浅谈轴流式引风机“抢风”原因及预防措施

浅谈轴流式引风机“抢风”原因及预防措施

发表时间：2016-10-08T15:47:20.357Z 来源：《电力设备》2016年第13期作者：郑金贵刘晓敏[导读] 本文为了提高火力发电机组运行可靠性，防止引风机发生抢风事件。

（1.内蒙古京能锡林发电有限公司内蒙古锡林郭勒 026000;2.内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司内蒙古赤峰 025350）摘要：本文为了提高火力发电机组运行可靠性，防止引风机发生抢风事件，根据内蒙古京能锡林发电有限公司锅炉及辅机相关设备技术规范等数据材料，分别从引风机选型依据、轴流式风机发生的抢风原理和可能导致风机失速的原因等方面展开深入剖析，并针对部分问题和原因制定了相应的防范措施，为全国同类型机组预防类似事故提供了借鉴性意义。

关键词：抢风；轴流式引风机；动叶可调；防范措施

内蒙古京能锡林发电有限公司（以下简称公司）煤电一体化项目2×660MW超超临界空冷抽凝机组，锅炉型式为П型、超超临界参数、变压直流炉、单炉膛、前后墙对冲燃烧，一次再热、平衡通风、固态排渣、全钢构架和紧身全封闭锅炉，风烟系统采用双列布置，同期建设脱硫、脱硝、除尘、烟气提水设施及烟气余热利用系统。由于尾部烟道布置设备较多，设计煤种较差，引风机需要克服锅炉烟气系统及烟道所布置各设备的阻力较大。为保证引风机从满负荷至最小负荷的全部运行条件下，工作点均落在失速线的下方，确保机组长周期安全稳定运行，对运行人员的日常运行监视调整及风机失速事故的防范提出了严格要求，对设备健康可靠性也是一种严峻的考验。如何达到风机最佳运行状态，是机组运行中需要长期探讨的一个问题。

1 轴流式引风机“抢风”的原理

如图1所示，为两台性能相同的轴流风机的性能曲线(P-Q)Ⅰ，Ⅱ，曲线(P-Q) Ⅲ为两台轴流风机并联运行时的性能曲线。根据风机并联运行工况的特点，在同一全压下根据流量相加的原则，轴流风机驼峰形区段形成一个“倒8”字区域，并列运行的风机倘若在该特殊区域内运行，便会出现两台轴流风机的流量偏差很大的情况，其中一台流量较大，而另一台流量相对较小。如果开大或关小某台风机的动叶，将导致两台风机不能稳定地并联运行，原来大流量的轴流风机会突然跳到小流量工作点运行，而原来小流量的轴流风机又突然跳到大流量工作点运行，此时便出现了我们所谓的“抢风”现象。

如果两台并列引风机的选型合理，设计参数一致，操作人员操作步骤和程序正确，并联运行时，两台风机管道特性曲线Ⅳ与并联引风机的性能曲线(P-Q) Ⅲ交于图中1点，每台风机将在图中的a点工作，并联的两台风机在该工况下能够稳定的运行，不会出现 “抢风”现象。如果由于运行人员调节不当、风机本身原因或运行工况出现异常变化，管路特性曲线也将会发生明显变化（如图风机管道特性曲线将变为Ⅴ），管路特性曲线与并列风机的性能曲线Ⅲ交于点 2与点3，工作点落在了“倒8”字形区域内工作，则风机工作点出现了两个位置，即图中2点或者3点的位置，若风机在2点位置运行，则两台风机还能够保持在b点位置上稳定运行。如果两台并列风机的自身出力不一致或风道阻力偏差较大，烟道中烟气量就会有变化，会导致并列的风机处于点3位置工作，此时两台风机工作点分别是c与C点所处的位置。其中处于c点位置工作的风机特点风量大，能够处在稳定区工作；而另一台风机则在C点位置工作，风量小且工作点落在了不稳定工况区域内，出现“抢风”现象。

图1 并列风机性能曲线图 2 运行中影响引风机“抢风”的因素 2.1 锅炉烟道布置设备多，设计阻力大

内蒙古京能锡林发电有限公司两台引风机均为动叶可调轴流式，布置方式为引风机水平布置，垂直进风，水平出风，配备独立的液压油、润滑油及冷却风系统。

本厂锅炉自省煤器出口以后的烟道分别布置脱硝系统、空气预热器、烟气余热利用系统、电除尘系统、脱硫系统及国内首台烟气提水设备系统，由于新加入设备较其它同类型电厂多，结构复杂，引风机需要克服的烟道阻力也很大，TB工况下，引风机全压已达到12 029 Pa，BMCR工况，全压达到10 960.9 Pa，在同行业领域内罕见，基本没有可以借鉴和参考例子，为引风机选型带来了很大困难。当两台引风机正常并列运行时，由于设备较多、燃烧工况频繁变化，烟道阻力也将会随之不断变化。假如发电负荷发生大幅波动或布置于烟道的任一设备或系统出现异常，都可能使某一台引风机运行工况迅速进入不稳定区，导致并列的引风机发生抢风事故，处理不当，将给机组的安全稳定运行带来严重威胁。

机组正常运行时，布置在锅炉烟道中的任一设备及系统出现异常，都可能导致局部阻力急剧增大，最终影响引风机出力变化，以下是本厂锅炉投产后可能面临的一些问题：（1）脱硝系统阻力增大：①脱硝系统催化剂采用3+1层配置方式，布置催化剂较多，系统本体阻力较大；②运行人员未按规定进行吹灰、吹灰器存在缺陷或者吹灰效果不良，导致催化剂积灰严重，系统阻力增大；③阴雨天气，系统防水及密封效果差，漏水严重，烟道疏水不畅造成积水堵塞。（2）空气预热器阻力增大，由于燃烧调整、煤质及设备等原因，空气预热器发生低温腐蚀，堵灰严重，阻力增大。（3）烟气余热利用系统阻力增大：①换热器泄露没有及时切除，管内水汽漏入烟道，烟气量增多或由于管束漏水导致烟气携水严重，灰尘粘结于烟道和设备系统，使烟气通流部分的阻力增大；②换热器布置和安装不合理，经过管束表面烟气流速低，发生灰尘滞留在换热器表面导致积灰，增加了系统阻力。（4）除尘器差压升高，由于系统本身及热工联锁原因（例如振打频率不符合要求，极板积灰来不及脱落）导致除尘效率低，除尘器差压升高。（5）烟气提水、脱硫系统阻力增大：①由于人员的操作不当、石灰石品质的差异及设备本身缺陷原因，吸收塔反应区浆液密度大，水位高，使烟气经过脱硫吸收塔时，阻力变大；②负荷频繁变化，运行人员将根据实际情况控制浆液循环泵运行数量，启、停浆液循环泵时会影响系统阻力。

2.2 设计煤种品质较差，硫分、灰分和水分较高

本工程设计煤种为褐煤，主要煤源为五间房西一矿，备用煤源分别为西三煤矿、白音华煤矿和胜利煤矿的来煤，褐煤显著特点为挥发分高、水分高、发热量低和灰熔点低。

1）本厂机组设计为调峰机组，负荷变化频繁、波动区间相对较大，燃烧工况也随之相应变化，对应的煤量、风量都会发生很大的波动，引风机并列运行的工况点也时刻在改变。当燃煤品质变差，负荷较低时，烟气流速低，烟道的水平段、转弯处、空预器的传热元件以及省煤器的细小间隙均容易积灰引起系统阻力增加，导致引风机出力不足。当负荷较高时，由于燃用的褐煤发热量和含碳量都很低，单位负荷的耗煤量大，在炉膛参与燃烧后产生的烟气量也很大，很容易使引风机发生抢风事件。

2）燃用的煤中水分在30 %～40 %区间，水分较大，煤中的水分不利于燃烧，它会降低燃烧温度，水分吸收热量转变为水蒸汽随烟气排入大气，降低锅炉效率，增大烟气量，影响引风机出力，同时给空气预热器的低温腐蚀也创造了条件。

3）设计煤种的收到基全硫为0.51 %，通过调研燃用本地区煤源的运行电厂可知，实际本地区褐煤的收到基全硫波动很大，有的入厂煤硫份达到了0.5%，甚至更高。由于燃用的煤种硫分高，极易使炉膛发生高温腐蚀和结焦现象，迫使频繁改变燃烧工况，炉膛燃烧工况的频繁或较大扰动将直接影响引风机的正常运行；烟气中产生的二氧化硫、三氧化硫较多，容易导致空气预热器发生低温腐蚀，造成空预器沾灰堵塞，进一步影响烟道阻力。

4）灰分大，熔点低的煤种进入炉膛燃烧后，水冷壁及烟道受热面很容易发生结焦、结渣和积灰现象，从而使燃烧调整发生频繁变化，不能很好的调整风煤配比，发生严重的配风失衡和误判炉况等情况，烟气量的大幅波动对引风机的安全运行造成很大威胁。

2.3 炉膛、烟道及部分烟道设备的漏风增加，影响引风机出力

（1）每台炉配置一套干式排渣系统，单侧出渣，炉底渣采用风冷式排渣机输渣方案，干式排渣机系统最大冷却风量 (包括干渣机本身漏风)不大于锅炉BMCR工况下燃烧空气量的1％。运行中检修人员处理锅炉干式排渣机缺陷时，可能涉及到频繁开关人孔门的操作，当开启人孔门时，炉底漏风增大，对炉膛燃烧、负压及风烟系统运行造成很大影响。尤其高负荷时期，倘若运行人员没有提前调整或者调整不及时，炉膛相当于瞬间进入了很多冷风，将会恶化燃烧或导致燃烧不稳，火焰中心上移，排烟温度和排烟量异常增大，从而影响引风机的出力。

（2）制粉系统本体及风道漏风较大，或者制粉系统停运时各关断风门隔绝不严，通过制粉系统漏入炉膛的风量增大。从制粉系统干燥出力、磨煤机和锅炉燃烧性能的匹配及锅炉防结渣特性等多方面的考虑，该机组每台锅炉配7台中速磨煤机，对于设计煤种而言，6台磨煤机可满足锅炉BMCR工况运行的要求，其中1台备用，在低负荷阶段可能需要4台制粉系统运行，2台备用。

（3）空气预热器、电除尘等系统随着运行时间不断延长，漏风量也将会增加。每台锅炉配备2台三分仓回转式空气预热器，虽然采用了先进的漏风控制技术，要求设备的漏风率第一年内不大于4.0%，运行一年后一个大修期内不大于5.0%，但随着运行时间推移，漏风也将会逐渐增大。烟道内漏入的空气会与烟气混合在一起被加热，温度提升，烟气体积相对增大较多，而且漏风点越靠近引风机系统、负压越大，将导致漏风量也越大，导致引风机出力不足。

4）制粉系统不正常运行方式，导致锅炉变工况运行，使引风机的出力发生变化。

制粉系统定期保养或当其发生故障进行检修时，为了满足当前负荷的要求，可能不得不采取制粉系统非正常运行方式和运行人员为了保证燃烧稳定，蒸汽参数处于正常范围，采取不正常的调整手段。由于运行方式的不同或者人员调节技能的差异，可能导致火焰偏斜冲刷水冷壁，炉膛热负荷不均产生热偏差、结焦、积灰、高温腐蚀及出口排烟损失异常增大的现象，不但影响燃烧工况而且威胁受热面的安全，在该类特殊工况下运行，人员将频繁参与调整燃烧，引风机的出力也将发生频繁的变化。

5）引风机动叶死区较大、液压油系统故障或动叶执行机构出现问题导致动叶突开或突关，改变引风机出力，也可能导致失速的发生。

由于引风机的动叶在其整个调整区间不可避免的存在一定死区，再加之液压油系统原因、信号传输不良、动叶执行机构漏油和动作不灵敏等缺陷，指令发出后动叶不动，当连续给定几个指令后瞬间突开或者突关至相应的指令开度，使引风机的出力变化幅度较大。

3 运行中防止引风机发生抢风，所采取的措施

1）在点火或低负荷运行时，对于锅炉送、引风机可以单台风机运行满足负荷的需要，尽量避免开两台轴流风机并联运行。待单台风机不能满足锅炉负荷需要时，再启动另一台风机并联运行。

2）加强设备日常运行维护和管理，做好定期检查、校验、维修和保养工作。运检人员要做好相互配合沟通的工作，根据接带负荷情况合理制定制粉系统等设备的检修保养时间，防止因设备保养检修造成影响负荷和制粉系统非常规运行。

3）严密监视空气预热器运行状态，做好盘前参数记录，重点观察空气预热器进出口过剩空气系数变化（通过监视进出口烟气氧量数值），当参数变化异常时，及时分析，必要时要做空气预热器漏风试验，以减少设备系统漏风。

4）及时关闭停运制粉系统的各关断风门，保证其关闭严密，减少因风门不严导致的冷风通过制粉系统进入炉膛；当风道或磨煤机本体有漏风时，及时联系检修治理，采取措施彻底消除漏风点。

5）确保引风机液压油及动叶执行机构运行正常、定期化验油质，确保油质合格。当引风机检修结束或第一次投运前，应进行动叶传动试验，确定动叶死区，为运行调整奠定一定基础。

6）加强运行人员培训，提高操作技能，缩小值班员的水平差异，能够在平时运行中不断进行经验积累、总结和学习，充分利用仿真