汽动引风机进出口烟道流场优化技术改造与应用

汽动引风机进出口烟道流场优化技术改造与应用

贾文飞、刘瑞卿、蔺旭森、宋杰、孟江华、梁宏印、王贵波

内蒙古京能康巴什热电有限公司 内蒙古 鄂尔多斯市 017010

摘 要：目前国内汽动引风机技术的应用还处在摸索阶段，汽动引风机的应用对于机组的影响还没有一套完整的归纳体系，对于汽动引风机应用所带来的问题还未能全面概括和总结。此次就某电厂汽动引风机在机组运行过程中，机组负荷超320MW时，汽动引风机本身存在的小汽轮机振动大的问题进行探讨，并对相关技术改造后所产生的问题的解决方案及所的效果进行总结归纳，希望能够互相交流学习。

Abstract:

关键词：汽动引风机；350MW超临界机组；烟道流场；引风机轴承振动；

Keywords:

1、概述

此次数据提供电厂为2*350MW超临界直流供热机组，每台锅炉配备2台汽动引风机，引风机采用变速离心式风机，由上海鼓风机厂有限公司生产。其中2号机组风机型号为1788AZ/1990引风机D=3542。引风机由小汽轮机驱动，小汽轮机由杭州汽轮机厂生产，型号为NK50/60。驱动汽轮机型式为单缸、单流程、凝汽式、自带水冷凝汽器汽轮机。引风机汽轮机转子与齿轮箱间、齿轮箱与引风机间用联轴器相联。冷却面积为1100m2的表面式凝汽器横向布置在汽轮机下方，刚性支撑在基墩上，凝汽器与汽轮机排汽口之间用排汽接管相连，排汽接管上有金属波形膨胀节以补偿排汽口与凝汽器的相对位移^[1]。

引风机汽轮机正常工作汽源采用四段抽汽，备用和启动用汽源采用辅助蒸汽或再热冷段蒸汽，引风机汽轮机的调试汽源来自辅助蒸汽系统。引风机汽轮机的新蒸汽为单侧进汽，新蒸汽管道从汽轮机右侧下方接至速关阀，新蒸汽进速关阀、高压调节汽阀进入汽轮机通流部分。每台引风机汽轮机各自配置1台凝汽器，引风机汽轮机排汽凝结水经凝结水泵升压后打入主汽轮机的热井中，引风机汽轮机的疏水排入引风机汽轮机凝汽系统中。引风机汽轮机设置独立的轴封系统，轴封汽来自主机轴封系统的封汽蒸汽经节流降压至0.101~0.108MPa后，由封汽管路导入前、后封体，少量蒸汽经前、后冒汽管排出，进入汽封冷却器。引风机汽轮机的控制采用电-液调节系统，功能是控制机组的转速（功率），使其在规定的范围内运行。调节器接收机组的转速信号及CCS系统的输出信号，实现对汽轮机转速的控制。

2. 引风机烟道流场优化前存在问题

为保证供电成本的有效控制完成降本增效的目标，该电厂2016年燃料供给结构发生变化，低热值煤、高硫煤、煤泥开始掺烧入厂。由于汽车煤入厂的不稳定性，造成了燃料配比的不均衡和发热量的下降，燃煤发热量的降低造成相同负荷下总煤量的大幅上涨，也就造成了锅炉烟气量的增加。同时，由于2017年05月2号机组经过污染物超低排放改造后，2号机组吸收塔出入口差压比1号机组吸收塔出入口差压大500Pa左右，2号机组两台引风机运行期间小汽轮机转速较高，不能满足机组运行需求。2019年05月A修期间上海鼓风机厂出具相关方案，将2号机组两台引风机转子叶片加长74mm并做防磨处理。改造后运行过程中，两台引风机驱动端、非驱动端轴承箱高转速工况下水平振动值达到10~12mm/s之间（转速5300~5700rpm较为明显）。期间对2号机组两台引风机转子分别进行了动平衡校验，发现动平衡相位变化偏差较大，无法利用动平衡的方式解决轴承箱水平振动大问题。并且引风机在高转速工况下，引风机吸入口烟道存在晃动现象。

2. 引风机振动大问题原因分析

经分析认为，烟气系统内部气流存在不稳定区域，是造成引风机轴承箱水平振动大和引风机进出口烟道晃动大主要原因。振动是由于烟道系统中气流的压力脉动与扰动引起的，在引风机系统内部产生了机械与声学的共振现象，使引风机壳体与烟道壁面出现了强烈的机械振动所引起的，引风机出、入口烟道内部设计不合理和引风机出口门距离引风机出口太近会直接导致烟气涡流加重且气流分布不均，是导致以上问题的主要原因^[2]，通过对不同负荷下除尘器出口和脱硫塔入口流场测试可得出引风机入口的不均匀系数在0.2以下，引风机出口的不均匀系数在0.2以上，取330MW负荷得到以下数据。

表1 330MW负荷工况除尘器出口流场分布测试结果

表2 脱硫塔入口流场分布测试结果

通过对机组330MW负荷下的数据不难看出，烟气的平均流速较低，不同测孔下的流速偏差较大，而造成烟气流场不稳定的原因主要有以下几个因素。

1）引风机进口上游较近处存在60°的弯头，使得在风机进口截面流场存在较大的不均匀性，烟气主流将偏向烟道下半部，会对引风机引起强烈的进口系统效应，同时，弯头还会引起叶轮进口的正向预旋，在相同流量下会降低引风机全压^[3]。

2）引风机机壳出口很近就设置风门，由于引风机机壳出口通流面积很小、平均流速很高，加之该处流速很不均匀，一方面该风门即使全开也会有较大阻力，也会引起引风机出口的系统效应^[4]。

3）引风机出口扩压段的扩张角偏大，扩张角达到了19°而一般情况下该扩张角角度不建议大于15°。（参见孙研主编机械工业出版社《通风机选型实用手册》P78和其他相关文献）。

2. 相关技术性改造

为保证上述问题得到解决，经过方案研究，决定进行相关的技术改造，主要的改造项目如下：

4.1引风机入口除尘器处烟道流场相关改造

为保证引风机进口段烟道流场得以更平稳，优化设计改造实施方案除尘器净烟气室后水平烟道90°弯头对流汇冲处设置新增一组导流板（新增导流板2），引导水平烟道两侧烟气汇流，同时不影响单风机运行时的烟气流动。烟气经水平烟道对流汇冲后进入竖直烟道，将竖直烟道上部与水平烟道的直角连接改为斜角连接，以引导烟气转向、提高烟气充满度。引风机进口竖直烟道上部增设一块长2200mm的隔板，实现烟气预先引导，避免汇流后烟气在竖直烟道内扭转^[5]。

4.2引风机出口段烟道流场优化设计改造

为保证引风机出口烟气流场的平稳性，此次技术改造将引风机出口风门向后移动3400mm，并且由原来的横向放置变为纵向放置，减小气流对风门的冲击作用，同时提高烟道内部气流速度纵向分布的均匀性。并将原结构的扩张段变为两段扩张，在两段扩张段之间布置出口风门，一次扩张段的扩张角由原来的19°变成15°左右。同时，对原结构引风机出口水平烟道转弯处中的原始导流板进行重新设计，将原结构的3块导流板增加至4块，并调整导流板的半径、弧度，以引导烟气转弯。

2. 技术改造后的试验结果

经过改造后该电厂对改造后不同负荷下的流场分布情况重新进行了测试，分别是175MW、270MW和350MW，通过实验可以得出数据引风机入口的不均匀系数在0.2以下，引风机出口的不均匀系数也降至0.2以下，下面取350MW负荷数据如下：

表3 改造后350MW负荷工况除尘器出口流场分布测试汇总结果

表4 改造后脱硫塔进口流场分布测试主要汇总结果

引风机在经过上述改造后，烟道的流场均匀性得到极大改善，经过投运后的验收情况如下。2号机组1号引风机小机转数在5496r/min时，引风机前、后轴承振速测点3最大为6.84mm/s和6.7mm/s，2号引风机小机转数在5500r/min时，引风机前、后轴承振速测点3最大为7.38mm/s和6.11mm/s。2号机组1号引风机小机转数在5800r/min时，引风机前、后轴承振速测点3最大为8.34mm/s和8.07mm/s，2号引风机小机转数在5800r/min时，引风机前、后轴承振速测点3最大为4.84mm/s和4.01mm/s，1号引风机前、后轴承振速测点3超出报警值，在规定值范围内，2号引风机运行参数良好，整体数据可以看到振动值均有大幅度的下降。

2. 结论与建议

1）改造前后的除尘器出口流场不均匀指数基本保持在0.2左右，流场分布趋势较一致。试验方认为在流场改造起始位置烟气分布较为一致的前提下比较系统改造前后的烟气流场改善情况较为合理。

2）三个工况的脱硫塔进口烟道水平截面流场分布不均匀系数在由改造前的0.20以上下降至0.20以下。同时截面深度方向（前后墙）的烟速偏差有所降低。相比改造前，烟道中心近B侧的烟速有所下降，烟道宽度方向中间区域高于两侧的对称分布状态。整体而言脱硫塔进口截面的流场均匀性有所改善。

3）三个工况的脱硫塔出口烟道水平截面流场分布不均匀系数在0.20以上。接近烟道上部及中间偏下区域的烟气流速较低，但高速区域每个负荷工况均不一致。试验方认为脱硫塔出口烟道的烟气流速均匀性较差，可能导致该段烟道阻力偏大，仍有降阻空间。

3）改造后，不同工况下（350MW、270MW、175MW负荷），两侧引风机进口烟气量分别为：A侧343.9/262.4/181.1m3/s，B侧347.1/257.5/182.8m3/s。两侧引风机有效功率分别为：A侧2347/1215/545kW，B侧2375/1210/546kW。日常运行期间，两侧引风机的工作状态无明显偏差。

4）由改造前风机工况点拟合曲线与改造后工况点对比可见，相同烟气量运行条件下，不同负荷的引风机全压升均有较大程度的下降，由此推测改造后的引风机能耗亦有所下降。

5）目前烟气系统的阻力降低主要是由于除尘器出口至脱硫塔出口段的阻力降低所致，结合现场实测数据与DCS参数可知，脱硫塔阻力降低为主要因素，引风机进出口烟道阻力降低为次要因素。

6）本次检修，脱硫塔降阻效果良好，350MW负荷工况下，阻力下降约800Pa。350MW负荷工况下，改造后引风机进出口烟道阻力相比改造前阻力降低300Pa以上（相同烟气量），达到本次数值模拟改造的预期效果。

7）不同负荷负荷工况（350MW、270MW、175MW）时，在相同引风机全压升、引风机进口烟气流量条件下，改造后的风机有效功率均低于改造前，偏差值分别为4.6%，3.7%，2.3%，该值可近似认为引风机改造后的效率提升（相比改造前效率）。

1参考文献：

^[?] 吴强.火电厂汽动引风机选型与调试优化[J].湖南电力.2017(S2)：80-83

2^[?] 张海涛.600MW机组静叶可调汽动引风机振动故障诊断与处理[J].电站系统工程.2019(04):55-57

3^[?] 姚虎冬.350MW超临界机组汽动引风机系统安装调试中存在的问题及处理[J].内蒙古电力技术. 2015(04):86-89

4^[?] 李海波.350MW超临界机组汽动引风机的运行[J].山东工业技术. 2014(21):25

5^[?] 姚远.火电机组汽动引风机改造控制策略研究[J].东北电力技术.2014(04):24-26