軸流一次風(fēng)機(jī)失速與喘振分析及處理

田衛(wèi)朋

【摘要】鍋爐主要三大風(fēng)機(jī)的可靠性直接關(guān)系著整個(gè)機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，而失速與喘振是軸流風(fēng)機(jī)中的多發(fā)故障之一。提高軸流風(fēng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，降低失速與喘振的發(fā)生率，已成為電廠鍋爐運(yùn)行的重要工作之一，本文依據(jù)公司一次風(fēng)機(jī)發(fā)生失速的情況，在介紹軸流風(fēng)機(jī)失速原理基礎(chǔ)上，對一次風(fēng)機(jī)失速原因進(jìn)行了分析，并提出了一次風(fēng)機(jī)失速的處理及預(yù)防措施。

【關(guān)鍵詞】軸流式一次風(fēng)機(jī)；失速；動(dòng)葉可調(diào)

1、概況

許昌禹龍發(fā)電有限責(zé)任為2×660MW超超臨界機(jī)組，鍋爐為上海鍋爐廠制造的國產(chǎn)超超臨界參數(shù)變壓直流爐、一次再熱、平衡通風(fēng)、半露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐，鍋爐型號：SG-2000/26.15-M625，采用單爐膛四角切圓燃燒方式。制粉系統(tǒng)為中速磨煤機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，每臺爐配6臺磨煤機(jī)，本工程共12臺，燃燒設(shè)計(jì)煤種時(shí)，5臺運(yùn)行，1臺備用。其三大風(fēng)機(jī)（引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)各2臺）配備了由豪頓華工程有限公司生產(chǎn)的動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)，兩臺一次風(fēng)機(jī)為ANT1960/1400F雙級動(dòng)葉可調(diào)軸流式，風(fēng)機(jī)軸功率2761.4KW，電機(jī)功率3000KW，額定電流331A，動(dòng)葉調(diào)節(jié)范圍為10～45°（對應(yīng)動(dòng)葉開度0%～100%），設(shè)計(jì)風(fēng)量為128.88m3/s，設(shè)計(jì)風(fēng)壓為18752Pa，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1493r/min。

在近幾年的運(yùn)行中，一次風(fēng)機(jī)曾發(fā)生多次失速與喘振，引起爐膛負(fù)壓劇烈變化，一次風(fēng)量、風(fēng)壓大幅波動(dòng)，若處理不當(dāng)，輕則造成風(fēng)機(jī)出力降低，鍋爐油耗大幅增加，影響機(jī)組負(fù)荷；重則發(fā)生鍋爐滅火事故、使部分葉片，甚至全部葉片斷裂，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。本文根據(jù)公司的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，分析一次風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行中產(chǎn)生失速及喘振的機(jī)理及原因，針對機(jī)組系統(tǒng)存在的缺陷和運(yùn)行操作過程中存在的問題，提出了一次風(fēng)機(jī)失速預(yù)防措施和處理方案。

2、軸流風(fēng)機(jī)失速機(jī)理

2.1 失速的原理分析

軸流風(fēng)機(jī)葉片通常是機(jī)翼型的，當(dāng)空氣順著機(jī)翼葉片進(jìn)口端（沖角α=0），如圖1（a）所示的流向流入時(shí)，它分成上下兩股氣流貼著翼面流過， 形成葉片背部和腹部的平滑”邊界層”氣流呈流線形。作用于葉片上有兩種力，一是垂直于葉面的升力，另一種平行于葉片的阻力，升力≥阻力。當(dāng)空氣流入葉片的方向偏離了葉片的進(jìn)口角，它與葉片形成正值的沖角（α>0），當(dāng)接近于某一臨界值時(shí)，葉背的氣流工況開始惡化。當(dāng)沖角增大至臨界值時(shí)，葉背的邊界層受到破壞，在葉背的尾端出現(xiàn)渦流區(qū)，即所謂脫流工況，也叫失速工況。此時(shí)作用于葉片的升力大幅度降低，阻力大幅度增加，如圖1（b）所示，隨著沖角α的增大，氣流的分離點(diǎn)向前移動(dòng)，葉背的渦流區(qū)從尾端擴(kuò)大到葉背部，脫離現(xiàn)象更為嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)部分流道阻塞的情況。

2.2 從風(fēng)機(jī)Q-H性能曲線來分析失速原理

圖2是具有“駝峰”形風(fēng)機(jī)Q-H性能曲線，當(dāng)其在大容量的管路中工作，如果外界需要的流量為QA時(shí)，此時(shí)管路特性曲線和風(fēng)機(jī)性能曲線相交于A點(diǎn)，該點(diǎn)管路消耗的能量與風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的能量達(dá)到平衡，工作是穩(wěn)定的。當(dāng)外界需要的流量繼續(xù)減少為小于QK時(shí)，工作點(diǎn)將落在DK線上，例如F點(diǎn)，這時(shí)風(fēng)機(jī)所產(chǎn)生的壓力大于管中的阻力，但因管路容量大，在風(fēng)機(jī)出口壓力低于K點(diǎn)的瞬間，管中壓力仍保持為PK，因此PF〈PK，氣體將從管路向風(fēng)機(jī)倒流，使工作點(diǎn)由K點(diǎn)移到C點(diǎn)，由于倒流使管路中的壓力快速下降，工作點(diǎn)由C點(diǎn)跳回D點(diǎn)，此時(shí)風(fēng)機(jī)流量為零，由于風(fēng)機(jī)繼續(xù)運(yùn)行，所以當(dāng)管路中的壓力降低到相應(yīng)的D點(diǎn)壓力時(shí)，風(fēng)機(jī)又重新輸出流量，由Q-H曲線可知，為了和管路中的阻能相平衡，工作點(diǎn)又由D點(diǎn)跳回E點(diǎn)。只要外界需要的流量保持小于QK，上述過程重復(fù)出現(xiàn)，即發(fā)生失速，風(fēng)機(jī)的流量和能頭在極短時(shí)間內(nèi)發(fā)生不穩(wěn)定的周期性反復(fù)變化。

3、一次風(fēng)機(jī)失速典型案例分析

3.1 3B一次風(fēng)機(jī)失速分析

2011年4月22日03：39，負(fù)荷415MW，總煤量210T/h，C、D、E、F磨煤機(jī)運(yùn)行，A、B一次風(fēng)機(jī)并列運(yùn)行，動(dòng)葉投自動(dòng)位。3C給煤機(jī)斷煤，運(yùn)行人員立即投入油槍穩(wěn)燃，并將D、E、F磨煤機(jī)煤量加至最大出力63 T/h，3：39，因C磨煤機(jī)出口溫度高，C磨煤機(jī)熱一次風(fēng)擋板關(guān)閉，一次風(fēng)流量快速下降20T/h以上，一次風(fēng)母管壓力由12.8Kpa快速上升到13.64Kpa，導(dǎo)致3B一次風(fēng)機(jī)失速，同時(shí)爐膛負(fù)壓突降至-856pa，一次風(fēng)母管壓力突降至9.8Kpa，A、B一次風(fēng)機(jī)電流動(dòng)葉開度自動(dòng)由48%開啟到90%，3A一次風(fēng)機(jī)電流由133A上升到273A，3B一次風(fēng)機(jī)電流由138A降低到106A后上升到185A。如下表1：

原因分析：

1）4月21日，熱工人員對3號爐熱端扇形板提升裝置進(jìn)行了熱態(tài)調(diào)試并投入“自動(dòng)”方式運(yùn)行，空預(yù)器熱端扇形板處徑向間隙減小，漏風(fēng)量降低，從SIS歷史數(shù)據(jù)查看，實(shí)際一次風(fēng)量比以往相同的工況減小了大約100T/h，一次風(fēng)機(jī)相當(dāng)于運(yùn)行在壓頭高，流量低的區(qū)域。

2）因磨煤機(jī)石子煤量大，且經(jīng)常出現(xiàn)堵煤、斷煤的情況，一次風(fēng)壓維持較高12.5KPA。

3）3C磨煤機(jī)斷煤后因磨煤機(jī)出口溫度高造成熱風(fēng)門自動(dòng)關(guān)閉，加劇了一次風(fēng)量下降，一次風(fēng)壓升高。

4）因3B一次風(fēng)機(jī)在并列時(shí)負(fù)荷較高，且一次風(fēng)母管壓力維持在12Kpa，導(dǎo)致3B一次風(fēng)機(jī)兩次并列不成功，后將母管壓力降至10Kpa，3B一次風(fēng)機(jī)成功并入系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。

3.2 4B一次風(fēng)機(jī)失速分析

2012年3月17日08：00，負(fù)荷470MW，總煤量215T/h，C、D、E、F磨煤機(jī)運(yùn)行，機(jī)組協(xié)調(diào)方式，AGC投入，一次風(fēng)機(jī)母管風(fēng)壓13.3KPa。08：16，負(fù)荷480MW，總煤量230T/H，一次風(fēng)母管壓力13.5KPA，監(jiān)盤發(fā)現(xiàn)爐膛負(fù)壓瞬間波動(dòng)至-1025Pa后上升至280Pa，一次風(fēng)母管風(fēng)壓突降至10.5KPa，4A一次風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開度90%，電流284A，4B一次風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開度65%，電流132.8A，4B一次風(fēng)機(jī)喘振。如下表2：