风机故障诊断治理兼顾节能方案研究

风机故障诊断治理兼顾节能方案研究

张鹏博1魏来1牛犇1焦汉森1许建贤1马翔2

（1：华能兰州西固热电有限公司:2：西安热工研究院有限公司） 

摘 要：针对某火电机组同一烟风系统下引风机实际运行效率低、增压风机叶片频繁断裂的问题，经烟风系统风机热态性能试验、有限元计算等手段，分析烟风系统节能空间及增压风机故障原因。分析结果表明，引风机实际运行效率很低，增压风机运行点位于性能曲线不稳定区域附近，风机与系统匹配性较差。通过本文提出的引风机和增压风机合并改造方案和烟道优化方案进行改造，可解决原增压风机叶片断裂问题，并取得显著的节能效果。

关键词:离心风机；轴流增压风机；节能改造；

大型轴流式增压风机和离心式引风机是火电机组脱硫及烟风系统的重要辅助设备，两种风机的运行状态对机组的安全性和经济性运行非常重要。当引风机或者增压风机频繁发生故障，严重威胁机组的运行的安全性，甚至导致机组跳停。

某燃煤锅炉机组的烟风系统引风机型式为离心式，脱硫系统增压风机配置上海鼓风机厂有限公司生产的静调轴流风机。在机组进行超净排放改造以后，引风机电耗明显偏大，且脱硫系统的增压风机开始频繁出现风机叶片开裂的问题。

本文以实测数据为基础，分析烟风系统引风机和增压风机运行状态、增压风机叶片开裂的原因，并对改造方案进行研究。

1 相关设备参数

机组烟风系统配置两台双吸双支撑离心式引风机，进口导叶调节，定转速运行。引风机主要设计参数如表1所示。

表1  引风机主要设计参数

脱硫系统增压风机配置一台静叶可调轴流式风机，定转速运行。

2 风机运行状态分析

引风机能耗一方面与其出力大小有关，另一方面还与其实际运行效率有关。若系统风量风压较大，则风机能耗较高；若风机效率较低，则相同有效功所消耗电功率偏大。因此，可以通过降低烟风系统风量风压参数和提高风机实际运行效率两种途径降低风机能耗，提高机组运行经济性[1-2]。

为了分析引风机和增压风机实际运行状态和其与所在系统的匹配性，进行了现场热态性能试验测试，主要数据及风机性能分析见下文。

2.1 引风机运行状态分析

引风机高负荷（630t/h）工况下的风机进口流量为132.1m3/s，与风机设计流量190.8 m3/s相比，裕量较大，为44.4%；风机全压为4791.0Pa，与风机设计全压6565.0Pa相比，裕量也较大，为37.0%。

综上所述，现有引风机裕量较大，风机运行效率偏低，引风机与其所在系统匹配性较差，运行经济性较差。

2.2 增压风机运行状态分析

为了分析增压风机叶片断裂原因，评估其工作状态，将实际运行工作点在性能曲线上的位置标识于图1。

图1 增压风机性能曲线数据对比

该增压风机性能曲线具有典型的马鞍形特点，风机实际运行点基本位于其失速线附近，极易发生失速或者喘振现象。

轴流风机发生旋转失速会使叶轮叶片受到较大的循环变动的空气动力负荷，叶片易发生疲劳损坏。失速区域的数目与其传播速度的乘积就是流经每一叶片上失速区的频率，如果这个频率接近于叶片的自振频率，还将产生共振，最终造成叶片的机械损坏。

结合试验数据和现场实际情况，风机运行点位于其失速区域附近，且增压风机叶片已经发生多次断裂现象，表明其经常发生失速问题，导致叶片发生疲劳断裂。

3 优化改造方案

3.1 改造思路分析

上文分析表明现有引风机和增压风机与其所在系统匹配性较差，风机实际运行效率偏低，且增压风机实际运行过程中极易发生失速现象，运行经济性和安全性较差。针对以上问题，提出以下改造思路：

可以考虑将增压风机完全取消，直接实施引增合一改造，采用该方案一方面可以彻底解决增压风机现有叶片断裂问题，二是可以根据试验数据对引风机进行重新选型，提高风机与系统的匹配性，提高风机实际运行效率及机组运行经济性[3-5]。

3.2 改造方案分析

3.2.1 风机选型参数确定

本次试验期间由于负荷问题没有达到BMCR最大出力工况，因此在风机风量参数设计时，需要依据试验最大工况负荷的实测风量换算到BMCR工况。得出试验期间BMCR工况引风机的风量为140m3/s。本次改造对烟温没有影响，同时考虑今后炉运行情况的变化，按选择经验在BMCR实测风量基础上选取15%的风量裕量为宜。即引风机TB工况的设计风量为：162 m3/s。

引增合一后引风机TB工况设计压力为：7887Pa，圆整后取7900.0Pa。

3.2.2 风机型式选择分析

（一）离心风机

根据改造选型参数，经过选型计算可以采用离心风机，新风机转速为970r/min，630t/h、500t/h两个实测工况点的风机效率分别为78.2%、60.1%，比改前引风机和增压风机的效率均高。

（二）离心风机+变频

经过选型计算可以采用离心风机+变频改造型式，新风机额定转速为970r/min，630t/h、500t/h两个实测工况点对应风机效率分别为84.5%、84.5%，风机效率得到明显提升。

（三）动调风机

根据改造选型参数，经过选型计算可以采用动调风机，新风机转速为990r/min，630t/h、500t/h两个实测工况点对应风机效率分别为84.5%、80.0%，运行点位置距离失速线较远，风机运行经济性和安全性得到保证。

3.2.3 风机型式选择方案对比

引增合一改造方案推荐离心风机+变频改造方案：

风机改造后运行各工况点效率最高，各工况运行效率可达80%以上，预估年运行耗电量可降低6830000 kW.h，预估耗资950万元，4年以内可回收投资。综合考虑经济性和安全性，推荐采用离心风机+变频改造方案。

4 烟道优化分析

现有引风机至增压风机之间存在较多的90°弯头、变径管等异形件，结合引增合一改造方案，可对烟道进行优化改造，降低烟道阻力，具有较大的节能降耗空间。

根据计算结果可知，烟气从引风机出来后经T型汇合管对冲汇合后进入增压风机入口烟道，从增压风机出来后经扩展段和90°弯头进入脱硫塔；流场在T型对冲结构位置和增压风机后烟道位置比较紊乱，其原因为烟气对冲和烟道截面发生较为明显的变化。

图1 原始模型                     图2  优化模型

优化方案

引风机出口至脱硫塔入口之间存在较多的异形件，仅通过局部优化改造无法解决其流场紊乱问题。借助本次引增合一改造，将引风机出口方向优化为水平出气，并经方圆节将烟道优化为圆形烟道，根据现场条件优化烟道整体布置，最大程度减少异形件。根据计算结果可知，脱硫入口上升段烟道速度云图相对较为均匀，烟道内部流场得到明显改善。

5 结论

增压风机实际运行工况点基本位于其失速区，具有较大失速风险，叶片频繁承受气流的交变应力，产生疲劳开裂，具有较大的安全隐患。烟风系统风机优化改造方案，推荐采用引增合一为离心风机+变频的优化方案进行改造，可同时解决引风机实际运行效率低、增压风机叶片开裂的问题。

引增合一改造方案同时提出烟道优化改造方案阻力可降低550Pa，预估年运行耗电量可降低821300 kW.h，年节省电费约30万元，4年内可回收成本。本文为解决同一烟风系统内引风机实际运行效率低、增压风机运行安全性较差提供了典型案例，对相关问题的解决具有很大的参考意义。

参 考 文 献

[1]刘家钰.电站锅炉风机节能诊断方法与技术[J].风机技术,2015,57(05):56-63.

[2]刘家钰,王宏,马凤.电站锅炉风烟系统节能技术研究[J].风机技术,2013,55(05):61-68.

[3]刘家钰, 王宝华, 岳佳全,等. 1000 MW机组引风机与脱硫增压风机合并改造研究[J]. 热力发电, 2010,39(8):45-50.

[4]周小平, 陈欣, 谢倩. 600MW机组引风机与增压风机合一模式的技术改造[J]. 风机技术, 2012(3):58-61.

[5]田原润,马剑宇.1000MW机组烟气脱硝系统烟道流场优化[J].热力发电,2018,47(06):50-56.