学文网【摘要】锅炉主要三大风机的可靠性直接关系着整个机组的安全经济运行，而失速与喘振是轴流风机中的多发故障之一。提高轴流风机运行的稳定性和安全性，降低失速与喘振的发生率，已成为电厂锅炉运行的重要工作之一，本文依据公司一次风机发生失速的情况，在介绍轴流风机失速原理基础上，对一次风机失速原因进行了分析，并提出了一次风机失速的处理及预防措施。
【关键词】轴流式一次风机；失速；动叶可调
1、概况
许昌禹龙发电有限责任为2×660MW超超临界机组，锅炉为上海锅炉厂制造的国产超超临界参数变压直流炉、一次再热、平衡通风、半露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型锅炉，锅炉型号：SG-2000/26.15-M625，采用单炉膛四角切圆燃烧方式。制粉系统为中速磨煤机正压直吹式制粉系统，每台炉配6台磨煤机，本工程共12台，燃烧设计煤种时，5台运行，1台备用。其三大风机（引风机、送风机、一次风机各2台）配备了由豪顿华工程有限公司生产的动叶可调轴流式风机，两台一次风机为ANT1960/1400F双级动叶可调轴流式，风机轴功率2761.4KW，电机功率3000KW，额定电流331A，动叶调节范围为10～45°（对应动叶开度0%～100%），设计风量为128.88m3/s，设计风压为18752Pa，风机转速为1493r/min。
在近几年的运行中，一次风机曾发生多次失速与喘振，引起炉膛负压剧烈变化，一次风量、风压大幅波动，若处理不当，轻则造成风机出力降低，锅炉油耗大幅增加，影响机组负荷；重则发生锅炉灭火事故、使部分叶片，甚至全部叶片断裂，造成较大的经济损失。本文根据公司的实际运行经验，分析一次风机实际运行中产生失速及喘振的机理及原因，针对机组系统存在的缺陷和运行操作过程中存在的问题，提出了一次风机失速预防措施和处理方案。
2、轴流风机失速机理
2.1 失速的原理分析
轴流风机叶片通常是机翼型的，当空气顺着机翼叶片进口端（冲角α=0），如***1（a）所示的流向流入时，它分成上下两股气流贴着翼面流过， 形成叶片背部和腹部的平滑”边界层”气流呈流线形。作用于叶片上有两种力，一是垂直于叶面的升力，另一种平行于叶片的阻力，升力≥阻力。当空气流入叶片的方向偏离了叶片的进口角，它与叶片形成正值的冲角（α>0），当接近于某一临界值时，叶背的气流工况开始恶化。当冲角增大至临界值时，叶背的边界层受到破坏，在叶背的尾端出现涡流区，即所谓脱流工况，也叫失速工况。此时作用于叶片的升力大幅度降低，阻力大幅度增加，如***1（b）所示，随着冲角α的增大，气流的分离点向前移动，叶背的涡流区从尾端扩大到叶背部，脱离现象更为严重，甚至出现部分流道阻塞的情况。
2.2 从风机Q-H性能曲线来分析失速原理
***2是具有“驼峰”形风机Q-H性能曲线，当其在大容量的管路中工作，如果外界需要的流量为QA时，此时管路特性曲线和风机性能曲线相交于A点，该点管路消耗的能量与风机产生的能量达到平衡，工作是稳定的。当外界需要的流量继续减少为小于QK时，工作点将落在DK线上，例如F点，这时风机所产生的压力大于管中的阻力，但因管路容量大，在风机出口压力低于K点的瞬间，管中压力仍保持为PK，因此PF〈PK，气体将从管路向风机倒流，使工作点由K点移到C点，由于倒流使管路中的压力快速下降，工作点由C点跳回D点，此时风机流量为零，由于风机继续运行，所以当管路中的压力降低到相应的D点压力时，风机又重新输出流量，由Q-H曲线可知，为了和管路中的阻能相平衡，工作点又由D点跳回E点。只要外界需要的流量保持小于QK，上述过程重复出现，即发生失速，风机的流量和能头在极短时间内发生不稳定的周期性反复变化。
3、一次风机失速典型案例分析
3.1 3B一次风机失速分析
2011年4月22日03：39，负荷415MW，总煤量210T/h，C、D、E、F磨煤机运行，A、B一次风机并列运行，动叶投自动位。3C给煤机断煤，运行人员立即投入油***稳燃，并将D、E、F磨煤机煤量加至最大出力63 T/h，3：39，因C磨煤机出口温度高，C磨煤机热一次风挡板关闭，一次风流量快速下降20T/h以上，一次风母管压力由12.8Kpa快速上升到13.64Kpa，导致3B一次风机失速，同时炉膛负压突降至-856pa，一次风母管压力突降至9.8Kpa，A、B一次风机电流动叶开度自动由48%开启到90%，3A一次风机电流由133A上升到273A，3B一次风机电流由138A降低到106A后上升到185A。如下表1：
原因分析：
1）4月21日，热工人员对3号炉热端扇形板提升装置进行了热态调试并投入“自动”方式运行，空预器热端扇形板处径向间隙减小，漏风量降低，从SIS历史数据查看，实际一次风量比以往相同的工况减小了大约100T/h，一次风机相当于运行在压头高，流量低的区域。
2）因磨煤机石子煤量大，且经常出现堵煤、断煤的情况，一次风压维持较高12.5KPA。
3）3C磨煤机断煤后因磨煤机出口温度高造成热风门自动关闭，加剧了一次风量下降，一次风压升高。
4）因3B一次风机在并列时负荷较高，且一次风母管压力维持在12Kpa，导致3B一次风机两次并列不成功，后将母管压力降至10Kpa，3B一次风机成功并入系统恢复正常运行。
3.2 4B一次风机失速分析
2012年3月17日08：00，负荷470MW，总煤量215T/h，C、D、E、F磨煤机运行，机组协调方式，AGC投入，一次风机母管风压13.3KPa。08：16，负荷480MW，总煤量230T/H，一次风母管压力13.5KPA，监盘发现炉膛负压瞬间波动至-1025Pa后上升至280Pa，一次风母管风压突降至10.5KPa，4A一次风机动叶开度90%，电流284A，4B一次风机动叶开度65%，电流132.8A，4B一次风机喘振。如下表2：
原因分析：
1）失速发生在交接班期间，运行人员未及时增启磨煤机，每台磨煤机煤量平均达55t/h以上。
2）同样一次风压设置偏高12.6KPa。
3）接班后，机组AGC投入下协调运行，负荷不变，煤质变好，总煤量由230t/h减小至217t/h，磨煤机一次风门调门关小，一次风压升由12.5Kpa至13.3Kpa，此时一次风机动叶62%。08：16，AGC增加负荷，煤量又增加至230t/h，此时启动4A磨煤机，磨煤机内原残留的煤粉吹入炉膛引起负荷快速增加至485MW，一次风机动叶增加至65%，导致一次风压迅速升至13.7Kpa，随后发生4B一次风机失速。
3.3 4B一次风机第二次失速分析
2013年6月19日07：41，负荷460MW，总煤量215T/h，A、B、C、D磨煤机运行，一次风机风压11.1KPa。07：59，监盘发现炉膛负压瞬间波动至-650Pa后上升至-43Pa，一次风母管风压突降至8.5KPa，4A一次风机动叶开度83%，电流208.9A，4B一次风机动叶开度55%，电流113A，4B一次风机喘振。如下表3：
原因分析：
1）失速发生在机组大修结束后，机组启动加负荷期间，空预器密封装置已改造为接触式空预器密封。从SIS历史数据查看，空预器密封改造后单台一次风机电流降低了40-100A以上，一次风漏风率由11%减少至6%。
2）一次风压设置并不高，失速前最高为11.2KPa，但每台磨煤机煤量平均达50t/h以上，磨煤机热一次风调门开度偏小，50%左右开度。
3.4 一次风机失速时的处理
1）立即投油，减小总煤量。一次风机喘振后，母管风压会突降到10KPa以下，立即减煤至160T/h以下，负荷减至400MW以下。从上述第三次失速可以看出，通过快速减小煤量，降低负荷及一次风压，喘振很快消失。
2）逐步快速关小失速的一次风机动调，同时减小另一台一次风机动调，因喘振消失过程中，一次风母管压力波动且会有较大升高，调整一次风机动调要及时，防止一次风压突然升高，大量磨煤机存粉吹入炉膛，导致锅炉超温事故。从表2可以看出，08：25：11，4B一次风机失速消失，一次风压突然升高至11.3KPa。
3）由于一次风量波动大，送、引风机动调切手动调整负压及氧量稳定。
4）加强石子煤系统的排放，适当开大热、冷一次风调整挡板，减少一次风道阻力，防止磨煤机堵煤。
5）一次风机出口风温也可作为判断喘振的重要依据，喘振时风温有较快增长，当喘振逐渐消失时，风温快速降低至正常环境温度。
6）喘振消失，并一次风机时，负荷一定要降至400MW以下，一次风母管压力10KPa以下，防止一次风机并不上或再次出现喘振。
7）处理过程中，盘前分工明确，风烟、燃烧、汽水、各主要人员加强协作，及时监视其余各画面参数。
8）在风机发生喘振并调整无效时，应立即停止喘振风机运行，防止因喘振、发热等造成设备损坏。
4、预防一次风机失速的措施
针对上述三次典型的一次风机失速过程，为保证一次风机运行在稳定区域，从根本上防止失速、喘振的发生，各专业不断优化，采取了以下措施：
1）从这三次失速过程可以看出，一次风压高是失速发生的根本原因，由于一次风压是根据机组有功功率进行滑压运行，在满足磨煤机最大出力的前提下，热工人员将3、4号炉一次风压滑压曲线由200MW-660MW对应10-14KPa，分别修改为8.5-9.5KPa，从而彻底避免一次风机运行在高风压区域。
2）平均每台磨煤机煤量45T/H以上时，要求热一次风门开度保持60%以上，一次风母管压力与磨煤机入口风压小于1Kpa，防止一次风道阻力大，造成风机失速。
3）将磨煤机出口温度高跳磨煤机，关热一次风截门的定值由120℃修改为130℃。防止由于断煤，跳磨等，磨煤机出口温度高热一次风截门突然关闭，造成一次风压突升的发生。
4）给煤机断煤、跳闸或正常停运后，冷、热一次风调整挡板调节不可过快。
5）机组运行中保持所有的磨煤机冷一次风截门处于开启位置，为保证锅炉燃烧稳定，除底层未运行磨煤机外，上层未运行磨煤机出口挡板保持开启位置。
6）从这三次失速可以看出，负荷450MW左右，平均每台磨50T/H以上时，风机极易发生失速，因此煤量大时及时启动备用磨煤机显得十分关键。
7）协调控制或手动加负荷速率不要过高，防止磨煤机煤量短时增加过多造成堵煤，并加强磨煤机及一次风机各参数监视。
8）运行中尽量保持两台一次风机的出口压力、电流一致。停运一台或并列第二台一次风机时，动叶偏差不要长时间大于15%，将机组负荷降至360MW，维持一次风机母管压力最大不超过10Kpa。
9）空预器满负荷运行时烟气侧压差设计值1Kpa，由于脱硝系统的投入，且机组长时间低负荷运行，硫酸氢氨在空预器中沉积，造成空预器堵塞，压差常常达到2KPa以上，针对这种情况，运行中空预器投入连续吹灰；尽量通过燃烧调整降低脱硝反应器入口氮氧化物，减小氨气的喷入量；每逢机组停运，及时冲洗空预器受热面；目前正在尝试空预器运行中***高压水冲洗，通过这些方法来减缓空预器堵塞。
5、结束语
通过以上方法处理，一次风机失速问题至今未再发生，但由于风机失速与喘振不仅仅与制造、安装有关，还涉及到煤质、设备改造、热工逻辑及运行调整异常，锅炉尾部空气预热器漏风减少、受热面积灰严重、风门误关或煤量突增堵磨等各个方面原因，运行人员只有在平时的操作中加强对运行参数的监视和分析，通过积极正确的调整，不断总结改进，才能有效地避免喘振现象的发生。
参考文献
[1]《泵与风机》，水利电力出版社，郭立君.
[2]《轴流风机》，水利电力出版社，杨诗成.
[3]轴流风机失速与喘振分析，李春宏，国华浙能宁海电厂.
[4]许昌禹龙发电有限责任公司，二期2×660MW机组集控运行规程.
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