周俊强1 刘崇刚 2 向保录2
青岛华丰伟业电力科技工程有限公司，山东青岛 266100
Analysis and preventive measures of ID Fan blade fracture
of 627mw supercritical heavy oil boiler
Zhou Junqiang1 Liu Chonggang2 Xiang Baolu2
摘要：本文针对沙特延布三期引风机叶片断裂造成机组跳闸，设备损坏的实际案例，对引风机叶片断裂的危害及原因进行了具体的分析，并提出具有针对性的处理措施。
关键词：引风机叶片 断裂 分析 处理措施
Abstract: In this paper, In view of the actual case of unit trip and equipment damage caused by the ID Fan blade fracture of Saudi Arabia Yanbu III power plant, The damage and reason of ID Fan blade fracture are analyzed concretely, and the corresponding treatment measures are put forward.
Key words: ID Fan blade Fracture analyzed treatment
01引言
引风机是发电厂的主要辅助设备之一，它的安全稳定运行对电厂影响极大。引风机叶片裂纹给机组安全稳定运行带来隐患，断裂会造成引风机设备损坏，导致机组降负荷或者跳闸，是必须遏止的。
沙特延布三期引风机主要设计参数如表一所示
引风机铭牌参数
单位 参数
风机型号 SAF-28.2-17-1
动叶数量 片 17
动叶调整范围 ° -48°~+12°或-35°~+15°
Vmax m3/s 501.25
p kg/m3 0.8136
风机全压 Pa 10286
n min-1 1190
Pw Kw 5828
Pmot Kw 6200
工质温度 ℃ 145
质量流量max kg/s 407.817
表一：引风机主要设计参数
和国内引风机动调一般采用双级动调、转速745RPM相比，延布引风机特殊之处在于采用单级动调，风机转速在1190RPM，即为长叶片、高转速风机，烟道设计流速燃用重油时为18m/s，燃用天然气时为20 m/s。
二、引风机叶片裂纹、断裂情况分析
1、引风机动叶情况总体情况
沙特延布三期引风机叶片初期采用涂层的铸铝叶片，在35%BMCR供汽模式下运行三周左右会发生瞬间断裂；单台引风机运行一周就会发生断裂，断裂前引风机各运行参数均正常。大家一致认为叶片根部强度设计余量不足是断裂的根本原因，GE更换为强度更高的铸铁叶片，将叶片根部设计加强，铸铁叶片表面无涂层。
2、4A引风机叶片断裂过程
2020年8月28日，#4机组协调模式运行，锅炉负荷94.5%BMCR，发电负荷564MW，供汽负荷750t/h。11点26分#6、#7号高加因三通阀开状态消失退出运行，为维持机组负荷，锅炉燃油量由140t/h增加至149t/h，引风机A/B动叶开度自动增大，但4B引风机动叶开至87%时，发失速预报警，触发闭锁操作功能，切自动为手动，4A引风机动叶逐渐开至100%。12点12分，引风机A振动值瞬间由3.2mm/s升至最大量程（25mm/s）跳闸，首出：引风机振动大，锅炉因炉膛压力高跳闸。经检查后发现引风机A叶片断裂，见图一。引风机叶片断裂前运行约7500小时，跳闸前后风机主要运行参数曲线见图二。
.png)
三、引风机叶片断裂原因分析
1.引风机材质质量
引风机动叶断裂，引起各方高度重视，GE组织相关单位对动叶化学成份进行分析、力学性能测试和冲击性能测试，结果如下图三、图四、图五所示。
.png)
试验结果表明，风机动叶材质化学成份和机械性能均满足设计要求。EPC对其他引风机叶片进行无损检测，发现1B引风机动叶根部也存在裂纹，如图六所示。
.png)
图六：1B引风机叶片裂纹10um图片
从图六可以看出，叶片断口处可见疲劳辉纹，裂纹起源区、裂纹扩展区明显，在裂纹扩展区可见其宏观形貌为阶梯状，有明显的贝壳弧线，断口最后断裂区呈剪切唇，经分析认为引风机动叶存在疲劳振源。
2.引风机动叶疲劳振源分析
引风机厂家TLT专家团队在现场进行数据收集时发现，引风机动叶入口截面存在流速分布不均现象。为了探明真相，各方一致同意在引风机入口截面处增加测点，采集流速数据，如图七所示。数据表明，在85%BMCR负荷时，引风机动叶入口截面速度场分布极不均匀，最大处流速达到21-24m/s，超过燃用重油最大烟道设计流速18m/s，也超过燃用天然气烟道最大设计流速20m/s；两台引风机入口流场出奇一致。
.png)
图七：4A/4B引风机入口截面流场分布图
造成烟气流场偏差如此之大，主要原因如下：
1)引风机入口烟道设计不合理，入口导流板长度不够，导致从电除尘出口来的烟气在水平处发生强烈对冲，在引风机入口烟道内产生紊流，是引风机入口截面流场分布不均的主要原因之一。引风机入口烟道和导流板见图八、图九。
.png)
2)引风机设计型号为SAF-28.2-17-1，动叶调整范围为-48°~+12°或-35°~+15°，但实际到现场型号为SAF-28.2-24-1。厂家增加动叶数是为了增加引风机全压升出力，但显然就减小烟气流通面积，导致动叶入口截面流速有所升高。
3)延布三期锅炉燃用重油含硫达到4%，如果飞灰PH值过低，尾部烟道腐蚀严重。因此对飞灰PH值要求较高，五分钟飞灰PH值为3.5，六十分钟为3.7以上，游离酸小于1%。延布机组自投用以来，试用多家燃油添加剂，但大多数效果不是很理想。为了减少烟气对空预器下游烟道的腐蚀，将空预器排烟温度从设计的145℃提高至155-158℃运行，也会增大烟气体积流量，从而增大烟道流速。不过该增加是有限的，将排烟温度从158℃降至150℃运行，引风机电流仅变化2-3A。
4)目前空预器LCS（Leakage Control System）系统未调试完成，造成空预器漏风量增加，是引风机出力偏大另一个原因。
5)炉膛负压是通过引风机动叶开度来适应机组负荷变化。国内一般采用通过设置动叶偏置来控制平衡两侧风机电流，但延布却是保持动叶开度一致来调节，由于系统布置和风机特性差异，导致在85%BMCR以上负荷时两侧电流偏差达到20A。
6)该锅炉在75%以上负荷时，氧量设计为1.1%。但机组在80%BMCR负荷以上运行时，GE多方调整，仍然无法控制烟气中CO＜100mg/l，被迫把氧量提高至1.75-2.0%。
四、结论及建议
1.无论是4A引风机动叶在高负荷断裂，还是1B引风机动叶长期在低负荷运行根部存在裂纹，都说明引风机入口处局部气流分布严重不均，引风机叶片通过该区域发生振动，这是造成叶片长期疲劳断裂的根本原因，是共性问题。至于4A引风机动叶在高负荷发生断裂，只是加快这一进程。4 A/4B引风机断裂前工作点如图10所示。4A引风机在94.5%BMCR时，工作点已经接近或者超过TB点，长期运行造成叶片根部产生了疲劳裂纹，此时叶片对轮毂产生了离心力超出叶片的疲劳应力时，叶片瞬时撕裂。
.png)
图示10：引风机特性曲线
2.图10还表明，高负荷时引风机工作点靠近设计TB点，侧面说明引风机设计出力偏小，或者说机组运行方式还存在诸多问题，导致烟气流量超设计值。目前从实测引风机出口流量来看，后者情况可能性较小。
为了保证设备安全稳定运行，对运行维护要求如下：
1) 严格限制机组负荷，在厂家未给出明确答复前，应控制机组负荷在92%BMCR，或者动叶开度＜85%，或者引风机电流＜235A运行。
2) 加强对引风机电流监视，发现两侧风机电流偏差＞10A时，立即设置动叶偏置进行调整，防止出现抢风现象造成风机进入失速区运行。
3) 每天定期进行引风机动叶活动试验一次，防止叶片卡涩。
4) 风机停运时打开人孔检查所有叶片开度是否一致，条件允许时运行每天进行一次动叶全开全关工作。
同时根据现场引风机实际情况，建议开展立即如下工作：
1)立即进行电除尘出口水平汇流处和引风机竖直入口烟道烟气流速测量，如果真存在流速不均，需要联系EA重新进行CFD试验，设计改进水平烟道汇流处导流板尺寸和位置。
2)要求TLT给出引风机换型的根本原因。必要时邀请第三方做引风机最大出力和性能试验，验证其是否满足设计要求。
3)要求GE立即开展燃烧调整试验，使其主要参数满足设计要求。
4)风烟系统其他相关系统尽快完成调试，如空预器LCS等，达到设计要求。
5)通过风机动叶开度一致来调节炉膛负压，明显有别于常规的控制策略应慎重，必要时进行修改。
目前，运行通过采取以上解决方案，各机组引风机运行基本正常，对以后类似问题的分析处理也具有一定的参考价值。但必须注意的是，如果进行烟道优化，解决风机动叶入口截面流速不均问题后，如果引风机出力仍达不到设计值，就不得不再次进行换型。
参考文献
沙特延布三期引风机运行维护手册
【作者简介】
姓名：周俊强 工作单位：青岛华丰伟业电力科技工程有限公司 职务：技经部经理