350MW機(jī)組軸流式引風(fēng)機(jī)失速原因分析及預(yù)防措施

摘 要：通過簡述雙級(jí)動(dòng)葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)失速機(jī)理，并針對(duì)國內(nèi)某電廠日常生產(chǎn)中一起軸流式引風(fēng)機(jī)失速事故的過程、現(xiàn)象、原因進(jìn)行分析、總結(jié)，給電廠生產(chǎn)運(yùn)行人員提出了風(fēng)機(jī)失速的預(yù)控措施及處理方法，也為同類型軸流式引風(fēng)機(jī)失速的預(yù)防、判斷及風(fēng)機(jī)失速后的控制及處理提供借鑒意義。

關(guān)鍵詞：軸流式引風(fēng)機(jī)；失速；工況；處理措施

引言

隨著電力工業(yè)的不斷發(fā)展，大型火電機(jī)組的容量越來越大，離心式風(fēng)機(jī)容量的增長已經(jīng)受到設(shè)備尺寸、材料強(qiáng)度的制約而逐步被軸流式風(fēng)機(jī)取代；軸流式風(fēng)機(jī)具有流量大、全壓低、效率高、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，而且適應(yīng)風(fēng)量、風(fēng)壓、負(fù)荷變化能力強(qiáng)，現(xiàn)在大容量機(jī)組越來越多的采用軸流式風(fēng)機(jī)。但燃煤電廠鍋爐煙風(fēng)道系統(tǒng)、調(diào)節(jié)系統(tǒng)復(fù)雜，工況多變，整個(gè)煙道涉及到系統(tǒng)設(shè)備較多，而軸流式風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部件多，對(duì)制造、安裝、維護(hù)及運(yùn)行調(diào)整要求較高，如調(diào)整不當(dāng)，很容易發(fā)生風(fēng)機(jī)失速故障，威脅鍋爐的安全運(yùn)行。文章以某燃煤發(fā)電廠動(dòng)葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)失速為案列進(jìn)行分析，總結(jié)軸流式引風(fēng)機(jī)失速的原因、處理方法和預(yù)防措施。

1 系統(tǒng)設(shè)備概況

某火電廠2*350MW超臨界機(jī)組鍋爐為東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限公司生產(chǎn)的DG1150/25.4-Π2型鍋爐，本鍋爐為國產(chǎn)350MW超臨界參數(shù)變壓直流鍋爐，一次再熱，單爐膛，前后墻對(duì)沖燃燒方式，尾部雙煙道結(jié)構(gòu)，采用擋板調(diào)節(jié)再熱器溫度，固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架，全懸吊結(jié)構(gòu)，平衡通風(fēng)，露天布置，鍋爐額定容量1056t/h。

每臺(tái)鍋爐設(shè)有兩臺(tái)由成都電力機(jī)械廠制造的50%容量“三合一”式雙級(jí)動(dòng)葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)，引風(fēng)機(jī)將爐膛中的煙氣抽出，經(jīng)過尾部受熱面、脫硝裝置、空氣預(yù)熱器、袋式除塵器、脫硫裝置和煙囪排向大氣。引風(fēng)機(jī)安裝在空氣預(yù)熱器與袋式除塵器之間，提供克服脫硝裝置、空氣預(yù)熱器、袋式除塵器、脫硫裝置和煙囪等系統(tǒng)設(shè)備的阻力，兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)并列運(yùn)行，水平對(duì)稱布置，垂直進(jìn)風(fēng)，水平出風(fēng)。引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉調(diào)節(jié)范圍為+36°-20°（對(duì)應(yīng)動(dòng)葉開度0%-100%），設(shè)計(jì)全壓為8738Pa，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為990r/min。

2 軸流風(fēng)機(jī)失速機(jī)理

軸流風(fēng)機(jī)的特性決定風(fēng)機(jī)并不是在任何工況點(diǎn)都能穩(wěn)定工作的。圖1是典型的具有駝峰形的軸流風(fēng)機(jī)的P-Q性能曲線。圖中表示風(fēng)機(jī)壓力P隨氣體體積流量Q的變化關(guān)系。如圖1所示，風(fēng)機(jī)的特性曲線存在凸出的峰值點(diǎn)。當(dāng)風(fēng)機(jī)輸出的風(fēng)量與系統(tǒng)所需的風(fēng)量相當(dāng)且等于QK時(shí)，風(fēng)機(jī)的壓力達(dá)到最大值PK，大于或小于這一風(fēng)量時(shí)風(fēng)機(jī)的壓力就會(huì)下降。通常把K點(diǎn)稱為風(fēng)機(jī)穩(wěn)定工作的極限點(diǎn)。風(fēng)機(jī)特性曲線K點(diǎn)右側(cè)區(qū)域?yàn)轱L(fēng)機(jī)穩(wěn)定的工作區(qū)（例如A、B、C點(diǎn)），K點(diǎn)左側(cè)的區(qū)域叫不穩(wěn)定工作區(qū)。

因?yàn)槭賲^(qū)的不穩(wěn)定性，風(fēng)機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)也不會(huì)穩(wěn)定，但可能在圖1中E點(diǎn)附近擺動(dòng)。當(dāng)風(fēng)機(jī)進(jìn)入失速區(qū)蔓延至凹谷點(diǎn)D，見圖1，所有葉片的頂部將形成一個(gè)環(huán)形區(qū)域。這時(shí)，如果背壓進(jìn)一步升高，空氣流量減小，失速區(qū)域徑向沿伸直到圖1中L點(diǎn)，整個(gè)葉輪處于失速區(qū)，風(fēng)機(jī)發(fā)生喘振。如果此時(shí)將背壓降低，氣流量增加，運(yùn)行點(diǎn)將如前所述沿L至D點(diǎn)，沿D-E-K直到脫離失速區(qū)。

氣流沿葉片流動(dòng)如圖2所示，在零沖角時(shí)（氣流方向與葉片葉弦的夾角即為沖角），氣流繞過機(jī)翼型葉片而保持流線狀態(tài)，如圖2（a）所示。而隨著沖角的增大，開始在葉片后緣附近產(chǎn)生渦流，阻力增加，當(dāng)沖角超過某一臨界值時(shí)，葉片背面氣流遭到破壞，流動(dòng)工況惡化，邊界層嚴(yán)重分離，在葉片背面尾端出現(xiàn)渦流區(qū)，即“失速”現(xiàn)象，如圖2（b）所示。沖角大于臨界值越多，失速越嚴(yán)重，氣流阻力越大，葉道被氣流阻塞，同時(shí)風(fēng)機(jī)風(fēng)壓也隨之迅速降低。

由于風(fēng)機(jī)各葉片存在制造、安裝、工況等差異，當(dāng)運(yùn)行工況變化而使氣流流動(dòng)方向發(fā)生改變時(shí)，各個(gè)葉片的沖角也會(huì)存在差別，因此，失速現(xiàn)象也不可能在所有葉片同時(shí)發(fā)生。如圖3所示，假設(shè)在葉道2中出現(xiàn)失速，葉道中氣流阻力增加，流量減小，則原葉道2中氣流分別進(jìn)入相鄰的1、3葉道，使1、3葉道的氣流方向發(fā)生變化，流入葉道1的氣流沖角減小，葉道1中氣流保持正常流動(dòng)；葉道3氣流沖角增大，加劇了葉道3失速和阻塞。同理，因葉道3失速和阻塞又影響相鄰葉道2和4的氣流，使葉道2失速的可能性減小，甚至消失；而葉道4因沖角增大而促使發(fā)生失速，從而又形成阻塞，使相鄰葉道發(fā)生失速。這種現(xiàn)象繼續(xù)進(jìn)行下去，使失速所造成的堵塞區(qū)沿著與葉輪旋轉(zhuǎn)相反的方向推進(jìn)，即產(chǎn)生所謂的“旋轉(zhuǎn)失速”現(xiàn)象。

3 引風(fēng)機(jī)失速案例分析

3.1 引風(fēng)機(jī)失速前運(yùn)行工況

#2機(jī)組CCS、AGC投入，負(fù)荷306MW，總煤量134T/H，A、B、D、E磨煤機(jī)運(yùn)行，#2爐A、B送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)運(yùn)行，#2爐A、B引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開度分別為88.6/82.2%，#2爐A、B引風(fēng)機(jī)電流分別為264/279A，A空預(yù)器差壓為2640kPa，A引風(fēng)機(jī)X/Y方向振動(dòng)值分別為0.55/0.88mm/s，#2機(jī)組其它各系統(tǒng)參數(shù)正常。

3.2 引風(fēng)機(jī)失速時(shí)情況

12時(shí)59分37秒，解除#2爐B引風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制（A引風(fēng)機(jī)處于自動(dòng)控制狀態(tài)），手動(dòng)調(diào)節(jié)B引風(fēng)機(jī)出力（調(diào)平A、B引風(fēng)機(jī)出力），12時(shí)59分43秒，運(yùn)行人員采用快增方式增加B引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開度，動(dòng)葉開度從82.2%升至86.2%，電流從279A升至308A，A引風(fēng)機(jī)在自動(dòng)狀態(tài)下，動(dòng)葉開度從86.2%下調(diào)至82.2%，電流從264A快速下降至223A，A、B引風(fēng)機(jī)入口壓力急劇增加，出口壓力急劇下降。12時(shí)59分50秒，運(yùn)行人員快減B引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開度，動(dòng)葉開度調(diào)回至82.2%，但電流一直維持在300A左右。A引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開度自動(dòng)回升，但電流持續(xù)下降至154A，A、B引風(fēng)機(jī)入口壓力繼續(xù)上升，最高分別從-6219Pa上升到-2460Pa和從-6326Pa上升到-2990Pa，出口壓力急劇下降，最高分別從1706Pa下降到361Pa和從1637Pa下降到-33Pa，風(fēng)機(jī)進(jìn)入失速區(qū)，A引風(fēng)機(jī)“失速報(bào)警”發(fā)出，爐膛壓力突升至+1129Pa，A引風(fēng)機(jī)被強(qiáng)制手動(dòng)；運(yùn)行人員關(guān)小動(dòng)葉開度，停運(yùn)B、D磨煤機(jī)運(yùn)行，投等離子穩(wěn)燃，投空預(yù)器連續(xù)吹灰，降負(fù)荷至180MW，調(diào)整爐膛負(fù)壓、水煤比、汽溫至正常范圍。13時(shí)23分，#2爐A、B引風(fēng)機(jī)調(diào)整至并列正常運(yùn)行，啟動(dòng)B磨煤機(jī)運(yùn)行，負(fù)荷逐步恢復(fù)。

3.3 引風(fēng)機(jī)失速原因分析

3.3.1 解除B引風(fēng)機(jī)自動(dòng)，采用快增、快減方式改變B引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開度，造成煙道煙氣流向快速變化，而A引風(fēng)機(jī)處于自動(dòng)的情況下，加大了煙氣流向的改變。快增、快減過程，造成了煙氣流向的紊亂，部分煙氣的沖角達(dá)到臨界值，在局部葉道失速，出現(xiàn)氣流阻塞現(xiàn)象。葉道受阻后，通過的流量減少，在該葉道前形成低速停滯區(qū)，煙氣繼續(xù)分流，改變相鄰葉道的煙氣流向，使相鄰葉道發(fā)生失速，出現(xiàn)葉道阻塞。惡性循環(huán)，最終造成A引風(fēng)機(jī)電流持續(xù)下降，入口風(fēng)壓劇增，出口壓力急劇下降。故快增方式增大B引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開度，是A引風(fēng)機(jī)失速的直接原因。

3.3.2 #2爐A、B空預(yù)器堵灰重，A空預(yù)器煙氣差壓達(dá)2.64kPa，設(shè)計(jì)值為1.082kPa（100%B-MCR），空預(yù)器阻力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出設(shè)計(jì)值，造成引風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，動(dòng)葉開度和電流大，更接近風(fēng)機(jī)運(yùn)行的不穩(wěn)定區(qū)。增大了運(yùn)行人員調(diào)整的難度。故煙道阻力大也是A引風(fēng)機(jī)失速的根本原因。

3.3.3 機(jī)組高負(fù)荷運(yùn)行，A、B引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開度已接近上限值（90%），正常運(yùn)行情況下（開度85%），風(fēng)機(jī)已處于不穩(wěn)定區(qū)的邊緣，給運(yùn)行人員的正常調(diào)整增加了難度，故風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)容量小是A引風(fēng)機(jī)失速的間接原因。

綜上所述，在機(jī)組負(fù)荷高時(shí)，空預(yù)器差壓大，引風(fēng)機(jī)接近B-MCR工況出力，因引風(fēng)機(jī)自身特性差異導(dǎo)致電流偏差，再加上操作人員監(jiān)視不力、調(diào)整失誤，最終引起這次A引風(fēng)機(jī)失速事故。

4 預(yù)防引風(fēng)機(jī)失速的措施

（1）機(jī)組正常運(yùn)行期間，引、送風(fēng)機(jī)投自動(dòng)方式運(yùn)行，爐膛負(fù)壓設(shè)定在50-100Pa之間，調(diào)整鍋爐燃燒穩(wěn)定。若要改變兩側(cè)出力，首先應(yīng)通過調(diào)整偏差進(jìn)行小幅度調(diào)節(jié)。高負(fù)荷下，引風(fēng)機(jī)入口壓力在TB點(diǎn)附近或以上時(shí)禁止對(duì)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行大幅度加減指令操作。

（2）引送風(fēng)機(jī)正常并列運(yùn)行時(shí)，保持兩側(cè)引、送風(fēng)機(jī)負(fù)荷、電流平衡，保持聯(lián)絡(luò)擋板在全開位置，監(jiān)視引、送風(fēng)機(jī)電流、動(dòng)葉開度正常，定期核對(duì)就地開度與DCS開度一致。

（3）維持空預(yù)器連續(xù)吹灰，保證連續(xù)吹灰蒸汽壓力、溫度正常，防止空預(yù)器進(jìn)一步堵塞。

（4）加強(qiáng)對(duì)脫銷系統(tǒng)、空預(yù)器差壓、除塵器差壓、引風(fēng)機(jī)出入口差壓的監(jiān)視，要注意維持兩側(cè)煙道阻力均衡，發(fā)現(xiàn)相關(guān)設(shè)備進(jìn)出口差壓增大，要及時(shí)分析原因，及時(shí)進(jìn)行吹灰或反吹。

（5）特殊情況需退出單側(cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行，需先同步降低兩側(cè)風(fēng)機(jī)出力至機(jī)組負(fù)荷低于RB負(fù)荷上限，然后分別調(diào)整風(fēng)機(jī)出力直至單側(cè)風(fēng)機(jī)停運(yùn)。待相關(guān)參數(shù)穩(wěn)定后，可根據(jù)風(fēng)機(jī)出力適當(dāng)增加負(fù)荷至RB工況點(diǎn)之上。

（6）運(yùn)行中單側(cè)風(fēng)機(jī)并列，應(yīng)降低負(fù)荷至RB工況點(diǎn)之下，并同步降低運(yùn)行側(cè)風(fēng)機(jī)出力，以降低風(fēng)機(jī)并列時(shí)發(fā)生失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也避免風(fēng)機(jī)啟動(dòng)失敗觸發(fā)RB引起工況劇烈變化。

（7）調(diào)整風(fēng)機(jī)出力時(shí)應(yīng)密切注意本側(cè)及對(duì)側(cè)風(fēng)機(jī)電流、風(fēng)壓及爐膛負(fù)壓變化情況，發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)電流、風(fēng)壓出現(xiàn)較大幅度波動(dòng)或變化超出預(yù)期時(shí)，應(yīng)暫停操作或適當(dāng)將操作回退。風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行期間進(jìn)行出力調(diào)整時(shí)，尤其是高負(fù)荷時(shí)，各項(xiàng)操作應(yīng)小心謹(jǐn)慎，盡量不進(jìn)行大幅度操作。

（8）脫銷系統(tǒng)運(yùn)行嚴(yán)格執(zhí)行環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)程規(guī)定，積極保證脫銷裝置能夠正常投入，在保證脫銷效率>85%且凈煙氣出口NOX濃度<100mg/Nm3時(shí)，嚴(yán)格控制噴氨量，降低氨逃逸率，有效抑制硫酸氫氨的生成，緩解空預(yù)器堵塞。

（9）加強(qiáng)燃料采購及燃料參配管理，嚴(yán)格控制入爐煤硫份<1%。

（10）適當(dāng)控制機(jī)組負(fù)荷及供熱量，控制鍋爐給水量小于1056t/h，監(jiān)視引風(fēng)機(jī)入口壓力>-6154Pa或全壓<8738Pa。

（11）增加引風(fēng)機(jī)電流>300A（額定電流321A）或開度>85%閉鎖開大引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉調(diào)節(jié)擋板邏輯。

（12）利用每次停機(jī)的機(jī)會(huì)，檢查空預(yù)器及其尾部煙道，及時(shí)清理內(nèi)部積灰或雜物；空預(yù)器堵塞時(shí)采取高壓水沖洗進(jìn)行疏通。

5 結(jié)束語

在正常運(yùn)行中，鍋爐尾部空預(yù)器受熱面積灰嚴(yán)重或風(fēng)門、擋板操作不當(dāng)造成風(fēng)道阻力增大，促使風(fēng)機(jī)在不穩(wěn)定工況區(qū)域是軸流式引風(fēng)機(jī)失速的主要原因。根據(jù)電廠的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，軸流式引風(fēng)機(jī)電流大幅降低、入口風(fēng)壓、爐膛負(fù)壓大幅升高后未發(fā)生脈動(dòng)是判斷引風(fēng)機(jī)發(fā)生失速的重要依據(jù)。當(dāng)運(yùn)行中引風(fēng)機(jī)發(fā)生失速時(shí)，一是應(yīng)立即停運(yùn)上層制粉系統(tǒng)，盡量保證下面三臺(tái)制粉系統(tǒng)運(yùn)行，適當(dāng)降低送風(fēng)機(jī)出力，同時(shí)快速將負(fù)荷降至250MW以下運(yùn)行，并檢查引風(fēng)機(jī)入口壓力>-6154Pa（風(fēng)機(jī)TB點(diǎn)壓力）；二是調(diào)整好爐膛負(fù)壓，防止?fàn)t膛長時(shí)間冒正運(yùn)行。三是盡快減小兩臺(tái)并列風(fēng)機(jī)的動(dòng)葉開度至60%以下，在保證爐膛負(fù)壓正常下調(diào)整好兩側(cè)風(fēng)機(jī)出力平衡。四是注意失速引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)為正常運(yùn)行時(shí)對(duì)爐膛負(fù)壓的調(diào)整，防止?fàn)t膛負(fù)壓過大。

通過加強(qiáng)管理及采取防止風(fēng)機(jī)失速的措施，該公司再未發(fā)生引風(fēng)機(jī)失速現(xiàn)象。

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作者簡介：張敏（1982-），男，湖北羅田人，助理工程師，主要從事火電廠集控運(yùn)行工作。