吳仁紅 張劍 張娜

摘要：現(xiàn)階段火力發(fā)電機(jī)組設(shè)備的可靠性及自動(dòng)化水平已經(jīng)大幅提高。但是由于系統(tǒng)設(shè)備的變化、運(yùn)行方式的調(diào)整等諸多原因，火電機(jī)組引風(fēng)機(jī)失速喘振的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重威脅機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文從引風(fēng)機(jī)失速喘振的原因出發(fā)，提出了相關(guān)的預(yù)防措施及邏輯優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：軸流式風(fēng)機(jī)失速喘振原因;失速;喘振;工程案例;預(yù)防措施;邏輯優(yōu)化

中圖分類(lèi)號(hào)：TK223.2? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

目前國(guó)內(nèi)火電機(jī)組高容量高參數(shù)已是發(fā)展趨勢(shì)。近年來(lái)，國(guó)家對(duì)于火電機(jī)組的環(huán)保要求提高，伴隨著火電機(jī)組煙氣脫硫脫硝超低排放改造的實(shí)施，導(dǎo)致風(fēng)煙系統(tǒng)阻力發(fā)生變化，對(duì)鍋爐引風(fēng)機(jī)的性能提出了更苛刻的要求。如何在保證鍋爐燃燒所需氧量基礎(chǔ)上，防止引風(fēng)機(jī)出現(xiàn)失速喘振成為了火電機(jī)組運(yùn)行中不可忽視的課題。

1軸流式風(fēng)機(jī)失速喘振的原因

火電機(jī)組引風(fēng)機(jī)選型中，大都采用軸流式風(fēng)機(jī)，其中又分為動(dòng)葉可調(diào)軸流式及靜葉可調(diào)式軸流式引風(fēng)機(jī)。

1.1 固定動(dòng)葉安裝角的軸流風(fēng)機(jī)失速原因

圖1是在一定的轉(zhuǎn)速下，對(duì)葉片安裝角固定的軸流式風(fēng)機(jī)經(jīng)試驗(yàn)測(cè)得的典型性能曲線(xiàn)。圖1-1中包含三條曲線(xiàn)：效率-流量曲線(xiàn)（η-qv）;全壓-流量曲線(xiàn)（H- qv）;功率-流量曲線(xiàn)（P- qv）。

有圖1可知：當(dāng)在設(shè)計(jì)工況時(shí)，對(duì)于曲線(xiàn)上的d點(diǎn)，此時(shí)沿葉片各截面的流線(xiàn)分布均勻，全壓相等，效率最高。如圖1-1（d）所示。

當(dāng)qv

由以上流量與全壓的變化關(guān)系可知，對(duì)于軸流式風(fēng)機(jī)，全壓-流量曲線(xiàn)（H- qv）中C點(diǎn)左側(cè)（駝峰形狀區(qū)域）為不穩(wěn)定工作區(qū)域。當(dāng)流量小于qvc時(shí)，來(lái)流速度的沖角α增大，風(fēng)機(jī)葉片內(nèi)的附面層即出現(xiàn)分離現(xiàn)象，產(chǎn)生旋渦，此時(shí)風(fēng)機(jī)出現(xiàn)失速。不過(guò)失速的程度不同，產(chǎn)生的現(xiàn)象也不盡相同。輕微的失速，讓人不易察覺(jué)。但是失速?lài)?yán)重時(shí)，將使葉道阻塞，風(fēng)機(jī)出口壓力也會(huì)出現(xiàn)明顯的下降。

喘振：在某些系統(tǒng)的特定情況下，如果軸流式風(fēng)機(jī)失速?lài)?yán)重，則有可能造成管網(wǎng)中壓力大于風(fēng)機(jī)出口壓力，管網(wǎng)中的氣流反過(guò)來(lái)向風(fēng)機(jī)倒流，即“倒風(fēng)”。倒流至一定程度時(shí) ，由于葉柵前后壓力差逐漸消失，氣流減小，導(dǎo)致出口風(fēng)壓又開(kāi)始快速上升，當(dāng)出口風(fēng)壓大于管網(wǎng)壓力時(shí)，風(fēng)機(jī)又開(kāi)始“出風(fēng)”。這樣周期性的“倒風(fēng)”和“出風(fēng)”，即是風(fēng)機(jī)喘振。喘振風(fēng)機(jī)出現(xiàn)巨大的振動(dòng)和噪音，嚴(yán)重的將使葉片斷裂，設(shè)備損壞。

1.2? 動(dòng)葉可調(diào)節(jié)軸流式風(fēng)機(jī)并列運(yùn)行變工況失速原因及特點(diǎn)

1.2.1? 動(dòng)葉可調(diào)節(jié)軸流式風(fēng)機(jī)并列運(yùn)行變工況過(guò)程中失速原因

具體分析如下：

圖2是動(dòng)葉可調(diào)節(jié)軸流式風(fēng)機(jī)變工況性能曲線(xiàn)。圖中給出了不同動(dòng)葉角度下所對(duì)應(yīng)的軸流式風(fēng)機(jī)的性能曲線(xiàn)。

假設(shè)原先系統(tǒng)阻力為P1，風(fēng)機(jī)A/B并聯(lián)在系統(tǒng)中運(yùn)行。由于兩臺(tái)風(fēng)機(jī)各自風(fēng)道及風(fēng)機(jī)本身性能的差異，風(fēng)機(jī)A/B各自流量分別為qa和qb，工況點(diǎn)分別為a和b。當(dāng)系統(tǒng)流量不變，系統(tǒng)阻力上升為P2時(shí)，為了克服系統(tǒng)阻力，實(shí)現(xiàn)平衡，風(fēng)機(jī)各自增大動(dòng)葉開(kāi)度5○，風(fēng)機(jī)A/B工況點(diǎn)由a和b移至a和b。但是a工況點(diǎn)正位于圖1分析的臨界失速工況c處，氣流沖角較大，附面層開(kāi)始分離，風(fēng)機(jī)A開(kāi)始出現(xiàn)失速狀態(tài)。而工況點(diǎn)b處于動(dòng)葉45○性能曲線(xiàn)駝峰區(qū)域右側(cè)，風(fēng)機(jī)B處于穩(wěn)定工作工況點(diǎn)。

這樣的情況下，風(fēng)機(jī)A出現(xiàn)失速，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)A全壓下降，風(fēng)機(jī)B出力上升。于是風(fēng)機(jī)A動(dòng)葉會(huì)繼續(xù)開(kāi)大，但是風(fēng)機(jī)A已經(jīng)進(jìn)入了失速區(qū)域，繼續(xù)開(kāi)大動(dòng)葉將導(dǎo)致風(fēng)機(jī)A失速加劇，全壓進(jìn)一步下降，兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的全壓差距進(jìn)一步拉大。在火電機(jī)組實(shí)際系統(tǒng)中，此時(shí)的工況特點(diǎn)從參數(shù)上反應(yīng)出就是失速風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開(kāi)度很大，全壓很小，電機(jī)電流大幅下降;另一臺(tái)風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開(kāi)度也不正常增大，風(fēng)機(jī)電機(jī)電流大幅上升，甚至超過(guò)額定值。這就是風(fēng)機(jī)并列運(yùn)行失速工況的典型表現(xiàn)。并列風(fēng)機(jī)發(fā)生失速喘振對(duì)風(fēng)機(jī)及系統(tǒng)都是巨大的威脅。

1.2.2 動(dòng)葉可調(diào)節(jié)軸流式風(fēng)機(jī)失速工況特點(diǎn)

從圖2可以看出，在風(fēng)機(jī)A/B各自流量不變的情況下：風(fēng)機(jī)A流量小，動(dòng)葉開(kāi)度從35○開(kāi)到40○即開(kāi)始失速;而風(fēng)機(jī)B，如果繼續(xù)開(kāi)大動(dòng)葉，當(dāng)動(dòng)葉開(kāi)度達(dá)到55○也開(kāi)始失速。可以發(fā)現(xiàn)動(dòng)葉可調(diào)式軸流風(fēng)機(jī)失速工況的特點(diǎn)：低流量或高動(dòng)葉開(kāi)度。

2 火電機(jī)組動(dòng)葉可調(diào)節(jié)軸流式引風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行中失速喘振原因

在火電機(jī)組引風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行中，動(dòng)葉可調(diào)節(jié)軸流式引風(fēng)機(jī)失速喘振的原因可總結(jié)為以下情況：

（1）兩臺(tái)并列運(yùn)行引風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)特性相差過(guò)大，在一些負(fù)荷段導(dǎo)致兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)出力不平衡。

（2）引風(fēng)機(jī)進(jìn)出口煙氣通道阻力發(fā)生變化，出口壓力升高過(guò)大。

（3）引風(fēng)機(jī)進(jìn)出口擋板突然關(guān)閉或部分關(guān)閉，煙氣流動(dòng)特性發(fā)生較大改變。

（4）引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障或卡澀，造成兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)出力不平衡。

（5）引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開(kāi)度過(guò)大，引風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況進(jìn)入失速區(qū)。

3工程案例：火電機(jī)組引風(fēng)機(jī)失速過(guò)程分析及預(yù)防

XX發(fā)電公司#5/6機(jī)組為2×1000MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，鍋爐采用北京巴布科克·威爾科克斯公司超超臨界、變壓直流π型鍋爐，型號(hào)為B&WB-3218/28.25-M。引風(fēng)機(jī)采用動(dòng)葉可調(diào)軸流式，型號(hào)為HU27648-AA 。

下圖為XX發(fā)電公司1000MW機(jī)組煙氣系統(tǒng)布置圖：

該機(jī)組煙氣系統(tǒng)的特點(diǎn)是：引風(fēng)機(jī)與增壓風(fēng)機(jī)合并為，在引風(fēng)機(jī)出口布置了特殊的換熱器─低溫省煤器。該換熱裝置利用引風(fēng)機(jī)出口煙氣加熱凝結(jié)水，降低排煙溫度，減少鍋爐排煙熱損失。在實(shí)際運(yùn)行中，引風(fēng)機(jī)曾多次出現(xiàn)失速情況。

3.1? 火電機(jī)組引風(fēng)機(jī)失速工況參數(shù)分析

某次，XX發(fā)電公司（#5機(jī)組）發(fā)生引風(fēng)機(jī)失速喘振，引起爐膛壓力高高保護(hù)動(dòng)作，鍋爐MFT。

引風(fēng)機(jī)失速發(fā)生前工況參數(shù)為：#5機(jī)組負(fù)荷970MW，鍋爐總風(fēng)量3043T/H，磨煤機(jī)B/C/D/E/F運(yùn)行，總?cè)剂狭?56t/h。

該工況失速風(fēng)機(jī)為引風(fēng)機(jī)A。通過(guò)對(duì)比我們不難看出失速前后相關(guān)參數(shù)的典型變化：引風(fēng)機(jī)A電流大幅下降，引風(fēng)機(jī)B電流大幅上升;引風(fēng)機(jī)A進(jìn)出口全壓大幅下降，引風(fēng)機(jī)進(jìn)口壓力上升明顯;引風(fēng)機(jī)A/ B動(dòng)葉開(kāi)度均大幅度增加。風(fēng)機(jī)失速后，造成爐膛負(fù)壓大幅度上升，最終造成鍋爐MFT。

結(jié)合1.2.2分析的動(dòng)葉可調(diào)節(jié)軸流式風(fēng)機(jī)失速工況特點(diǎn)，將引風(fēng)機(jī)A與B進(jìn)行對(duì)比。分析如下：失速前，引風(fēng)機(jī)A全壓稍低（在煙氣通道近似相同的情況下，即煙氣流量低），而動(dòng)葉開(kāi)度卻較大，全部符合風(fēng)機(jī)失速喘振的工況特點(diǎn)。所以無(wú)疑最終引風(fēng)機(jī)A發(fā)生失速。另外，引風(fēng)機(jī)B動(dòng)葉開(kāi)度大幅上升在一定程度上也引起了自身失速，相對(duì)于引風(fēng)機(jī)A而言失速程度稍輕。

3.2? 火電機(jī)組引風(fēng)機(jī)失速的預(yù)防措施

預(yù)防火電機(jī)組動(dòng)葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)失速喘振，可以采取以下措施：

（1）減小煙氣系統(tǒng)阻力。在機(jī)組停運(yùn)檢修時(shí)可以采取對(duì)空預(yù)器及電袋除塵器進(jìn)行清灰。平時(shí)運(yùn)行中加強(qiáng)對(duì)空預(yù)器及低溫省煤器吹灰工作。另外，可以對(duì)鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，減小風(fēng)阻。

（2）完善引風(fēng)機(jī)相關(guān)保護(hù)。

現(xiàn)代大型軸流式風(fēng)機(jī)都設(shè)有喘振保護(hù)。喘振保護(hù)動(dòng)作后，喘振風(fēng)機(jī)跳閘，使系統(tǒng)脫離異常工況。但是由于風(fēng)機(jī)氣流的不確定性，該保護(hù)可能誤動(dòng)，工程中可對(duì)該保護(hù)邏輯條件進(jìn)行優(yōu)化。譬如喘振保護(hù)信號(hào)與風(fēng)機(jī)電流偏差信號(hào)作為“與”的條件來(lái)觸發(fā)風(fēng)機(jī)跳閘。

（3）控制引風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況。

從軸流風(fēng)機(jī)的性能曲線(xiàn)上看，要想有效防止引風(fēng)機(jī)失速，對(duì)引風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況的控制是至關(guān)重要的。

經(jīng)過(guò)對(duì)引風(fēng)機(jī)失速情況下各參數(shù)的限額的分析，制定技術(shù)措施可有效防止喘振失速。措施內(nèi)容包括：引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開(kāi)度、引風(fēng)機(jī)電流及兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)電流偏差、全壓以及相關(guān)事故處理的原則。嚴(yán)格準(zhǔn)確執(zhí)行技術(shù)措施對(duì)預(yù)防引風(fēng)機(jī)失速喘振有很好的效果。

（4）調(diào)整煙氣系統(tǒng)其它設(shè)備運(yùn)行方式。

現(xiàn)在火電機(jī)組引風(fēng)機(jī)出口基本都布置石灰石濕法脫硫裝置（吸收塔），用來(lái)脫去煙氣中硫化物。實(shí)際運(yùn)行情況證明，脫硫吸收塔石灰石漿液循環(huán)泵的運(yùn)行方式及運(yùn)行臺(tái)數(shù)對(duì)引風(fēng)機(jī)出口煙氣阻力有較大影響。所以在環(huán)保參數(shù)符合要求的前提下，減少石灰石漿液循環(huán)泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)對(duì)預(yù)防引風(fēng)機(jī)失速喘振也有一定幫助。

4邏輯優(yōu)化

XX發(fā)電公司1000MW機(jī)組動(dòng)葉調(diào)節(jié)軸流式引風(fēng)機(jī)容易發(fā)生失速喘振，其主要原因?yàn)椋簷C(jī)組超凈排放改造后，脫硝裝置SCR反應(yīng)區(qū)增加一層催化劑模塊;空預(yù)器差壓增大及引風(fēng)機(jī)出口布置低溫省煤器風(fēng)阻大等原因?qū)е抡麄€(gè)煙氣通道阻力過(guò)大。另外一方面，由于引風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)選型時(shí)容量裕度不高，造成引風(fēng)機(jī)實(shí)際出力滿(mǎn)足不了超凈改造后的運(yùn)行需求。

這種問(wèn)題在實(shí)際工程中不算少見(jiàn)。針對(duì)這種情況，為充分發(fā)揮引風(fēng)機(jī)性能同時(shí)又要避免動(dòng)葉開(kāi)度過(guò)大造成引風(fēng)機(jī)失速喘振?？煽紤]以下機(jī)組控制邏輯優(yōu)化：

在引風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行的范圍內(nèi)，將兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開(kāi)度、電機(jī)電流均設(shè)置上限。這兩個(gè)條件中任一條件觸發(fā)后，發(fā)出以下控制閉鎖指令：

（1）閉鎖機(jī)組增加負(fù)荷

（2）閉鎖鍋爐增加燃料量

（3）閉鎖鍋爐增加送風(fēng)量

（4）閉鎖任何一臺(tái)引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉繼續(xù)開(kāi)大

同時(shí)發(fā)出相關(guān)報(bào)警信號(hào)。

第（4）條邏輯尤為重要，因?yàn)榭赡軙?huì)發(fā)生其中一臺(tái)引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開(kāi)度到達(dá)上限后無(wú)法繼續(xù)開(kāi)大，而另外一臺(tái)引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉卻可以繼續(xù)增大。這種情況十分危險(xiǎn)，可能會(huì)導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)失速喘振的發(fā)生。

當(dāng)引風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)低于上限時(shí)，閉鎖立刻解除。

考慮特殊情況：引風(fēng)機(jī)RB工況時(shí)，可自動(dòng)退出以上保護(hù)。

邏輯圖如下：

按此邏輯修改后，就能在自動(dòng)控制下，安全并最大程度地發(fā)揮引風(fēng)機(jī)的性能，保證鍋爐燃燒所需要的氧量。

5 結(jié)語(yǔ)

火電機(jī)組軸流式引風(fēng)機(jī)發(fā)生失速喘振的原因是多方面的，一般來(lái)說(shuō)，從引風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)、制造、選型、安裝以及煙氣系統(tǒng)的變化都有可能對(duì)引風(fēng)機(jī)運(yùn)行中發(fā)生失速喘振埋下隱患。預(yù)防引風(fēng)機(jī)失速喘振可以從這些環(huán)節(jié)進(jìn)行管控 。具體到實(shí)際工程中，要具體分析，找出引起引風(fēng)機(jī)失速喘振的關(guān)鍵點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際可行的辦法進(jìn)行突破。

參考文獻(xiàn)：

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（2）李春宏. 軸流風(fēng)機(jī)失速與喘振分析. [J].發(fā)電設(shè)備，2008（3）：237-240

作者簡(jiǎn)介：

吳仁紅（1982-），男，漢族，大學(xué)本科，工程師，從事火電機(jī)組集控運(yùn)行專(zhuān)業(yè)