HU27050-22G引风机失速原因分析

任仰成，郭建军

（1.山西鲁能发电有限公司，山西 河曲 036500；

2.国家能源集团国神公司技术研究院，陕西 西安 710061）

1 某发电厂所用锅炉运行情况

某发电厂2×600 MW机组采用哈尔滨锅炉厂有限责任公司设计制造的亚临界参数、控制循环、四角切向燃烧方式、一次中间再热、单炉膛平衡通风、固态排渣、紧身封闭、全钢构架的Π型汽包锅炉，型号为HG-2070/17.5-YM9。锅炉为单炉膛四角布置的摆动式低氮燃烧器切圆燃烧方式。采用正压直吹式制粉系统，每台机组配备6台MPS型磨煤机，5运1备。锅炉主要设计参数见表1，引风机及配套设备电机参数见表2。

府谷电厂1、2号锅炉机组在实际运行过程中，由于烟气系统空气预热器、电袋复合除尘器、烟气换热器GGH（Gas Gas Heater） 等设备阻塞，发生过多起引风机失速现象。空气预热器烟气侧的设计阻力值为1133 Pa，而运行期间空气预热器烟气侧实测进、出口平均差压为1534 Pa，高于设计值。电袋复合除尘器的设计阻力值为1100 Pa，运行期间除尘器两侧进、出口平均差压为1128 Pa，略高于设计值。脱硫系统设计阻力值为1500 Pa，运行期间吸收塔进、出口的差压为1050 Pa，低于设计值。GGH系统：设计阻力值为1000 Pa，运行期间GGH原烟气和净烟气侧差压之和为881 Pa，低于设计阻力值。

表1 锅炉主要设计参数

锅炉在600 MW负荷运行期间入炉煤工业分析和设计煤种见表3。

从表3可以看出：600 MW负荷运行期间煤质的全水和灰分高于设计煤种，而挥发分、硫分和低位发热量均低于设计煤种。整体而言，实际运行期间煤种比设计煤种差。

表2 引风机及配套电机设备参数表

表3 600 MW负荷运行期间入炉煤工业分析和设计煤种汇总表

2 引风机运行分析

2.1 引风机运行试验分析

根据锅炉机组的运行情况，试验时机组负荷分别为600 MW、450 MW和310 MW。为了便于了解引风机的运行状况，将1号机组引风机试验结果与性能曲线上对应值的比较列于表4。

由表4数据可以看出以下情况。

叶片角度：在高中低负荷工况下，引风机就地叶片角度与性能曲线上对应的叶片角度相比，A侧角度偏大，最大偏大2°；B侧角度偏小，最大偏小3°。风机两侧叶片角度偏差均未超过3%，偏差在合理的误差范围内，说明风机就地叶片对位较为准确。

表4 1号机组引风机热态试验结果与性能曲线值比较表

风机效率：在高中低负荷工况下，A、B两侧引风机实测效率在68%～88%之间，与性能曲线上对应效率值偏差不大，最大偏差为2.6%，说明引风机实际运行已达到设计性能。

2.2 引风机运行实测参数与设计参数比较

机组最大负荷为601.1 MW，对应工况的锅炉蒸发量为1872.5 t/h，而锅炉BMCR工况的设计蒸发量为2070.0 t/h。

为了对比设计参数，本节将实测601.1MW工况的风量、风压，依据蒸汽量及系统阻力特性换算到BMCR工况（设计密度下，对应锅炉蒸发量为2070.0 t/h）并与原有设计值进行比较，结果见表5。

表5 引风机热态试验的试验值与其设计值比较表

将实测值换算至BMCR工况下，风机流量为479.2 m3/s，风机全压为8413.5 Pa。而BMCR工况的引风机设计流量为560 m3/s，设计压力为8868 Pa。将两者进行比较，实测风量比设计值偏小16.9%，风量偏差较大；实测压力比设计值偏小5.4%，在允许误差范围内。

引风机实测参数与TB点的对应设计参数比较，风量裕量为31.6%，风压裕量为20.7%。目前风机风量裕量偏大，风压裕量在允许误差范围内。

造成风机风量与设计值偏差较大的原因有以下两点。

a）引风机选型设计时BMCR工况风机入口温度为125℃，而运行实测的满负荷工况下两侧引风机平均入口温度仅为102℃，温度偏低23℃。这样流经引风机烟气的实际密度会高于设计密度，在质量流量变化不大的情况下会造成引风机体积流量比设计值偏小。

b）试验期间满负荷工况下，省煤器出口氧量仅为2.0%左右，略低于机组运行正常控制水平，这也会造成风机的体积流量偏小。

2.3 烟气系统各段沿程阻力测量

为了分析1号机组风烟系统的阻力状况，试验在满负荷600 MW工况下，测量了风烟系统主要设备的阻力，整理的结果见表6。

由表6可知，600 MW试验期间，脱硝运行状况良好，但是空预器和电袋除尘器出现了一定程度的堵塞，空预器阻力高于设计值（1133 Pa）400 Pa左右，而电袋除尘器阻力略高于设计值（1100 Pa）。脱硫系统中，脱硫塔和GGH设备目前运行状况正常，脱硫塔和GGH设备运行阻力都低于设计值。

建议对空预器、电袋除尘器和GGH换热器等设备进行检查，并定期清洗，保证设备正常运行。

表6 1号机组600 MW负荷试验期间风烟系统各设备沿程阻力

2.4 引风机与系统匹配性分析

由表4、表5可知，在试验3个负荷工况下，引风机运行在性能曲线的左上部区域，风机风量比设计运行点偏小很多，管网阻力曲线较为靠近失速区，且随着负荷的增加，其失速安全裕量逐渐降低，风机与管网系统匹配性较差。

3 引风机失速原因分析

3.1 引风机失速情况初步分析

电厂一期锅炉机组在2014年—2018年8月实际运行期间，多次发生抢风失速现象。其中，1号机组引风机发生过8次抢风失速，2号机组发生过3次抢风失速，结合近期的4次风机失速工况，估算出风机失速时的运行点，据此来对风机的实际运行点进行分析，并判定风机的实际失速裕度与理论失速裕度有无偏差。

在600 MW试验的基础上估算出4次历史失速工况风机的运行工况点，然后通过分析几次风机失速点的规律寻找风机的实际失速线。估算4次风机运行失速点的依据是风机风量根据流量与主蒸汽压力的关系进行换算，而风机进口静压根据表盘数据差值进行换算，风机全压根据表盘进、出口差压的差值进行换算，并根据进口压力的变化对密度进行了修正。

由此可见，引风机的实际失速线较理论失速线有一定程度的下移。以实际失速线为基准，经过计算可知，在600 MW工况下，引风机的实际失速裕度为1.41＞1.3，仅刚刚满足国家标准的要求，失速裕度并不充裕，换热设备稍有堵塞，引风机失速裕度便会小于国家标准，引发失速隐患。

3.2 引风机失速原因分析

经过前面的分析可知，现有引风机在高负荷运行时很容易发生失速现象，主要原因如下。

a） 引风机实际运行的风量远低于设计风量，风机选型参数与目前实际运行参数差别较大。现有引风机原来的选型温度为134.9℃，而目前2台引风机入口的平均温度为101.8℃。可见原有风机选型温度较目前风机实际进口温度偏高超过30℃，且引风机满负荷实际运行的风量较设计选型风量偏低近200 m3/s，因而风机与管网系统匹配性差，风机的实际运行点靠近失速区。

b）烟气系统的设备运行时存在堵塞，导致风机的运行点向高压头方向移动，这也会降低风机的失速裕度（在流量变化不大的前提下）。影响风机运行风压的因素主要是风烟系统和脱硫系统的环保设备运行状况，容易产生堵塞的设备主要有空预器、电袋除尘器和GGH换热器等。

c）引风机的实际失速线较理论失速线下移明显，导致实际失速线向运行工况点靠近，使得引风机工况点的实际失速裕度降低。

4 环保改造后现有引风机运行状况评估

4.1 机组环保技术改造后阻力变化情况

电厂计划对1号机组进行一系列环保改造，这将会对风烟系统和脱硫系统的阻力特性产生一定的影响，具体改造方案如下。

a）脱硝提效改造：对现有脱硝系统进行提效改造，预计新增阻力300 Pa。

b）电袋除尘器升级改造：对电袋除尘器进行升级改造，本次升级改造设备阻力无变化。

c）脱硫增容改造：在吸收塔内增设高效除雾器，预计新增阻力200 Pa。

因此，本次改造风烟系统和脱硫系统阻力增加共计500 Pa，同时会影响引风机进口烟气压力，但不会影响引风机进口烟气温度。

将机组环保改造后其他工况系统增加阻力按各负荷风量进行换算，据此得到机组环保改造后不同工况下风机运行预估参数，详情见表7。

表7 机组环保改造后风机运行参数预估表

4.2 环保改造后现有引风机系统运行分析

为了分析环保改造后现有引风机运行的安全稳定性，将环保改造后600 MW、450 MW和310 MW各试验工况的风机实际失速裕度的计算结果列于表8中。

由表8可知，机组环保改造后，在600 MW工况下，引风机的实际失速裕度小于1.3，不满足《电站锅炉风机选型和使用导则》DL/T 468—2004的要求。由此可见，环保改造后，在600 MW工况下，引风机的实际安全裕量过小，风机运行时几乎必然会失速。

综上所述，机组环保技术改造后，现有引风机运行工况点失速裕度过小，引风机存在很大的失速风险，建议对引风机及烟道系统进行改造，提高机组运行安全性。

表8 环保改造后引风机的实际失速裕度计算表

5 结论与建议

a）造成风机失速的主要原因：一是由于风机运行风量远小于其设计风量，导致风机运行工况点左移；二是由于引风机实际失速线与理论失速线存在偏差，实际失速线向下有所偏移。

b）环保改造后，现有引风机在600 MW及以上工况失速裕度过小，存在很大的失速风险，因此建议近期在引风机出入口增设导流板，使引风机运行远远偏离失速区域。

c）由于引风机出口烟道阻力偏差，当锅炉机组增加出力时，对1号锅炉而言A引风机动叶开度调节超前于B引风机；对2号锅炉而言B引风机动叶开度调节超前于A引风机。

d）解决失速问题时，应在进行引风机改造的同时优化其出入口烟道特性。