1000 MW 机组引风机高负荷失速分析及措施

万立明，张 军

（1.广东粤电靖海发电有限公司，广东揭阳 515223；2.成都电力机械厂，四川成都 610000）

0 引言

为满足国家三部委《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014—2020 年）》《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》和广东省发改委《广东省煤电节能减排升级与改造行动计划（2015—2020 年）》的要求，广东某电厂机组开展超低排放改造项目工作，其中3#，4#1000 MW 机组的烟气NOX、SO2、烟尘的排放浓度分别控制在50 mg/Nm3，35 mg/Nm3和5 mg/Nm3以内。改造方案包括脱硝改造，除尘改造，脱硫改造，GGH（烟气—烟气换热器）改造，引风机、脱硫增压风机改造。引风机、脱硫增压风机改造项目将各机组原来2 台静叶可调轴流式引风机和2 台动叶可调轴流式增压风机拆除，新装2 台双级动叶可调轴流式引风机，进行增引合引改造；GGH 改造工程则将原回转式GGH 改造为无烟气泄漏的管式MGGH（中间热媒体烟气换热器），在空预器出口与电除尘入口之间6 个烟道均设置一级MGGH 换热器，烟气冷却后进入静电除尘器实现低温除尘，至引风机入口设计烟气温度可降到90 ℃，系统示意见图1。超低排放改造后机组于2017 年4 月投入运行。

机组为东方锅炉股份有限公司制造的超超临界本生直流炉，采用前后墙对冲燃烧、炉膛平衡通风系统，超排改造新安装的两台双级动叶可调式轴流风机型号为HU27448-222G，低高压叶型（第一级为低压叶型，第二级为高压叶型），其变工况运行时经济性好、调节特性好，是超超临界机组超排改造引风机的主流选型。

由于该引风机受轴流风机具有驼峰形状的性能曲线、运行环境恶劣以及系统阻力变化的影响，特别是在机组高负荷期间，客观上有失速发生的可能性[1]。即风机在运行时产生的全压（比压能）升高到其特性曲线的顶点后，若风烟系统阻力再增大，运行工况点落入理论失速线，此时风机出力将会突然下降，从而发生失速[2]。引风机失速时由于压力和流量剧烈下降和波动，直接影响炉膛负压、机组出力和运行安全；由于叶片激振、振动突升则影响风机转子有关部件的安全[3]，因此机组高负荷期间应避免引风机发生失速。

1 引风机失速情况和问题

经统计，#3 机组超低排放改造完成后，在2017 年底之前引风机均未出现失速现象，但2018 年以来#3A 引风机发生4 次高负荷失速，另#4 机组A，B 引风机也各发生1 次失速。失速时典型历史曲线见图2，2018 年3 月13 日，10:28，#3A 引风机在近满负荷工况，电流逐渐升高后突降、出口压力突降、入口导叶快速全开，风机失速，经及时调整后恢复正常运行。

图2 #3A 引风机失速历史趋势曲线截图

某试验单位在《引风机运行情况分析》中，根据引风机运行参数和引风机特性曲线，并参考系统的烟气流量，认为当前引风机运行效率在高、中、低负荷工况下均处于正常水平；而在高负荷工况时其取烟气密度约为0.83 kg/m3的条件下，计算压头裕量仅约为800 Pa，低于设计的10%，不满足《火力发电厂设计技术规程》的要求；若煤质波动较大，或者氧量波动较大，引风机中、高负荷失速风险极大。并且该试验单位认为这一分析适用于2 台机组。

针对上述关于引风机设计压头裕量偏小的初步结论，笔者组织对引风机失速前的工况、性能试验情况、烟气系统参数以及系统阻力变化等因素进行全面分析，找到失速的准确原因并提出有效的解决措施。

2 引风机选型参数与性能试验对比分析

1000 MW 机组超低排放改造引风机选型主要参数及2017 年9 月初，#3炉A 引风机性能试验（某电科院《#3 机组超低排放改造引风机性能试验报告》）数据对比见表1。

根据表1 试验及计算数据表明，2017 年9 月，#3A 引风机1000 MW 工况、最大出力工况风机全压升均小于B-MCR 设计参数，且有一定的裕量，如按TB 工况与实际最大出力工况比较计算，此时实际压头裕量达20.7%，符合20%的设计要求[4]；满负荷试验数据中，风机入口温度偏高，其余与BMCR 设计参数基本吻合，风机运行效率高。因此，风机的选型合理。

3 引风机高负荷失速分析

3.1 失速前工况

风机失速前工况参数汇总见表2。2018 年6 月14 日，8:33:26，#4A 引风机失速起因为炉膛掉大渣，引起风烟系统波动。从失速前工况看，#4 机组A，B 引风机运行比较平衡，各发生1 次失速具有随机性；#3 机组B 引风机未发生失速，而A 引风机发生4 次失速，具有典型性。分析应以#3A 引风机为主。从数据看出，#3 炉高负荷期间A，B 空预器烟气侧压差较大，系长期运行逐渐增大，超排改造后高负荷期间空预器压差变化情况如表3所示。空预器压差增大的原因包括：蓄热元件存在损坏情况，受煤质、脱硝喷氨及环境温度等因素影响发生堵塞。

同时，#3，4 机组引风机入口烟气温度均高于设计参数90℃，特别是#3 机组长期高于110 ℃，其主要原因是空预器因元件损坏、堵塞等，导致排烟温度高于130 ℃设计值，一级MGGH换热器前排管组受烟气冲刷泄漏后隔离了部分管组，同时考虑到电除尘烟气温度低容易发生灰斗堵灰以及内部腐蚀等问题而提高了入口烟气温度。

3.2 失速工况点标定

根据表1 工况数据，经计算，对#3A 引风机在2018 年3 月13 日（971 MW），2018.6.21（931 MW）两次失速前实际运行工况点，在风机的流量—比压能性能曲线上进行标定位置，如（图3）。从图中可以看出#3A 引风机两次失速前实际运行工况点在性能曲线的位置已经偏离B-MCR 设计工况点（◆2），更加靠近失速线，本身已存在一定的失速风险，此时如果风烟系统压力波动或设备系统故障就容易导致风机失速。

表1 #3 炉A 引风机性能试验数据与选型参数对比

表2 #3，#4 机组引风机失速前工况参数汇总

表3 #3 机组高负荷期间A、B 空预器压差变化数据 Pa

图3 #3A 引风机失速典型工况点在性能曲线上的标定位置

3.3 失速原因分析

根据上述失速前工况参数和运行情况，引风机高负荷失速主要原因如下。

（1）空预器在长期运行中堵塞逐渐严重、压差高。#3 炉A 空预器压差高值达2600 Pa，导致单侧风烟系统阻力严重偏离设计，A，B 引风机出力（电流）不平衡，#3A 引风机实际运行工况点往上偏离设计工况点，更接近失速边界线，因此更容易发生失速。

（2）引风机入口烟气温度偏高。#3 机组风烟系统MGGH 一级换热器出口平均烟温超过110 ℃（设计值90 ℃），烟温偏高致使烟气密度偏小，按2018 年1 月7 日工况入口烟气温度111.3 ℃计算，密度约0.89 kg/m3（设计值为0.94 kg/m3）；由于烟气密度偏小，在相同的全压下风机比压能升高，引风机实际运行工况点往上偏离设计工况点，更接近失速边界线。

计算式：入口烟气密度=1.33×入口绝对压力×273/101325（273+入口烟气温度）。入口绝对压力=当地大气压+风机入口静压。比压能=风机全压/入口烟气密度，其中，当地大气压取值101 180 Pa，风机入口静压-5250 Pa，压缩性修正系数Kp取1，#4 机组A，B 空预器压差正常，但引风机入口烟气温度约100 ℃，高于设计值90 ℃，也是引风机偶发性失速的影响因素之一。

（3）其他设备阻力影响，初步分析认为引风机出口直角弯头和汇流段，以及脱硫系统阻力对风烟系统阻力及波动可能存在影响，其中脱硫塔阻力主要是由于喷淋层造成的，脱硫系统阻力跟喷淋层的投入数量有直接关系[5]。

3.4 试验单位计算结论的纠正

根据上述分析，该试验单位在《引风机运行情况分析》中计算得出引风机实际运行中压头裕量较小的结论，其计算过程所选取的烟气密度约为0.83 kg/m3，经校核计算此时对应的烟气温度应达到141 ℃，而经查当时工况下引风机入口实际烟气温度约101 ℃，对应计算烟气密度约为0.92 kg/m3。《分析》中密度选取值偏小（对应烟气温度高出实际烟温40 ℃），导致计算得出比压能偏高、压头裕量偏小，应予以纠正。

4 防范引风机失速的措施

（1）实施空预器蓄热元件改造更换，针对空预器硫酸氢铵堵塞及酸腐蚀问题对蓄热元件进行材料、板型等优化设计，解决因蓄热元件损坏及堵塞问题；2018 年12 月，#3 机组空预器实施改造后机组高负荷期间空预器压差稳定在1500 Pa 左右，排烟温度降低约5℃，系统阻力和烟气温度降低显著改善了风烟系统的运行工况。

（2）在空预器改造更换之前，运行机组高负荷期间，对A，B引风机的调平关注风机电流和进出口压力，密切监视空预器压差和风机入口负压变化，避免两台风机运行不平衡发生抢风；在总结失速工况的基础上，确定引风机入口负压达-5500 Pa 时应限制机组负荷观察。

（3）降低引风机入口烟气温度，优化MGGH 一级换热器出口烟气温度控制，结合电除尘除灰输灰对烟温控制的要求逐步进行调整，最终将电除尘入口烟气平均温度调整至约95 ℃，基本满足设计值要求；在相同全压下，按#3A 引风机原入口烟气温度111℃计算，比压能降低约4.2%，安全裕量明显增大。

（4）检查两台引风机出口烟道汇合段，初步确认风机出口烟道直角弯阻力偏大，两股烟气汇流隔板太短、导流不足存在对冲扰流，计划对直角弯进行导流板优化、加长汇流隔板，降低风机出口阻力。

（5）空预器堵塞防治需有长效措施并适应机组超低排放条件，笔者认为应进一步研究空预器前端脱硝优化调整和脱硝均匀性改造以有效控制氨逃逸。

5 结语

结合引风机失速前工况参数分析和运行、设备存在问题检查，对引风机失速问题进行了比较全面的分析，纠正了某试验单位关于风机设计压头裕量不足的初步结论，提出了下一步检修和运行调整的具体措施，实施后能够有效防范引风机失速问题。从中发现，系统阻力增加和烟气温度偏高是造成引风机失速的2 个主要因素。超低排放改造后，低温电除尘应按照设计要求运行，将引风机入口烟气温度降低至符合设计要求，有利于引风机高效率运行、防止引风机失速。