350 MW机组锅炉引风机失速原因的运行数据统计分析

江凝音

(辽宁东方发电有限公司；辽宁 抚顺 113007)

引风机失速会引起炉膛压力、风量大幅波动，使锅炉燃烧不稳，进而导致负荷波动，影响机组安全运行。辽宁东方发电有限公司(下文称辽宁东方电厂)350 MW机组进行超低排放改造，更换安装了2台双级动叶可调轴流式引风机后，多次出现引风机在运行期间发生失速的问题。对此，本文在对引风机失速的工况参数、烟风系统压力等进行数据分析和计算基础上，结合引风机的出厂设计相关参数，分析并确认引起风机失速主要原因为异常的出口压力升高和阻力变大，并针对此失速原因，给出了处理办法，处理后机组运行情况良好。

1 设备概述

辽宁东方电厂燃煤2×350 MW机组锅炉型号：HG-1165/17.45-YM1型，为亚临界、一次再热、自然循环、燃煤汽包锅炉，采用正压直吹式制粉系统、平衡通风、直流式燃烧器、四角切圆燃烧方式。锅炉最大连续蒸发量：1 165 t/h。额定负荷时的锅炉蒸发量：1 051.4 t/h。

2009年锅炉完成脱硫改造工程，2016年完成了超低排放改造，引风机改造为HU25240-221G型轴流风机。

2 锅炉引风机失速情况

两台350 MW机组中的1号机组负荷在200 MW以上、蒸发量700 t/h以上、A侧B侧引风机动叶开度70%左右、A侧B侧引风机电流达到200 A左右时，经常发生在锅炉其他系统运行正常情况下，炉膛压力、风量的大幅波动，导致锅炉燃烧不稳。随着机组负荷持续升高，引风机出现振动增大，风机电流降低或大幅波动，现场检查风机异音严重，其风机出力、系统负压出现较大幅度波动等运行异常状况。此时需及时解除自动，进行手动调整，关小动叶开度，降低负荷，平衡两侧风压，消除负压波动。如此时调整不及时，将造成设备损坏和锅炉灭火情况发生，存在着较大的安全风险，影响机组安全稳定运行。

3 引风机失速原因分析

3.1 引风机失速机理

HU25240-2210型轴流风机，其叶片为机翼型式，当风机正常运行时，气流方向与叶片叶弦夹角的冲角很小，绕过机翼型叶片的气流呈流线状态，流动阻力较小。当气流与叶片入口冲角大于零，并超过临界值时，在叶片的背面气流流动会出现明显涡流区，此时气流边界层被破坏，流动工况开始恶化，流动阻力变大，产生“失速”现象。

当冲角大于临界值越多，产生的失速现象越严重，流体的流动阻力也就越大，进而发生叶道阻塞，外在表现为风机风压迅速降低。同时，由于风压的剧烈波动，引起风机设备的振动和噪声[1]。

一般产生“失速”问题的原因如下：

a.锅炉各受热面、空气预热器有严重积灰或烟气通流受阻(如挡板误关、调整失误等)、烟风道堵塞、局部烟风道弯头设计布置不合理等引起烟风系统阻力增大，造成动叶开度与实际烟气量不符，使风机运行在不稳定工况区，引起“失速”；

b.两台风机带负荷不均衡，负荷较大风机进入失速区；

c.动叶调节的幅度过大、过快，使风机进入了失速区；

d.自动控制装置反馈失真，风机实际进入失速区运行[2]。

实际运行过程中产生的大部分“失速”问题，从实践经验上看主要是a原因所致。

3.2 运行历史数据的统计分析

两台350 MW机组锅炉系统的生产运行管理，以LiEMS5.0产品的实时数据监控系统为锅炉经济运行的核心技术指标，通过监测大量的实时信息，掌握系统设备运行动态。通过对设备运行时其所产生的各项历史数据的统计分析，对判断引风机失速原因具有重要意义。

由于两台350 MW机组型式完全一致，其历史统计运行数据通过统计处理可具有一定的可比性。通过对两台机组在包括产生风机出力、系统负压出现较大幅度波动事件时间段内的历史数据进行统计，取其中各30组数据，对各组的同一时点数据进行统计分析，其中的数据项包括：主蒸汽量、脱硫入口压力、除雾器差压、A引风机动叶开度、B引风机动叶开度、A引风机电流、B引风机电流、A引风机入口压力、B引风机入口压力、A预热器出口压力、B预热器出口压力、A反应器出口压力、B反应器出口压力、A反应器入口压力、B反应器入口压力。

由于锅炉运行主蒸汽量与其他各参数间呈正相关，随着主蒸汽量增减，各参数随之增减，因此对统计各数据参数进行处理，将各参数与主蒸汽量间进行比例化后，取30组数据的平均值见表1，其中偏差百分比以2号炉数据为基准。

表1 两台炉各参数比例化后平均值比较

从表1可见，发生风机出力、系统负压较大幅度波动的1号炉部分参数均大于正常运行的2号炉，两台炉偏差比较大的项目为：脱硫入口压力与主蒸汽量之比、除雾器差压与主蒸汽量之比，偏差分别达到了274%、543%，属于较明显的偏差。A引动叶与主蒸汽量之比、B引动叶开度与主蒸汽量之比、A引电流与主蒸汽量之比、B引电流与主蒸汽量之比等偏差项目，考虑到两台炉由于脱硫入口压力、除雾器差压差异较大影响，会引起相应引风机电流、动叶开度发生相应数据的偏差，造成以上项目存在一定的偏差。因此，初步分析引起1号炉发生风机出力、系统负压较大幅度波动的原因与脱硫入口压力高、除雾器差压大密切相关。

3.3 风机出力、系统负压较大幅度波动原因分析

对发生风机出力、系统负压较大幅度波动时点的数据曲线进行分析，其存在明显异于正常波动的曲线尖峰，对应的引风机电流、动叶开度即时数据等大幅增加。HU25240-221G型轴流风机设计各工况参数见表2.

表2 工况参数

风机出力、系统负压较大幅度波动时点数据见表3。由于A、B侧引风机并联运行，当一侧风机发生失速情况时，会引起烟风系统的压力剧烈波动，为维持系统稳定，必须进行及时人工调节干预，避免造成停炉事件发生。因此两台引风机中动叶开度最大的风机先进入失速状态，从表3数据分析可知，风机出力、系统负压较大幅度波动的3个时间点引风机参数，失速风机的动叶开度参数为78%，其对应HU25240-221G型轴流风机特性曲线图上的动叶开度曲线的+5°曲线。

表3 1号炉风机的时点数据

由HU25240-221G型轴流风机特性曲线图和表2工况参数表分析，当动叶开度相同的情况下，主蒸汽流量越大，风机系统入口容积流量越大，风机工作点在特性曲线上越不易接近风机失速曲线，因此，对3个风机出力、系统负压较大幅度波动时间点参数可只选取主蒸汽流量最大点分析是否失速[3]。

按照表2风机工况参数，采用差值方法计算，主蒸汽流量788 t/h对应的风机系统流量为：

式中：lv1是运行工况1下的风机入口容积流量；lv2是运行工况2下的风机入口容积流量；q1是运行工况1下的锅炉蒸发流量；q2是运行工况2下的锅炉蒸发流量。

计算Q=232 m3/s，按动叶开度+5°线及风机系统流量232 m3/s，查HU25240-221G型轴流风机特性曲线其工作点已在风机失速曲线之上，说明此时风机已工作在失速区，发生失速。风机全压查曲线对应值约为11 000 Pa，静压值为5 566 Pa，动压约为5 434 Pa，符合风机动压约为全压50%工程实际的经验值。

对照表3参数值进行2号炉相近运行数据统计见表4。

表4 2号炉风机的时点数据

与表3中 1号炉风机的时点数据比较，其存在较大差异项目为：动叶开度、脱硫塔入口压力、除雾器差压，结合运行历史数据的统计分析结果和风机的时点数据分析结果，可以判断脱硫塔入口压力、除雾器差压的异常大幅升高为风机失速产生的原因。进一步分析除雾器差压增大原因，一般是由于喷淋层设备损坏造成吸收塔烟气带浆液量大，经过除雾器时，浆液附着在除雾器片上，并形成部分堵塞，造成差压大。脱硫塔入口压力测量点在吸收塔入口烟道与引风机出口烟道之间，按照现场烟道布置情况，初步判断应为在吸收塔入口烟道处发生堵塞。

3.4 停机检查实际情况及处理措施

机组停机进行检查，发现除雾器堵塞(见图1)，喷淋层设备损坏(见图2)，脱硫塔入口烟道堵塞(见图3)。

图1 除雾器堵塞情况

图2 喷淋层设备损坏情况

停机处理措施：通过对除雾器进行全面水冲洗，彻底清理叶片附着的浆液。喷淋层损坏喷头、管路进行全面更换，对脱硫塔入口烟道堵塞石膏进行人工清理。处理后机组启动正常运行，除雾器差压、脱硫塔入口压力在正常参数范围之内。同时，风机动叶开度在对应主蒸汽流量下已降至正常范围。

图3 脱硫塔入口烟道堵塞情况

4 结束语

本文在350 MW机组锅炉引风机频繁发生失速无法带高负荷、机组安全运行增加了风险的情况下，通过分析引风机失速机理、运行引风机性能调节曲线、锅炉机组运行各项参数的统计对比，结合现场实际，确定产生失速的根本原因是喷淋层设备损坏导致除雾器部分堵塞以及吸收塔入口烟道堵塞，经停机检查并进行人工清堵处理，启动机组运行后，风机动叶恢复正常。此举措可用于指导运行期间动叶可调引风机失速的防范措施制定，避免因风机失速所带来的设备损坏、锅炉灭火等事件的发生。并在机组停机处理前，有针对性地提前做好处理项目和人力资源安排，缩短机组停机处理时间。

目前，机组正常运行的大量参数中，只有部分主要参数在设备运行期间设置了事故报警及控制保护。由于机组运行参数、引风机结构设计以及各运行设备参数间相互关联性的复杂，对各参数之间存在的关联性的异常现象，难以有效地在正常运行期间进行预警和保护。有关这方面问题有待进一步的研究与讨论，以期能真正应用到实际机组运行中，达到经济安全稳定运行的目的。