火力发电厂引风机汽电联驱的问题分析

贺彦鹏，商 政，李健豪，易海波

（中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司，陕西 西安 710075）

0 引言

作为火力发电厂锅炉的重要辅助设备，引风机克服了锅炉尾部烟道、脱硝、除尘、脱硫的阻力，将锅炉燃烧产生的烟气抽出，保证了炉膛内燃烧所需的稳定压力。随着国内燃煤电厂大容量、高参数的发展趋势，引风机的功率也随之增大，合理选择引风机动驱动方式，既有利用于减少能耗，提高电厂的发电效率，也有利于低排放的环保要求。

祝文杰[1]对660 MW超超临界燃煤发电机组引风机选型进行了研究，并对增置风机的方案提出了优化。宁新宇[2]分析了引风机与驱动电机容量不匹配的问题，建议将引风机选型的流量裕度控制在10%～15%。江剑明[3]对引风机采用电动、蒸汽驱动（四段抽汽汽源）、蒸汽驱动（五段抽汽汽源）三种方案驱动方式进行了经济性比较，研究表明蒸汽驱动（四段抽汽汽源）驱动方式经济性最优。

国内对引风机及其驱动方式的研究，大部分集中在选型和经济性比较方面，对于在设计、施工、调试过程中遇到的问题研究较少。本文以某660 MW火力发电厂汽电联驱引风机为例，分析了在设计、施工、调试中的注意事项。

1 引风机及其驱动方式

引风机包括动叶可调和静叶可调两种型式。动叶可调轴流式引风机的液压调节装置由电动执行器直接驱动，调节动叶片角度调整风压和风量。静叶可调轴流式引风机的进口导叶角度由电动执行器直接驱动调整风压、风量[4]。

根据驱动引风机方式的不同，引风机及驱动方式可分为引风机电机驱动、引风机汽轮机驱动、引风机汽电联驱。引风机电机驱动启停运行中调节平稳、灵活，控制简单可靠，操作方便，但该方式需配备大容量的电机，增加了厂用电率，甚至可能引起母线电压降低导致设备跳闸[5]。引风机汽轮机驱动可以大幅降低厂用电率[6]，但该方式需要直接从主汽轮机抽汽，发电厂的煤耗会增加；引风机汽轮机轴功率满足引风机的轴功率时，汽轮机的设计轴功率与正常运行时引风机所需的驱动功率偏离较大，引风机汽轮机在运行中进汽调节阀开度偏小，效率偏低[7]；且在整套启动过程中，需要额外给小汽轮机配置启动汽源。

引风机汽电联驱克服了引风机电机驱动和引风机汽轮机驱动的缺点。该方式降低了厂用电率；引风机汽轮机在运行中进汽调节阀可以全开，提高了引风机汽轮机的效率；且汽电联驱的汽驱和电驱两种驱动方式互为冗余，一定程度上提高了引风机的可靠性[8-9]。

2 汽电联驱引风机设计、施工、调试问题分析

2.1 汽电联驱引风机简介

某660 MW火力发电厂汽电联驱引风机布置在引风机房0 m处，采用单列布置1台100%容量的动叶可调轴流式引风机。电机位于引风机与引风机汽轮机中间，电机一侧直接与引风机相连，另一侧通过离合器与引风机汽轮机相连，所有设备均在同一基础平台上，均为同轴安装。

此发电厂选用动叶可调轴流式、定速运行引风机，该引风机为卧式布置，基本参数如表1所示。

表1 引风机基本参数

选用的电机为异步电动机，基本参数如表2所示。

表2 电机基本参数

为满足引风机的参数，选配的引风机汽轮机为单杠、单流程、凝汽式汽轮机，运行方式为变参数、变功率、定转速，TMCR工况功率为11 564 kW，VWO工况功率为11 817 kW，额定转速5 650 r/min，基本参数如表3所示。

表3 引风机汽轮机基本参数

启动时，电机直接带动引风机工作，离合器分离，引风机汽轮机和电机断开。引风机汽轮机的启动汽源为辅助蒸汽，正常运行汽源为主机汽轮机中压缸四段抽汽。

根据引风机汽电联驱同轴布置的特性，离合器采用变速齿轮箱与离合器一体化设计的行星变速离合器。当汽轮机转速达到离合器设定的转速时，离合器驱动齿面与被驱动齿面自动啮合。汽轮机转速低于离合器设定动转速时，离合器自动脱开。引风机在全转速运行时，汽轮机能自行启动并达到全速，离合器自动啮合与电机相连。汽轮机也可以单独停机，停机时离合器自动脱开而与电机断开。

2.2 设计问题分析

由于引风机汽轮机、离合器、电机、引风机供货厂家不同，在项目实施阶段初期，需保证各设备的同轴度，运行时汽轮机的温度高于引风机，汽轮机相对引风机会向上膨胀，因此在冷态安装时，汽轮机中心要略低于引风机中心，从汽轮机至引风机应有向上的扬度。如在安装时发现引风机汽轮机—离合器、离合器—电机、电机—引风机偏差超过设计要求时，要以转速最高的引风机汽轮机的中心为基准，调整其它设备的中心。

根据设备布置情况，此发电厂引风机汽轮机排汽方式为上排汽，配备整体式凝汽器，如图1所示，从左到右依次为汽轮机、离合器、电机、引风机。

图1 汽电联驱引风机布置图

引风机汽轮机的排汽管道水平段中心距汽机转子中心线尺寸为1 132 mm，排汽管道水平段直径为1 352 mm，转子中心距运转层之间高度为946 mm，而整个汽轮机布置于标高为3 384 mm的混凝土基础上，排汽管道顶标高约为7.0 m。鉴于该种排汽方式，引风机汽轮机排汽管道布置的相对较高，在设计阶段要注意引风机房土建结构的高度，确保检修起吊设备能够正常使用。

2.3 施工问题分析

在引风机汽轮机冲转过程中，由于汽轮机轴承振动超过停机值，造成机组跳机。振动、转速随时间变化的曲线如图2所示。在23：55：18， 转 速 达 到 1 947 r/min，#1轴 承Y向振动达到168 μm、#2轴承Y向振动达到了197 μm，均超过厂家设定的停机值125 μm，引风机汽轮机跳机。

图2 引风机汽轮机冲转过程振动曲线

经检查，引风机汽轮机的润滑油系统、盘车装置、调节保安系统、真空系统、轴封系统、凝结水系统、闭式水系统、循环水系统均按设计图、厂家及规范要求安装，但与引风机汽轮机直接相连管道的限位支架、固定支架存在影响膨胀的情况，对照引风机汽轮机厂家提供的位移方向，割除部分受限支架根部，支吊架底部加滑动聚四氟乙烯板，使其仅承受垂直方向的作用力，不限制管道随引风机汽轮机移动，如图3所示。割除受限支架后，引风机汽轮机冲转顺利，4个振动值均在报警值之下，均未超过 30 μm。

2.4 调试问题分析

汽轮机达到额定转速，引风机达到BMCR工况50%～100%时，通过离合器啮合，机组进入汽电联驱状态。在调试过程中，引风机汽轮机转速稳定在5 650 r/min左右，引风机轴功率随电机功率而波动。在时间11：32：10，离合器X向振动超过厂家设定的报警值100 μm，达到106 μm，触发报警，接近停机值。离合器振动、盖振随时间变化的曲线如图4所示，离合器X向盖振在0.37 mm/s左右波动，离合器Y向盖振在0.67 mm/s左右波动，离合器Y向振动在70 μmm左右波动，离合器X向振动在90 μmm左右波动，逼近报警值100 μmm。

图4 离合器振动曲线

随着时间范围扩大，轴承振动、汽轮机转速、电机电流、引风机动叶位置随时间变化如图5所示，其中电机电流可以表征电机输出功率、引风机动叶位置可以表征引风机轴功率。发现无论引风机轴功率、引风机汽轮机转速、电机输出功率如何变化，离合器X向振动值均在较高范围内波动，且接近或达到了厂家设定的报警值100 μm。经此分析，排除了离合器由于相连旋转机械而引起离合器本身振动超限的原因。

图5 离合器振动曲线与相关参数对比

经分析，其他可能影响离合器振动超限的原因有离合器自身质量问题、连接管路膨胀受限、土建基础问题。离合器为厂家整体供货到场安装，到货后经相关试验，并无质量问题；连接管路已按照设计、厂家图纸及相关标准规范验收，影响膨胀的支吊架根部均已割除；基础混凝土的强度、沉降、抗震性能已在土建交付安装时做过相关试验，均满足要求。排除由于设备、安装、基础原因造成的离合器振动超限。

对比离合器相关振动参数，离合器X向盖振、Y向盖振均较小，远低于厂家的设定报警值，离合器Y向振动也在合理范围内波动，仅离合器X向振动出现异常。经现场测量核算，离合器工作状态良好，除离合器X向振动外其他参数均在合理区间。经召开专题会议，各方专家达成一致结论，此状态可满足现场安全可靠运行条件。终拟定将离合器振动振幅停机值改为200 μm。更改离合器振动振幅停机值后，在机组升负荷直至满负荷运行时，机组平稳运行，均未出现其他异常。

3 结语

与火力发电厂传统配置的电驱引风机和汽驱引风机相比，汽电联驱在厂用电率、引风机汽轮机效率等方面有着明显的优势，但在工程设计、施工、调试等方面也与前两者不同。

设计时要注意不同厂家设备之间的配合，保证设备的同轴度，现场调整时要以引风机汽轮机中心为基准调整其它设备的中心；汽电联驱引风机布置时，考虑排气管道的高度，合理设计引风机房土建结构的高度，确保检修起吊设备可以正常使用；支吊架影响引风机汽轮机的膨胀时，合理割除部分受限支架根部，使汽轮机可以按设计要求膨胀。调试运行中要注意核查离合器的振动限值，在满足机组安全正常运行的前提下优化限值。