600 MW机组引风机叶片损坏原因分析以及改进措施

周 朋,刘 伟

(山西兆光发电有限责任公司，山西 霍州 031400)

山西兆光电厂2×600 MW燃煤汽轮发电机组的锅炉为超临界参数变压直流炉，单炉膛、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型锅炉。燃烧方式为四角切圆燃烧技术。锅炉额定蒸发量为2 027 t/h，主蒸汽额定压力为25.4 MPa，主、再热蒸汽温度为571 ℃，配备2台成都电力机械厂生产的HA16248-8Z静叶可调轴流式引风机，风机采用变频调速。

2017年7月8日，3#炉B引风机发生叶轮断裂事故，经分析主要原因是3#炉引风机自2015年12月超低排放改造更换风机以来，发生引风机失速现象为18次，最长时间为17 h左右，导致了风机长时间振动超标，叶片出现疲劳裂纹，最终使叶片断裂。

1 设备概况

引风机采用成都电力机械制造厂的型号为HA16248-8Z的静叶可调轴流风机，其设计参数如表1所示，性能参数如表2所示，配套电机综合数据如表3所示。变频器采用HIVERT系列通用变频器，其设计参数如表4所示。

烟气由炉膛出来，经过过热器、再热器、省煤器、脱硝反应器后进入空气预热器，再经电袋除尘器通过2个出口烟道，分别进入2台引风机(在2台引风机入口间设有联通管道)，最后烟道合并进入脱硫系统，通过烟囱排入大气。

2 引风机叶片断裂事故

2017年7月8日，负荷为355 MW，采用AGC运行方式，4:26发现3#机组B引风机振动逐渐增大，A、B引风机以及变频器电流持续摆动，瞬间B引风机电流由406 A降至0 A，变频器电流由450 A降至0 A，引风机静叶开度逐渐减小到0%，氧量由5%降至2%，炉膛负压由-20 Pa增至700 Pa，就地检查发现，3#机组B引风机的一截叶轮叶片断裂，如图1所示。

表1 引风机技术数据

表2 引风机性能参数

表3 配套电动机综合数据表(1台风机)

表4 变频器设计参数

3 事故分析

机组超低排放改造完成后，引风机多次发生失速现象，且失速时间比较长，经统计为18次，最长时间为17 h左右，使得叶片本身受到较大的动应力，造成疲劳损坏，减少了叶片的寿命，导致了风机叶片出现疲劳裂纹。在长时间运行下，裂纹不断产生和扩展，最终导致引风机叶片断裂。

3.1 风机失速现象

单台引风机失速，2台引风机发生抢风现象，抢风过程中的主要参数变化曲线如图2所示，抢风始末相关参数比较如表5所示。B侧引风机变频器电流和引风机电流明显高于A侧，B侧引风机入口压力高于A侧，在进行两侧风量调平时，A、B侧发生往复的失速现象，需要运行人员配合送风机调整风量。

图1 引风机叶片断裂前后主要参数曲线

图2 引风机抢风发生过程中主要参数变化曲线

项目变频器频率/Hz变频器电流/A引风机电流/A静叶开度/%引风机入口压力/kPa前A侧39.237628581-3.1B侧38.638029678-3.2后A侧36.530519576-2.7B侧36.741028675-3.3

3.2 风机失速原因

引风机失速是由于机组低负荷工况下，烟气量偏低，烟道阻力偏高，偏离了原先风机设计选型工况。在小流量、大阻力情况下，风机运行曲线达到或接近风机性能曲线中失速曲线附近，风机的运行工况进入不稳定工况区造成的，从图3可以看出工况点在时速线左侧即进入失速区间。

风机失速的主要原因如下：

1)烟道阻力的变化：①空气预热器阻力增大；②布袋除尘器阻力增大；③脱硫系统启动浆液循环泵；④A、B引风机才非对称布置；⑤左右烟气量偏差大。

2)引风机风量小：①变频器频率低、风量小，落入失速区间；②自动调节模式下引风机变频器在运行中存在频率反馈跳零的现象；③变频器具有轻载时防止过电压保护，在负载电流低于264 A时，变频器需降电压运行，此时风机转入失速区；④2台变频器响应不同步；⑤变频器自身产生电压、电流谐波畸变。

3)机组负荷波动大时，给煤量、风量变化大。

图3 引风机性能曲线及运行工况点

3.2.1 空气预热器阻力变化引起的失速

超低排放的改造增加了烟道的阻力，同时由于使用含灰量、含硫量比较高的煤种，脱硝时氨逃逸生成的硫酸铵盐，以及空气预热器吹灰疏水不畅等多种原因，随着运行时间的增加，造成空气预热器阻力升高，导致炉膛内部A、B侧烟气分布不均，在两侧空气预热器旋转到阻力偏差很大的时候，遇到外部的干扰，使得A、B侧烟道阻力严重不均导致抢风，空气预热器阻力变化曲线如图4所示，阻力统计如表6所示。

图4 空气预热器阻力(一次风侧、送风侧、烟气侧)变化曲线

阻力单位一次风侧送风侧烟气侧A侧最大值kPa3.80.91.9最小值kPa0.70.21.3B侧最大值kPa2.21.21.1最小值kPa0.80.50.6

3.2.2 烟气量的偏差引起的失速

不同负荷下屏过后汽温B侧汽温比A侧偏大不小于10 ℃，在350 MW时汽温偏差为30 ℃，同时一级减温水B侧比A侧多40 t/h左右，如图5所示。

由于A侧烟道阻力大于B侧，导致了B侧烟气量偏大，从300 MW到600 MW负荷下，B侧烟气量比A侧偏大16%～23%，如表7、表8和图6所示。

3.3 风机失速解决方案

3.3.1 烟道阻力的变化

1)空气预热器阻力增大

①合理控制SCR系统的喷氨量，减少氨逃逸率。

图5 负荷350 MW时A、B侧过热器屏过后汽温偏差以及一级减温水偏差

图6 420 MW负荷下脱硝入口A、B侧烟气流速对比

项目单位300 MW350 MW400 MW450 MW500 MW550 MW600 MWA侧万Nm3/h57596467768187B侧万Nm3/h727479839297102偏差率%%23 23 21 21 19 18 16

表8 420 MW负荷下脱硝入口截面烟气流速 m/s

调整以前两侧均匀喷氨，由于A、B两侧烟气量偏差量在15%～26%，造成了烟气量较大一侧喷氨量不够用，而烟气量较少一侧喷氨量富余，造成氨逃逸增加。通过试验与计算，进行调整，把B侧的喷氨量提高，即保持B侧电动总门开度为100%，单侧共24根喷氨管道，平均分配；把A侧电动总门开度调整为51%，单侧24根喷氨管道从第1根至第12根开度为100%，第13根至第24根开度为60%。

②空气预热器蓄热片减少

更换中温段蓄热包，同时调整蓄热包元件盒内的蓄热片数量，一部分从72片调整为71片，一部分从71片调整为70片。更换后，一、二次风温度没有降低，同时烟气侧阻力减少15%。

③吹灰器疏水改造

空气预热器疏水母管标高与大气扩容器疏水相差不大，空气预热器器吹灰疏水时间长，蒸汽带水，与灰结合的几率增加，因此增加一路无压疏水，直接排地沟。

2)布袋除尘器阻力增大

若发现电袋除尘差压大于1.5 kPa，应立即加强电袋除尘吹灰，保持A、B两侧同时吹灰。

3)脱硫系统启动浆液循环泵

启动脱硫浆液循环泵时，密切监视2台引风机的出力，如发现两侧电流偏差持续超过40 A时，应及时通过调整引风机静叶挡板调整出力，尽量达到平衡。如果效果不明显时，可以适当调整2台引风机变频指令偏置。

3.3.2 引风机风量小

1)变频器频率低、风量小

控制变频器最低频率，不低于38 Hz，变频器出力在300 A以上，同时在2台引风机静叶调整过程中要保证2台变频器电流偏差小于15 A，利用静叶开度调整风量，如表9所示。

表9 不同负荷下引风机静叶开度参考范围

2)自动调节模式下，引风机变频器在运行中存在频率反馈跳零的现象，这属于变频器控制板固有问题，可在机组停运时更换控制板。

3)变频器具有轻载时防止过电压保护，在负载电流低于264 A时，变频器需降电压运行，此时风机转入失速区。经过与厂家论证，适当降低该保护定值，由264 A改至216 A。

4)2台变频器响应不同步

以前变频器采用自动调节，现在变频器维持在失速区最大频率，解除自动调节，改为手动调节，引风机静叶采用自动调节。

5)变频器自身产生电压、电流畸变

对3#机组A引风机变频器空载工况输出谐波状况测试，测试结论如下：3#机组A引风机变频器空载工况输出侧电流、电压谐波合格，如表10、图7、图8、图9和图10所示。

表10 引风机变频器空载工况输出谐波测试记录表

图7 高压变频器运行在20 Hz时

图8 高压变频器运行在40 Hz时

图9 高压变频器运行在30 Hz时

图10 高压变频器运行在50 Hz时

3.3.3 机组负荷波动大时，给煤量、风量变化大

当机组负荷波动大(ACE工况)时，运行人员应加强对引风机静叶的调整，保证引风机变频器频率不要低于38 Hz，两侧电流偏差小于15 A，必要时适当限负荷。不能因为负荷波动大，为防止频繁调整，将引风机静叶开大，造成引风机变频器频率降低,引起抢风现象。

若送风量变化大，应适当通过送风量偏置进行调整。但调整时应注意调整方法:改变送风量偏置时，应一个一个地修改，待响应结束后再修改，不能因为修改一个送风量不动或变化慢，为了响应速度或小指标大幅度修改送风偏置，最终因为引风机跟踪不及时造成抢风，送风量降低较大时，应及时增大送风量，保证烟气量。

3.3.4 加装(KSE)防失速装置

目前，轴流通风机通常采用高效的扭曲机翼型叶片，当气流沿叶片进口端流入时，气流就沿着叶片两端分成上、下两股，处于正常工况时，冲角为零或很小(气流方向与叶片叶弦的夹角α即为冲角)，气流则绕过机翼型叶片而保持流线平稳的状态，如图11所示。当气流与叶片进口形成正冲角时，即α > 0，且此正冲角超过某一临界值时，叶片背面流动工况则开始恶化，边界层受到破坏，在叶片背面尾端出现涡流区，即所谓“失速”现象，如图12所示。

为了解决引风机的失速问题，与厂家沟通后对风机进行改造，增加KSE装置，如图13所示。图14为引风机加装防失速装置(KSE) 后的性能曲线及各种运行工况点位置。

由图14可知，引风机加装防失速装置(KSE) 后，各种工况均远离理论失速线，能很好地解决低负荷运行的安全稳定问题，降低低负荷失速对风机的影响。增加KSE装置后，风机出力下降约5%，效率损失约2%，风机低负荷运行时需要提高转速，配合静叶进行调节。

图11 正常工况下气流沿叶片流向

图12 失速工况下气流在叶片背面尾端出现涡流区

1-锥型风筒；2-带KSE风机机壳；3-叶轮；4-后导叶；5-扩散器图13 引风机KSE改造

4 结 语

经过长时间的分析、试验、计算，解决了风机失速的情况，从而大大提高了引风机的稳定性和可靠性。2017年8月24日，机组启动后已运行1个多月，KSE改造后的引风机未发生风机失速现象，保证了机组安全、经济、环保、稳定运行，为同类型变频调速静叶轴流引风机提供了可借鉴的经验。

图14 带KSE后的引风机性能曲线及各种运行工况点