基于1036 MW机组汽轮机驱动式引风机性能分析

孙伟鹏，冯庭有

(华能海门电厂，广东省汕头市，515071)

0 引言

华能海门电厂一期建设4×1036 MW机组，1号、2号机组各配备2×50%容量引风机、脱硫增压风机。引风机是由成都电力机械厂生产的入口静叶调节轴流式风机，功率7400 kW，型号为AN42e6(V19+4°)。增压风机为静叶可调轴流风机，功率为3400 kW，型号为ANT45e6(13)。随着国内燃煤发电厂容量的日趋大型化，锅炉引风机的容量也随之增大。且目前环保要求脱硫系统与机组同时投产，引风机与脱硫增压风机合并成为可能，从而使得功率更大。华能海门电厂3号、4号机组，引风机与脱硫增压风机合并，引风机驱动采用杭州汽轮机股份有限公司生产的NKS63/71/0型号，单缸、单流、单轴、反动式、纯冷凝单汽源、下排汽凝汽式，自带凝汽器型式的积木块系列汽轮机。引风机运行时可以实现变参数、变功率、变转速，汽轮机额定功率为11 MW。通过汽轮机驱动式引风机的连续、高效运行，机组厂用电率、供电煤耗均明显下降，节能效果显著。

1 系统介绍

引风机采用小汽轮机驱动，在系统上需要设置开式循环冷却水、凝汽器抽真空系统、小汽轮机进汽系统、凝结水回收系统、小汽轮机轴封系统、小汽轮机润滑油系统。相对应的设备有小汽轮机、凝汽器、凝结水泵、真空泵、汽封冷却器、润滑油供油装置等。汽轮机驱动式引风机简化热力系统见图1。

引风机小汽机正常工作汽源采用主机四段抽汽，启停及备用汽源采用辅助蒸汽。引风机汽轮机的调试汽源来自辅助蒸汽系统，辅助蒸汽设计参数为:压力0.8～1.3 MPa(g)，温度300～350℃。引风机汽轮机的调试用汽量为10～16 t/h。机组正常工况进汽压力1.09 MPa，温度387.4℃，额定流量29.1 t/h。

2 机组基本控制策略

2.1 炉膛压力控制策略

在机组启停及低负荷时由引风机导叶控制负压，风机小机在最小转速运行。机组正常运行情况下由导叶闭环控制切换到转速闭环控制:炉膛压力偏差通过比例+积分作用和送风机动叶指令前馈控制引风机小机转速;引风机入口导叶开环控制，开度指令由负荷指令的函数产生。

2.2 引风机运行定义

引风机运行定义为:引风机小机的转速大于2750 r/min且无小机跳闸指令。

图1 汽轮机驱动式引风机简化热力系统Fig.1 Simplifed thermal system of induced draft fan driven by turbine

引风机自动定义为:引风机A、引风机B，当小机转速控制或导叶自动控制任一满足时，负压即为自动调节状态;导叶控制范围为0～80%，转速自动调节范围为2600～6200 r/min。

2.3 引风机自动、手动控制

(1)引风机转速投自动条件(与):引风机A、B运行且导叶开度均不小于70%;引风机A运行、引风机B停止，且引风机A导叶不小于70%开度、小机转速不小于2800 r/min;引风机B运行，引风机A停止，且引风机B导叶不小于70%开度、小机转速不小于2800 r/min。

(2)引风机转速跳手动条件(或):引风机A、B运行且任一小机转速小于2650 r/min;引风机A运行、B停止，且小机转速小于2650 r/min;引风机B运行、引风机A停止，且小机转速小于2650 r/min;炉膛负压测点故障;引风机跳闸。

(3)引风机导叶投自动条件(与):引风机运行延时60 s且引风机没有闭锁增减信号。

(4)引风机导叶跳手动条件(或):引风机入口导叶执行机构故障或炉膛负压测点故障。

2.4 安全性考虑策略

(1)引风机汽轮机转速可远方控制，在2750～6235 r/min(对应风机转速为375～850 r/min)范围内应能连续平稳运行。

(2)引风机汽轮机暖机转速在800 r/min左右(该转速可以根据现场调试需要上下调整，调整范围一般为500～1000 r/min)，目前齿轮箱速比为7.33，对应引风机转速109 r/min，引风机厂与设计院商定方案避开喘振区。

(3)转速自动控制，当负压超过±1500 Pa时，会闭锁增或减。

(4)导叶自动控制，当负压超过±2200 Pa时，会闭锁增或减。

(5)当主机出现甩负荷、汽机跳闸、锅炉跳闸等状况时，引风机降负荷是逐步实现的过程，因此需要切换至辅汽。

(6)引风机跳闸，延时跳相应侧送风机;两侧风机均运行时，若送风机跳闸联跳相应侧引风机，该引风机入口导叶超驰关(大于最小开度)。

(7)主燃料跳闸(main fuel trip，MFT)时，引风机入口导叶超驰关，转速回路若在自动调节方式则继续维持炉膛压力。

(8)引风机汽轮机跳闸转速设置如下:电子跳闸转速1为6308 r/min，延时30 min后跳闸，电子跳闸转速2为6382 r/min，无须延时直接跳闸;机械跳闸转速为6858 r/min;电液控制系统(micro-electro-hydraulic system，MEH)电超速后备6950 r/min。

3 风机交叉冷却管路设置

由于小汽机启动时间较长，特别是暖机时间，在此过程中，要保证风机不能在失速区运行，更不允许发生喘振。在小汽机启动后多长时间、开启多大风量给引风机，是一个很为棘手的问题。为防止第2台引风机启动后并列运行前发生风机过热、喘振等异常工况，特设置“推型”交叉冷却管路，如图2所示。当第2台引风机小机转速大于500 r/min时，开引风机入口再循环门，由正常运行的1台启动的风机出口进入另一台刚启动风机的入口，待升速至2750～2850 r/min时，入口门联开，然后导叶逐渐开大，逐步升速并列。

图2 汽轮机驱动式引风机交叉冷却管路Fig.2 Crossed cooling pipeline for induced draft fan driven by turbine

4 引风机并列试验

为检验引风机并列效果，特在机组负荷400 MW，风量1950 t/h的状况下进行了并列试验，试验动态特性曲线见图3。

(1)一台引风机出力维持稳定(自动)，另一台风机转速加大导叶关小。可见:在保持引风机B导叶、转速不变的情况下，提高引风机A转速，关小引风机导叶。这个过程在关小导叶时，06:34，风机B转速3150 r/min，导叶开度54%。引风机A转速升至3881 r/min，导叶开度关至38%，此时风机A被压住，导致引风机A入口压力升高，齿轮箱后轴承振动由33.196 μm升至62.6 μm，炉膛负压由－100 Pa增至192 Pa，进一步提高A风机转速，齿轮箱后振动下降至较低水平。

(2)降低一台风机出力，另一台调整负压。由图3可知:维持炉膛负压基本稳定的情况下退出引风机A运行，此过程也存在齿轮箱后轴承振动增大的过程，最大值为61.8 μm。

(3)稳定负荷、风量下进行风机并列。机组负荷400 MW，风量1950 t/h。如图3，引风机A从盘车状态重新挂闸冲转，升速至2000 r/min左右，此过程风机、齿轮箱及小机各轴承温度、振动正常，没有出现喘振现象。此时开启进口挡板门，炉膛负压、风机轴承及齿轮箱振动等基本无影响。在引风机A小机转速升至2850 r/min时，开启导叶后维持7%固定开度继续升速，2台小机转速一致后继续开大导叶开度直至出力平衡，从开启风机入空门直至并列用时8 min。在引风机A出力增大过程中，炉膛负压波动较小，齿轮箱振动在升速至4000 r/min时，风机憋压较大时，齿轮箱后轴承振动最大为57.3 μm。之后压力风机出力的增大，振动恢复至正常水平。

图3 汽轮机驱动式引风机并列性能实验动态特性曲线Fig.3 Dynamic characteristic curves of parallel tests for induced draft fan driven by turbine

从这次试验中可以看出:汽轮机驱动式引风机在机组50%负荷下，在不用交叉冷却管路的情况下，其并列基本正常，炉膛负压较为稳定，风机轴承、小机轴承温度均在可控范围，见图4。风机没有发生过热、明显喘振异常现象，只是风机并列前即将出力时刻或并列风机退出前齿轮箱后轴承振动有突增现象，最大至62.6 μm，离开此种工况时，振动恢复正常。

5 异常工况分析

脱硫系统启动后，关闭烟气旁路挡板对引风机的影响。由于该脱硫系统无增压风机，仅依靠锅炉引风机提供相应动力，因此当炉后脱硫系统烟气阻力发生变化时，引风机需进行一定调整，调整速率过快会导致炉膛压力波动，影响燃烧，甚至发生锅炉MFT。为此在机组负荷550 MW时，进行旁路挡板开关对锅炉的影响试验。

一般电厂考虑对脱硫设备的保护，当进入烟气脱硫系统的烟温、含尘量超标以及脱硫系统故障等，必须旁路运行时，旁路挡板自动打开，并快速切除脱硫系统。切换过程中引风机的运行工况快速变化，即流量不变，扬程较少，脱硫系统阻力约1500 Pa，会对炉膛负压产生相应的影响

脱硫旁路挡板开关试验如图5所示，可以看出:

(1)脱硫旁路挡板开关快开时，由于阻力减小，脱硫原烟气压力、引风机出口压力均由850 Pa降至0，导致引风机入口压力由 －1800 Pa降至－2140 Pa，炉膛压力由 －100 Pa降至 －420 Pa，引风机自动调节正常，转速下降400 r/min。

(2)脱硫旁路挡板开关关闭时，由于脱硫系统烟气阻力发生变化，脱硫原烟气压力、引风机出口压力变大至900～1000 Pa，导致风机出力变大，风机入口压力也同步提高，风机出力增大400 r/min，炉膛负压较为稳定，处于可调状态。

(3)脱硫旁路挡板开关关闭后，继续升高负荷，引风机出口压力也随之增大，机组达额定负荷时，引风机出口压力变大至1500～1600 Pa。整体对引风机出口至脱硫烟道是一种考验，一旦发生海水脱硫系统的吸收塔阻塞等事故，会导致系统阻力增大，增大了整个烟道的安全性，现旁路挡板开启压力为小于－1000 Pa或大于3000 Pa。

6 后续问题

(1)汽轮机驱动式引风机，当炉膛负压由导叶调节转为转速调节时，如何快速地参与变负荷、甩负荷等工况的调节，需深度优化控制策略，以提高引风机调节炉膛负压的快速性，要充分利用引风机导叶进行前馈或超驰控制。

(2)引风机准备并列或退出时间不能停留过长，否则会造成风机发生轻微喘振，造成齿轮箱振动过大问题。

7 结语

总体来说，采用汽轮机驱动引风机，通过并列实验及实际正常运行证明了其可行性、可靠性和经济性。通过一系列的调试运行，在炉膛负压、小机转速、齿轮箱振动等方面取得了可控性的试验效果，积累了大量先进技术和经验，对大型电厂辅机选型、调试、运行调节、辅机改造等多方面都具有较大的参考性和推广价值。

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