锅炉引风机选型改造的可靠性

邱勇

摘要：我国对节能减排力度的逐步加大，原来的燃煤火力发电机组由于没有配套的脱硫设施，需要进行脱硫改造。现普遍采用了对除尘器进行技术改造，改造后的除尘器型式多为电袋复合除尘器或纯袋式除尘器。设备改造前应进行全面的技术可靠性评估，以防止设备改造后引风机不能安全稳定运行。文中对几个发电企业在不同设备改造中，引起的引风机喘振、失速这一共性问题进行针对性分析，提出必须关注的问题及相应的解决办法。

关键词：电厂锅炉：引风机;失速裕度;分析

一、脱硫设备改造后的失速问题

1.1问题描述

某A燃煤电厂2号机组锅炉系东方锅炉（集团）股份有限公司引进美国福斯特·惠勒能源公司（FWEC）技术设计制造的DG1025/17.4-II14型“W”火焰煤粉锅炉，配300MW汽轮发电机组，单元制运行。锅炉原配2台引风机，型号AN28e6（V19+4°）、转速740r/min、全压4828Pa、电机功率1800kW，没有进行脱硫系统改造前，引风机能满足机组从低负荷150～300MW额定负荷的调节需要，并且稳定运行没有发生失速问题。200年进行锅炉烟气系统的脱硫改造，脱硫系统为湿法脱硫、不设增压风机和GGH（再热式烟气-烟气换热器）、脱硫塔为平流塔，增设脱硫系统后在脱硫岛投入运行情况下引风机运行中出现失速、出力不足的问题。

1.2原因分析

对引风机在不同锅炉运行工况下进行参数测试（见图1）。图中“#”点表示脱硫系统解裂时风机运行工作点;“*”点表示脱硫系统投入时风机运行工作点。

在脱硫系统解裂状态下，引风机在锅炉不同负荷下的工作点，距离理论失速线较远，，风机工作于安全区域;而在脱硫系统投入的状态下，引风机运行中还需克服脱硫系统增加的阻力，烟气流量基本不变，系统阻力增加。

锅炉燃烧过程中炉膛压力和烟气量的波动，会波及引风机的工作点发生变化，稳定状态很容易遭到破坏，风机工作点靠近理论失速线，风机进入不稳定区运行（图1中虚线圈内淡绿色的部分），发生失速现象，均可造成风机转子有关部件的疲劳与损坏，危及风机本身和机组安全。轴流式风机应有足够的失速裕度，失速裕度可用失速安全系数k来表示，k由设计工况点和该开度下的失速工况点的风量、风压按下式求出，在选型设计时，宜选取k大于1.3。

k=pk/p×（q/qk）2（1）

式中：p为设计工况点的风压，Pa;q为设计工况点的风量，m3/s;pk为失速工况点的风压，Pa;qk为失速工况点的风量，m3/s。

脱硫系统解裂时，各工作点测试表明，机组额定负荷运行引风机对应的失速裕度2.97，机组运行在240MW负荷及以下，对应静叶开度在小于45°的运行区不发生失速现象，锅炉引风机运行不会发生失速现象，运行安全。脱硫系统投入运行时，各工作点测试表明，机组额定负荷运行引风机对应的失速裕度系数1.42，运行中烟风的波动导致烟气量和系统阻力发生波动，引风机运行工作点接近或越过理论失速线，引风机发生失速现象，电机电流发生波动;在机组210MW负荷以下，对应静叶开度在小于45°的运行区没有发生失速现象。

1.3解决对策

为解决机组运行中引风机出现的失速现象，风机改造选型参数的选取，充分考虑夏季工况运行，由于锅炉排烟温度的升高，引起同负荷下烟气量和系统阻力增加，轴流式风机型号尺寸的选择应使发电机组在经济负荷下（一般为发电机组额定出力）运行时，引风机处于最高效率区运行，同时当机组低负荷运行时，工作点远离理论失速线，引风机各工作点的失速裕度系数k大于1.3。

在确保风机改造后安全运行的同时，尽量降低改造工作量和投资成本的原则上，基础不做大的改动，原有电机功率1800kW能满足风机转速、轴功率的运行要求;保持风机基础、进出口接口不变，仅需改造叶轮和叶轮外壳（含KSE装置）、进气箱、小集流器、前导叶芯筒、后导叶外壳等。

二、防止引风机失速的措施和建议

2.1试验测试

在对现有设备改造前，应进行机组不同运行负荷下的测试工作;若为新上机组，则可通过了解同类型机组的情况，获取必要的实际运行数据，这些数据为引风机的选型和评估提供依据。

2.2风机选型或改造时烟气量的选取原则

在对引风机容量参数选取时，应考虑在不同季节和临近下次大修时机组状态变化影响，包括锅炉燃煤煤质变化而引起烟气量的变化;夏季环境温度增高对锅炉排煙温度影响引起烟气体积增大;同时夏季汽轮机真空降低、机组老化效率降低、阀门泄漏等因素影响引起汽耗量增加，导致机组同样负荷锅炉出力增加引起引风机的出力增加;烟道、空气预热器漏风直接引起的烟气量的增加导致引风机出力增加，在机组额定负荷运行时引风机的风量选取应留有10%的裕量。

2.3风机选型或改造时压头的选取原则

考虑烟道和空气预热器积灰引起系统阻力增加;空气预热器漏风量增加后引起锅炉烟气量增加并造成系统阻力的增加;脱硫系统若不设置增压风机，脱硫塔不同浆液泵运行方式以及除雾器阻力变化而引起整个脱硫系统阻力增加;除尘器经过电袋除尘方式改造后，随着运行时间增加布袋除尘器阻力上升而引起除尘系统阻力增加，因此在风机选型或改造时压头的选取应留有20%的裕量。

2.4引风机的改造选型

电厂锅炉引风机的型式有离心式、静叶可调轴流风机和动叶可调轴流风机。风机选型不当造成风机实际运行点在不稳定气流区或接近甚至进入失速区，以及风机管路系统特性不合理，造成引风机的工作不稳定。通过试验测试得到运行实际状况数据，根据规程要求选取额定负荷的流量和压头，确定转速后，结合具体使用场合并经技术经济比较确定风机型式。选择轴流风机时，风机的设计工况点（TB点）应落在比相应最高效率工况动叶（或静叶）开度再开大15°左右的曲线上。这样，即使机组在低于额定工况下运行，风机仍可在最高效率区内运行。对于燃煤锅炉，由于动叶可调轴流风机圆周速度高，考虑到磨损问题宜采用中转速。

2.5安全性预评估

通过改造选型的试验测试，获取同类型机组设备的实际运行参数，进行必要的理论推算，预测设备改造后引风机不同的工作点状态和选型后的引风机特性曲线进行对比分析，进行风机运行安全性的评估工作，防止设备选型改造出力不足、运行可靠性差、裕量过大而造成设备选型浪费现象。

参考文献：

[1]江得厚，孙宁，董雪峰，等.燃煤电厂电-袋复合式除尘器不是最佳组合[J].中国电力，2009，42（S1）：179-183.

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[3]DL/T468—2004电站锅炉风机选型和使用导则[S].北京：中国电力出版社，2004.