鍋爐一次風機失速現象分析

李星勇

(蘇州熱工研究院有限公司, 廣東深圳 518000)

軸流風機性能曲線存在失速邊界，當風機運行時靠近失速邊界時，會發生失速甚至是喘振現象，如不能盡快脫離這種運行工況，則會發生設備損毀?，F階段大部分火力發電廠中，送風機、一次風機及引風機大部分都是軸流風機，隨著機組的運行，鍋爐煙道積灰造成煙道阻力增大，在負荷不變的情況下，會造成風機的運行工況點相比正常情況上移，如靠近失速邊界，則會造成風機旋轉失速，甚至喘振。一般在此情況下運行人員會降低負荷，使風機脫離失速區。為了避免類似情形，風機選型就需要預留足夠的余量，依據DL/T 468—2004 《電站鍋爐風機選型和使用導則》的失速安全系數k計算公式，應滿足失速裕度k>1.3的要求。

1 設備及試驗

某發電廠一期工程為2臺630 MW超臨界發電機組，鍋爐為超臨界參數變壓直流爐，一次再熱、單爐膛、尾部雙煙道、采用擋板調節再熱汽溫、平衡通風、露天布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構П形鍋爐。設計煤種為山西大同塔山煙煤；采用雙進雙出鋼球磨煤機直吹式制粉系統，每臺鍋爐配5臺磨煤機，煤粉細度R90為16%～18%，煤粉均勻性系數R200為1.1。為保證前后墻熱負荷均勻，當磨煤機切停時，前后墻投運燃燒器層數之差不允許長時間大于1。

采用前后墻對沖燃燒方式。30只HT-NR3低NOx旋流式燃燒器按前墻三層和后墻二層布置在爐膛前后墻螺旋水冷壁上，使沿爐膛寬度方向熱負荷及煙氣溫度分布均勻。前墻燃燒器由上至下布置為B層、C層和D層，后墻燃燒器由上至下布置為A層和E層。

每臺鍋爐配備2臺雙級動葉可調式軸流一次風機，型號為AST-1750/1250，其主要設計參數見表1。

表1 一次風機主要設計參數

1號鍋爐一次風機自2008年機組投產以來，多次發生失速現象。SCR脫硝改造后，B側一次風機失速更為頻繁。根據DL/T 469—2004 《電站鍋爐風機現場性能試驗》在冷態下對1號鍋爐B側一次風機進行了流量-全壓特性試驗及失速試驗，并對1號鍋爐450 MW、500 MW負荷下進行了常規試驗，對在運的2號鍋爐各負荷下風機進行了常規試驗，以便對比。

2 試驗方法

該失速試驗的一次風系統阻力調節以磨煤機進口風門調節為主，一次風機出口風門調節為輔，且必須在機組停運期間進行。其方法是：關閉兩側一次風機的出口聯絡門和A、B、C磨煤機入口總風門及A側空氣預熱器出口熱風門，全開D、E磨煤機進、出口所有風門；然后，啟動一次風機，將一次風機動葉緩緩調至試驗開度，待其穩定運行后，緩慢關小磨煤機進口冷、熱風門擋板，增加一次風系統阻力，同時密切監視失速探針壓差、風機出口壓力和風機氣流噪聲的變化，實時采集文丘里流量裝置的壓差，在主控室內密切監視失速報警、風機電流及出口風壓的變化；當關至一次風機出口壓力增加減緩或不增加，記錄風機運行各參數，再一點一點地關閉磨煤機進口總風門，同步記錄每次操作的風機各參數，直至風機出口壓力和電流大幅度波動，風機噪聲劇烈上升，失速探針觸發報警，此時風機已失速，失速前的風機工作點為風機失速邊界點；快速關閉一次風機動葉，或打開磨煤機風門，將風機帶出失速區。

流量的測量可以參照DL/T 469—2004中切比雪夫網格法來測量，該方法需要負荷平穩，每個工況下測量時間約1 h?，F場軸流風機大多在本體喉部都留有兩個壓差接頭，風機的流量也可以通過壓差接頭進行快速測量計算，其公式為[1]：

(1)

式中：Q為風機體積流量，m3/s；Δp為壓差接頭的壓差，Pa；T1為氣體進口溫度，K；p1為氣體進口絕對壓力，Pa；K為常系數，需要校驗。通過網格法測量風機的流量，反向計算得到K；對于每一個風機樣本，都需要現場校核K，然后利用差壓接頭快速地計算流量；冷態下調節風機動葉開度在不同的角度，進行流量-全壓特性曲線試驗，便得到風機的實際曲線。

通過冷態試驗，得出1號鍋爐B側一次風機的流量-全壓特性曲線，該曲線僅包含日常風機組運行中風機可能達到的開度；結合機組正常運行負荷范圍及磨煤機常用組合方式下的一次風機工況點，查找一次風機頻繁失速的原因，為后續鍋爐運行調整和一次風機技術改造及運行監測奠定基礎。

3 試驗過程及結果

冷態下將風機啟動，依據失速試驗方法，找到45%動葉開度下風機失速點。在失速點全壓以下做5個風機工作點，工作點涵蓋正常運行所需的壓力范圍；參照45%動葉開度下方法，完成60%開度下失速點和特性曲線的測試；隨后，依次完成35%和26%動葉開度下失速點和特性曲線的試驗。

通過對26%(26°)、35%(29°)、45%(33°)、60%(38.5°)動葉開度下的流量-全壓特性曲線和失速點試驗，得到B側一次風機日常工作區域內的實際特性曲線(見圖1)。將1號機組在450 MW、500 MW下1B一次風機的實際運行工況點和2號機組各負荷下對應一次風機運行工況繪制在實際曲線圖中。

圖1 B側一次風機日常工作區域內的實際特性曲線

將正常運行的2號機組兩臺一次風機在不同負荷、不同數量磨煤機運行狀態下的風機全壓、體積流量進行測量，具體數據見表2。

表2 2號機組A、B一次風機實際運行參數

由圖1和表2可知：兩臺機組在同樣機組負荷下，一次風機運行工況點偏差較大，具體體現在1號機組所需風量較小，風壓更高，因此更靠近失速線。

依據DL/T 468—2004，軸流風機應有足夠的失速裕度，可以用失速安全系數k來表示，k由設計工況點和該開度下(動葉調節為動葉角度，靜葉調節為調節導葉角度)的失速工況點(或最大壓力點)的風量、風壓求出：

(2)

式中：p、q為設計工況點的風壓和風量；pk、qk為失速工況點的風壓和風量。

代入450 MW負荷和500 MW負荷工況下B側一次風機運行點參數及相應開度下的真實失速點參數，得到兩個負荷工況下B側一次風機失速安全系數分別為1.23和1.07，不滿足k>1.3的要求。由此可知，實際運行期間一次風機易失速，尤其是SCR改造后空氣預熱器阻力增大，造成一次風機出口風壓上升，失速更為頻繁。

4 結語

通過試驗數據的比較分析，有以下結論及建議：

(1) 1號鍋爐B側一次風機實際特性曲線壓力偏低，失速裕度偏小，當遇到磨煤機停運操作、通風量調節稍快及其他擾動時，一次風機極易落入失速區。

(2) 在同等負荷情況下，盡可能運行多套制粉系統，或延遲停運制粉系統，提高一次風流量。

(3) 改造密封風系統，增加密封風來源為取自一次風機出口，增大一次風機流量，以便使一次風機運行點遠離失速線。

(4) 進行一次風機性能在線監測系統改造，啟用風機集氣箱上的已有文丘里流量裝置，加裝微壓差變送器，并將信號引入主控室，新增風機運行圖監視畫面，使得風機運行工作點顯示在實際性能圖上，運行人員可實時掌握一次風機運行位置及距離失速線的余量。