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【摘要】脱硫系统氧化风机运行中因电机轴瓦损坏继而温度升高而跳闸，通过对风机运行工况与轴瓦损坏表象以及风机设计结构的进一步分析研究，确定轴瓦损坏原因是风机因实行经济运行方式，传动轴受热膨胀所造成。及时采取并改进氧化风机传动轴护套密封等技术改造措施，最终解决了上述问题。
【关键词】氧化风机电机轴瓦损坏、跳闸；氧化风机经济运行；改进措施
大连D发电公司2×300MW机组采用用湿式石灰石—石膏湿法、一炉一塔脱硫装置。每套脱硫装置的烟气处理能力为一台锅炉100%BMCR工况时的烟气量，石灰石浆液制备和石膏脱水为两炉公用。本项目设计煤种含硫量0.68%，吸收塔设置三层喷淋层，预留一层喷淋层位置，保证含硫量为0.43%时，脱硫率>=96.5%；燃煤含硫量为0.68%时，脱硫率>=95%，燃煤含硫量为1.0%时，脱硫率>=92%。2013年11月7日22时55分，1号塔脱硫氧化风机风机因驱动侧轴承温度高致使保护动作而跳闸。根据风机跳闸前的运行方式和电机轴瓦的损坏情况进行了深入细致分析，最终找出了风机电机轴瓦损坏、跳闸原因并对风机进行了预防性改进措施，后经运行检验结果证明达到预期效果。
1、现象及处理经过
氧化风机因轴瓦温度升高而跳闸后，现场就地检查发现风机轴瓦润滑油系统运行正常，但风机联轴器和电机轴承箱上有大量的浮尘，说明运行期间由护轴套管处向机壳外部有热烟气泄露（见图1）。通过对氧化风机电机驱动端轴瓦进行解体发现：轴瓦润滑油室内有乌金碎屑；上下轴瓦在与转轴的接触面处有明显的磨损，轴瓦的磨损面靠近联轴器侧较重，以渐弱的趋势向电机侧发展，靠近电机侧的轴瓦面有少部分未被磨损；轴瓦的导油槽因磨损严重而消失，轴瓦两端支撑位置处有熔化的金属堆积，具体情况详见图2。经现场确认评估，氧化风机电机驱动端轴瓦仍然有使用价值。为此，将轴瓦刮磨处理使其达到标准，并重新加工了导油槽，回装就位，启动氧化风机，经红外热成像仪和测振仪的对其温度及振动进行跟踪监测，各项数据全部正常。
2、轴瓦损坏原因分析
2.1氧化风机技术规范
脱硫系统氧化风机由一个类似椭圆形的机壳与两块墙板包容成一个气缸（机壳上有出气口和进气口），一对彼此相互“啮合”（因为有间隙，实际并不接触）的叶轮，通过定时齿轮传动以等速反向旋转，借助两叶轮的“啮合”，使进气口与出气口相互隔开，在旋转过程中无内压缩的将气缸内的气体从进气口推移到出气口，两叶轮之间，叶轮与墙板之间及叶轮与机壳之间，均保持一定的间隙，以保证鼓风机的正常运转，如果间隙过大，则被压缩的气体通过间隙的回流量增加，影响鼓风机的效率；如果间隙过小，由于热膨胀可能导致叶轮与机壳或叶轮相互之间产生摩擦碰撞，影响鼓风机的正常工作。该型号风机的传动轴总长8500mm左右。根据安装资料显示表明，风机电机安装时预留轴向推力间隙为6.5mm。氧化风机冷却风机只为风机的前后轴承提供冷却风。根据风机的结构设计特点，风机入口处正常运行时应维持一定负压运行。风机主要技术参数如下表：
序号 项目 单位 数值
1 生产厂家 天津鼓风机厂
2 型号 PJL-Ⅱ
3 转速 r/min 980
4 配用功率 kw 315
5 流量 m3/min 110
6 定位端轴承型号 22322C
7 非定位端轴承型号 NU2322
8 转子与机壳间隙 0.40-0.475
转子与转子间隙 0.50-0.70
转子与墙板定位墙板 0.35-0.55
转子与墙板 0.45-0.60
2.2轴瓦损坏原因
AN42e6型轴流式风机原设计为传动轴长85000mm左右，护轴套管在机壳内部无密封装置，护轴套管入口处直径1500mm左右，与叶轮端面间隙大约80mm，即护轴套管处有大约0.36m2的通风面积。风机运行时入口端应维持一定负压。2010年为了降低能耗，对风机进行了变频技术改造，改造后的氧化风机改变了风机的出力调整方式，由原来的通过静叶挡板开度调整改为通过变频改变风机转速调整。风机进行变频技术改造降低了风机的运行转速后，将会改变风机入口端的压力。故障跳闸前氧化风机变频方式在29Hz运行，此时入口端出现正压工况。在此工况下，就会有大量的热烟气由护轴套管入口处通过护轴套管向外漏泄，同时热烟气将风机传动轴加热。根据钢铁的热膨胀系数得知：每100℃温升将产生每米1.1mm的热膨胀。风机转轴总长约8500mm左右，正常运行时，排烟温度在130至150℃之间。按照100℃温升计算，风机转轴的热膨胀量大约在9mm左右，大大超过了风机安装时预留的推力膨胀间隙6.5mm，由此造成电机推力轴瓦损坏。故此造成电机驱动端轴瓦损坏的真正原因是因氧化风机长时间投入经济运行方式，风机入口端形成正压，传动轴受热膨胀大大超过电机轴瓦预留的推力间隙，致使电机轴瓦损坏。
3、改进措施
为保证氧化风机安全运行，满足氧化风机经济运行的条件，需对氧化风机传动轴护套加装密封和提供密封风装置。
3.1氧化风机传动轴护套加装密封装置
为了减少氧化风机传动轴护套处的漏风量，在传动轴两端护套和转轴之间各加装一护套密封装置。密封装置由底板、密封片和压板组成。密封片由2个3mm厚的高压石棉板和一个1mm厚的铝板制作，铝板在中间石棉板在两侧。将带有螺栓孔的密封装置底板焊接在传动轴护套的本体上。密封片由压板压装在底板上，调整好密封片与轴的间隙后，用螺栓紧固。密封片与传动轴的间隙预留2mm左右。风机联轴器侧密封加装在护套的端面封头上，叶轮侧密封加装在传动轴的短轴部位。具体位置如图所示：
3.2氧化风机传动轴护套加装密封风冷却装置 氧化风机正常运行时，其入口端应保持负压，但投入经济运行方式后，由于转速降低，其入口端会出现正压现象。所以在氧化风机加装完密封装置后，需要在风机传动轴护套上加装密封风冷却装置，并且在护套上加装温度监视测点。
3.2.1密封风风源的选取
结合生产现场的实际情况，冷却装置密封风选用脱硫系统烟道挡板的密封风系统。脱硫系统密封风机出口压力为6527至7218Pa，风量7766至9500m3/h，均可满足实际需求。在脱硫系统密封风风机出口母管上取一管路至氧化风机传动轴护套位置。在母管引出位置和风机护套位置各安装一个DN100的手动蝶阀，用于适量的风量调节及截止关断。
3.2.2密封风管道直径的选择
密封风的漏风量取决于转轴两端的密封装置漏风面积。理论上，密封装置的漏风面积和密封片与转轴之间的预留间隙尺寸有关。所以改造后的计算轴系漏风面积为：
S（叶轮侧）=3.14*R2（密封片半径）-3.14*R2（转轴半径）
=3.14*2272-3.14*2252
=2838.56mm2
S（电机侧）=3.14*R2（密封片半径）-3.14*R2（联轴器半径）
=3.14*274.52-3.14*272.52
=3435.16mm2
S（合计）=3435.16mm2+2838.56mm2
=6273.72mm2
通过转轴两端密封装置漏风面积的计算，所选的密封风管道截面积只要超过6273.72mm2即可以满足需要。结合现场的实际情况，密封风管道选用φ114钢管。通过计算，φ114钢管截面积为10201.86mm2，完全可以满足密封风量的需要。其截面积计算如下：
S（钢管）=3.14*R2
=3.14*572
=10201.86mm2
φ114钢管截面积远大于密封装置两侧的漏风面积，所以采用φ114钢管作为加装的密封风管路。
4、氧化风机加装密封和密封风装置后的运行效果
氧化风机传动轴护套加装密封和密封风装置后，经过实际运行和各监测参数测量结果表明，风机整体运行平稳，没有发现异常迹象，尤其是风机在采取变频经济运行方式时，消除了风机传动轴护套处外漏风烟和轴瓦温度升高现象。风机变频方式在29Hz时，风机传动轴护套内的温度为28℃左右；在33Hz时，温度为18℃左右；在39Hz时温度为17℃左右。又通过近一年的运行与考核，改进后的风机完全可以满足经济（变频）运行的需要。
5、结束语
近年来煤炭价格迅猛增长，燃料市场的变化给发电企业带来了巨大的压力。在新的形势下，加强企业成本控制减少设备故障几率日益成为发电企业的一项重要工作内容。不断有效地挖掘设备潜力，合理降低厂用电率、最大限度减少设备故障及维修成本，是降低整体发电成本的重要手段。同时也是积极响应、履行国家节能减排政策的号召与义务主要途径。为了降低脱硫系统氧化风机的厂用电能消耗，在机组低负荷运行工况下，通过调整氧化风机电机变频器降低脱硫系统氧化风机出力，采取经济运行方式以达到节省风机电耗的目的。
通过机组在低负荷时试验结果得出，降低氧化风机出力，每小时可节电108.6kWh，按每台锅炉每天节电模式运行15h，每年运行300天，全年可节电48.8万kWh，按每度电价0.37元计算，全年单台机组经济效益为18.1万元，四台机组改造后，全年可节电195.5万度，全厂经济效益将提高72.4万元。
综上所述，经过对故障的氧化风机改进后，满足了风机经济、安全运行要求，达到了节省厂用电耗目的，同时，也对同类型风机的故障分析和安全经济运行总结了经验教训，及改进借鉴方法。
【关键词】氧化风机电机轴瓦损坏、跳闸；氧化风机经济运行；改进措施
大连D发电公司2×300MW机组采用用湿式石灰石—石膏湿法、一炉一塔脱硫装置。每套脱硫装置的烟气处理能力为一台锅炉100%BMCR工况时的烟气量，石灰石浆液制备和石膏脱水为两炉公用。本项目设计煤种含硫量0.68%，吸收塔设置三层喷淋层，预留一层喷淋层位置，保证含硫量为0.43%时，脱硫率>=96.5%；燃煤含硫量为0.68%时，脱硫率>=95%，燃煤含硫量为1.0%时，脱硫率>=92%。2013年11月7日22时55分，1号塔脱硫氧化风机风机因驱动侧轴承温度高致使保护动作而跳闸。根据风机跳闸前的运行方式和电机轴瓦的损坏情况进行了深入细致分析，最终找出了风机电机轴瓦损坏、跳闸原因并对风机进行了预防性改进措施，后经运行检验结果证明达到预期效果。
1、现象及处理经过
氧化风机因轴瓦温度升高而跳闸后，现场就地检查发现风机轴瓦润滑油系统运行正常，但风机联轴器和电机轴承箱上有大量的浮尘，说明运行期间由护轴套管处向机壳外部有热烟气泄露（见图1）。通过对氧化风机电机驱动端轴瓦进行解体发现：轴瓦润滑油室内有乌金碎屑；上下轴瓦在与转轴的接触面处有明显的磨损，轴瓦的磨损面靠近联轴器侧较重，以渐弱的趋势向电机侧发展，靠近电机侧的轴瓦面有少部分未被磨损；轴瓦的导油槽因磨损严重而消失，轴瓦两端支撑位置处有熔化的金属堆积，具体情况详见图2。经现场确认评估，氧化风机电机驱动端轴瓦仍然有使用价值。为此，将轴瓦刮磨处理使其达到标准，并重新加工了导油槽，回装就位，启动氧化风机，经红外热成像仪和测振仪的对其温度及振动进行跟踪监测，各项数据全部正常。
2、轴瓦损坏原因分析
2.1氧化风机技术规范
脱硫系统氧化风机由一个类似椭圆形的机壳与两块墙板包容成一个气缸（机壳上有出气口和进气口），一对彼此相互“啮合”（因为有间隙，实际并不接触）的叶轮，通过定时齿轮传动以等速反向旋转，借助两叶轮的“啮合”，使进气口与出气口相互隔开，在旋转过程中无内压缩的将气缸内的气体从进气口推移到出气口，两叶轮之间，叶轮与墙板之间及叶轮与机壳之间，均保持一定的间隙，以保证鼓风机的正常运转，如果间隙过大，则被压缩的气体通过间隙的回流量增加，影响鼓风机的效率；如果间隙过小，由于热膨胀可能导致叶轮与机壳或叶轮相互之间产生摩擦碰撞，影响鼓风机的正常工作。该型号风机的传动轴总长8500mm左右。根据安装资料显示表明，风机电机安装时预留轴向推力间隙为6.5mm。氧化风机冷却风机只为风机的前后轴承提供冷却风。根据风机的结构设计特点，风机入口处正常运行时应维持一定负压运行。风机主要技术参数如下表：
序号 项目 单位 数值
1 生产厂家 天津鼓风机厂
2 型号 PJL-Ⅱ
3 转速 r/min 980
4 配用功率 kw 315
5 流量 m3/min 110
6 定位端轴承型号 22322C
7 非定位端轴承型号 NU2322
8 转子与机壳间隙 0.40-0.475
转子与转子间隙 0.50-0.70
转子与墙板定位墙板 0.35-0.55
转子与墙板 0.45-0.60
2.2轴瓦损坏原因
AN42e6型轴流式风机原设计为传动轴长85000mm左右，护轴套管在机壳内部无密封装置，护轴套管入口处直径1500mm左右，与叶轮端面间隙大约80mm，即护轴套管处有大约0.36m2的通风面积。风机运行时入口端应维持一定负压。2010年为了降低能耗，对风机进行了变频技术改造，改造后的氧化风机改变了风机的出力调整方式，由原来的通过静叶挡板开度调整改为通过变频改变风机转速调整。风机进行变频技术改造降低了风机的运行转速后，将会改变风机入口端的压力。故障跳闸前氧化风机变频方式在29Hz运行，此时入口端出现正压工况。在此工况下，就会有大量的热烟气由护轴套管入口处通过护轴套管向外漏泄，同时热烟气将风机传动轴加热。根据钢铁的热膨胀系数得知：每100℃温升将产生每米1.1mm的热膨胀。风机转轴总长约8500mm左右，正常运行时，排烟温度在130至150℃之间。按照100℃温升计算，风机转轴的热膨胀量大约在9mm左右，大大超过了风机安装时预留的推力膨胀间隙6.5mm，由此造成电机推力轴瓦损坏。故此造成电机驱动端轴瓦损坏的真正原因是因氧化风机长时间投入经济运行方式，风机入口端形成正压，传动轴受热膨胀大大超过电机轴瓦预留的推力间隙，致使电机轴瓦损坏。
3、改进措施
为保证氧化风机安全运行，满足氧化风机经济运行的条件，需对氧化风机传动轴护套加装密封和提供密封风装置。
3.1氧化风机传动轴护套加装密封装置
为了减少氧化风机传动轴护套处的漏风量，在传动轴两端护套和转轴之间各加装一护套密封装置。密封装置由底板、密封片和压板组成。密封片由2个3mm厚的高压石棉板和一个1mm厚的铝板制作，铝板在中间石棉板在两侧。将带有螺栓孔的密封装置底板焊接在传动轴护套的本体上。密封片由压板压装在底板上，调整好密封片与轴的间隙后，用螺栓紧固。密封片与传动轴的间隙预留2mm左右。风机联轴器侧密封加装在护套的端面封头上，叶轮侧密封加装在传动轴的短轴部位。具体位置如图所示：
3.2氧化风机传动轴护套加装密封风冷却装置 氧化风机正常运行时，其入口端应保持负压，但投入经济运行方式后，由于转速降低，其入口端会出现正压现象。所以在氧化风机加装完密封装置后，需要在风机传动轴护套上加装密封风冷却装置，并且在护套上加装温度监视测点。
3.2.1密封风风源的选取
结合生产现场的实际情况，冷却装置密封风选用脱硫系统烟道挡板的密封风系统。脱硫系统密封风机出口压力为6527至7218Pa，风量7766至9500m3/h，均可满足实际需求。在脱硫系统密封风风机出口母管上取一管路至氧化风机传动轴护套位置。在母管引出位置和风机护套位置各安装一个DN100的手动蝶阀，用于适量的风量调节及截止关断。
3.2.2密封风管道直径的选择
密封风的漏风量取决于转轴两端的密封装置漏风面积。理论上，密封装置的漏风面积和密封片与转轴之间的预留间隙尺寸有关。所以改造后的计算轴系漏风面积为：
S（叶轮侧）=3.14*R2（密封片半径）-3.14*R2（转轴半径）
=3.14*2272-3.14*2252
=2838.56mm2
S（电机侧）=3.14*R2（密封片半径）-3.14*R2（联轴器半径）
=3.14*274.52-3.14*272.52
=3435.16mm2
S（合计）=3435.16mm2+2838.56mm2
=6273.72mm2
通过转轴两端密封装置漏风面积的计算，所选的密封风管道截面积只要超过6273.72mm2即可以满足需要。结合现场的实际情况，密封风管道选用φ114钢管。通过计算，φ114钢管截面积为10201.86mm2，完全可以满足密封风量的需要。其截面积计算如下：
S（钢管）=3.14*R2
=3.14*572
=10201.86mm2
φ114钢管截面积远大于密封装置两侧的漏风面积，所以采用φ114钢管作为加装的密封风管路。
4、氧化风机加装密封和密封风装置后的运行效果
氧化风机传动轴护套加装密封和密封风装置后，经过实际运行和各监测参数测量结果表明，风机整体运行平稳，没有发现异常迹象，尤其是风机在采取变频经济运行方式时，消除了风机传动轴护套处外漏风烟和轴瓦温度升高现象。风机变频方式在29Hz时，风机传动轴护套内的温度为28℃左右；在33Hz时，温度为18℃左右；在39Hz时温度为17℃左右。又通过近一年的运行与考核，改进后的风机完全可以满足经济（变频）运行的需要。
5、结束语
近年来煤炭价格迅猛增长，燃料市场的变化给发电企业带来了巨大的压力。在新的形势下，加强企业成本控制减少设备故障几率日益成为发电企业的一项重要工作内容。不断有效地挖掘设备潜力，合理降低厂用电率、最大限度减少设备故障及维修成本，是降低整体发电成本的重要手段。同时也是积极响应、履行国家节能减排政策的号召与义务主要途径。为了降低脱硫系统氧化风机的厂用电能消耗，在机组低负荷运行工况下，通过调整氧化风机电机变频器降低脱硫系统氧化风机出力，采取经济运行方式以达到节省风机电耗的目的。
通过机组在低负荷时试验结果得出，降低氧化风机出力，每小时可节电108.6kWh，按每台锅炉每天节电模式运行15h，每年运行300天，全年可节电48.8万kWh，按每度电价0.37元计算，全年单台机组经济效益为18.1万元，四台机组改造后，全年可节电195.5万度，全厂经济效益将提高72.4万元。
综上所述，经过对故障的氧化风机改进后，满足了风机经济、安全运行要求，达到了节省厂用电耗目的，同时，也对同类型风机的故障分析和安全经济运行总结了经验教训，及改进借鉴方法。