姚鳴，徐頌梅

(江蘇省電力科學(xué)研究院有限公司，江蘇南京210036)

摘  要：分析了影響鍋爐一次風(fēng)機(jī)及風(fēng)道系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的主要原因，并提出了相應(yīng)的解決方案。確認(rèn)一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行電耗偏高的主要原因是風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行效率較低及風(fēng)機(jī)選型裕量偏大，風(fēng)道系統(tǒng)振動(dòng)的主要原因是風(fēng)機(jī)葉片入口氣流發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速和風(fēng)機(jī)入口集流器內(nèi)部存在中心誘導(dǎo)渦流所致。預(yù)計(jì)解決方案實(shí)施后，鍋爐風(fēng)道振動(dòng)幅值和風(fēng)機(jī)運(yùn)行電流將顯著下降，制粉系統(tǒng)通風(fēng)電耗也將隨之下降，節(jié)電效益相當(dāng)可觀。

關(guān)鍵詞：風(fēng)機(jī)；風(fēng)道系統(tǒng)；安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

中圖分類號(hào)：TK223.26文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1001—9529(2003)08—0054—03

蘇州工業(yè)園區(qū)華能發(fā)電有限公司2號(hào)爐是上海鍋爐廠設(shè)計(jì)制造的SG一1025/18.3-M845型亞臨界強(qiáng)制循環(huán)燃煤鍋爐，配用5套HP一843型中速磨冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)。一次風(fēng)機(jī)采用沈陽鼓風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)的G9—2×36No.14.5F型雙吸人雙支承離心式風(fēng)機(jī)，設(shè)計(jì)風(fēng)量為71.72m²/s，風(fēng)壓為12527Pa，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為1490r/min，風(fēng)機(jī)出力采用人口百葉窗進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2號(hào)爐自投產(chǎn)后，一次風(fēng)道系統(tǒng)就一直存在著劇烈振動(dòng)現(xiàn)象，長(zhǎng)期強(qiáng)烈振動(dòng)導(dǎo)致風(fēng)道多處撕裂，同時(shí)由于一次風(fēng)機(jī)出力裕量偏大，在機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行工況下，風(fēng)機(jī)人口風(fēng)門開度僅為30～40，造成風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行效率較低，導(dǎo)致制粉系統(tǒng)通風(fēng)電耗偏高(約為20kW·h/t)。

1.風(fēng)機(jī)運(yùn)行特性與風(fēng)道振動(dòng)特性試驗(yàn)

為進(jìn)一步了解風(fēng)道系統(tǒng)振動(dòng)的具體原因和風(fēng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行特性，提高風(fēng)機(jī)及風(fēng)道系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平，進(jìn)行了風(fēng)機(jī)熱態(tài)特性試驗(yàn)和風(fēng)道系統(tǒng)的振動(dòng)特性測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表1～表2

2.試驗(yàn)結(jié)果分析與評(píng)價(jià)

2.1一次風(fēng)機(jī)熱態(tài)特性試驗(yàn)

(1)在風(fēng)機(jī)量大出力運(yùn)行工況下，實(shí)測(cè)A、B一次風(fēng)機(jī)風(fēng)量分別為28.61×10⁴m³/h和20.99×10⁴m³/h，平均風(fēng)量為24.80×10⁴m³/h（68 .89m³/s）；實(shí)測(cè)風(fēng)機(jī)全壓分別為10715Pa和11431Pa，平均全壓為11073Pa，風(fēng)量與全壓的實(shí)測(cè)值基本接近風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)值。

(2)在風(fēng)機(jī)最大出力運(yùn)行工況下，實(shí)測(cè)A、B一次風(fēng)機(jī)全壓效率分別為70.88和58.75%，平均全壓效率為64.82，尚未達(dá)到風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)效率(81)。

(3)在風(fēng)機(jī)正常出力運(yùn)行工況下，實(shí)測(cè)A、B一次風(fēng)機(jī)風(fēng)量分別為6.91×10⁴m³/h和11.82×10⁴m³/h，平均風(fēng)量為9.37×10⁴m³/h(26.03m³/s)；實(shí)測(cè)風(fēng)機(jī)全壓分別為9825Pa和9873Pa，平均全壓為9849Pa。在該工況下，風(fēng)機(jī)實(shí)測(cè)總風(fēng)量為228.2t/h，磨煤機(jī)入口總風(fēng)量(表計(jì))的平均值為236.02t/h，兩者數(shù)據(jù)基本相符。

(4)在風(fēng)機(jī)正常出力運(yùn)行工況下，實(shí)測(cè)A、B一次風(fēng)機(jī)全壓效率分別為23.16和45.78，平均全壓效率僅為34.47%，風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行效率較低是導(dǎo)致制粉系統(tǒng)通風(fēng)電耗偏高的主要原因。

(5)由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，一次風(fēng)機(jī)出力裕量偏大。在機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行工況下，一次風(fēng)機(jī)入口

百葉窗風(fēng)門開度僅為30和38，風(fēng)機(jī)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性較差。同時(shí)，風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期在低負(fù)荷工況下運(yùn)行也

會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)內(nèi)部氣流脈動(dòng)增加，使風(fēng)機(jī)葉片長(zhǎng)期經(jīng)受氣流交變應(yīng)力的作用，影響到風(fēng)機(jī)運(yùn)行的安

全性。

(6)建議對(duì)風(fēng)機(jī)葉片直徑進(jìn)行切割處理，消除風(fēng)機(jī)過大的富裕量，以降低制粉系統(tǒng)的通風(fēng)電耗，提高風(fēng)機(jī)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。依據(jù)機(jī)組的運(yùn)行情況，在機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行工況下(4臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行)，磨煤機(jī)入口總風(fēng)量約為236.02t/h，取為250t/h?？紤]到鍋爐燃用煤質(zhì)變化等原因，若5臺(tái)磨煤機(jī)同時(shí)運(yùn)行，則約需一次總風(fēng)量為312.5t/h，假定空預(yù)器一次風(fēng)漏風(fēng)率為30%，一次風(fēng)機(jī)裕量?jī)?chǔ)備系數(shù)為1.2，磨煤機(jī)進(jìn)口冷/熱風(fēng)分配份額為30%/70%，則所需一次總風(fēng)量約為487.5t/h，單臺(tái)一次風(fēng)機(jī)所需風(fēng)量為243.75t/h。風(fēng)機(jī)最大平均試驗(yàn)出力為299.43t/h，當(dāng)一次風(fēng)機(jī)最大出力降至243.75t/h時(shí)，約需切割風(fēng)機(jī)葉片直徑165mm(半徑方向?yàn)?st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="82.5" UnitName="mm">82.5mm)，切割百分比為11.38。葉片直徑切割前/后風(fēng)機(jī)特性參數(shù)計(jì)算見表3。

葉片直徑切割后，在入口風(fēng)門100%開度下，風(fēng)機(jī)運(yùn)行電流下降35A；在機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行工況下，風(fēng)機(jī)運(yùn)行電流下降約17A。當(dāng)5臺(tái)磨煤機(jī)同時(shí)運(yùn)行時(shí)，每臺(tái)磨煤機(jī)可分配的最大通風(fēng)量可達(dá)75t/h，大于磨煤機(jī)最大通風(fēng)量的設(shè)計(jì)值(68.1t/h)；此時(shí)一次風(fēng)管的計(jì)算風(fēng)速為27.37m/s，完全滿足一次風(fēng)管設(shè)計(jì)風(fēng)速24.5m/s的要求，風(fēng)管風(fēng)速的裕量系數(shù)為1.117。

2.2 鍋爐風(fēng)道系統(tǒng)振動(dòng)特性試驗(yàn)

2.2.1 依據(jù)風(fēng)道系統(tǒng)振動(dòng)特性試驗(yàn)的結(jié)果，得出一次風(fēng)道振動(dòng)特點(diǎn)

(1)振動(dòng)發(fā)生部位為風(fēng)機(jī)出口擴(kuò)壓管段及整個(gè)出口風(fēng)道，振動(dòng)最大部位為風(fēng)機(jī)出口擴(kuò)壓管段上部5號(hào)測(cè)點(diǎn)處，最大振動(dòng)幅值在2500цm以上。

(2)風(fēng)道振動(dòng)狀況與風(fēng)機(jī)入口風(fēng)門的開度有關(guān)，當(dāng)風(fēng)機(jī)入口風(fēng)門開度<3O時(shí)，風(fēng)道振動(dòng)劇烈；開度>309/5時(shí)，風(fēng)道振動(dòng)幅值明顯下降。

(3)風(fēng)道管壁的主要振動(dòng)頻率為17Hz及其三倍頻51Hz，同時(shí)也存在62Hz頻率的振動(dòng)。

2.2.2風(fēng)道系統(tǒng)振動(dòng)原因

根據(jù)振動(dòng)特性試驗(yàn)結(jié)果，認(rèn)為鍋爐風(fēng)道的振動(dòng)主要是由于風(fēng)機(jī)葉片入口氣流發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速引起的，同時(shí)風(fēng)機(jī)入口集流器內(nèi)部存在中心誘導(dǎo)渦流也是引發(fā)風(fēng)道系統(tǒng)振動(dòng)的一個(gè)重要原因。

(1)旋轉(zhuǎn)失速所引起的鍋爐風(fēng)道振動(dòng)主要發(fā)生在采用入口百葉窗調(diào)節(jié)的風(fēng)機(jī)上，振動(dòng)部位通常在風(fēng)機(jī)進(jìn)口風(fēng)箱和出口風(fēng)道上。當(dāng)風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)擋板開度在0～30時(shí)，風(fēng)道振動(dòng)劇烈；擋板開度超過3O9/5時(shí)，風(fēng)道振動(dòng)恢復(fù)正常值。振動(dòng)產(chǎn)生的壓力波脈動(dòng)頻率為風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速頻率的2/3或2/3的整數(shù)倍。

試驗(yàn)實(shí)測(cè)一次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1496r/min，其工頻為24.933Hz，2/3倍工頻為16.622Hz，與試驗(yàn)振動(dòng)主頻率17Hz及其三倍頻51Hz基本相符。

(2)風(fēng)機(jī)入口集流器內(nèi)部存在中心誘導(dǎo)渦流所引發(fā)的鍋爐風(fēng)道振動(dòng)主要發(fā)生于采用進(jìn)口風(fēng)門調(diào)節(jié)的大型風(fēng)機(jī)上，振動(dòng)部位為風(fēng)機(jī)機(jī)殼及其出口管道。振動(dòng)現(xiàn)象僅發(fā)生于風(fēng)機(jī)中等負(fù)荷的情況下，即風(fēng)機(jī)入口風(fēng)門開度一般為3O～7O時(shí)發(fā)生，其中開度為5O時(shí)振動(dòng)最大，開度<3O或>7O時(shí)，振動(dòng)明顯減弱，振動(dòng)產(chǎn)生的壓力波脈動(dòng)頻率為風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速頻率的2.5倍。

試驗(yàn)實(shí)測(cè)一次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1496r/min，其二倍半頻率為62.333Hz，與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的氣流脈動(dòng)頻率62Hz相吻合。

2.2.3消除振動(dòng)的技術(shù)措施

(1)在鍋爐啟動(dòng)初期，盡快開大風(fēng)機(jī)入口百葉窗擋板的開度，使風(fēng)機(jī)迅速超越失速區(qū)或低流量區(qū)域。如果風(fēng)機(jī)不可避免地在低流量工況下運(yùn)行時(shí)，可采用風(fēng)機(jī)出口擋板進(jìn)行調(diào)節(jié)。

(2)將風(fēng)機(jī)入口百葉窗調(diào)節(jié)方式改為傘型導(dǎo)流器(或軸向?qū)Я髌?調(diào)節(jié)方式，并在風(fēng)機(jī)入口集流器內(nèi)部加裝葉片整流器。

(3)將風(fēng)機(jī)入口百葉窗調(diào)節(jié)方式改為變速調(diào)節(jié)方式，并在風(fēng)機(jī)入口集流器內(nèi)部加裝葉片整流器。

(4)對(duì)風(fēng)機(jī)葉輪進(jìn)行技術(shù)改造，選用失速區(qū)域較小的風(fēng)機(jī)葉輪。

3 幾點(diǎn)建議

(1)2號(hào)爐一次風(fēng)機(jī)出力裕量偏大，風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期在低負(fù)荷工況下運(yùn)行不但經(jīng)濟(jì)性較差，同時(shí)也會(huì)使風(fēng)機(jī)內(nèi)部氣流脈動(dòng)增加，從而影響到風(fēng)機(jī)運(yùn)行的安全性。建議對(duì)一次風(fēng)機(jī)葉片直徑進(jìn)行切割處理，經(jīng)計(jì)算約需切割風(fēng)機(jī)葉片直徑165mm。風(fēng)機(jī)葉片直徑切割后，在機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行工況下，風(fēng)機(jī)運(yùn)行電流約下降17A，風(fēng)機(jī)全壓效率約提高25，制粉系統(tǒng)通風(fēng)電耗將由20kW·h/t下降至16kw·h/t。若以機(jī)組年平均運(yùn)行7000h，電費(fèi)0.30元/(kw·h)計(jì)算，每臺(tái)風(fēng)機(jī)年平均節(jié)電107.48×10⁴kW·h，兩臺(tái)風(fēng)機(jī)年平均節(jié)電效益為64.49萬元。

在進(jìn)行風(fēng)機(jī)葉片直徑切割時(shí)，應(yīng)特別注意保證葉片出口安裝角不變，只切割風(fēng)機(jī)葉片，保留風(fēng)機(jī)葉輪前盤和中盤，以加強(qiáng)前/中盤對(duì)風(fēng)機(jī)葉片出口氣流的引導(dǎo)作用。

(2)風(fēng)機(jī)葉片入口氣流旋轉(zhuǎn)失速和風(fēng)機(jī)入口集流器內(nèi)部存在的中心誘導(dǎo)渦流是引發(fā)鍋爐風(fēng)道振動(dòng)的主要原因，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況采取改變風(fēng)機(jī)出力調(diào)節(jié)方式、在風(fēng)機(jī)入口集流器內(nèi)部加裝葉片整流器或?qū)︼L(fēng)機(jī)葉輪進(jìn)行技術(shù)改造等措施。

(3)風(fēng)機(jī)葉片入口氣流旋轉(zhuǎn)失速，不僅使葉片的空氣動(dòng)力性能發(fā)生惡化，同時(shí)還會(huì)使風(fēng)機(jī)各葉片受到循環(huán)交變應(yīng)力的作用，極易發(fā)生葉片疲勞損壞，造成飛車事故，因此風(fēng)機(jī)不允許在失速工況下長(zhǎng)期運(yùn)行。

(4)風(fēng)機(jī)入口集流器是風(fēng)機(jī)設(shè)備的一個(gè)重要組成部分，集流器的空氣動(dòng)力狀況直接關(guān)系到風(fēng)機(jī)葉輪入口處的速度場(chǎng)分布，集流器本身的流動(dòng)阻力損失更是直接影響到風(fēng)機(jī)的有效壓頭。因此，集流器工作情況的好壞直接關(guān)系到風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀況，對(duì)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性有較大的影響。

(5)加裝葉片整流器是消除風(fēng)機(jī)入口集流器內(nèi)部中心誘導(dǎo)渦流的一個(gè)行之有效的方法，不僅可以徹底消除由于風(fēng)機(jī)入口集流器內(nèi)部存在的中心誘導(dǎo)渦流所引發(fā)的鍋爐風(fēng)道振動(dòng)，而且還可以改善風(fēng)機(jī)葉輪的進(jìn)氣條件，降低氣體在集流器內(nèi)部的流動(dòng)阻力損失，并使風(fēng)機(jī)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性得到

進(jìn)一步提高。

(6)目前國(guó)內(nèi)有許多風(fēng)機(jī)由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的原因，風(fēng)機(jī)入口集流器內(nèi)部存在較大的渦流區(qū)，雖然該渦流脈動(dòng)未引起鍋爐風(fēng)道的振動(dòng)，但對(duì)風(fēng)機(jī)設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行影響較大，因此對(duì)人口風(fēng)門調(diào)節(jié)的離心風(fēng)機(jī)也可以采用加裝葉片整流器的方法來改善風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀況，提高風(fēng)機(jī)整體的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。

參考文獻(xiàn)：

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[2]楊佐林.鍋爐附屬設(shè)備啟動(dòng)調(diào)試EM].北京：水利電力出版社，1990.

作者簡(jiǎn)介：姚鳴(1969一)，男，高級(jí)工程師，從事電站鍋爐輛機(jī)的節(jié)能技術(shù)研究及設(shè)備改造工作。