雙級動葉可調(diào)式軸流引風機高負荷失速分析

王軍民

（浙江大唐烏沙山發(fā)電有限責任公司，浙江 寧波 315722）

雙級動葉可調(diào)式軸流引風機高負荷失速分析

王軍民

（浙江大唐烏沙山發(fā)電有限責任公司，浙江 寧波 315722）

通過闡述軸流通風機失速的機理，結合某發(fā)電廠實際生產(chǎn)中雙級動葉可調(diào)式軸流引風機失速的現(xiàn)象，分析發(fā)生失速的深層次原因，提出機組高負荷下處理引風機失速異常的原則以及防止失速的有效措施。

引風機；雙級動葉調(diào)節(jié)；失速；沖角；失速線

隨著火電機組相繼完成脫硝、脫硫系統(tǒng)改造工作，鍋爐煙氣系統(tǒng)阻力也相應升高，因而必然需要對增壓風機和引風機進行升壓改造。為了提高發(fā)電機組運行的安全可靠性和經(jīng)濟性，取消增壓風機而采用“二合一”引風機的改造方案受到多數(shù)發(fā)電廠青睞。

雙級動葉可調(diào)式軸流風機具有徑向尺寸小、流量大、壓頭高、啟動力矩小、變工況運行時經(jīng)濟性好、適應性強、調(diào)節(jié)特性好等特點，因此逐步成為大型鍋爐引風機的主流選擇。但由于受軸流風機具有駝峰形狀的性能曲線和運行環(huán)境惡劣的影響，客觀上有失速發(fā)生的可能性。如果雙級動葉可調(diào)式軸流引風機在機組高負荷下發(fā)生失速，對機組的安全運行會造成了嚴重威脅，可能導致鍋爐爐膛負壓保護動作，機組非計劃停運。

1 軸流風機失速機理

某發(fā)電廠鍋爐為哈爾濱鍋爐有限責任公司與三井巴布科克（MB）公司合作設計、制造的超臨界本生直流鍋爐，燃燒方式為前后墻對沖燃燒。為滿足脫硝系統(tǒng)改造及節(jié)能需要，實行引風機增壓風機二合一改造，選用雙級動葉可調(diào)軸流式引風機，低高壓葉型（第一級為低壓葉型，第二級為高壓葉型），型號HU26646-12G，詳細技術參數(shù)見表1。

表1 引風機技術參數(shù)

軸流風機的氣流方向與葉片葉弦的夾角稱為沖角。當空氣順著機翼形葉片的進口端流經(jīng)葉片時（沖角i=0），它分成上下2股氣流貼著翼面流過，形成葉片背面和腹面的平滑的邊界層，氣流呈流線型。此時作用于葉片上的有垂直于葉面的升力和平行于葉面的阻力,升力遠大于阻力，如圖1（a）所示。

當空氣流經(jīng)葉片的方向偏離了葉片的進口角，與后者形成的正值的沖角（i＞0）接近于臨界沖角（臨界沖角絕對值隨著葉型的不同而各異），葉背的氣流工況開始惡化。當沖角增至或大于臨界沖角時，葉背的邊界層受到破壞，在葉背的尾端出現(xiàn)渦流區(qū)，即所謂的“失速”工況。此時作用于葉片的升力大幅度降低，阻力大幅度增加。對于風機而言，在失速工況下產(chǎn)生的壓頭就降低，如圖1（b）所示。

圖1 葉片的正常與失速狀態(tài)

沖角再增大，葉背的渦流區(qū)從尾端擴大到葉背的中部，失速現(xiàn)象更形嚴重，氣體在葉道（2片葉片之間的通道）內(nèi)的流通阻力大大增加，產(chǎn)生阻塞現(xiàn)象，此時風機全面失速。

2 引風機高負荷失速分析

2.1 失速現(xiàn)象

某3號機組負荷590 MW，總煤量257 t/h，啟動第6套制粉系統(tǒng)，負荷升至600 MW。在此過程中，2臺引風機電流從340 A左右逐漸增大至410 A左右，動葉開度分別為84.1%和87.8%，之后2臺引風機發(fā)生失速搶風，A和B引風機電流分別達480 A和357 A，爐膛負壓突升，最高至814 Pa。迅速降低總煤量及總風量，降負荷至350 MW，減少鍋爐煙氣流量，待鍋爐燃燒穩(wěn)定，負壓正常后，逐漸并列2臺引風機運行，失速過程中相關參數(shù)曲線如圖2所示。

2.2 失速原因分析

（1）異常工況前，鍋爐入爐煤平均發(fā)熱量低，水分高，為保證機組額定出力，必須啟動第6套備用制粉系統(tǒng)，滿足總煤量257 t/h的出力。在啟動第6套制粉系統(tǒng)過程中，一次風量有較大幅度的增加，而入爐煤的低熱值、高水分又直接增加了煙氣中水蒸氣容積份額，以上原因使得鍋爐煙氣的實際容積流量高于額定工況下的設計值流量，煙氣流量的增加必然導致煙氣系統(tǒng)阻力增大，引風機的工作點沿阻力特性曲線向右上方移動，風機安全裕量降低。風機特性曲線見圖3。

圖2 引風機失速相關參數(shù)曲線

圖3 引風機性能特性曲線

（2）3號爐正常運行期間，引風機耗電率較該發(fā)電廠其它相同型號鍋爐的相同型號風機偏高約0.05%（正常電耗率為0.7%）。同型號風機功率大小的影響因素主要是工質容積流量和系統(tǒng)阻力。為徹底查清原因，對3號爐省煤器出口至引風機入口負壓系統(tǒng)的漏風率進行全面測量。測量結果見表2，其中3號爐空預器漏風率很大（平均10.73%），遠遠超出設計值，而脫硝系統(tǒng)及電除塵漏風率較小。鍋爐煙道系統(tǒng)阻力均在正常范圍，未發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)設備有明顯堵塞現(xiàn)象。空預器漏風率嚴重超標，大量空氣通過空預器漏入煙氣側，煙氣容積流量增大，漏風點后煙道阻力相應增大，引風機的工作點進一步沿阻力特性曲線向右上方移動，靠近理論失速線，風機安全裕量進一步降低。

表2 煙道系統(tǒng)漏風率

（3）停機期間對2臺引風機進行檢查，未發(fā)現(xiàn)問題。風機動調(diào)機構全行程活動正常，各葉片動作一致，無卡澀及異常，風機前后兩級葉片和同級葉片安裝角的角度偏差在規(guī)定范圍內(nèi)（小于1°），可以排除引風機動調(diào)機構內(nèi)部故障原因。

（4）引風機失速搶風前，A引風機的靜壓升為6 050 Pa，B引風機的靜壓升為6 080 Pa，根據(jù)歷次引風機性能試驗數(shù)據(jù)，風機動壓升較小，在100 Pa以內(nèi)，所以B引風機全壓升在6 180 Pa左右。而3號爐引風機在夏季滿負荷工況下，設計全壓升是6 353 Pa，TB風機全壓升7 306 Pa（見表1），均高出風機實際運行工作點的全壓升，風機在設計穩(wěn)定工作區(qū)域運行，不應發(fā)生失速搶風。

（5）從風機特性曲線可以看出：該風機隨著煙氣流量的增大，煙氣系統(tǒng)的阻力特性曲線逐漸靠近風機的理論失速線，安全裕量逐漸減小，引風機在高負荷時的穩(wěn)定裕量明顯小于低負荷工況，負荷越高風機發(fā)生失速的可能性越大。但根據(jù)廠家提供的風機特性曲線，引風機發(fā)生失速搶風前，其工作點仍然在穩(wěn)定工作區(qū)內(nèi)，未進入失速區(qū)，不該發(fā)生失速搶風。而引風機卻發(fā)生失速搶風異常，說明該型風機的實際失速線遠低于設備廠家提供的設計理論失速線，實際失速線在圖3粗實線附近，風機實際穩(wěn)定裕量嚴重不足。

3 處理原則和預防措施

（1）高負荷時，引風機失速危害很大，要采取正確的處理方法。處理的原則：首先防止爐膛正壓過高，導致鍋爐壓力保護動作，鍋爐MFT。果斷降低總煤量和總風量，可以采取手動拍停1套制粉系統(tǒng)的方式，控制爐膛負壓，盡量遠離鍋爐壓力保護值。其次是及時關小失速的風機動葉，使風機脫離失速區(qū)，避免風機長時間處于失速工況下運行，發(fā)生共振，損壞設備。

（2）增加引風機電流異常報警功能。引風機電流偏差超過10 A時，提醒操作人員及時調(diào)整偏差，保證2臺風機出力平衡。針對該型引風機的實際運行特性，增加電流超限異常報警，控制引風機運行電流不超360 A，避免引風機出力過大，進入不穩(wěn)定工作區(qū)。

（3）重新整定失速報警開關定值，以及調(diào)整失速探頭的安裝位置。風機失速是風機運行的一種空氣動力工況，只要風機進入不穩(wěn)定區(qū)就存在失速，但是局部失速時，風機的流量、風壓無變化，無法從運行參數(shù)上判斷出，因此需要借助高靈敏度的失速報警開關。而現(xiàn)有失速報警開關定值為2 kPa，在風機開始進入失速工況，直至B引風機葉片通道大面積失速，失速報警開關一直未報警，失去了提醒運行調(diào)整的作用。因此，需要通過實驗，科學整定失速開關的定值。定期檢查風機失速裝置，確保裝置準確可靠。在風機檢修時，對失速探頭的安裝位置進行檢查和調(diào)整。

（4）風機檢修時，全面檢查風機葉片的安裝角，調(diào)整前后兩級葉片和同級葉片角度，保證葉片角度偏差在規(guī)定范圍內(nèi)（設計規(guī)范小于1°）。

（5）正常運行中，加強對煙道負壓系統(tǒng)的漏風檢查及治理，發(fā)現(xiàn)漏點及時堵漏消缺。

（6）加強對空預器漏風的治理。正常運行中，定期測量空預器漏風率，漏風率偏高要分析原因，利用停機機會對空預器的密封系統(tǒng)進行檢查，更換損壞的密封片，調(diào)整密封間隙，確保空預器漏風率在設計值以內(nèi)。

4 結論

（1）雙級動葉可調(diào)式軸流引風機隨著負荷的增大，其運行工作點逐漸靠近理論失速線，安全裕量逐漸減小，風機負荷越高發(fā)生失速的可能性越大。正常運行中，要控制鍋爐入爐煤熱值和水分，避免熱值嚴重低于設計煤種，燃煤水分過高會使煙氣的實際容積流量增大。同時，要加強對空預器漏風率的定期測量及治理，避免空預器漏風率嚴重超標，使大量空氣通過空預器漏入煙氣側，導致煙氣容積流量及煙道阻力不正常增大。

（2）準確設置軸流風機失速報警開關定值，并加強對失速探頭和報警開關的日常維護，確保失速報警準確動作。風機進入不穩(wěn)定區(qū)就存在失速，但是局部失速時，風機的流量、風壓無變化，無法從運行參數(shù)上判斷出，因此需要借助高靈敏度的失速報警開關，提示操作人員及時處理，避免風機失速搶風。

（3）引增合一風機改造前，要通過現(xiàn)場試驗，全面測量各工況煙道阻力，并科學計算新增設備的阻力，嚴格按照風機選型的標準，預留合理的安全裕量。風機改造后，在不同的工況下，要開展全面的風機現(xiàn)場驗收試驗，保證風機各項性能達到設計要求。

（4）高負荷時，引風機失速危害很大，要把握正確的處理原則：首先要果斷降低總煤量和總風量，防止爐膛正壓過高，導致鍋爐壓力保護動作。其次是及時關小失速的風機動葉，使風機脫離失速區(qū)，避免風機長時間處于失速工況下運行，發(fā)生共振，損壞風機設備。

[1]李春宏.軸流通風機失速與喘振分析[J].風機技術，2008（2）∶77-80.

[2]黃瑞意，張書謹，黃郁明，等.軸流風機現(xiàn)場失速試驗及分析[J].發(fā)電設備，2000（2）∶25-28.

[3]唐海寧，杭文林.雙級軸流風機失速問題分析及解決辦法[J].江蘇電機工程，2008（1）∶72-74.

（本文編輯：徐 晗）

Analysis on Stall of Double Stage Adjustable-blade Axial Flow Induced Draft Fan in High-load Operation

WANG Junmin

（Zhejiang Datang Wushashan Power Generation Co.，Ltd.，Ningbo Zhejiang 315722，China）

Through the elaboration on the mechanism of axial flow fan stall and in combination with double stage adjustable-blade axial flow induced draft fan stall in actual production of a power plant，the paper analyzes the deep-seated causes of the stall and thus puts forward the principle of stall handling of induced draft fan in high load and effective measures for install prevention.

induced draft fan；double stage blade adjustment；stall；impact angle；stall line

TK228

B

1007-1881（2016）08-0050-03

2016-05-06

王軍民（1980），男，工程師，從事發(fā)電廠鍋爐運行管理工作。