轴流式引风机失速原因分析与应对策略

邱长伟，刘维岐，宋大勇，张家维，张志远,唐士明，武 超，任百智

(1.国电康平发电有限公司，辽宁 康平 110500；2.国电科学技术研究院有限公司，南京 210023;3.河南城建学院 能源与建筑环境工程学院，河南 平顶山 467000;4.国电哈尔滨热电有限公司，哈尔滨 150000)

0 引 言

轴流式引风机广泛应用在中国电站锅炉中，随着发电机组单机容量的不断增加，引风机的性能直接影响到机组的经济性及安全性[1]。轴流式引风机常被失速及喘振问题所困扰。引风机失速与喘振主要与烟风道阻力特性变化[2-5]、烟气量变化等因素有关。大型燃煤发电机组中，引风机采用静叶可调轴流式引风机的占有较大比重。深度调峰工况下，锅炉烟气量较常规负荷有较大降低，静叶可调轴流式引风机更容易发生失速的问题[6-8]。以某600 MW燃煤发电机组为例，阐述静叶可调轴流式引风机在超低排放改造及火电灵活性优化运行中，避免深度调峰工况下风机失速问题的优化方案。

1 低负荷下引风机易失速原因分析

1.1 设备简介

研究对象为HG-1950/25.4-YM3型锅炉配备的2台静叶可调轴流式引风机，引风机采用汽轮机驱动，汽动引风机设计参数见表1。

表1 引风机设计参数Table 1 Design parameters of induced draft fan

引风机常规工况运行时，能够保证机组正常运行，近几年机组调峰工作较为频繁，为了摸清深度调峰工况下引风机运行状态以及超低排放改造，进行不同工况下引风机性能试验。

1.2 试验内容及主要结果

试验在600 MW、450 MW、310 MW、210 MW四个负荷点工况下进行，主要测试各负荷下2台汽动引风机全压、流量等风机主要性能指标，并在风机性能曲线图上标出实际运行工况点。600 MW、450 MW、310 MW、210 MW负荷下风机实际工况点如图1～4所示(图中A、B分别表示引风机实际工况点)。图中纵坐标为风机比压能，为风机全压升与风机入口介质密度的比值。

图1 600 MW工况下实际运行工况点

图2 450 MW工况下实际运行工况点

图3 310 MW工况下实际运行工况点

图4 210 MW工况下实际运行工况点

1.3 低负荷下风机易失速原因分析

由风机性能试验结果可知，随着机组负荷的降低，风机实际运行工况点逐渐接近风机理论失速线，这与风机的流量及系统阻力特性有直接关系，风机流量越低、阻力越大，越容易失速。

以210 MW负荷为例，若进行超低排放改造，此时风道阻力升高，假定风机流量保持不变，风机性能曲线中的运行工况点会有如图5所示的变化情况。

图5 系统阻力升高后运行工况点变化

由图5可以看出，仅系统阻力升高，风机在210 MW负荷下有可能由工况点A、B点变化到工况点A′、B′点，此时风机存在失速的风险。

以210 MW负荷为例，若继续降低机组运行负荷，此时风机流量和压头继续降低，则其在风机性能曲线中的运行工况点会有如图6所示的变化情况。

图6 系统出力降低后运行工况点的变化

由图6可以看出，当机组负荷继续降低时，风机工况点有可能由A、B点变化到A′、B′点，此时风机存在失速的风险。

由以上分析可知，随着负荷的降低，轴流式引风机实际运行工况点更接近失速曲线。当负荷降至超低负荷或低负荷下，由于某种原因烟风道阻力升高时，引风机均存在失速的风险。

2 解决方案及分析

2.1 实际解决方案

该机组计划进行超低排放改造及火电灵活性改造，尾部烟道阻力将会继续增加。经过风机厂家核算后，机组在常规工况下仍能够满足正常运行，但机组超低负荷运行时，存在失速风险，而更换引风机成本较高，不符合实际。最终确定改造方案为： a.KSE(轴流式风机消除风机喘振装置)打开； b.增加引风机旁路烟道。

KSE装置在额定工况下无任何作用，当进入小流量区产生失速时，位于叶片顶部所产生的反向气流会流经KSE分流装置重新进入主流道，减缓风机失速问题[9]。

超低负荷下风机易失速，原因是低流量区确保风机不失速的全压升较小。若将风机本体流量提高，而保持其他烟风道工质流量不变时，风机的不失速全压升将会提高。因此将引风机出口一部分烟气通过旁路烟道引入引风机入口，在保证整个系统烟风量不变的情况下，通过开启旁路烟道挡板门，提高引风机本体烟气流量来使引风机运行在稳定工况区。引风机旁路系统[10]如图7所示。

图7 引风机旁路烟道系统

2.2 引风机旁路系统分析

2.2.1 风道阻力升高

以210 MW负荷为例，当风道阻力升高时，假定烟风系统整体流量保持不变，开启引风机旁路烟道，风机性能曲线中运行工况点的变化如图8所示。

由图8可以看出，若提前打开引风机烟气旁路系统，通过调整流经引风机本体的烟气量，可使风机运行工况点变至A″、B″，避免风机失速。

图8 系统阻力升高后运行工况点变化

2.2.2 系统出力降低

以210 MW负荷为例，当系统出力降低时，风机流量和压头继续降低，开启引风机旁路烟道，风机性能曲线中运行工况点的变化如图9所示。

图9 系统出力降低后风机运行工况点变化

由图9可以看出，若提前打开引风机烟气旁路系统，通过调整流经引风机本体的烟气量，可使风机运行工况点变至A″、B″，避免风机失速。

3 结 语

1)通过不同负荷下引风机性能试验结果可知，低负荷工况下轴流式引风机实际运行工况点离风机理论失速线越近，越容易失速。

2)机组在深度调峰工况下运行时，当烟风阻力升高或者系统流量降低时，风机的失速风险增加。

3)引风机旁路烟道系统可在保证整个系统烟风量不变的情况下，通过开启旁路烟道挡板门，提高引风机本体烟气流量来使引风机运行在稳定工况区。

4)为同类型火力发电机组深度调峰工况时出现引风机抢风问题提供了一个有效的解决方法。