000;4.國電哈爾濱熱電有限公司，哈爾濱 150000)

0 引 言

軸流式引風機廣泛應用在中國電站鍋爐中，隨著發電機組單機容量的不斷增加，引風機的性能直接影響到機組的經濟性及安全性[1]。軸流式引風機常被失速及喘振問題所困擾。引風機失速與喘振主要與煙風道阻力特性變化[2-5]、煙氣量變化等因素有關。大型燃煤發電機組中，引風機采用靜葉可調軸流式引風機的占有較大比重。深度調峰工況下，鍋爐煙氣量較常規負荷有較大降低，靜葉可調軸流式引風機更容易發生失速的問題[6-8]。以某600 MW燃煤發電機組為例，闡述靜葉可調軸流式引風機在超低排放改造及火電靈活性優化運行中，避免深度調峰工況下風機失速問題的優化方案。

1 低負荷下引風機易失速原因分析

1.1 設備簡介

研究對象為HG-1950/25.4-YM3型鍋爐配備的2臺靜葉可調軸流式引風機，引風機采用汽輪機驅動，汽動引風機設計參數見表1。

表1 引風機設計參數Table 1 Design parameters of induced draft fan

引風機常規工況運行時，能夠保證機組正常運行，近幾年機組調峰工作較為頻繁，為了摸清深度調峰工況下引風機運行狀態以及超低排放改造，進行不同工況下引風機性能試驗。

1.2 試驗內容及主要結果

試驗在600 MW、450 MW、310 MW、210 MW四個負荷點工況下進行，主要測試各負荷下2臺汽動引風機全壓、流量等風機主要性能指標，并在風機性能曲線圖上標出實際運行工況點。600 MW、450 MW、310 MW、210 MW負荷下風機實際工況點如圖1～4所示(圖中A、B分別表示引風機實際工況點)。圖中縱坐標為風機比壓能，為風機全壓升與風機入口介質密度的比值。

圖1 600 MW工況下實際運行工況點

圖2 450 MW工況下實際運行工況點

圖3 310 MW工況下實際運行工況點

圖4 210 MW工況下實際運行工況點

1.3 低負荷下風機易失速原因分析

由風機性能試驗結果可知，隨著機組負荷的降低，風機實際運行工況點逐漸接近風機理論失速線，這與風機的流量及系統阻力特性有直接關系，風機流量越低、阻力越大，越容易失速。

以210 MW負荷為例，若進行超低排放改造，此時風道阻力升高，假定風機流量保持不變，風機性能曲線中的運行工況點會有如圖5所示的變化情況。

圖5 系統阻力升高后運行工況點變化

由圖5可以看出，僅系統阻力升高，風機在210 MW負荷下有可能由工況點A、B點變化到工況點A′、B′點，此時風機存在失速的風險。

以210 MW負荷為例，若繼續降低機組運行負荷，此時風機流量和壓頭繼續降低，則其在風機性能曲線中的運行工況點會有如圖6所示的變化情況。

圖6 系統出力降低后運行工況點的變化

由圖6可以看出，當機組負荷繼續降低時，風機工況點有可能由A、B點變化到A′、B′點，此時風機存在失速的風險。

由以上分析可知，隨著負荷的降低，軸流式引風機實際運行工況點更接近失速曲線。當負荷降至超低負荷或低負荷下，由于某種原因煙風道阻力升高時，引風機均存在失速的風險。

2 解決方案及分析

2.1 實際解決方案

該機組計劃進行超低排放改造及火電靈活性改造，尾部煙道阻力將會繼續增加。經過風機廠家核算后，機組在常規工況下仍能夠滿足正常運行，但機組超低負荷運行時，存在失速風險，而更換引風機成本較高，不符合實際。最終確定改造方案為： a.KSE(軸流式風機消除風機喘振裝置)打開； b.增加引風機旁路煙道。

KSE裝置在額定工況下無任何作用，當進入小流量區產生失速時，位于葉片頂部所產生的反向氣流會流經KSE分流裝置重新進入主流道，減緩風機失速問題[9]。

超低負荷下風機易失速，原因是低流量區確保風機不失速的全壓升較小。若將風機本體流量提高，而保持其他煙風道工質流量不變時，風機的不失速全壓升將會提高。因此將引風機出口一部分煙氣通過旁路煙道引入引風機入口，在保證整個系統煙風量不變的情況下，通過開啟旁路煙道擋板門，提高引風機本體煙氣流量來使引風機運行在穩定工況區。引風機旁路系統[10]如圖7所示。

圖7 引風機旁路煙道系統

2.2 引風機旁路系統分析

2.2.1 風道阻力升高

以210 MW負荷為例，當風道阻力升高時，假定煙風系統整體流量保持不變，開啟引風機旁路煙道，風機性能曲線中運行工況點的變化如圖8所示。

由圖8可以看出，若提前打開引風機煙氣旁路系統，通過調整流經引風機本體的煙氣量，可使風機運行工況點變至A″、B″，避免風機失速。

圖8 系統阻力升高后運行工況點變化

2.2.2 系統出力降低

以210 MW負荷為例，當系統出力降低時，風機流量和壓頭繼續降低，開啟引風機旁路煙道，風機性能曲線中運行工況點的變化如圖9所示。

圖9 系統出力降低后風機運行工況點變化

由圖9可以看出，若提前打開引風機煙氣旁路系統，通過調整流經引風機本體的煙氣量，可使風機運行工況點變至A″、B″，避免風機失速。

3 結 語

1)通過不同負荷下引風機性能試驗結果可知，低負荷工況下軸流式引風機實際運行工況點離風機理論失速線越近，越容易失速。

2)機組在深度調峰工況下運行時，當煙風阻力升高或者系統流量降低時，風機的失速風險增加。

3)引風機旁路煙道系統可在保證整個系統煙風量不變的情況下，通過開啟旁路煙道擋板門，提高引風機本體煙氣流量來使引風機運行在穩定工況區。

4)為同類型火力發電機組深度調峰工況時出現引風機搶風問題提供了一個有效的解決方法。