焦傳寶

（大唐陽(yáng)城發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 陽(yáng)城 048102）

0 引言

動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)因其徑向尺寸小、質(zhì)量輕、流量大且調(diào)節(jié)范圍廣、高效率工作區(qū)寬、啟動(dòng)力矩小、變工況運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性好、適應(yīng)性強(qiáng)、調(diào)節(jié)性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為大型火電機(jī)組送、引、一次風(fēng)機(jī)的主流風(fēng)機(jī)形式，特別是近幾十年來(lái)得到了廣泛的應(yīng)用。但由于軸流式風(fēng)機(jī)具有駝峰型性能曲線(xiàn)，加上機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行、工況變化頻繁、運(yùn)行條件惡劣等因素，時(shí)常發(fā)生失速現(xiàn)象，特別是一次風(fēng)機(jī)。這對(duì)機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性都產(chǎn)生了較大的影響[1-2]。

1 某電廠(chǎng)設(shè)備概況

某電廠(chǎng)裝機(jī)容量為2×600 MW燃煤機(jī)組，采用雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)、一次風(fēng)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，配置2臺(tái)雙級(jí)動(dòng)葉可調(diào)、軸流式一次風(fēng)機(jī)，2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)分別命名為7A、7B。風(fēng)機(jī)技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 某電廠(chǎng)一次風(fēng)機(jī)設(shè)備技術(shù)規(guī)范

2017年，2臺(tái)機(jī)組進(jìn)行了大修，在大修結(jié)束 投入運(yùn)行的7—8月份，出現(xiàn)了2次7B一次風(fēng)機(jī)失速現(xiàn)象，而失速均發(fā)生在機(jī)組降負(fù)荷至65%額定負(fù)荷時(shí)。通過(guò)分析失速時(shí)相關(guān)參數(shù)、歷史數(shù)據(jù)曲線(xiàn)和相關(guān)設(shè)備運(yùn)行方式，找到了風(fēng)機(jī)失速的原因，并制定了相應(yīng)的措施，徹底解決了風(fēng)機(jī)失速的問(wèn)題。本文對(duì)一次風(fēng)機(jī)失速原因的分析和處置，將對(duì)同類(lèi)型機(jī)組防止一次風(fēng)機(jī)失速提供參考。

2 軸流式風(fēng)機(jī)失速的機(jī)理

軸流風(fēng)機(jī)的葉片通常是機(jī)翼型的，葉片前后壓力差的大小決定于動(dòng)葉沖角（α）的大小，在臨界值以?xún)?nèi)，上述壓力差大致與葉片的沖角成正比，不同的葉片葉型有不同的臨界沖角值。當(dāng)動(dòng)葉片的沖角超過(guò)臨界值時(shí)，氣流會(huì)離開(kāi)葉片凸面發(fā)生邊界層分離現(xiàn)象，產(chǎn)生大面積的渦流，此時(shí)風(fēng)機(jī)的全壓下降，這種情況稱(chēng)為“失速現(xiàn)象”。軸流式風(fēng)機(jī)正常及失速時(shí)氣體的流動(dòng)如圖1所示

圖1 軸流式風(fēng)機(jī)正常及失速時(shí)氣體的流動(dòng)

當(dāng)沖角繼續(xù)增大時(shí)，氣流離開(kāi)葉片背部的區(qū)域變大，氣流渦流區(qū)進(jìn)一步增大，甚至?xí)氯~片之間的氣流通道，造成軸流風(fēng)機(jī)壓升大幅下降，流量突然減少。

軸流風(fēng)機(jī)的失速特性和葉片的形式有關(guān)，同時(shí)受到風(fēng)道阻力特性的影響，對(duì)于動(dòng)葉可調(diào)軸流一次風(fēng)機(jī)而言，同一動(dòng)葉開(kāi)度時(shí)，風(fēng)道阻力特性越陡（相同流量下壓力較高），越容易失速，相同的風(fēng)道阻力特性，動(dòng)葉開(kāi)度越大，風(fēng)機(jī)越容易失速。因此，分析和處理風(fēng)機(jī)失速應(yīng)該從風(fēng)道阻力和動(dòng)葉開(kāi)度兩方面入手[3-5]。

3 一次軸流風(fēng)機(jī)失速的現(xiàn)象及危害

根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，一般來(lái)說(shuō)，風(fēng)機(jī)失速乃至喘振時(shí)常常伴隨出現(xiàn)以下現(xiàn)象：失速風(fēng)機(jī)流量大幅下降甚至降到0；失速風(fēng)機(jī)電流下降，振動(dòng)增加，噪聲增大；失速風(fēng)機(jī)動(dòng)葉自動(dòng)開(kāi)大（機(jī)組投入全自動(dòng)狀態(tài)時(shí)）；并聯(lián)運(yùn)行的另1臺(tái)風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開(kāi)度增大，出力增大；并聯(lián)運(yùn)行的2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)壓力偏差增大；機(jī)組負(fù)荷下滑。

風(fēng)機(jī)失速后，如果不及時(shí)處理，可能造成機(jī)組負(fù)荷大幅波動(dòng)，鍋爐燃燒不穩(wěn)，甚至引發(fā)風(fēng)機(jī)發(fā)生喘振，進(jìn)而導(dǎo)致葉片斷裂及軸承損壞事故。

4 一次風(fēng)機(jī)失速分析

4.1 風(fēng)機(jī)失速過(guò)程分析

2017年7月31日，某電廠(chǎng)7B一次風(fēng)機(jī)發(fā)生失速。當(dāng)時(shí)機(jī)組正在進(jìn)行降負(fù)荷操作，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷由550 MW降至390 MW時(shí)7B一次風(fēng)機(jī)發(fā)生失速。風(fēng)機(jī)失速前后參數(shù)對(duì)比如表2所示。

從表2可以看出，7B一次風(fēng)機(jī)失速前和并列運(yùn)行的7A一次風(fēng)機(jī)出現(xiàn)較大偏差，出口壓力、風(fēng)機(jī)流量和電機(jī)電流均有較大的差值。17點(diǎn)53分，風(fēng)機(jī)失速后，7B一次風(fēng)機(jī)流量銳減至0.56 m3/s，出口壓力降至7.0 kPa，同時(shí)動(dòng)葉開(kāi)度自動(dòng)開(kāi)大至80%。由于7B一次風(fēng)機(jī)出力銳減，7A一次風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開(kāi)度自動(dòng)開(kāi)大至60.7%，流量增至78.46 m3/s，但總風(fēng)量仍低于失速前一次風(fēng)流量，導(dǎo)致機(jī)組負(fù)荷快速下滑。17點(diǎn)58分，操作人員通過(guò)解除7B一次風(fēng)機(jī)動(dòng)葉自動(dòng)，迅速關(guān)小7B一次風(fēng)機(jī)動(dòng)葉至56.09%，同時(shí)相應(yīng)關(guān)小7A一次風(fēng)機(jī)動(dòng)葉至48.24%，7B一次風(fēng)機(jī)失速現(xiàn)象消失，出力恢復(fù)正常。至此，因一次風(fēng)量波動(dòng)，導(dǎo)致機(jī)組負(fù)荷下滑超過(guò)30 MW。

表2 某電廠(chǎng)7B一次風(fēng)機(jī)失速時(shí)與7A一次風(fēng)機(jī)參數(shù)對(duì)比

4.2 風(fēng)機(jī)失速原因分析

a）并列運(yùn)行的2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)出力偏差大，導(dǎo)致出力較小的7B一次風(fēng)機(jī)受到7A一次風(fēng)機(jī)的影響，其出口風(fēng)道阻力增加，葉片氣流沖角增大至臨界值而發(fā)生“脫流”，致使風(fēng)機(jī)出力減小。機(jī)組為了滿(mǎn)足一次風(fēng)量需求，自動(dòng)開(kāi)大其動(dòng)葉角度，進(jìn)而葉片氣流沖角繼續(xù)增大，風(fēng)機(jī)失速加劇，直至出力減小至0。

b）7B一次風(fēng)機(jī)動(dòng)葉調(diào)節(jié)性能不良，動(dòng)葉開(kāi)度和風(fēng)機(jī)流量及出口壓力不匹配，導(dǎo)致降負(fù)荷過(guò)程中出現(xiàn)失速現(xiàn)象。從失速前風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開(kāi)度及流量可以看出，在機(jī)組降負(fù)荷過(guò)程中，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)通過(guò)持續(xù)減小一次風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開(kāi)度來(lái)減小一次風(fēng)量，從而減小磨煤機(jī)的制粉出力，以達(dá)到減小鍋爐燃燒、降低機(jī)組負(fù)荷的目的。在這一過(guò)程中，因調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)功能異常，2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)實(shí)際出力變化并不完全同步，導(dǎo)致2臺(tái)風(fēng)機(jī)出力出現(xiàn)較大偏差，從而引發(fā)出力小的7B一次風(fēng)機(jī)失速。

c）由于制粉系統(tǒng)本身運(yùn)行方式的原故，導(dǎo)致2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)產(chǎn)生互相干擾工況。通過(guò)分析一次風(fēng)系統(tǒng)流程圖（如圖2所示）可知，正常運(yùn)行時(shí)，2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)出口聯(lián)絡(luò)擋板關(guān)閉，分別通過(guò)帶隔離擋板的冷風(fēng)母管供應(yīng)制粉系統(tǒng)所需的冷一次風(fēng)和密封風(fēng)。只要冷一次風(fēng)和密封風(fēng)保持一定用量，2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)均能通過(guò)冷風(fēng)母管供風(fēng)，運(yùn)行中就不會(huì)出現(xiàn)互相干擾的工況。但是，當(dāng)一次冷風(fēng)及磨煤機(jī)密封風(fēng)用量較小時(shí)，圖2中壓力測(cè)點(diǎn)CP503壓力就會(huì)升高。當(dāng)CP503的壓力值接近2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)出口壓力CP501和CP502的任一點(diǎn)時(shí)，該一次風(fēng)機(jī)不能再供應(yīng)制粉系統(tǒng)的冷一次風(fēng)和密封風(fēng)了。此時(shí)，另1臺(tái)出力較大的一次風(fēng)機(jī)通過(guò)冷風(fēng)母管影響該一次風(fēng)機(jī)的出力，當(dāng)工況變動(dòng)時(shí)就有可能產(chǎn)生失速現(xiàn)象。表3為該風(fēng)機(jī)失速前各負(fù)荷工況下制粉系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)。

圖2 某電廠(chǎng)一次風(fēng)設(shè)備工藝流程圖

表3 某電廠(chǎng)不同負(fù)荷下制粉系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)對(duì)比表

通過(guò)表3可以看出，高負(fù)荷時(shí)，7B一次風(fēng)機(jī)出口壓力均高于冷風(fēng)母管壓力，說(shuō)明風(fēng)機(jī)能夠正常供應(yīng)冷一次風(fēng)。當(dāng)風(fēng)機(jī)失速時(shí)，7B一次風(fēng)機(jī)出口壓力甚至低于冷風(fēng)母管壓力，說(shuō)明7A一次風(fēng)機(jī)已經(jīng)通過(guò)冷風(fēng)母管向7B一次風(fēng)機(jī)出口風(fēng)道方向供風(fēng)，導(dǎo)致7B一次風(fēng)機(jī)出力減小，進(jìn)而發(fā)生失速。失速臨時(shí)處理完畢后，及時(shí)調(diào)整了密封風(fēng)擋板和冷一次風(fēng)擋板開(kāi)度，維持了一次風(fēng)機(jī)對(duì)磨煤機(jī)冷風(fēng)和密封風(fēng)的正常供風(fēng)。

4.3 風(fēng)機(jī)失速后的處置

由于風(fēng)機(jī)失速時(shí)，風(fēng)量迅速降低，所以自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)大其動(dòng)葉開(kāi)度，反而導(dǎo)致失速加劇。正確的做法是，解除對(duì)失速風(fēng)機(jī)動(dòng)葉的自動(dòng)控制，切換為手動(dòng)控制，然后通過(guò)手動(dòng)迅速關(guān)小動(dòng)葉，以減小氣流沖角，促使葉片脫離失速區(qū)。

適當(dāng)關(guān)小并列運(yùn)行的另1臺(tái)風(fēng)機(jī)動(dòng)葉，避免其出力過(guò)大電機(jī)電流超限，并降低系統(tǒng)壓力。但必須持續(xù)監(jiān)視一次風(fēng)母管壓力，保證其大于6 kPa，防止觸發(fā)一次風(fēng)壓力低保護(hù)，導(dǎo)致磨煤機(jī)跳閘。

失速風(fēng)機(jī)恢復(fù)正常后，逐漸開(kāi)大其動(dòng)葉開(kāi)度，同時(shí)減小另1臺(tái)風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開(kāi)度，直至2臺(tái)風(fēng)機(jī)出力平衡，并達(dá)到負(fù)荷要求為止。

調(diào)整制粉系統(tǒng)磨煤機(jī)密封風(fēng)擋板、冷風(fēng)擋板開(kāi)度，增加其用風(fēng)量。

5 防止風(fēng)機(jī)失速的措施

根據(jù)以上風(fēng)機(jī)失速過(guò)程及其原因分析，防止風(fēng)機(jī)失速的關(guān)鍵在于保證并聯(lián)運(yùn)行的2臺(tái)風(fēng)機(jī)在各種工況下出力平衡，其次是保持低負(fù)荷工況下的一次冷風(fēng)及密封風(fēng)的用量，以防進(jìn)入不穩(wěn)定的小流量喘振區(qū)，為此我們采取了以下措施。

a）修改熱工邏輯，保持7B一次風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開(kāi)度大于7A一次風(fēng)機(jī)5%，以保證各種工況下2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)實(shí)際出力平衡。

通過(guò)2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)各工況運(yùn)行參數(shù)曲線(xiàn)分析發(fā)現(xiàn)，儀表顯示動(dòng)葉開(kāi)度相同時(shí)，實(shí)測(cè)的7B一次風(fēng)機(jī)出口壓力和流量始終小于7A一次風(fēng)機(jī)。分析其主要原因?yàn)轱L(fēng)機(jī)動(dòng)葉片初始角度調(diào)整不一樣，并與風(fēng)道、磨煤機(jī)阻力特性之和有偏差有關(guān)。

b）調(diào)整磨煤機(jī)旁路風(fēng)開(kāi)度，在低負(fù)荷下最小不得低于15%，以保證磨煤機(jī)筒體壓力在4 kPa以上，從而確保磨煤機(jī)密封風(fēng)開(kāi)度在80%以上。

c）低負(fù)荷時(shí)及時(shí)調(diào)整磨煤機(jī)出口溫度，確保一次冷風(fēng)擋板在20%開(kāi)度以上。

d）機(jī)組降負(fù)荷時(shí)持續(xù)監(jiān)視2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)出力情況，出力偏差過(guò)大時(shí)立即進(jìn)行人為干預(yù)，確保出力平衡，以避免失速現(xiàn)象發(fā)生。

e）利用停機(jī)機(jī)會(huì)，檢查調(diào)整一次風(fēng)機(jī)動(dòng)葉初始角度，確保2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)過(guò)程中所有葉片角度相一致，還要保證動(dòng)葉實(shí)際角度和儀表顯示角度相一致。

f）每次機(jī)組啟動(dòng)前進(jìn)行風(fēng)機(jī)動(dòng)葉調(diào)整試驗(yàn)，驗(yàn)證動(dòng)葉的動(dòng)作靈活性、可靠性及遠(yuǎn)傳與就地指示的一致性。

6 結(jié)束語(yǔ)

軸流式風(fēng)機(jī)特別是軸流式電站一次風(fēng)機(jī)的失速問(wèn)題，在電力工業(yè)的生產(chǎn)實(shí)踐中是比較常見(jiàn)的問(wèn)題，盡管導(dǎo)致風(fēng)機(jī)失速的原因千差萬(wàn)別，但風(fēng)機(jī)失速的機(jī)理是一致的[6]。從風(fēng)機(jī)失速的機(jī)理入手，不難分析出失速的原因，然后根據(jù)具體的原因，采取相應(yīng)的措施，就能較好地解決風(fēng)機(jī)失速的問(wèn)題。某電廠(chǎng)通過(guò)采取上述運(yùn)行調(diào)整及改造措施后，徹底解決了一次風(fēng)機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的失速問(wèn)題，可供同類(lèi)機(jī)組借鑒。