動葉調節汽動引風機在660MW 超臨界燃煤發電機組應用

吳兆香

（淮浙電力有限責任公司鳳臺發電廠，安徽 鳳臺 232131）

0 引 言

大型火電機組的節能減排是目前國家的重要國策, 汽動引風機作為節能項目，在各電廠得到廣泛應用，當前由于汽動引風機一般設計為靜葉調節，在實際運行過程中出現葉片斷裂[1]、出力不足、運行效率不高等問題。汽動引風機靜葉在全開位，驅動的小汽輪機變轉速控制，風機在低負荷運行時容易失速[2-3]，失速后難以并入。在機組升降負荷時，風機變轉速會出現共振現象，造成風機軸承振動大。將汽動引風機由靜葉調節改造為成雙級動葉調節，比靜葉調節風機更節能，可解決風機變轉速共振[4]、低負荷失速、風機并入困難[5]等問題。

1 某電廠概況

1.1 機組概況

某電廠3 號660MW 機組鍋爐為上海鍋爐廠有限公司生產的超超臨界參數變壓直流爐、一次再熱、平衡通風、露天布置、固態排渣、全懸吊鋼結構Π 型鍋爐。鍋爐風煙系統原配備兩臺動葉可調式軸流一次風機、兩臺動葉可調式軸流送風機和兩臺靜葉可調式軸流引風機，其中引風機采用小汽輪機驅動。脫硫系統采用濕法石灰石脫硫，不設置GGH 換熱器和增壓風機，相關系統阻力由引風機克服。

1.2 原汽動引風機設計參數

某電廠3 號機組原汽動引風機為靜葉調節軸流式引風機，主要設計參數見表1。驅動原汽動引風機的小汽輪機，主要設計參數見表2。

表2 驅動原汽動引風機的小汽輪機設計參數

2 汽動引風機改造原因及方案

2.1 原汽動引風機改造原因

2.1.1 原汽動引風機存在共振區

3 號機組原汽動引風機運行時，存在共振區域，機組升降負荷時無法避免共振，長時間運行后，風機葉片根部出現裂紋現象，造成引風機跳閘現象。

2.1.2 原汽動引風機出力不足

3 號機組超低排放改造后，煙氣系統阻力上升1kPa 左右，原汽動引風機出力不足，機組滿負荷時引風機靜葉開度達到100%，驅動引風機的小汽輪機轉速達到上限，引風機出力也達到上限，影響機組帶滿負荷。

2.1.3 原汽動引風機易失速

3 號機組超低排放改造后，煙氣系統阻力上升1kPa 左右，在機組低負荷階段，引風機在失速區附近，機組出現擾動時，引風機容易失速。

2.2 汽動引風機改造為雙級動葉調節軸流引風機

2.2.1 改造后風機設計參數

3 號機組靜葉調節軸流汽動引風機改造為動葉調節軸流汽動引風機，其主要設計參數見表3。

表3 動葉調節軸流汽動引風機設計參數

2.2.2 風機控制策略

改造后，對驅動引風機的小汽輪機轉速進行分檔位，不同負荷區間對應相應檔位，同時引風機動葉參與調節。引風機小機檔位設置見表4。

表4 引風機改造后小機節省耗汽量

表4 引風機小機檔位設置

當機組負荷大于280MW 并延時300s 后，引風機小機升為1 檔；當機組負荷大于480MW 并延時300s 后，引風機小機升為2 檔；當機組負荷大于660MW 并延時300s 后，引風機小機升為3檔。當機組負荷小于630MW 并延時300s 后，引風機小機降為2 檔；當機組負荷小于450MW 并延時300s 后，引風機小機降為1 檔；當機組負荷小于250MW 并延時300s 后，引風機小機降為0檔。

3 改造后效果

3.1 節能效果

汽動引風機由靜葉調節風機改造為動葉調節后，節能效果明顯，驅動引風機的小汽輪機平均節省耗汽15%。小汽輪機耗汽節省量見表4。

3.2 風機軸承振動

改造前，爐膛負壓由驅動引風機的小汽輪機轉速調節，驅動引風機的小汽輪機轉速實時變化，引風機軸承振動變化較大，特別在升降負荷時，引風機轉速變化范圍大，會經過引風機共振區，造成風機軸承振動瞬時增大。靜葉調節引風機軸承振動見圖1。

圖1 靜葉調節引風機軸承振動

改造后，動葉調節引風機根據負荷分檔控制，由風機動葉調節爐膛負壓，驅動引風機的小汽輪機轉速根據負荷在小范圍變化，引風機軸承振動變化較小，風機軸承振動穩定。動葉調節引風機軸承振動見圖2。對比圖1、圖2 可以看出，靜葉調節引風機軸承振動幅度較大，頻次較高，改造后動葉調節引風機軸承振動幅度減小，趨勢較為穩定。

3.3 引風機并入和退出操作效果

3.3.1 引風機退出操作效果

改造前，兩臺靜葉調節汽動引風機并列運行時，當需要退出其中一臺引風機時，爐膛負壓波動較大，爐膛負壓一般至正800Pa 左右，見圖3。

圖3 單臺靜葉調節引風機退出

改造后，兩臺動葉調節汽動引風機并列運行時，當需要退出其中一臺引風機時，退出運行引風機出力會慢慢減少，爐膛負壓穩定，見圖4。

圖4 單臺動葉調節引風機退出

3.3.2 引風機并入操作效果

改造前，一臺靜葉調節汽動引風機退出后重新并列運行時，并入困難，爐膛負壓波動較大，爐膛負壓一般至正400Pa 左右，見圖5。

圖5 靜葉調節引風機并入

改造后，一臺動葉調節汽動引風機退出后重新并列運行時，并入簡易，待并入引風機緩慢增大出力至兩臺引風機并列運行，爐膛負壓穩定無波動，見圖6。

圖6 動葉調節引風機并入

4 汽動引風機改動葉調節風機優勢

4.1 風機耗能方面

靜葉調節風機實際運行效率往往低于其性能曲線設計效率，而動葉調節風機實際運行效率基本可以達到設計水平，這就導致靜葉調節風機實際運行效率往往要低于動葉調節風機10 個百分點以上[6-7]，增加小汽輪機耗功，進一步降低小汽機功率裕量。因此動葉調節風機的運行經濟性更佳，小汽輪機軸功率更低，節省煤耗。

4.2 風機失速安全方面

靜葉調節風機在低開度下存在較大的失速不穩定區，在實際運行中如果調節不當或系統堵塞嚴重，靜葉調節風機容易出現搶風失速問題[8-11]；而動葉調節風機在中低開度下基本不存在失速區域，風機運行失速風險明顯降低。

4.3 風機實際出力方面

由于靜葉調節風機實際出力往往低于性能曲線設計出力，靜葉調節風機實際運行轉速往往高于其性能曲線對應設計轉速，減少了引風機的實際出力裕量[12]。而動葉調節風機出力基本可以達到設計水平值，一般情況下不存在實際運行轉速偏離設計轉速的問題，保證原有的風機設計出力裕量。

4.4 風機共振風險方面

靜葉調節風機葉片長固有頻率高，而動葉調節風機葉片短固有頻率低，理論上在變轉速調節下動葉調節風機的共振風險大于靜葉調節風機[13]。但由于動葉調節風機葉片本身加工優勢，可以通過葉片局部調整來改變固有頻率，避開危險共振轉速[14]；而靜葉調節風機葉片為一次性壓制成型，無法通過葉型結構優化改變本身固有頻率，只能通過外部結構優化（如增加葉片環）來調整固有頻率，但這種方法頻率調整幅度有限，無法徹底避免靜葉調節風機共振風險。綜合考慮變轉速調節下動葉調節風機的共振風險比靜葉調節風機更低。

5 結論

與改造前的靜葉調節引風機相比，本次動葉調節引風機改造后在節能效果、出力影響及失速安全性等多方面均有明顯提升，降低了風機單側退出和并入時操作風險。尤其是在風機出力大幅度提高的情況下，還能取得可觀的節能效果，實現了風機節能與增容有機融合，打破了原有風機增容改造必然犧牲能耗的技術瓶頸。