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影響電站軸流風(fēng)機(jī)可靠性的幾個(gè)因素及防范對策
摘 要 說明了電站風(fēng)機(jī)可靠性的概念及影響因素，提出了在設(shè)計(jì)和運(yùn)行中提高軸流風(fēng)機(jī)可靠性的對策。要提高軸流風(fēng)機(jī)可靠性，在選型、設(shè)計(jì)、運(yùn)行、調(diào)整與維護(hù)方面都要做好一定的措施。 風(fēng)機(jī)是火力發(fā)電廠中的關(guān)鍵輔機(jī)，軸流風(fēng)機(jī)因效率高和能耗低而被廣泛采用。在實(shí)際運(yùn)行中，不少電廠因軸流風(fēng)機(jī)特別是動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)的可靠性差，頻頻發(fā)生故障，導(dǎo)致電廠非計(jì)劃停機(jī)或減負(fù)荷，影響了機(jī)組發(fā)電量。近幾年來，廣東地區(qū)的幾家電廠如珠江電廠4×300 MW、南海電廠2×200 MW、恒運(yùn)C廠1×210 MW均發(fā)生過動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)斷葉片事故，也有在同一電廠反復(fù)多次發(fā)生，嚴(yán)重影響機(jī)組安全滿發(fā)。因此，從根本上解決這些問題，提高大型火電廠軸流風(fēng)機(jī)運(yùn)行的可靠性顯得十分必要和迫切。
1 電站風(fēng)機(jī)可靠性概念
電站風(fēng)機(jī)可靠性統(tǒng)計(jì)的狀態(tài)劃分如下：
送引風(fēng)機(jī)運(yùn)行可靠性可用以下兩個(gè)重要參數(shù)說明。
式中 tSH——運(yùn)行小時(shí)數(shù)，指風(fēng)機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)的小時(shí)數(shù)；
tUOH——非計(jì)劃停運(yùn)小時(shí)數(shù)，指風(fēng)機(jī)處于非計(jì)劃停運(yùn)狀態(tài)的小時(shí)數(shù)，亦稱事故停運(yùn)小時(shí)數(shù)。
90年代以前，我國大型電站(125 MW及以上)鍋爐風(fēng)機(jī)引起的非計(jì)劃停機(jī)和非計(jì)劃降負(fù)荷較頻繁，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在125 MW、200 MW、300 MW及600 MW機(jī)組中，按電廠損失的等效停運(yùn)小時(shí)算，送、引風(fēng)機(jī)均排在影響因素的前10位，與發(fā)達(dá)國家的差距較大。
90年代以后，我國幾個(gè)主要電站風(fēng)機(jī)制造廠設(shè)備質(zhì)量提高較快，針對我國電廠的實(shí)際情況，引進(jìn)外國先進(jìn)技術(shù)，使電站風(fēng)機(jī)特別是動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)的可靠性不斷地得到提高。例如：1997年某鼓風(fēng)機(jī)廠對其利用引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的、在15套300 MW火電機(jī)組中使用的28臺動(dòng)葉可調(diào)軸流式送風(fēng)機(jī)和24臺動(dòng)葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)進(jìn)行可靠性分析，發(fā)現(xiàn)其運(yùn)行率已達(dá)99%。其他廠家的產(chǎn)品的可靠性也有較大的提高。
2 影響軸流風(fēng)機(jī)可靠性的因素
2.1 電站風(fēng)機(jī)事故分類
第1類事故：風(fēng)機(jī)故障引起火電機(jī)組退出運(yùn)行。
第2類事故：風(fēng)機(jī)故障只引起火電機(jī)組出力降低，還沒有造成火電機(jī)組退出運(yùn)行，或送、引風(fēng)機(jī)僅有某一臺退出運(yùn)行。
第3類事故：風(fēng)機(jī)損壞不嚴(yán)重，不需要送、引風(fēng)機(jī)退出運(yùn)行進(jìn)行維修。
第1、2類事故直接影響風(fēng)機(jī)運(yùn)行可靠性，第3類則是潛在的影響因素。
2.2 軸流風(fēng)機(jī)主要故障
a)轉(zhuǎn)子故障。如轉(zhuǎn)子不平衡、轉(zhuǎn)子振動(dòng)等，最嚴(yán)重的甚至發(fā)生葉輪飛車事故。
b)葉片產(chǎn)生裂紋或斷裂。在送、引風(fēng)機(jī)上均有可能發(fā)生，近幾年在多個(gè)大型電廠已發(fā)生多宗。
c)葉片磨損。主要是發(fā)生在引風(fēng)機(jī)上。由于電除塵器投入時(shí)機(jī)掌握不好或電除塵器故障，造成引風(fēng)機(jī)磨損。這是燃煤電站引風(fēng)機(jī)最容易發(fā)生的故障。
d)軸承損壞。
e)電機(jī)故障。如過電流等，嚴(yán)重時(shí)燒壞電機(jī)。
f)油站漏油，調(diào)節(jié)油壓不穩(wěn)定。既影響風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)性能也威脅風(fēng)機(jī)的安全。
2.3 軸流風(fēng)機(jī)發(fā)生故障的原因
2.3.1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造方面
a)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，強(qiáng)度設(shè)計(jì)中未充分考慮動(dòng)荷載。
b)氣動(dòng)設(shè)計(jì)不完善。對氣動(dòng)特性、膨脹不明。
c)葉片強(qiáng)度安全系數(shù)不夠，葉片材質(zhì)差。
d)葉片鑄造質(zhì)量差。
e)焊接、裝配質(zhì)量差。如葉片螺栓脫落打壞葉片等。
f)控制油站質(zhì)量差。
g)監(jiān)測、保護(hù)附件失靈。
2.3.2 運(yùn)行、檢修方面
a)軸流風(fēng)機(jī)長期在失速條件下工作，氣流壓力脈動(dòng)幅值顯著增加，葉片共振受損。
b)不按風(fēng)機(jī)特性要求進(jìn)行啟動(dòng)并車，風(fēng)機(jī)工況與系統(tǒng)特性不匹配。
c)不投電除塵或電除塵效率低導(dǎo)致風(fēng)機(jī)入口含塵濃度高。
d)兩臺風(fēng)機(jī)并列運(yùn)行時(shí)，兩者工作點(diǎn)差異較大。
e)軸流風(fēng)機(jī)喘振保護(hù)失靈。
f)無定期檢修或檢修不良。
2.3.3 安裝方面
a)軸系不平衡或聯(lián)接不好，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)振動(dòng)大、軸承、聯(lián)軸器易損壞。
b)執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝誤差大，就地指示值與控制室反饋值不一致，導(dǎo)致操作不準(zhǔn)確。
2.3.4 風(fēng)機(jī)選型與系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面
風(fēng)機(jī)選型不當(dāng)造成風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行點(diǎn)在不穩(wěn)定氣流區(qū)或接近甚至進(jìn)入失速區(qū)，以及風(fēng)機(jī)管路系統(tǒng)特性不合理，均可造成風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子有關(guān)部件的疲勞與損壞。
3 提高軸流風(fēng)機(jī)可靠性的措施
3.1 選型
電站鍋爐風(fēng)機(jī)的型式一般有離心式、靜葉可調(diào)軸流和動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)，應(yīng)根據(jù)具體使用場合，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定風(fēng)機(jī)型式。3種風(fēng)機(jī)的比較見表1。
表1 3種風(fēng)機(jī)的比較
選擇軸流風(fēng)機(jī)時(shí)，設(shè)計(jì)點(diǎn)應(yīng)落在效率最高、并在此基礎(chǔ)上動(dòng)葉角度再開大10°～15°的曲線上，這樣，即使機(jī)組在低于額定工況下運(yùn)行，風(fēng)機(jī)仍可在最高效率區(qū)內(nèi)運(yùn)行。
對于燃煤鍋爐，由于動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)圓周速度高，考慮到磨損問題，宜采用中速，不宜選用過高轉(zhuǎn)速。
3.2 并聯(lián)設(shè)計(jì)與運(yùn)行
在選擇動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)的參數(shù)時(shí)，除了按有關(guān)規(guī)程規(guī)定給出裕度外，還要依據(jù)電廠實(shí)際情況，不僅考慮最大保證工況點(diǎn)(TB)、MCR工況、100%負(fù)荷工況，還要考慮點(diǎn)火工況以及風(fēng)機(jī)安全并車工況。后兩種工況往往被人忽視而給風(fēng)機(jī)的調(diào)試與運(yùn)行帶來困難。故應(yīng)特別注意動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)的并聯(lián)設(shè)計(jì)與運(yùn)行。
兩臺風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行在C點(diǎn)，但每臺風(fēng)機(jī)運(yùn)行在各自特性曲線的A點(diǎn)上。當(dāng)?shù)?臺風(fēng)機(jī)保持同樣葉片角度運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行點(diǎn)將移到B點(diǎn)，第2臺風(fēng)機(jī)要啟動(dòng)并入時(shí)，關(guān)閉出口門啟動(dòng)，葉片角度調(diào)至最小。打開隔離門后，第2臺風(fēng)機(jī)將在D點(diǎn)運(yùn)行，逐漸開大其角度，并調(diào)小第1臺風(fēng)機(jī)角度，它們的運(yùn)行點(diǎn)將分別沿DE和BE線移動(dòng)，到達(dá)E點(diǎn)時(shí)兩臺風(fēng)機(jī)并聯(lián)，再同時(shí)調(diào)節(jié)兩臺風(fēng)機(jī)到所需的參數(shù)。
可以看出，當(dāng)?shù)?臺風(fēng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)壓力高于第2臺風(fēng)機(jī)失速線的最低點(diǎn)S的壓力時(shí)，第2臺風(fēng)機(jī)啟動(dòng)將發(fā)生喘振，這時(shí)需降低第1臺風(fēng)機(jī)出力，使B點(diǎn)位于S點(diǎn)之下再啟動(dòng)第2臺風(fēng)機(jī)。
3.3 其他設(shè)計(jì)措施
如果可以降低風(fēng)機(jī)負(fù)荷，總是可以并車的，如燃油鍋爐。但對于某些燃煤鍋爐，例如中速直吹式制粉系統(tǒng)的冷一次風(fēng)機(jī)，由于其制粉系統(tǒng)必須有一個(gè)最低的干燥出力要求和送粉壓頭，在風(fēng)機(jī)出力下降受到限制的情況下，有兩個(gè)方法解決并聯(lián)運(yùn)行問題。一是選擇風(fēng)機(jī)時(shí)計(jì)算好單臺風(fēng)機(jī)按要求工況運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)阻力，使S點(diǎn)高于該阻力線，這意味著設(shè)計(jì)點(diǎn)位于特性曲線更下端，以致壓頭較高風(fēng)機(jī)效率較低。二是可以在軸流風(fēng)機(jī)風(fēng)道上加一個(gè)旁路再循環(huán)門，啟動(dòng)該風(fēng)機(jī)時(shí)，先關(guān)閉出口門，打開循環(huán)門。待第2臺風(fēng)機(jī)越過失速線后打開出口門，關(guān)閉循環(huán)門，這樣做的缺點(diǎn)是增加了初投資，增加了送風(fēng)倒回泄漏的可能性。
在設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)進(jìn)出口連接管道時(shí)，要力求避免產(chǎn)生渦流的可能性，某些轉(zhuǎn)彎處還應(yīng)采取加裝導(dǎo)流板的措施。
3.4 調(diào)整與維護(hù)
a)必須確保動(dòng)葉實(shí)際角度與就地指示值及與控制室反饋值相一致。若誤差大，運(yùn)行人員便難以判斷動(dòng)葉真實(shí)角度，從而影響運(yùn)行工況。嚴(yán)重時(shí)，風(fēng)機(jī)因長時(shí)間處于失速邊緣或失速區(qū)內(nèi)運(yùn)行而導(dǎo)致斷葉片事故的發(fā)生。
b)對于燃煤電站，不能讓引風(fēng)機(jī)長期在超標(biāo)煙塵中受磨。解決軸流風(fēng)機(jī)磨損問題的關(guān)鍵是降低風(fēng)機(jī)入口含塵濃度和灰粒尺寸。為此，應(yīng)加強(qiáng)清灰等工作。
c)加強(qiáng)對電除塵器的管理，確保電除塵器運(yùn)行正常，減少煙塵對引風(fēng)機(jī)葉片的磨損。
d)確保風(fēng)機(jī)喘振保護(hù)正常投入。
4 結(jié)束語
軸流風(fēng)機(jī)特別是動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)現(xiàn)在及將來在火力發(fā)電廠中都被廣泛使用，其運(yùn)行可靠性對電廠按計(jì)劃穩(wěn)發(fā)滿發(fā)至關(guān)重要。我國電站風(fēng)機(jī)可靠性與先進(jìn)國家差距正在縮小。要提高風(fēng)機(jī)運(yùn)行可靠性，除了須提高風(fēng)機(jī)本身設(shè)計(jì)、制造質(zhì)量外，設(shè)計(jì)選型、運(yùn)行及維護(hù)方式也至關(guān)重要。
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