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

        2016-12-31 00:00:00張敏許波
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2016年32期

        摘 要:通過簡述雙級動葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)失速機(jī)理,并針對國內(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,而且適應(yīng)風(fēng)量、風(fēng)壓、負(fù)荷變化能力強,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,整個煙道涉及到系統(tǒng)設(shè)備較多,而軸流式風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動部件多,對制造、安裝、維護(hù)及運行調(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,威脅鍋爐的安全運行。文章以某燃煤發(fā)電廠動葉可調(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。

        每臺鍋爐設(shè)有兩臺由成都電力機(jī)械廠制造的50%容量“三合一”式雙級動葉可調(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,兩臺引風(fēng)機(jī)并列運行,水平對稱布置,垂直進(jìn)風(fēng),水平出風(fēng)。引風(fēng)機(jī)動葉調(diào)節(jié)范圍為+36°-20°(對應(yīng)動葉開度0%-100%),設(shè)計全壓為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。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,風(fēng)機(jī)的壓力達(dá)到最大值PK,大于或小于這一風(fēng)量時風(fēng)機(jī)的壓力就會下降。通常把K點稱為風(fēng)機(jī)穩(wěn)定工作的極限點。風(fēng)機(jī)特性曲線K點右側(cè)區(qū)域為風(fēng)機(jī)穩(wěn)定的工作區(qū)(例如A、B、C點),K點左側(cè)的區(qū)域叫不穩(wěn)定工作區(qū)。

        因為失速區(qū)的不穩(wěn)定性,風(fēng)機(jī)的運行點也不會穩(wěn)定,但可能在圖1中E點附近擺動。當(dāng)風(fēng)機(jī)進(jìn)入失速區(qū)蔓延至凹谷點D,見圖1,所有葉片的頂部將形成一個環(huán)形區(qū)域。這時,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,整個葉輪處于失速區(qū),風(fēng)機(jī)發(fā)生喘振。如果此時將背壓降低,氣流量增加,運行點將如前所述沿L至D點,沿D-E-K直到脫離失速區(qū)。

        氣流沿葉片流動如圖2所示,在零沖角時(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,葉片背面氣流遭到破壞,流動工況惡化,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)運行工況變化而使氣流流動方向發(fā)生改變時,各個葉片的沖角也會存在差別,因此,失速現(xiàn)象也不可能在所有葉片同時發(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;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)運行,#2爐A、B送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)運行,#2爐A、B引風(fēng)機(jī)動葉開度分別為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)失速時情況

        12時59分37秒,解除#2爐B引風(fēng)機(jī)自動控制(A引風(fēng)機(jī)處于自動控制狀態(tài)),手動調(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59分43秒,運行人員采用快增方式增加B引風(fēng)機(jī)動葉開度,動葉開度從82.2%升至86.2%,電流從279A升至308A,A引風(fēng)機(jī)在自動狀態(tài)下,動葉開度從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59分50秒,運行人員快減B引風(fēng)機(jī)動葉開度,動葉開度調(diào)回至82.2%,但電流一直維持在300A左右。A引風(fēng)機(jī)動葉開度自動回升,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)“失速報警”發(fā)出,爐膛壓力突升至+1129Pa,A引風(fēng)機(jī)被強制手動;運行人員關(guān)小動葉開度,停運B、D磨煤機(jī)運行,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23分,#2爐A、B引風(fēng)機(jī)調(diào)整至并列正常運行,啟動B磨煤機(jī)運行,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,采用快增、快減方式改變B引風(fēng)機(jī)動葉開度,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)計值為1.082kPa(100%B-MCR),空預(yù)器阻力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出設(shè)計值,造成引風(fēng)機(jī)正常運行時,動葉開度和電流大,更接近風(fēng)機(jī)運行的不穩(wěn)定區(qū)。增大了運行人員調(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)荷運行,A、B引風(fēng)機(jī)動葉開度已接近上限值(90%),正常運行情況下(開度85%),風(fēng)機(jī)已處于不穩(wěn)定區(qū)的邊緣,給運行人員的正常調(diào)整增加了難度,故風(fēng)機(jī)的設(shè)計容量小是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,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)組正常運行期間,引、送風(fēng)機(jī)投自動方式運行,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點附近或以上時禁止對引風(fēng)機(jī)進(jìn)行大幅度加減指令操作。

        (2)引送風(fēng)機(jī)正常并列運行時,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、動葉開度正常,定期核對就地開度與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)加強對脫銷系統(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,要及時分析原因,及時進(jìn)行吹灰或反吹。

        (5)特殊情況需退出單側(cè)風(fēng)機(jī)運行,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。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工況點之上。

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

        (7)調(diào)整風(fēng)機(jī)出力時應(yīng)密切注意本側(cè)及對側(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)較大幅度波動或變化超出預(yù)期時,應(yīng)暫停操作或適當(dāng)將操作回退。風(fēng)機(jī)正常運行期間進(jìn)行出力調(diào)整時,尤其是高負(fù)荷時,各項操作應(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,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)動葉調(diào)節(jié)擋板邏輯。

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

        5 結(jié)束語

        在正常運行中,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)電廠的運行經(jīng)驗,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)生脈動是判斷引風(fēng)機(jī)發(fā)生失速的重要依據(jù)。當(dāng)運行中引風(fēng)機(jī)發(fā)生失速時,一是應(yīng)立即停運上層制粉系統(tǒng),盡量保證下面三臺制粉系統(tǒng)運行,適當(dāng)降低送風(fēng)機(jī)出力,同時快速將負(fù)荷降至250MW以下運行,并檢查引風(fēng)機(jī)入口壓力>-6154Pa(風(fēng)機(jī)TB點壓力);二是調(diào)整好爐膛負(fù)壓,防止?fàn)t膛長時間冒正運行。三是盡快減小兩臺并列風(fēng)機(jī)的動葉開度至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)為正常運行時對爐膛負(fù)壓的調(diào)整,防止?fàn)t膛負(fù)壓過大。

        通過加強管理及采取防止風(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行工作。

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