張偉

（華電新鄉(xiāng)發(fā)電有限公司，河南新鄉(xiāng) 453000）

0 引言

在當(dāng)前形勢(shì)下，因受到多種因素影響，火電機(jī)組的安全運(yùn)行正不斷經(jīng)受考驗(yàn)。從我國(guó)發(fā)電裝機(jī)占比[1]來看，新能源裝機(jī)容量及占比不斷攀升，截至2021年底，我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)占比達(dá)13.8%，光伏裝機(jī)占比達(dá)12.9%，合計(jì)達(dá)到26.7%，火電機(jī)組裝機(jī)容量則下降至54.6%。一方面，新能源出力波動(dòng)極大且具有隨機(jī)性，加大了火電機(jī)組的調(diào)節(jié)難度。另一方面，國(guó)內(nèi)煤炭市場(chǎng)價(jià)格居高不下，加之負(fù)荷難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，火電機(jī)組摻配摻燒工作[2]難度較大。在機(jī)組運(yùn)行工況變化過于頻繁時(shí)，一次風(fēng)機(jī)可能會(huì)出現(xiàn)失速和喘振等異常工況，導(dǎo)致一次風(fēng)壓劇烈波動(dòng)，調(diào)整不及時(shí)極易引起鍋爐滅火等后果，嚴(yán)重影響機(jī)組的運(yùn)行安全。因此，分析清楚一次風(fēng)機(jī)等電廠軸流風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況，制訂行之有效的防范措施，避免其運(yùn)行于不穩(wěn)定工作區(qū)間，對(duì)于保障電站鍋爐安全運(yùn)行具有重要意義。

1 風(fēng)機(jī)失速事件介紹

1.1 設(shè)備概況

某電廠采用額定容量為2×660 MW的超臨界機(jī)組，鍋爐型號(hào)為DG2102/25.4-II1，設(shè)有兩臺(tái)50%容量的動(dòng)葉可調(diào)軸流式一次風(fēng)機(jī)提供一次熱、冷風(fēng)輸送煤粉，型號(hào)為AST-1960/1400，額定電流為248 A。

1.2 一次風(fēng)機(jī)兩次失速事件簡(jiǎn)介

近期該火電廠連續(xù)發(fā)生兩次一次風(fēng)機(jī)失速事件，相關(guān)參數(shù)的變化如圖1所示，數(shù)據(jù)來自SIS系統(tǒng)[3]，過程簡(jiǎn)介如下。

圖1 一次風(fēng)機(jī)兩次失速時(shí)的參數(shù)變化

（1）2022-05-04T16：20，#1機(jī)組負(fù)荷255 MW，D、E、F磨煤機(jī)運(yùn)行。因調(diào)度負(fù)荷指令增至330 MW，16：22運(yùn)行人員啟動(dòng)#1爐A磨煤機(jī)，此時(shí)A、B一次風(fēng)機(jī)電流分別為93 A、98 A，運(yùn)行正常。16：24，運(yùn)行人員監(jiān)盤發(fā)現(xiàn)A一次風(fēng)機(jī)電流降低至87 A，B一次風(fēng)機(jī)電流增至109 A，未繼續(xù)增加A磨煤機(jī)出力，立即投油穩(wěn)燃并安排人員就地檢查A、B一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況。16：34，A一次風(fēng)機(jī)電流增至133 A，風(fēng)機(jī)最大振動(dòng)升至3.5 mm/s，B一次風(fēng)機(jī)電流增至187 A，風(fēng)機(jī)振動(dòng)1.6 mm/s，立即減小A一次風(fēng)機(jī)出力降低振動(dòng)值，減小B一次風(fēng)機(jī)出力盡量維持風(fēng)機(jī)出力平衡。為保證一次風(fēng)壓在正常范圍，16：40停止#1爐A磨煤機(jī)運(yùn)行，就地檢查發(fā)現(xiàn)A一次風(fēng)機(jī)入口冒煙氣（后證實(shí)為風(fēng)道積灰），風(fēng)機(jī)外殼溫度高于103 ℃，16：50將其停運(yùn)。

（2）2022-05-22T17：13，#1機(jī)組負(fù)荷360 MW，運(yùn)行人員監(jiān)盤發(fā)現(xiàn)#1爐A一次風(fēng)機(jī)電流降低至90 A，B一次風(fēng)機(jī)電流升至106 A，A、B 側(cè)動(dòng)葉開度分別為40%、37%，因有上次風(fēng)機(jī)失速經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)行人員判斷#1爐A一次風(fēng)機(jī)可能再次出現(xiàn)了失速，立即解除A、B一次風(fēng)機(jī)自動(dòng)，投入下層點(diǎn)火油槍穩(wěn)燃，安排巡檢人員去就地檢查A、B一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況。經(jīng)過調(diào)整，#1爐A一次風(fēng)機(jī)失速跡象消失。手動(dòng)調(diào)整兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)至出力平衡，就地檢查發(fā)現(xiàn)#1爐A一次風(fēng)機(jī)振動(dòng)及溫度均下降至正常范圍。

2 風(fēng)機(jī)失速的分析與防范

2.1 風(fēng)機(jī)失速的分析

軸流風(fēng)機(jī)的葉片通常為流線型，正常工況時(shí)，氣流沖角α（氣流方向與葉片葉弦的夾角）為零或很小，氣流繞過葉片保持平穩(wěn)的流動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)氣流與葉片形成的沖角α＞0且超過某一臨界值時(shí)，葉片背面流動(dòng)工況開始惡化，邊界層破壞，葉片背面尾端出現(xiàn)渦流區(qū)，這就是所謂的“失速”現(xiàn)象。

由軸流風(fēng)機(jī)的壓力—流量曲線（圖2）可知，軸流風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)工作在風(fēng)機(jī)性能曲線與阻力曲線的交點(diǎn)，如圖2中A～I(xiàn)點(diǎn)所示，此時(shí)風(fēng)機(jī)的壓力為P，流量為Q。風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)形成了一個(gè)平面區(qū)域，稱為風(fēng)機(jī)工作區(qū)；風(fēng)機(jī)不穩(wěn)定工作點(diǎn)的連線，稱為失速線。當(dāng)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工作點(diǎn)落入失速線M的左上方，即進(jìn)入了不穩(wěn)定工作區(qū)，稱之為風(fēng)機(jī)失速區(qū)。由圖2還可得出以下結(jié)論：（1）當(dāng)系統(tǒng)阻力增加時(shí)，如圖2中C→F，會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)的流量減小，壓力增加，風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)將會(huì)接近失速區(qū)域；（2）在同一阻力特性曲線下，動(dòng)葉開度增加時(shí)，如圖2中B→A，風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)也會(huì)接近失速區(qū)域。因此，要使失速風(fēng)機(jī)退出失速狀態(tài)，應(yīng)當(dāng)降低系統(tǒng)阻力或減小動(dòng)葉開度[4]。

圖2 軸流風(fēng)機(jī)的壓力—流量（P—Q）曲線

通過分析兩次風(fēng)機(jī)失速事件現(xiàn)象，查閱相關(guān)參數(shù)的變化趨勢(shì)，可知兩次失速均發(fā)生在低負(fù)荷期間，此時(shí)風(fēng)壓偏高而風(fēng)量偏小，以致風(fēng)機(jī)進(jìn)入失速區(qū)間運(yùn)行?，F(xiàn)象表現(xiàn)在以下4個(gè)方面：

（1）失速風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓、流量、電流大幅度降低。

（2）失速風(fēng)機(jī)噪聲明顯增加，嚴(yán)重時(shí)機(jī)殼、風(fēng)道、煙道發(fā)生振動(dòng)。5月4日，A一次風(fēng)機(jī)失速時(shí)，振動(dòng)增大（最高至4.9 mm/s），軸承溫度升高（最高至63 ℃），就地檢查風(fēng)機(jī)區(qū)域冒油煙，風(fēng)機(jī)外殼最高處溫度達(dá)到102 ℃。5月22日風(fēng)機(jī)失速時(shí)，由于發(fā)現(xiàn)較早，處理較快，溫度及振動(dòng)值上升較少。

（3）在投入“自動(dòng)”的情況下，與失速風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的另一臺(tái)風(fēng)機(jī)出力大幅升高。

（4）與風(fēng)機(jī)“喘振”現(xiàn)象有所不同的是，風(fēng)機(jī)失速后，風(fēng)壓、流量降低后沒有發(fā)生脈動(dòng)。

針對(duì)該風(fēng)機(jī)易發(fā)生失速的問題，分析得出了以下幾種可能的原因：

（1）風(fēng)煙系統(tǒng)阻力增大。這可能是由于空預(yù)器、脫硝、電除塵或脫硫系統(tǒng)阻力大，造成系統(tǒng)整體壓力差升高；風(fēng)煙系統(tǒng)風(fēng)道內(nèi)部有異物堵塞或鍋爐暖風(fēng)器存在泄漏。

（2）動(dòng)葉工作不正常。包括葉片安裝角度[5]不均勻、伺服機(jī)構(gòu)存在卡澀、調(diào)節(jié)油站工作不正常、動(dòng)葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)電源異常等。

（3）運(yùn)行操作問題，包括風(fēng)壓調(diào)節(jié)過快、誤開關(guān)風(fēng)煙系統(tǒng)擋板和并聯(lián)風(fēng)機(jī)出力偏差過大等。

2.2 風(fēng)機(jī)失速的防范

由于在機(jī)組運(yùn)行中無法徹底處理，因此制訂了相應(yīng)的防范措施：

（1）正常運(yùn)行中，RB保護(hù)應(yīng)正常投運(yùn)。

（2）進(jìn)行增減機(jī)組負(fù)荷、啟停磨煤機(jī)、調(diào)整一次風(fēng)壓等操作時(shí)，要加強(qiáng)對(duì)一次風(fēng)機(jī)動(dòng)葉及電流偏差的監(jiān)視，若電流偏差達(dá)15 A以上，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行手動(dòng)干預(yù)調(diào)整，減小電流偏差。

（3）機(jī)組負(fù)荷600 MW以上或250 MW以下時(shí)，更要避免對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行大幅度擾動(dòng)。

（4）運(yùn)行人員應(yīng)避免誤開關(guān)風(fēng)煙系統(tǒng)擋板，若風(fēng)門擋板故障，立即降低鍋爐負(fù)荷，聯(lián)系檢修處理。

（5）當(dāng)發(fā)生一次風(fēng)機(jī)失速時(shí)，立即將兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)動(dòng)葉控制切至手動(dòng)，降低異常風(fēng)機(jī)出力直至失速現(xiàn)象消失，注意保證一次風(fēng)壓不低于MFT保護(hù)動(dòng)作值。

（6）監(jiān)視好一次風(fēng)機(jī)軸承振動(dòng)，達(dá)到高報(bào)警值，運(yùn)行人員應(yīng)降低機(jī)組負(fù)荷，若振動(dòng)有增大趨勢(shì)，做好轉(zhuǎn)移異常一次風(fēng)機(jī)出力并將其停運(yùn)的準(zhǔn)備。

（7）當(dāng)異常一次風(fēng)機(jī)振動(dòng)達(dá)到跳閘值而保護(hù)未動(dòng)作，應(yīng)果斷停止異常風(fēng)機(jī)運(yùn)行。

（8）加強(qiáng)對(duì)一次風(fēng)機(jī)外觀檢查，發(fā)現(xiàn)冒煙、風(fēng)機(jī)外殼溫度高等異常情況及時(shí)停運(yùn)風(fēng)機(jī)。

（9）偏置脫硝系統(tǒng)噴氨流量，盡量避免存在缺陷的風(fēng)機(jī)側(cè)系統(tǒng)阻力增大過快。

（10）系統(tǒng)阻力增大時(shí)，立即查找原因并及時(shí)處理。

（11）風(fēng)機(jī)投自動(dòng)運(yùn)行期間，應(yīng)通過設(shè)置兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)的偏置，適當(dāng)提高缺陷風(fēng)機(jī)的出力，防止再次出現(xiàn)類似現(xiàn)象。

（12）增負(fù)荷時(shí)，應(yīng)首先增加制粉系統(tǒng)風(fēng)門開度，增加風(fēng)量，避免提高風(fēng)機(jī)出口壓力；減負(fù)荷時(shí)則相反，應(yīng)首先降低風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓，再減小制粉系統(tǒng)風(fēng)門開度，以免風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)進(jìn)入失速區(qū)間。

3 結(jié)語

經(jīng)制訂以上措施并嚴(yán)格執(zhí)行，近期一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行正常，未再發(fā)生失速事件，但高負(fù)荷及深度調(diào)峰期間，依然存在風(fēng)險(xiǎn)。在新能源裝機(jī)容量不斷攀升的當(dāng)下，火電機(jī)組高負(fù)荷及深調(diào)工況出現(xiàn)得非常頻繁，而燃煤品質(zhì)受到市場(chǎng)煤價(jià)波動(dòng)的影響難以保證，造成一次風(fēng)機(jī)較易出現(xiàn)失速工況，因此應(yīng)督促運(yùn)行人員經(jīng)常翻閱風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)，及時(shí)調(diào)整風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況，避免其進(jìn)入不穩(wěn)定工作區(qū)域。巡回檢查時(shí)也應(yīng)注意異常聲音和振動(dòng)，關(guān)注風(fēng)機(jī)相關(guān)參數(shù)的變化。最后，綜合考慮電網(wǎng)用電負(fù)荷趨勢(shì)，依據(jù)天氣變化、新能源出力等做好火電負(fù)荷預(yù)測(cè)，以指導(dǎo)鍋爐燃煤的摻配摻燒工作，使燃煤盡量靠近設(shè)計(jì)煤種，對(duì)于避免風(fēng)機(jī)進(jìn)入失速區(qū)間運(yùn)行也是非常重要的環(huán)節(jié)。