電站鍋爐引風(fēng)機(jī)常見故障分析及處理方法

林英明 鄒光球 湯舟虹 李 龍 劉 樂

（1.廣東省電力調(diào)度中心 2.大唐先一科技有限公司 3.大唐華銀金竹山火力發(fā)電分公司)

0 前言

引風(fēng)機(jī)是指依靠輸入的機(jī)械能，克服煙道阻力，提高煙氣壓力，將煙氣送入煙囪的風(fēng)機(jī)。它是電站鍋爐的重要輔機(jī)之一，其運(yùn)行狀況的好壞，直接關(guān)系到鍋爐能否長時(shí)間安全運(yùn)行以及電站經(jīng)濟(jì)效益的高低。引風(fēng)機(jī)的常見故障是振動(dòng)和噪聲。本文將分別從這兩方面對(duì)其進(jìn)行闡述，旨在找出產(chǎn)生故障的原因，尋求解決問題的方法。

1 振動(dòng)

振動(dòng)是引風(fēng)機(jī)最為常見的故障，也是對(duì)生產(chǎn)和運(yùn)行產(chǎn)生重大影響的故障。這類故障一旦發(fā)生，很有可能釀成事故，甚至造成十分嚴(yán)重的后果。通常，振動(dòng)故障診斷較為復(fù)雜，處理時(shí)間較長。造成引風(fēng)機(jī)振動(dòng)的原因很多，按部件劃分，可分為引風(fēng)機(jī)自振和電動(dòng)機(jī)共振兩種。本章節(jié)僅探討由葉輪不平衡造成引風(fēng)機(jī)自振的情況。

葉輪不平衡是造成引風(fēng)機(jī)自振的最主要原因[1]，該故障最顯著的特征是徑向振動(dòng)大、諧波能量集中于基頻。引起葉輪不平衡的原因通常有磨損、結(jié)垢兩種。一般而言，干法除塵裝置后的引風(fēng)機(jī)以磨損為主，濕法除塵裝置后的引風(fēng)機(jī)以結(jié)垢為主。

1.1 磨損

盡管干式除塵裝置可去除煙氣中絕大部分大顆粒粉塵，但仍有少量粉塵顆粒隨高速高溫?zé)煔饬鹘?jīng)引風(fēng)機(jī)。葉片經(jīng)煙氣粉塵長時(shí)間連續(xù)沖刷，在出口處形成不規(guī)則的刀刃狀磨損，造成葉輪不平衡。除此之外，葉輪表面在高溫下極易氧化，并生成具有一定厚度的氧化層。該氧化層與葉輪表面的結(jié)合力是不均勻的，部分氧化層受振動(dòng)或離心力作用自行脫落，這也是造成葉輪不平衡的重要原因。

針對(duì)磨損問題，除提高除塵器除塵效果外，最常見的方法是提高葉輪的耐磨性。工業(yè)上可考慮熱噴涂處理，即利用特殊工藝，將耐磨、耐高溫的金屬或陶瓷材料以高溫、高速粒子流的形式噴涂到葉片表面，形成具有高耐磨性、抗氧化性、耐高溫性的表面涂層。

1.2 結(jié)垢

經(jīng)濕法除塵裝置 (文丘里水膜除塵器)除塵后的煙氣濕度、黏度較大。當(dāng)其流經(jīng)引風(fēng)機(jī)時(shí)，在氣體渦流的作用下，極易吸附在葉片非工作面，特別是在進(jìn)出口處形成較為嚴(yán)重的粉塵結(jié)垢。當(dāng)部分塵垢在離心力和振動(dòng)的共同作用下脫落時(shí)，葉輪的平衡遭到破壞，造成引風(fēng)機(jī)振動(dòng)。

針對(duì)該問題，目前常見的解決方法有如下三種：

（1）噴水除垢。這是應(yīng)用最為廣泛的除垢方法。以0.3 MPa的自然水為工作介質(zhì)，噴水系統(tǒng)由管道、噴嘴及排水孔組成。噴水除垢法具有系統(tǒng)簡單、操作便捷、造價(jià)低廉、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是除垢時(shí)間長，次數(shù)多。

（2）高壓氣體除垢。該方法是在噴水除垢的基礎(chǔ)上發(fā)展形成的一種新型除垢技術(shù)，以壓力為0.8～1.5 MPa的壓縮空氣或氮?dú)鉃楣ぷ鹘橘|(zhì)，系統(tǒng)由耐高壓管道、專用噴嘴等組成，具有操作簡單、除垢快速、不影響引風(fēng)機(jī)正常工作等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是需專用的壓縮設(shè)備，初投資較大。

（3）氣流連續(xù)吹掃除垢。該方法利用引風(fēng)機(jī)的排氣壓力，以煙氣為工作介質(zhì)，利用位于葉輪進(jìn)口的專用噴嘴，以一定速度連續(xù)地將煙氣噴射到葉片的非工作面上。該系統(tǒng)隨引風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)而開始工作，可有效去除粘在葉片上的粉塵，防止粉塵沉積。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、操作便捷、無需停機(jī)、除垢效果好、對(duì)原有結(jié)構(gòu)改動(dòng)不大等諸多優(yōu)點(diǎn)，是未來除垢系統(tǒng)的發(fā)展方向。

2 噪聲

噪聲是引風(fēng)機(jī)運(yùn)行中存在的致命弱點(diǎn)。它是由多種不同頻率的聲音無規(guī)律地雜亂組合而成。引風(fēng)機(jī)的噪聲不僅妨礙生產(chǎn)操作人員的通訊、語言交流等，甚至可能影響到生產(chǎn)的組織管理、工作效率等。在極端情況下，甚至還會(huì)嚴(yán)重危害現(xiàn)場人員的身心健康。

引風(fēng)機(jī)噪聲就其產(chǎn)生機(jī)理而言，可分為旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲；就其頻譜特性而言，可分為離散噪聲與寬頻噪聲。

2.1 離散噪聲

離散噪聲又稱旋轉(zhuǎn)噪聲，是葉片周圍不對(duì)稱結(jié)構(gòu)與葉片旋轉(zhuǎn)形成的周向不均勻流場相互作用而產(chǎn)生的噪聲[2]。常見的引起離散噪聲的原因如下：

（1）來流引起的進(jìn)氣干擾的噪聲；

（2）葉片在不光滑或不對(duì)稱機(jī)殼中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)頻率噪聲；

（3）由于出口蝸舌的存在而產(chǎn)生的出口干涉噪聲。

離散噪聲多與葉輪的轉(zhuǎn)速有關(guān)，特別在高速、低負(fù)荷情況下，這種噪聲尤為突出[3]。由其產(chǎn)生機(jī)理可知，葉片每通過蝸舌一次，將產(chǎn)生一個(gè)脈沖。將這種葉片通過蝸舌的頻率定義為基頻，即

式中f1——基頻，Hz；

n——葉片轉(zhuǎn)速，r/min；

Z——葉片數(shù)。

離散噪聲最顯著的特征是基頻最強(qiáng)，其次為二次諧波、三次諧波，諧波能量隨階數(shù)增高而顯著下降。

2.2 寬頻噪聲

寬頻噪聲又稱為渦流噪聲，是氣流流經(jīng)葉片時(shí)產(chǎn)生紊流附面層的漩渦剝落造成的葉片壓力脈動(dòng)而引起的噪聲[4]。常見的引起寬頻噪聲的原因如下：

（1）氣流流經(jīng)風(fēng)機(jī)，氣流紊亂引起的壓力脈動(dòng)產(chǎn)生噪聲；

（2）氣流流經(jīng)風(fēng)機(jī)，附面層發(fā)展到一定程度，渦流脫離造成的脈動(dòng)產(chǎn)生噪聲；

（3）沖角發(fā)生無規(guī)律的變化，導(dǎo)致升力的無規(guī)律脈動(dòng)而產(chǎn)生噪聲。

由寬頻噪聲產(chǎn)生機(jī)理可知，漩渦剝落應(yīng)具有確定的頻率，即

式中ft——漩渦剝落頻率，Hz；

St——斯哈托數(shù)；

v——特征煙速，m/s；

d——特征直徑或長度，m。顧名思義，寬頻噪聲最顯著的特征是其具有較寬的頻率范圍，無明顯峰值。

2.3 降噪

除常規(guī)的在風(fēng)機(jī)的進(jìn)、出口處安裝阻性消聲器、消聲隔聲箱，或在機(jī)組與地基之間安置減震器外，還可在如下幾方面采取措施降低噪聲。

（1） 設(shè)計(jì)選型

可使用前掠葉片、平板葉片、翼型葉片、不等距葉片等結(jié)構(gòu)形式，同時(shí)可采用防振合金材質(zhì)葉片、增加葉片數(shù)量等方法。

（2） 優(yōu)化結(jié)構(gòu)

增強(qiáng)葉柵的氣動(dòng)力載荷，降低圓周速度；確定合理的蝸舌間隙、半徑，葉輪上增設(shè)分流葉片(短葉片)；動(dòng)葉進(jìn)出氣邊改進(jìn)為鋸齒形結(jié)構(gòu)，使氣流提前轉(zhuǎn)為紊流；在蝸殼內(nèi)設(shè)置擋流圈，加強(qiáng)密封效果。

（3） 隔聲

將引風(fēng)機(jī)布置在隔聲室內(nèi)，在隔聲室頂上或墻面上開設(shè)進(jìn)氣口；同時(shí)，聲源與隔聲罩及基礎(chǔ)之間采用軟性材料連接。

3 總結(jié)

本文對(duì)電站鍋爐重要輔機(jī)之一的引風(fēng)機(jī)常見故障進(jìn)行探討，分析了葉輪不平衡造成引風(fēng)機(jī)振動(dòng)的機(jī)理、特征以及主要處理方法。對(duì)于干式除塵器后的引風(fēng)機(jī)，由于粉塵磨損造成的葉輪不平衡，可通過熱噴涂技術(shù)來解決；對(duì)于濕法除塵器后的引風(fēng)機(jī)，由于粉塵結(jié)垢造成的葉輪不平衡，可通過各種除垢技術(shù)來解決。引風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中不可避免地產(chǎn)生噪聲，本文重點(diǎn)論述了離散噪聲、寬頻噪聲的產(chǎn)生機(jī)理、特征頻譜等，并給出了減弱噪聲的基本方法。本文對(duì)振動(dòng)和噪聲故障的分析，旨在為相關(guān)人員解決引風(fēng)機(jī)振動(dòng)、噪聲故障提供參考。

[1] 李素卿,王文龍,武文萍.300MW機(jī)組引風(fēng)機(jī)振動(dòng)原因分析 [J].山西電力,2007(4)：41-42.

[2] 毛義軍,祁大同.葉輪機(jī)械氣動(dòng)噪聲的研究進(jìn)展 [J].力學(xué)進(jìn)展,2009,39(2)：189-201.

[3] 伍先俊,李志明.風(fēng)機(jī)葉片噪聲機(jī)理及降噪 [J].風(fēng)機(jī)技術(shù),2001(4)：11-13.

[4] 劉曉良,祁大同,馬健峰,等.改變蝸殼寬度對(duì)離心風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲影響的數(shù)值計(jì)算與試驗(yàn)研究 [J].西安交通大學(xué)學(xué)報(bào),2008,42(11)：1429-1434.