大型超超临界机组汽动引风机调试技术探讨

2015-03-16黄伟俞犇王敦敦杨剑锋

湖南电力 2015年1期

关键词：汽动压机电厂

黄伟，俞犇，王敦敦，杨剑锋

(国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙 410007)

大型超超临界机组汽动引风机调试技术探讨

Discussion on commissioning technology of steam-driven induced-draft fan for large-scale ultra supercritical units

黄伟，俞犇，王敦敦，杨剑锋

(国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙 410007)

介绍了大型超临界机组汽动引风机在国内的应用情况，针对调试过程中存在调试用油量、引风机裕量不足、启动炉供汽量、冷态试验等一系列问题，提出了相应的措施，并总结汽动引风机调试经验和异常分析。

超临界机组；汽动引风机；调试；冷态试验

国内大型火电机组的引风机主要为电动机驱动，电动引风机的启动电流大，运行过程中电耗高，在进行引 (风机)增 (压风机)合一改造后更为明显。目前，大型超临界机组的引风机多采用静叶可调轴流式，在锅炉低负荷时，引风机节流大，效率低〔1〕。

近年来，电动引风机改造为蒸汽驱动引风机成为发电行业的热点，各发电集团均开展汽动引风机改造，甚至有的电厂在基建阶段直接设计为汽动引风机。采用汽动引风机可以彻底解决引风机启动反转、启动电流大，减少中间能量环节的转化，提高热能利用效率。由于汽动风机转速可调节，在不同的负荷范围内均能实现高效运行〔2〕。本文对比总结典型的国内改造后的汽动引风机应用情况，及调试过程中存在的问题和解决措施，为在建或改造火电厂项目、特别是为新建常德电厂引风机调试提供借鉴。

1 国内应用概述

1.1 国电浙江北仑电厂

北仑电厂三期工程2×1 000 MW机组6，7号机组进行了引风机和增压风机合并改造，将原有脱硫增压风机拆除与系统断开。原设计为每台锅炉2台引风机电机额定功率7 200 kW，2台增压风机电机额定功率5 000 kW，共计24 400 kW。改造后引风机为某厂生产的AN＋X37e6型静叶可调轴流式风机，TB工况下风机入口全压－6 287 Pa，全压升7 567 Pa，风机轴功率为 6 781 kW，风机转速为740 r/min。由于引风机改为小汽轮机驱动，为了满足机组启动需求，每台机组另外设置1台启动风机 (电动驱动使用改造前的引风机)。

小汽轮机由小机本体、变速箱、油站、轴封系统组成。小机型号为HNG40/32/20，为单缸、单流、反动式、背压式汽轮机，额定功率5 000 kW，额定转速5 145 r/min。小机额定进汽压力为5.5 MPa，额定进汽温度为490℃，额定流量为57 t/h，排汽压力为1.3 MPa，排汽温度为313.5℃。机组进汽由锅炉低压再热管引出 (负荷50%～100%)，在低负荷 (负荷＜50%)时将冷段再热蒸汽投入，防止引风机小汽轮机排汽温度超标。做功后的背压蒸汽从小机的排汽室向下经排汽逆止阀及出口电动阀进入对应的排汽管系，正常工况通过三期辅助蒸汽系统供热网用，也可以排到除氧器作为热源。

1.2 华能广东海门电厂

海门电厂3号机组为1 036 MW超超临界燃煤机组，是国内首台采用小汽轮机带动引风机的百万机组，其综合厂用电率降低至3.1%，其引风机在低负荷区域仍能保持88%的高效运作，节电效果明显。引风机用小汽轮机为凝汽式。

1.3 常德电厂

引风机小汽机形式为单缸、单流、冲动、背压式。设计功率为4.5 MW，额定转速为5 195 r/min，调速范围为3 000～5 528 r/min。小机额定进汽压力为5.05 MPa，温度为 505℃；额定排汽压力为1.396 MPa，温度为 351.1℃，额定流量为49.21 t/h。表1为低温省煤器不投运时，各工况点对应小汽机运行参数。

表1 主要参数表 (低温省煤器不投运)

引风机小汽机设计蒸汽来源为锅炉低再出口，小汽机排汽去向为除氧器或辅助蒸汽系统。未设计其他蒸汽来源，也就是启动锅炉 (辅汽联箱)蒸汽不能作为引风机小汽机汽源，锅炉屏过出口蒸汽也不能作为直接引风机小汽机汽源。

每台锅炉配备2台50%容量汽动引风机。背压机最大输出功率为 5 387 kW，风机最大轴功率6 025 kW，在BMCR工况下，背压机与风机功率匹配。

2 调试常见问题探讨

2.1 引风机调试时间

北仑电厂7号机组从2011年3月进行汽动引风机改造，4月25日开始调试，5月23日完成包括汽动引风机调试在内的机组整套启动工作，用时29天。6号机组从2012年1月开始进行汽动引风机改造，2月6日开始调试，2月19日顺利完成包括汽动引风机调试在内的机组整套启动工作，用时14天。上述调试时间是在有老厂供汽情况、且机组经过考验处于稳定状态下进行的，如是新厂新机的情况，按照经验推算，新厂首台机组引风机调试时间约为15天，第2台机组引风机调试时间约为10天。

2.2 调试用油量

北仑电厂、海门电厂等引风机均为投产后由电动风机改为汽动风机，不存在启动锅炉调试用油和供汽。首批新厂采用汽动引风机的锅炉尚未调试，无启动锅炉调试用油数据和相关经验。

由于常德电厂大锅炉本体取消了大油枪，因此调试期间所有燃油消耗均为启动锅炉消耗，启动锅炉设计参数为:蒸汽压力1.3 MPa、蒸汽温度350℃、蒸汽流量35 t/h，油枪出力2.7 t/h，调试用油分析见表2。从表2中可以看出，按照之前调试的经验推算，建议常德电厂首台采用汽动引风机的660 MW机组调试用油量约为1 133 t，火电厂不要片面追求燃油用量的指标，因为一方面会减少调试时间，从而使调试安全、机组质量得不到保障，另一方面如加快启动时间，有可能会导致尾部再燃烧、升温升压速率过快、受热面超温爆管、T91/ P91等材料生成氧化皮等一系列问题，从长远的角度来说危害更大。在首台机组运行的前提下，第2台机组的调试用油量为600 t。

表2 近年来新厂首台机组调试用油统计表 (单台机组)t

2.3 冷态通风检查试验问题

常德电厂启动锅炉设计用户为轴封、除氧器加热和空预器吹灰，设计上启动锅炉并未考虑汽动引风机用汽，也未设计相关连接管道。因此在机组未带负荷阶段，只能通过电动引风机进行调试。根据小机设计蒸汽参数从 (表1可知)，单台汽动引风机的小机在40%THA工况下，进汽参数为2 MPa，511℃，用汽量为19.55 t/h。启动锅炉蒸汽参数蒸汽压力1.3 MPa、蒸汽温度350℃，35 t/h，启动锅炉蒸汽参数低，无法满足小机设计进汽要求，也就是汽动引风机的小机进汽不能使用启动锅炉蒸汽。即使启动锅炉供汽全部用于汽动引风机的小机，也无法满足单台汽动引风机40%THA负荷要求，只能满足汽动引风机的小机空负荷试转。

通过上述分析，冷态通风检查试验过程中只能采用电动引风机。电动引风机容量为40%负荷，因此试验过程中，可通过分磨、分层进行一次风标定调平、风量标定和风门挡板特性试验，可完成冷态通风检查试验，但会增加试验时间，估计冷态通风检查试验时间约为5—7天。

2.4 吹管方式

吹管方式如果采用降压吹管，则单台电动启动引风机出力即能满足要求。如采用稳压、降压相结合的吹管方法，则单台启动风机出力难以达到要求，因此吹管方式应选择稳压和降压吹管相结合、以降压吹管为主的吹管方式。

3 汽动引风机改造后存在的主要问题

3.1 汽动引风机裕量不足

北仑电厂在进行汽动引风机改造后，出现了在机组正常运行工况下，2台汽动引风机难以满足机组满负荷的需要，影响机组负荷50～100 MW，夏季工况时尤为明显。汽动引风机设计额定工况为:背压机进汽压力为5.5 MPa，进汽温度为490℃下能维持机组1 000 MW的负荷的需要。但实际运行表明，机组在900 MW负荷下，2台汽动引风机背压机的调门开度已经达到80%，进汽量达60 t/h，已经超过额定进汽量56.5 t/h，而此时阀门也没有调节的裕量。特别是机组在AGC调度模式下，机组升负荷幅度达到100 MW时，随着给煤量、送风量的增加，引风机自动调节也会过调来维持炉膛负压。机组从800 MW由AGC升负荷指令至900 MW时，背压机的调门开度瞬间达到100%，随后慢慢减小达到稳定状态，背压机出力不足的现象十分明显。

3.2 单台风机难以维持50%负荷

北仑电厂设计单台汽动引风机带机组50%负荷，实际上低负荷阶段低再出口的蒸汽参数降低，且低再出口的蒸汽参数降低并不是成比例下降，单台汽动引风机不能维持机组50%负荷。在机组50%负荷稳定工况下，背压机进汽压力2.99 MPa，排气压力0.99 MPa。假设背压机的汽轮机为节流元件，流量系数不变，根据流量计算公式 (1)，可以计算出50%负荷下汽轮机进汽流量为38.99 t/h。

背压机在快速变工况中，排汽压力和进汽压力变化不同步，导致机组低负荷和快速减负荷阶段，背压机进汽和排汽间的焓降降低，单位质量的蒸汽有效做功能力下降，使得背压机调节能力短时间内不能满足机组运行的需要，背压机设计裕量不足，调节能力欠佳，风机调节特性滞后。因此，北仑电厂根据机组安全需要，已重新恢复安装增压风机，在第1，2台汽动引风机并风机过程中，增压风机运行。常德电厂已完全取消增压风机设计，在并引风机时，不能参考已有经验进行，故应关注引风机背压机裕量问题。

3.3 3台引风机同时带负荷可行性

在机组的启动阶段，1台电动引风机、2台汽动引风机同时带负荷运行，电动引风机是定速风机，汽动引风机是调速风机，一旦两者的出力偏差过大，调速风机容易因为负载瞬间减小而引起转速飞升，造成调速风机跳闸，影响机组安全性。在热工控制策略中，仅考虑2台汽动引风机运行而不考虑电动引风机运行的自动控制策略；若3台引风机同时运行，负压自动调节特性不理想，易引起锅炉MFT动作。另一方面，3台引风机同时带负荷运行，从经济上来说不合算，也违背改造初衷。

3.4 汽动引风机失速跳闸问题

北仑电厂7，6号锅炉汽动引风机自2011年4月、2012年2月改造投产以来，多次出现因汽动引风机运行异常引起的停机，其主要原因为引风机失速。失速主要发生在第1台汽动并机过程中背压机超速和高负荷下第2台背压机并入时。并列运行的轴流式风机在转速偏差超过一定量后很难维持负载的平衡。在机组的启动阶段，电动引风机与背压机同时运行，电动引风机是定速风机，背压机是调速风机，一旦两者的出力偏差过大，调速风机容易因为负载瞬间减小而引起转速飞升，造成调速风机跳闸而引起锅炉MFT。北仑电厂采取的应对措施是增压风机运行和优化背压机，在并风机过程中，将调速风机当作定速风机来操作，尽量在负载较小的工况下完成将第2台背压机并入系统。

3.5 单台背压机在风机类RB工况下难以维持炉膛压力

风机类RB触发后，传统做法是机组保留 “1台送风机1台引风机”运行，运行的送风机和引风机各自保持最大出力，靠送、引风机各自的出力上限之间的匹配关系来维持炉膛压力平衡。汽动引风机RB后，小机进汽压力下降较快，背压降低缓慢，单位质量蒸汽焓降减小，做功能力减弱，单台背压机在风机类RB工况下难以维持炉膛压力平衡。采取的措施是降负荷、或加大引风机 (转速)裕量、或优化背压机运行。