低負(fù)荷工況“非典型”引風(fēng)機(jī)失速事故的分析

摘要：軸流引風(fēng)機(jī)由于自身的特點(diǎn)，在選型設(shè)計(jì)不合理、調(diào)整不當(dāng)或煙道系統(tǒng)阻力大時(shí)，易發(fā)生風(fēng)機(jī)失速。引風(fēng)機(jī)失速一般發(fā)生在機(jī)組高負(fù)荷期間，但如一些原因引起煙氣系統(tǒng)阻力變化，在較低負(fù)荷情況下，操作人員對(duì)引風(fēng)機(jī)參數(shù)監(jiān)視不夠重視，也易發(fā)生引風(fēng)機(jī)失速。當(dāng)煙氣的飛灰中有機(jī)物含量高，或電除塵故障使煙氣含塵量高，容易引起吸收塔漿液冒泡。漿液產(chǎn)生的泡沫密度低，而目前吸收塔普遍采用的壓力轉(zhuǎn)換型液位計(jì)無(wú)法直接反應(yīng)泡沫厚度，使泡沫堆積至吸收塔煙道入口，引起煙道阻力大大增加，甚至在機(jī)組較低負(fù)荷時(shí)，也發(fā)生引風(fēng)機(jī)失速。

關(guān)鍵詞：引風(fēng)機(jī);失速;因素;漿液起泡;對(duì)策

目前，大型火力發(fā)電機(jī)組的送、引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)廣泛采用軸流式風(fēng)機(jī)。我廠的#7-10機(jī)組，送、引風(fēng)機(jī)均采用軸流風(fēng)機(jī)。軸流風(fēng)機(jī)由于自身的特點(diǎn)，在選型設(shè)計(jì)不合理、調(diào)整不當(dāng)或系統(tǒng)阻力偏大時(shí)，容易發(fā)生風(fēng)機(jī)失速。風(fēng)機(jī)失速時(shí)，會(huì)引起風(fēng)機(jī)出口壓力下降，風(fēng)機(jī)無(wú)出力，振動(dòng)加大，容易引起風(fēng)機(jī)損壞或風(fēng)道損壞，調(diào)節(jié)處理不當(dāng)時(shí)，容易造成燃燒不穩(wěn)。由于風(fēng)機(jī)失速時(shí)，會(huì)引起爐膛負(fù)壓大幅變化，爐膛負(fù)壓極易達(dá)到爐膛負(fù)壓保護(hù)動(dòng)作定值，引起鍋爐熄火和機(jī)組跳閘，甚至可能造成爐墻或煙道的損壞。引風(fēng)機(jī)失速時(shí)，會(huì)導(dǎo)致?tīng)t膛冒正壓，對(duì)周?chē)斐晌廴荆掖蟠笤黾渝仩t房著火的風(fēng)險(xiǎn)。隨著環(huán)保要求的提高，各機(jī)組都進(jìn)行了超低排放改造，煙道阻力大幅增加;特別是空預(yù)器、MGGH冷卻器積灰，脫硫吸收塔區(qū)域煙道積石膏等種種原因，隨著機(jī)組連續(xù)運(yùn)行時(shí)間增加，煙道阻力會(huì)不斷上升，在高負(fù)荷或工況大幅變化時(shí)，很容易引起軸流式引風(fēng)機(jī)失速。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，近5年來(lái)，浙能集團(tuán)內(nèi)電廠共發(fā)生風(fēng)機(jī)失速事件35起，其中，大部分是引風(fēng)機(jī)失速。我廠超低排放改造后，#7、9、10機(jī)均發(fā)生過(guò)引風(fēng)機(jī)失速的事故。特別是2018年9月17日，#9機(jī)組發(fā)生了一次“非典型”引風(fēng)機(jī)失速引起的鍋爐滅火保護(hù)動(dòng)作的事故。

1軸流式風(fēng)機(jī)失速的機(jī)理

軸流式風(fēng)機(jī)在運(yùn)行中，氣流是沿著風(fēng)機(jī)軸向方向進(jìn)入風(fēng)機(jī)，在葉輪處獲得能量后也沿軸向方向流出風(fēng)機(jī)，性能特點(diǎn)是流量大，揚(yáng)程（全壓）低。工作原理相當(dāng)于飛機(jī)飛行中，機(jī)翼與空氣的關(guān)系，即機(jī)翼理論。機(jī)翼在發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力作用下向前飛行，因機(jī)翼上下面曲率不同，使上下面流過(guò)的空氣流速不同，上下面產(chǎn)生不同的壓強(qiáng)，從而產(chǎn)生升力。軸流風(fēng)機(jī)相當(dāng)于機(jī)翼理論的反方向過(guò)程，驅(qū)動(dòng)裝置提供動(dòng)力克服風(fēng)機(jī)各葉片的升力，葉片給氣流一個(gè)與升力大小相等、方向相反的推力，使氣體能量增加并沿軸向排出。

軸流風(fēng)機(jī)動(dòng)葉的頂點(diǎn)與葉尾的連線為葉片的軸線。氣流在流過(guò)葉片時(shí)，氣流方向與葉片軸線之間產(chǎn)生的一個(gè)沖角α。當(dāng)風(fēng)機(jī)在正常運(yùn)行工況工作時(shí)，沖角很小，接近于零，繞過(guò)葉片的氣流保持流線的形狀（圖1）。當(dāng)氣流與葉片形成正沖角，隨著角度增大，氣流將無(wú)法保持流線形狀，在葉片的后緣從葉片表面脫離，產(chǎn)生渦流（圖2）。當(dāng)沖角超過(guò)某一臨界值時(shí)，渦流甚至將會(huì)填滿前后兩個(gè)葉片子間的間隙造成“堵塞”，升力減少，阻力急劇增加，出口壓力隨之急劇降低，這一現(xiàn)象稱(chēng)為“失速”。

軸流風(fēng)機(jī)葉片在制造、安裝過(guò)程中，不可能有完全相同的流線形狀和安裝角度，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程會(huì)發(fā)生某一葉片或部分葉片松動(dòng)，各葉片的沖角不可能完全相同。當(dāng)運(yùn)行工況改變時(shí)，某一個(gè)葉片或某一些葉片的沖角α達(dá)到臨界值時(shí)，就可能首先會(huì)在該葉片或該區(qū)域葉片上發(fā)生失速。且失速區(qū)不靜止，當(dāng)某一葉片或某一些葉片發(fā)生失速后，該區(qū)域氣流堵塞，氣流會(huì)向相鄰區(qū)域擴(kuò)散，改變相鄰區(qū)域的氣流方向，使失速向相鄰其他葉片擴(kuò)散，從而使風(fēng)機(jī)各個(gè)葉片均發(fā)生失速，形成交變應(yīng)力，最終導(dǎo)致?lián)p壞葉片（圖4）。

對(duì)定速軸流風(fēng)機(jī)，葉片隨著輪轂旋轉(zhuǎn)，葉片高度相對(duì)于輪轂直徑比例較少，葉頂與葉根的圓周方向速度變化不大，可認(rèn)為在圓周方向速度u基本不變。當(dāng)風(fēng)機(jī)出力調(diào)節(jié)時(shí)，氣流速度c將發(fā)生改變，可以改變氣流方向C或者改變?nèi)~片角度β（圖3），從而使沖角接近于零。也即是軸流式風(fēng)機(jī)的負(fù)荷調(diào)節(jié)可采用動(dòng)葉調(diào)節(jié)或靜葉調(diào)節(jié)。動(dòng)葉調(diào)節(jié)有著調(diào)節(jié)性能好、效率高、等效率運(yùn)行區(qū)寬等優(yōu)點(diǎn)，機(jī)組變負(fù)荷特別是低負(fù)荷時(shí)，經(jīng)濟(jì)性好的優(yōu)點(diǎn)明顯。我廠的送風(fēng)機(jī)一直采用動(dòng)葉調(diào)節(jié)，超低排放改造后引風(fēng)機(jī)也由靜葉調(diào)節(jié)改為動(dòng)葉調(diào)節(jié)型號(hào)。

2引風(fēng)機(jī)失速的因素

火力發(fā)電廠中，送風(fēng)機(jī)的出口阻力較小，出口風(fēng)壓低，送風(fēng)機(jī)發(fā)生失速的情況極少。由于軸流風(fēng)機(jī)的高效、穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)，目前大型機(jī)組的一次風(fēng)機(jī)采用軸流式風(fēng)機(jī)的也較多;但據(jù)統(tǒng)計(jì)，一次風(fēng)機(jī)發(fā)生失速的概率比引風(fēng)機(jī)小很多。在實(shí)際運(yùn)行中，軸流風(fēng)機(jī)發(fā)生失速的主要為引風(fēng)機(jī)。

引風(fēng)機(jī)失速主要受煙道阻力的影響，特別是超低排放改造使煙道阻力明顯增加，隨著機(jī)組連續(xù)運(yùn)行時(shí)間的增加，空預(yù)器、MGGH等設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行引起積灰、粘結(jié)等原因引起阻力上升;漿液循環(huán)泵運(yùn)行方式不合理，致使脫硫吸收塔區(qū)域煙道內(nèi)石膏堆積引起煙道阻力增大，以及煙氣系統(tǒng)的導(dǎo)流板布置不合理或脫落等。這些原因是引風(fēng)機(jī)發(fā)生失速的現(xiàn)象常有發(fā)生。

影響引風(fēng)機(jī)失速的因素：

（1）引風(fēng)機(jī)進(jìn)出口全壓升。引風(fēng)機(jī)全壓升數(shù)值上約等于煙道阻力，用于克服煙道阻力，煙氣系統(tǒng)中各類(lèi)設(shè)備，主要包括脫硝裝置、空預(yù)器、MGGH、吸收塔除霧器等，任一設(shè)備堵塞、煙氣導(dǎo)流板脫落、漿液循環(huán)泵運(yùn)行方式不合理等原因，均會(huì)影響煙道阻力。在煙氣量一定的情況下，煙道阻力較大幅偏離設(shè)計(jì)值是引風(fēng)機(jī)失速的主要因素。

（2）煙氣量。在煙氣系統(tǒng)通流面積一定的情況下，煙氣阻力與煙氣量（即流速）的關(guān)系不僅僅是平方的關(guān)系，而是大幅突升。

（3）排煙溫度。根據(jù)儒考夫斯基理論，風(fēng)機(jī)的升壓Py=ρCybωm2/2（式中ρ—介質(zhì)密度，Cy—升力系數(shù)，b—葉片弦長(zhǎng)，ωm—相對(duì)于動(dòng)葉的平均氣流速度），排煙溫度影響煙氣密度，從而影響風(fēng)機(jī)出力;另外，由于排煙溫度高，在質(zhì)量流量相同的情況下，煙氣速度明顯增加，使得煙道阻力增加。

（4）動(dòng)葉制造、安裝工藝、動(dòng)葉磨損、松動(dòng)等風(fēng)機(jī)自身原因。當(dāng)動(dòng)葉制造或安裝工藝不佳，或風(fēng)機(jī)葉片出現(xiàn)松動(dòng)，引起兩臺(tái)風(fēng)機(jī)葉片調(diào)節(jié)不同步等原因，使煙氣流過(guò)葉柵時(shí)產(chǎn)生“渦流”的可能性增加，兩臺(tái)形成明顯的“搶風(fēng)”現(xiàn)象。

（5）兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)出力不一致。因兩臺(tái)風(fēng)機(jī)出力存在偏差，變負(fù)荷過(guò)程中致使各風(fēng)機(jī)出力變化量有偏差，致使兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、電流出現(xiàn)嚴(yán)重不平衡。

（6）兩臺(tái)機(jī)組共用一根煙囪，兩臺(tái)機(jī)組都運(yùn)行時(shí)，煙氣在煙囪入口互相擠占，使煙氣阻力增加，甚至在高負(fù)荷可能發(fā)生兩臺(tái)機(jī)引風(fēng)機(jī)相繼失速的情況。

由于軸流風(fēng)機(jī)的運(yùn)行特性，在低負(fù)荷區(qū)的全壓升裕量較大，一般不會(huì)發(fā)生失速事故，其失速事故主要發(fā)生在高負(fù)荷運(yùn)行期間。但當(dāng)某些因素引起煙氣系統(tǒng)阻力明顯增大時(shí)，在較低負(fù)荷時(shí)，失速事故也會(huì)發(fā)生。本文對(duì)發(fā)生在我廠一次低負(fù)荷下引風(fēng)機(jī)失速的?“非典型”案例進(jìn)行具體分析。

3?“非典型”引風(fēng)機(jī)失速事故的分析

3.1設(shè)備概況

我廠#9機(jī)組是哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司根據(jù)美國(guó)ABB—CE燃燒工程公司技術(shù)設(shè)計(jì)制造的，配330MW純凝汽輪發(fā)電機(jī)組的亞臨界壓力，一次中間再熱、控制循環(huán)汽包鍋爐，采用平衡通風(fēng)、直流式燃燒器、四角切圓燃燒方式，燃用煙煤。鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量為1087t/h（增容后）。#9爐于2013年進(jìn)行了低氮燃燒器改造和加裝SCR脫硝系統(tǒng)，鍋爐詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)表1，設(shè)計(jì)煤種見(jiàn)表2。鍋爐配備兩臺(tái)SAF26-18-2型引風(fēng)機(jī)，各參數(shù)見(jiàn)表3，風(fēng)機(jī)特性曲線見(jiàn)圖5。

3.2事故經(jīng)過(guò)

事故前，?機(jī)組負(fù)荷210MW，AGC方式，總風(fēng)量950?t/h，三臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，三臺(tái)漿液循環(huán)泵運(yùn)行，兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)電流207/208A，引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開(kāi)度51%/47%，引風(fēng)機(jī)進(jìn)口壓力-2.75kPa/-2.8kPa，引風(fēng)機(jī)出口壓力1.5kPa/2.6kPa。引風(fēng)機(jī)失速時(shí)，爐膛壓力突升，A引風(fēng)機(jī)電流從225A上升至460A，已超額定電流（442A）運(yùn)行，動(dòng)葉開(kāi)度從53%開(kāi)至87%，B引風(fēng)機(jī)電流從225A下降至178A，后上升至240A，并晃動(dòng)較大，動(dòng)葉開(kāi)度從50%開(kāi)至87%，爐膛壓力高高，MFT，主要參數(shù)變化情況見(jiàn)圖6。根據(jù)兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)進(jìn)、出口壓力、電流曲線，結(jié)合引風(fēng)機(jī)性能特性曲線，判斷為B引風(fēng)機(jī)失速，導(dǎo)致?tīng)t膛負(fù)壓無(wú)法調(diào)節(jié)正常，爐膛壓力高高M(jìn)FT。

3.3事故分析

本次引風(fēng)機(jī)失速事故發(fā)生在低負(fù)荷期間，而且該臺(tái)爐自投產(chǎn)以來(lái)從未發(fā)生過(guò)引風(fēng)機(jī)失速事故，雖然事故處理時(shí)已判斷出為引風(fēng)機(jī)失速，但該鍋爐的滅火保護(hù)的爐膛負(fù)壓保護(hù)動(dòng)作設(shè)定值低，處理上不及時(shí)，引起了MFT。事后檢查分析發(fā)現(xiàn)事故原因：事故前幾天，該爐電除塵已有二個(gè)電場(chǎng)故障停運(yùn)，煙塵進(jìn)入吸收塔內(nèi)產(chǎn)生大量泡沫，而吸收塔除霧器沖洗水閥有內(nèi)漏，吸收塔液位逐漸升高，事故發(fā)生時(shí)，雖然吸收塔液位仍在正常值內(nèi)，但大量泡沫堵塞煙道，引起煙道阻力增加，引風(fēng)機(jī)進(jìn)、出口壓力又不準(zhǔn)，沒(méi)有引起操作人員的重視，使引風(fēng)機(jī)進(jìn)入失速區(qū)。

4?引風(fēng)機(jī)失速的處理和防范

機(jī)組運(yùn)行中，發(fā)現(xiàn)兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)電流偏差突然加大，爐膛負(fù)壓大幅波動(dòng)或冒正壓嚴(yán)重，動(dòng)葉開(kāi)度增大而電流下降等情況時(shí)，可判斷為引風(fēng)機(jī)失速。若引風(fēng)機(jī)出現(xiàn)輕微失速，爐膛負(fù)壓、引風(fēng)機(jī)電流等參數(shù)變化不明顯，適當(dāng)降低鍋爐出力，調(diào)整兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)出力平衡，使風(fēng)機(jī)脫離失速區(qū);鍋爐應(yīng)停止?fàn)t膛吹灰、啟磨等易引起爐膛負(fù)壓大幅波動(dòng)的操作。在原因不明時(shí)不能繼續(xù)加負(fù)荷，防止引風(fēng)機(jī)再次進(jìn)入失速區(qū)。

若引風(fēng)機(jī)出現(xiàn)嚴(yán)重失速現(xiàn)象，應(yīng)立即投油助燃，通過(guò)退磨等方法快速降負(fù)荷（若失速發(fā)生在低負(fù)荷時(shí)，慎重退磨，防止因燃燒不穩(wěn)而MFT），將失速風(fēng)機(jī)動(dòng)葉撤至手動(dòng)并關(guān)小，直至脫離失速區(qū)，同時(shí)，注意調(diào)整控制鍋爐總風(fēng)量、爐膛負(fù)壓，防止另一臺(tái)引風(fēng)機(jī)參數(shù)超限。

防范引風(fēng)機(jī)失速的措施有：

（1）完善優(yōu)化邏輯報(bào)警配置，控制引風(fēng)機(jī)風(fēng)量、出力平衡，設(shè)定合理的風(fēng)機(jī)進(jìn)出口差壓、電流偏差、吸收塔液位等報(bào)警值。

（2）引風(fēng)機(jī)檢修時(shí)，重點(diǎn)檢查動(dòng)葉及執(zhí)行機(jī)構(gòu)，保證動(dòng)葉無(wú)磨損、結(jié)垢，各個(gè)葉片調(diào)節(jié)特性良好。

（3）利用機(jī)組檢修、調(diào)停時(shí)機(jī)，對(duì)空預(yù)器、MGGH、脫硝系統(tǒng)、煙道（特別是吸收塔進(jìn)口煙道）進(jìn)行定期檢查清理沖洗，保證煙道通暢，降低煙道系統(tǒng)阻力。

（4）運(yùn)行中，加強(qiáng)引風(fēng)機(jī)及煙道運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)視和分析，做好同負(fù)荷下引風(fēng)機(jī)電流、煙道阻力等參數(shù)的比對(duì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。加強(qiáng)引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)、擋板等設(shè)備的巡查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)消除各類(lèi)問(wèn)題。

（5）運(yùn)行中，嚴(yán)格執(zhí)行空預(yù)器、MGGH的吹灰制度延緩煙道阻力上升?？疹A(yù)器吹灰蒸汽參數(shù)合適、疏水徹底，按規(guī)定煙溫投退脫硝系統(tǒng)，脫硝系統(tǒng)調(diào)節(jié)平穩(wěn)，避免大開(kāi)大關(guān)，減少硫酸氨鹽在空預(yù)器上的沉積。發(fā)現(xiàn)吸收塔漿液起泡時(shí)，及時(shí)分析原因進(jìn)行消除，并加強(qiáng)換漿、控制吸收塔液位。

（6）運(yùn)行操作上，盡量保證兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)出力一致，控制引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉、進(jìn)出口差壓、風(fēng)機(jī)電流等參數(shù)，必要時(shí)降低負(fù)荷，防止風(fēng)機(jī)參數(shù)偏離運(yùn)行安全區(qū)域。對(duì)于有供熱的機(jī)組，注意影響引風(fēng)機(jī)失速的原因是鍋爐負(fù)荷，而非汽機(jī)負(fù)荷。

參考文獻(xiàn)：

作者簡(jiǎn)介：李衛(wèi)平（1974—??），男，漢族，浙江臺(tái)州人，本科，助理工程師，研究方向：火電廠運(yùn)行。