軸流風(fēng)機(jī)失速原因分析及防范措施

闡述了軸流風(fēng)機(jī)失速的形成機(jī)理，結(jié)合運(yùn)行中單臺(tái)一次風(fēng)機(jī)的失速問題，分析了失速的原因，以及可能造成的危害及后果，同時(shí)根據(jù)實(shí)際情況制定了相關(guān)的防范措施。

【關(guān)鍵詞】軸流式通風(fēng)機(jī) 失速

由于動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)具有體積小、質(zhì)量輕、低負(fù)荷區(qū)域效率較高、調(diào)節(jié)范圍寬廣、反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，近十年來，國(guó)內(nèi)大型火力發(fā)電廠已普遍采用動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)。因?yàn)檩S流風(fēng)機(jī)具有駝峰形性能曲線這一特點(diǎn)，理論上決定了風(fēng)機(jī)存在不穩(wěn)定區(qū)，當(dāng)風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)移至不穩(wěn)定區(qū)時(shí)就有可能引發(fā)風(fēng)機(jī)失速現(xiàn)象的發(fā)生。

本文針對(duì)大唐彬長(zhǎng)發(fā)電有限責(zé)任公司一期工程2×600MW 機(jī)組一次風(fēng)機(jī)在運(yùn)行期間發(fā)生的失速問題，對(duì)失速原理進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)檢查和整改措施，以及風(fēng)機(jī)在正常運(yùn)行過程中如何避免失速的發(fā)生。

1 軸流風(fēng)機(jī)失速形成機(jī)理

1.1 失速形成機(jī)理

目前，一般軸流風(fēng)機(jī)通常采用高效的扭曲機(jī)翼型葉片，當(dāng)氣流沿葉片進(jìn)口端流入時(shí)，氣流就沿著葉片兩端分成上下兩股，處于正常工況時(shí)，沖角為零或很小，氣流則繞過機(jī)翼型葉片而保持流線平穩(wěn)的狀態(tài)。當(dāng)氣流與葉片進(jìn)口形成正沖角時(shí)，且此正沖角超過某一臨界值時(shí)，葉片背面流動(dòng)工況則開始惡化，邊界層受到破壞，在葉片背面尾端出現(xiàn)渦流區(qū)，即所謂“失速”現(xiàn)象。

1.2 影響沖角大小的因素

通常風(fēng)機(jī)是定轉(zhuǎn)速運(yùn)行的，即葉片周向線速度可以看作是一定值，這樣影響葉片沖角大小的因素就是氣流速度與葉片的安裝角。

1.3 失速風(fēng)機(jī)性能曲線分析

在軸流風(fēng)機(jī)Q-H性能曲線中，全壓的峰值點(diǎn)左側(cè)為不穩(wěn)定區(qū)，是旋轉(zhuǎn)脫流區(qū)。從峰值點(diǎn)開始向小流量方向移動(dòng)，旋轉(zhuǎn)脫流從此開始，到流量等于零的整個(gè)區(qū)間，始終存在著脫流。

旋轉(zhuǎn)脫流的發(fā)生只取決于葉輪本身、葉片結(jié)構(gòu)、進(jìn)入葉輪的氣流情況等因素，與風(fēng)道系統(tǒng)的容量、形狀等無關(guān)，但卻與風(fēng)道系統(tǒng)的布置形式有關(guān)。

1.4 失速探頭裝置

雖然脫流區(qū)的氣流是不穩(wěn)定的，但風(fēng)機(jī)中流過的流量基本穩(wěn)定，壓力和功率亦基本穩(wěn)定，風(fēng)機(jī)在發(fā)生旋轉(zhuǎn)脫流的情況下尚可維持運(yùn)行，因此，運(yùn)行人員較難從感覺上進(jìn)行判斷，所以一般大容量軸流風(fēng)機(jī)都裝有失速探頭以幫助運(yùn)行人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)工況。失速探頭裝好以后，通過調(diào)試予以標(biāo)定，調(diào)整探頭中心線的角度，使測(cè)壓管在風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的差壓為最小。

2 一次風(fēng)機(jī)失速處理及防范措施

2.1 一次風(fēng)機(jī)失速處理

2.1.1 1A一次風(fēng)機(jī)發(fā)生的失速過程

2012年06月26日前夜班接班運(yùn)行方式 機(jī)組負(fù)荷600MW，過熱汽溫567℃，再熱汽溫565.9℃，爐膛負(fù)壓-25Pa，總風(fēng)率96%，給水流量1960t/h，總煤量238 t/h.。17：03：45 1A一次風(fēng)機(jī)電流由92.15A降至86A，出口風(fēng)壓12.799KPa降至8.7KPa，風(fēng)量由216 t/h降至78 t/h， 17：03：45 鍋爐引、送、一次風(fēng)機(jī)均跳為手動(dòng)，1A一次風(fēng)機(jī)風(fēng)量由78 t/h到零，爐膛負(fù)壓波動(dòng)至-381Pa， 就地檢查1A一次風(fēng)機(jī)有較大異音，17：03：54爐膛負(fù)壓波動(dòng)至-1145Pa，，17：04：481A為提高一次風(fēng)壓力，將一次風(fēng)機(jī)動(dòng)葉由82%開至99%，17：09：38 過熱汽溫483℃（10min下降76℃），再熱汽溫516℃（10min下降52℃），隨后停運(yùn)1F、1D磨煤機(jī)減負(fù)荷至280MW，并入電泵退出1A汽泵，啟動(dòng)爐水泵，停運(yùn)1C磨煤機(jī)，機(jī)組減負(fù)荷至100MW，停運(yùn)1A一次風(fēng)機(jī)進(jìn)行檢查。

2012年06月30日白班，機(jī)組負(fù)荷400MW，過熱汽溫556℃，再熱汽溫555℃，爐膛負(fù)壓-25Pa，給水流量1246t/h，總煤量200 t/h.。10：29 1A一次風(fēng)機(jī)電流由80A降至69A，出口風(fēng)壓10.3KPa降至8.7KPa，風(fēng)量由173 t/h降至97 t/h， 1B一次風(fēng)機(jī)電流由103A升至117A，出口風(fēng)壓10.7KPa降至9.6KPa，風(fēng)量由279 t/h升至331t/h， 匯報(bào)值長(zhǎng)，立即投入油槍及等離子穩(wěn)燃，減小總煤量，給水減至900t/h，10：30緊急停運(yùn)1F磨煤機(jī)10：46 過熱汽溫上升較快，啟動(dòng)爐水泵，緊急停運(yùn)1E磨煤機(jī)，并入電泵，同時(shí)聯(lián)系強(qiáng)制分離器水位、1A、1B、1E磨煤機(jī)低風(fēng)量保護(hù)及1C磨啟允許。11：00啟動(dòng)1E磨煤機(jī)，機(jī)組開始加負(fù)荷，11：30鍋爐轉(zhuǎn)為干態(tài)，11：40負(fù)荷帶至300MW。

2.1.2 原因分析及處理

一次風(fēng)壓保持過高，因煤量變化影響一次風(fēng)量波動(dòng)后瞬間減小，風(fēng)道阻力急劇增大，從而導(dǎo)致一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行曲線落入失速區(qū)，繼而誘發(fā)一次風(fēng)機(jī)失速。

一次風(fēng)機(jī)失速的事故處理原則：

（1）一次風(fēng)機(jī)失速的現(xiàn)象：

（a）失速報(bào)警信號(hào)發(fā)

（b）一次風(fēng)機(jī)出口壓力、一次風(fēng)母管壓力、流量大幅下降，電流降低

（c）磨煤機(jī)入口風(fēng)量降低

（d）風(fēng)機(jī)振動(dòng)增大，風(fēng)機(jī)噪音明顯增大

（e）爐膛負(fù)壓大幅降低

（2）一次風(fēng)機(jī)失速的原因：

（a）一次風(fēng)機(jī)出口壓力高，動(dòng)葉開度較大、流量較小

（b）一次風(fēng)機(jī)出口擋板或空預(yù)器出口一次風(fēng)擋板誤關(guān)

（c）暖風(fēng)器及空預(yù)器阻力增大

（d）磨煤機(jī)跳閘或制粉系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)風(fēng)量減小過快

（e）磨煤機(jī)堵煤

（f）兩臺(tái)風(fēng)機(jī)并列運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷分配不均，流量小的風(fēng)機(jī)容易發(fā)生失速

（3）一次風(fēng)機(jī)失速的處理：

（a）發(fā)現(xiàn)一次風(fēng)機(jī)失速時(shí)，應(yīng)立即投入等離子或油槍進(jìn)行穩(wěn)燃，降低機(jī)組負(fù)荷，根據(jù)一次風(fēng)母管壓力的下降程度采取措施（500MW以上負(fù)荷時(shí)且一次風(fēng)母管壓力降至8.5kpa以下時(shí)應(yīng)立即拍掉一臺(tái)磨煤機(jī)，拍磨時(shí)注意爐膛負(fù)壓，若一次風(fēng)壓沒有回升應(yīng)立即拍掉第二臺(tái)磨），防止堵磨及汽溫快速下降。

（b）應(yīng)立即解除失速一次風(fēng)機(jī)的自動(dòng)，關(guān)小失速風(fēng)機(jī)的動(dòng)葉，待失速現(xiàn)象消失后且檢查風(fēng)機(jī)運(yùn)行正常后重新并入系統(tǒng)，接帶負(fù)荷，嚴(yán)禁開大失速風(fēng)機(jī)的動(dòng)葉。若失速現(xiàn)象在2分鐘內(nèi)不能消失，應(yīng)立即停運(yùn)該一次風(fēng)機(jī)，防止風(fēng)機(jī)倒轉(zhuǎn)，并調(diào)整好另一側(cè)一次風(fēng)機(jī)

（c）爐側(cè)專人負(fù)責(zé)制粉系統(tǒng)運(yùn)行情況，及時(shí)關(guān)閉備用磨煤機(jī)入口熱、冷風(fēng)快關(guān)門、磨煤機(jī)密封風(fēng)門，給煤機(jī)密封風(fēng)門，并及時(shí)關(guān)閉主、再熱器減溫水電動(dòng)總門，在處理過程中根據(jù)汽溫變化情況及時(shí)開啟進(jìn)行汽溫的調(diào)整。

（d）機(jī)側(cè)根據(jù)水煤比及中間點(diǎn)溫升率及時(shí)調(diào)節(jié)給水，必要時(shí)解列給水自動(dòng)，確保中間點(diǎn)溫升率在正常范圍內(nèi)。

（e）若剩三臺(tái)磨運(yùn)行，應(yīng)做好轉(zhuǎn)態(tài)準(zhǔn)備工作。

（f）若失速是由于風(fēng)煙系統(tǒng)的風(fēng)門擋板誤關(guān)造成，應(yīng)立即開啟，若風(fēng)門擋板故障，應(yīng)降低機(jī)組負(fù)荷聯(lián)系檢修處理。

（g）若在風(fēng)機(jī)并列中發(fā)生失速，應(yīng)停止并列，盡快關(guān)小失速風(fēng)機(jī)動(dòng)葉至35%以下，查明原因并消除后重新并列。

2.1.3 造成后果

（a）一次風(fēng)機(jī)失速直接造成機(jī)組負(fù)荷減至300MW，直接限負(fù)荷。

（b）一次風(fēng)壓下降后，攜帶煤粉能力下降。輕者磨煤機(jī)堵塞，嚴(yán)重時(shí)風(fēng)量低磨煤機(jī)跳 閘。

（c）失速時(shí)的氣溫影響較大，調(diào)整不及時(shí)可使氣溫直線下降50度，威脅汽輪機(jī)安全。

（d）失速時(shí)的強(qiáng)烈震動(dòng)，造成風(fēng)道輕微變形及風(fēng)機(jī)葉片、基礎(chǔ)隱性損害。

2.1.4 防范措施

（1）工作狀態(tài)，當(dāng)一次風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開度超過62%（排除動(dòng)葉開度漂移）一次風(fēng)機(jī)出口壓力超過12.5kpa時(shí)應(yīng)引起足夠的重視，防止一次風(fēng)機(jī)失速。機(jī)組正常運(yùn)行中嚴(yán)禁一次風(fēng)機(jī)出口壓力超過12.8Kpa運(yùn)行。

（2）增加“一次風(fēng)機(jī)失速信號(hào)”模擬量邏輯，失速開關(guān)保護(hù)定值為500pa，更換變送器后當(dāng)壓力接近400Pa時(shí)應(yīng)報(bào)警并引起足夠的重視，降低一次風(fēng)機(jī)出口壓力。

（3）增加一次風(fēng)機(jī)失速報(bào)警原邏輯為：一次風(fēng)機(jī)失速報(bào)警開關(guān)量動(dòng)作。修改為：

（a）一次風(fēng)機(jī)電流突降大于等于5A；

（b）一次風(fēng)機(jī)出口壓力突降大于等于2kpa；

（c）一次風(fēng)機(jī)出口流量突降大于等于30t/h；

（d）一次風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開度大于等于29%；

（e）一次風(fēng)機(jī)失速報(bào)警開關(guān)量動(dòng)作

（f）動(dòng)作結(jié)果：1-4條全部滿足或第5條滿足，發(fā)一次風(fēng)機(jī)失速軟光字報(bào)警，并切失速風(fēng)機(jī)動(dòng)葉自動(dòng)，聯(lián)關(guān)備用磨煤機(jī)入口熱冷風(fēng)快關(guān)門。

（4）運(yùn)行中的調(diào)整：

（a）運(yùn)行中保持兩側(cè)一次風(fēng)機(jī)出力一致，嚴(yán)密監(jiān)視風(fēng)機(jī)電流、動(dòng)葉開度是否匹配，嚴(yán)禁兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)電流偏差15A，出口壓力偏差1kpa以上。

（b）嚴(yán)格按照規(guī)定進(jìn)行空預(yù)器吹灰，當(dāng)空預(yù)器差壓報(bào)警時(shí)，增加吹灰次數(shù)，提高吹灰壓力，減小風(fēng)道阻力。

（c）對(duì)運(yùn)行人員進(jìn)行培訓(xùn)，要求值班中認(rèn)真監(jiān)盤，發(fā)現(xiàn)軸流風(fēng)機(jī)動(dòng)葉不正常開大而出力下降時(shí)，基本可確認(rèn)風(fēng)機(jī)失速。應(yīng)立即退出動(dòng)葉自動(dòng)轉(zhuǎn)為手動(dòng)調(diào)節(jié)，快速減小失速風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開度，同時(shí)盡量打開風(fēng)道，減小風(fēng)機(jī)通風(fēng)道阻力，防止風(fēng)機(jī)失速發(fā)展為喘振而損壞設(shè)備。確已發(fā)生喘振時(shí)，處理要更果斷，除手動(dòng)關(guān)小動(dòng)葉外，還要投油減負(fù)荷，減煤量，盡可能快的恢復(fù)一次風(fēng)壓正常，防止堵磨。

（d）利用停爐對(duì)A、B一次風(fēng)機(jī)動(dòng)葉進(jìn)行檢查，聯(lián)系熱工院進(jìn)行風(fēng)機(jī)動(dòng)葉調(diào)試試驗(yàn)，因風(fēng)機(jī)的實(shí)際失速線受風(fēng)道設(shè)計(jì)、風(fēng)機(jī)制造、風(fēng)機(jī)安裝等諸多方面的影響，并不等同于理論失速線。

3 結(jié)論

當(dāng)發(fā)生一次風(fēng)機(jī)失速，處理過程中必定會(huì)造成機(jī)組負(fù)荷的減少，嚴(yán)重時(shí)極有可能造成鍋爐MFT。如果處理不當(dāng)還有可能造成風(fēng)機(jī)振動(dòng)大而使設(shè)備損害，以及磨煤機(jī)堵煤所造成的磨煤機(jī)的損害。通過上述的分析及措施基本可以避免一次風(fēng)機(jī)的失速異常的發(fā)生。但一般來說，風(fēng)機(jī)失速不僅僅與制造、安裝有關(guān)，還涉及到風(fēng)機(jī)選型、風(fēng)道設(shè)計(jì)、調(diào)試、運(yùn)行等各個(gè)方面，要嚴(yán)格保證各個(gè)環(huán)節(jié)的工作質(zhì)量，從而保證機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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作者簡(jiǎn)介

高飛（1980-），山西省興縣人。大學(xué)本科學(xué)歷，工學(xué)學(xué)士學(xué)位?，F(xiàn)供職于大唐延安熱電廠。研究方向?yàn)榛鹆Πl(fā)電廠超臨界機(jī)組運(yùn)行分析及調(diào)整控制策略。

作者單位

大唐延安熱電廠 陜西省延安市 716000