600MW機組離心式引風機增容改造

國能孟津熱電有限公司 劉 昆 中國電建集團透平科技有限公司 邱 勇 陳 欣

為了落實國家環保節能政策，滿足煙氣超低排放標準，我廠對對脫硫、脫硝系統進行了提效改造。脫硫、脫硝系統提效改造導致現有煙氣系統阻力增加，需對引風機出力進行性能評估，評估結果表明，雖然現有引風機能滿足試驗是鍋爐最大工況的運行要求，但不能滿足鍋爐BMCR 工況點運行要求，夏季時不一定能滿足試驗時機組最大電負荷運行要求，因此需對引風機機組進行增容改造。增容改造方案可選擇離心式引風機局部改造方案、靜葉可調節軸流式引風機改造方案和動葉調節式軸流風機改造方案三種，結合現場引風機區域空間位置緊湊的問題，對現有引風機增容改造首先考慮不改變風機形式，減少工作量的原則。

同步發電機通過勵磁的自動調節實現恒壓，勵磁的自動調節方式種類繁多，但按其自動調節原理分為三類：負反饋。優點是靜態調壓指標高、調壓特性曲線線性度好，缺點是動態特性差；擾動調節。優點是動態特性好，缺點是調壓特性曲線線性度差；復式調節。兼有上述兩種調節原理的優點。

1 現有引風機出力分析

1.1 引風機試驗測試結果

引風機主要試驗結果摘自《1號機組鍋爐引風機熱態性能試驗報告》，引風機試驗測試結果換算至設計狀態結果見表1。

圖1所示為1號機組鍋爐引風機實測運行點在其變轉速性能曲線上的分布位置，結合表1數據可知，現有引風機實際性能與設計性能偏差較大，引風機實際性能低于設計性能很多。實測效率與曲線對應效率偏差在8.4%～14.1%，偏差較大；實際轉速與曲線對應轉速偏差在75r/min～78r/min，偏差較大。

表1 設計狀態引風機試驗測試結果

圖1 1號機組鍋爐引風機實測運行點在其變轉速性能曲線上的位置

1.2 滿足環保改造要求的新引風機選型參數

由于引風機必須滿足鍋爐連續最大出力的要求，因此需將實測最大工況引風機流量換算至鍋爐BMCR 工況下，實測最大工況兩臺引風機流量基本接近，最終以兩臺實測平均值來計算。考慮到脫硫、脫硝提效改造導致的煙道系統阻力增大，因此對于選型參數需進行修正（表2）。工況點在修正后的性能曲線上的分布區域可知，環保改造后引風機正常工況運行預估點在實際出力線以內，能夠滿足運行要求，但BMCR 工況已落在實際最大出力線外邊緣，現有引風機實際出力已無任何裕量。

表2 環保提效改造后滿足機組正常運行要求風機運行參數

基于上述分析結果可知，考慮脫硫、脫硝增加的煙氣系統阻力1200Pa，現有引風機可滿足BMCR 工況即其以下工況的出力需求，但沒有足夠的裕量，因此建議對引風機進行改造。

2 引風機性能優化改造

2.1 引風機優化改造要求

結合現場運行環境與試驗測試結果，采用局部改造方案，要求如下：僅對葉輪結構進行優化，在滿足不改變總體結構的基礎上達到改造后的參數要求；葉輪重量變化小，葉輪進出口葉片寬度變化較小，以保證風機強度；在TB 點的運行效率需達到80%以上，并保證不超電流。

2.2 引風機氣動優化

葉型優化。根據風機設計參數要求對引風機葉型進行重新設計，葉片整體型線完全改變，葉輪直徑由3.06m 增加至3.2m；氣動仿真計算。仿真模型采用單吸的結構，為保證仿真模型與試驗風機的一致性，從而減小計算誤差，計算均采用全流道仿真。計算域包含機殼、葉輪和集流器，計算湍流模型采用SST 模型，轉速960rpm，進口常溫常壓、出口質量流量。模型網格均采用結構化網格劃分，結合網格無關性計算后，葉輪部分網格數控制在400萬左右，其余部分網格數控制在200左右。

計算結果對比分析。優化后風機比壓能與原型風機較接近，但流量特性往大流量方向偏移；同時風機效率相對于原型風機有大幅度提高，最高效率提高了8%左右；同時高效區范圍往大流量方向偏移；選型點工況分析。由于需對比在同樣輪徑下的兩種風機特性差異，計劃將葉輪加工至3.25m，因此這里對兩個葉輪都進行模化至3.25m 進行分析風機特性與運行工況點分布，在最高轉速下原始風機與優化風機雖然均能滿足性能要求，但優化風機具有更高的安全裕量以及效率，在充分滿足設計要求的同時風機超電流運行的風險更小。

2.3 模型試驗

基于氣動仿真優化結果，通過模型風機性能試驗測試的方式進一步驗證優化風機性能，本次試驗根據GB1236-2017《工業通風機用標準化風道性能試驗》規定，采用風室式進氣試驗裝置進行布置。將試驗測試結果模化至3.25m 對并比選型工況點的分布區域得到引風機不同轉速性能曲線分布結果，風機在不同的轉速下均能夠較好的覆蓋改造后的選型設計點，整體滿足設計需要，且相對于原始風機性能，優化后的風機整體效率有所提升，風機最高效率達到82%，選型點效率能夠達到80%以上。

3 現場應用情況

為評估改造后引風機的性能，特委托西安熱工研究院有限公司對1號爐引風機進行熱態性能試驗。1號機組引風機熱態考核試驗的現場工作于2021年6月9日至2021年6月11日進行。

在605MW（兩臺引風機調平）試驗工況，引風機實測流量為391.8m3/s、416.8m3/s，壓力為6660.0Pa、6663.6Pa，風機轉速為811r/min、842r/min，曲線對應轉速為810r/min、835r/min，轉速偏差為1r/min、7r/min，實測效率為81.0%、81.9%，效率偏差為-0.7%、-0.1%。

605MW 工況時，實測引風機平均流量為404.1m3/s，壓力為6661.8Pa；換算至BMCR 工況，引風機流量為420.3m3/s，風機壓力為7131.3Pa，流量比BMCR 工況設計值偏小1.2%，壓力比BMCR工況設計值偏小15.4%，風機流量裕量為11.8%，壓力裕量為26.2%，流量裕量合理、壓力裕量偏大。由于機組檢修后運行時間較短，風煙系統運行良好，環保設備阻力較小，所以壓力裕量偏大，且引風機采用液力耦合器進行調速，壓力裕量通過降轉速來儲備，因此引風機性能與系統匹配性較好。

605MW 工況時實測引風機平均流量為404.1m3/s，壓力為6661.8Pa；換算至BMCR 工況，引風機流量為420.3m3/s、風機壓力為7131.3Pa，流量比BMCR 工況設計值偏小1.2%，壓力比BMCR 工況設計值偏小15.4%，風機流量裕量為11.8%，壓力裕量為26.2%，流量裕量合理，壓力裕量偏大。由于機組檢修后運行時間較短，風煙系統運行良好，環保設備阻力較小，所以壓力裕量偏大，且引風機采用液力耦合器進行調速，壓力裕量通過降轉速來儲備，因此引風機性能與系統匹配性較好。

4 結語

結合現場實際需求，可通過理論設計的方法較為快速高效的得到符合需求的離心風機葉型結構，并結合模型風機性能試驗測試對設計風機進行性能研制，從而得到滿足設計要求的風機。根據現場測試結果可知，試驗最大工況實測壓力比BMCR 工況設計值偏大15.4%，風機流量裕量為11.8%，壓力裕量為26.2%。流量裕量合理，壓力裕量偏大。考慮到機組檢修后運行時間較短、風煙系統運行良好、環保設備阻力較小，所以壓力裕量偏大，且引風機采用液力耦合器進行調速，壓力裕量通過降轉速來儲備。因此引風機性能與系統匹配性較好。通過比較引風機實測運行點與其性能曲線上效率、轉速，判斷引風機達到了其設計保證性能。