動葉調節(jié)軸流式引風機失速喘振的預防措施及邏輯優(yōu)化

吳仁紅 張劍 張娜

摘要：現(xiàn)階段火力發(fā)電機組設備的可靠性及自動化水平已經大幅提高。但是由于系統(tǒng)設備的變化、運行方式的調整等諸多原因，火電機組引風機失速喘振的現(xiàn)象時有發(fā)生，嚴重威脅機組安全穩(wěn)定運行。本文從引風機失速喘振的原因出發(fā)，提出了相關的預防措施及邏輯優(yōu)化。

關鍵詞：軸流式風機失速喘振原因;失速;喘振;工程案例;預防措施;邏輯優(yōu)化

中圖分類號：TK223.2? ? ? ?文獻標識碼：A

目前國內火電機組高容量高參數(shù)已是發(fā)展趨勢。近年來，國家對于火電機組的環(huán)保要求提高，伴隨著火電機組煙氣脫硫脫硝超低排放改造的實施，導致風煙系統(tǒng)阻力發(fā)生變化，對鍋爐引風機的性能提出了更苛刻的要求。如何在保證鍋爐燃燒所需氧量基礎上，防止引風機出現(xiàn)失速喘振成為了火電機組運行中不可忽視的課題。

1軸流式風機失速喘振的原因

火電機組引風機選型中，大都采用軸流式風機，其中又分為動葉可調軸流式及靜葉可調式軸流式引風機。

1.1 固定動葉安裝角的軸流風機失速原因

圖1是在一定的轉速下，對葉片安裝角固定的軸流式風機經試驗測得的典型性能曲線。圖1-1中包含三條曲線：效率-流量曲線（η-qv）;全壓-流量曲線（H- qv）;功率-流量曲線（P- qv）。

有圖1可知：當在設計工況時，對于曲線上的d點，此時沿葉片各截面的流線分布均勻，全壓相等，效率最高。如圖1-1（d）所示。

當qv

由以上流量與全壓的變化關系可知，對于軸流式風機，全壓-流量曲線（H- qv）中C點左側（駝峰形狀區(qū)域）為不穩(wěn)定工作區(qū)域。當流量小于qvc時，來流速度的沖角α增大，風機葉片內的附面層即出現(xiàn)分離現(xiàn)象，產生旋渦，此時風機出現(xiàn)失速。不過失速的程度不同，產生的現(xiàn)象也不盡相同。輕微的失速，讓人不易察覺。但是失速嚴重時，將使葉道阻塞，風機出口壓力也會出現(xiàn)明顯的下降。

喘振：在某些系統(tǒng)的特定情況下，如果軸流式風機失速嚴重，則有可能造成管網中壓力大于風機出口壓力，管網中的氣流反過來向風機倒流，即“倒風”。倒流至一定程度時 ，由于葉柵前后壓力差逐漸消失，氣流減小，導致出口風壓又開始快速上升，當出口風壓大于管網壓力時，風機又開始“出風”。這樣周期性的“倒風”和“出風”，即是風機喘振。喘振風機出現(xiàn)巨大的振動和噪音，嚴重的將使葉片斷裂，設備損壞。

1.2? 動葉可調節(jié)軸流式風機并列運行變工況失速原因及特點

1.2.1? 動葉可調節(jié)軸流式風機并列運行變工況過程中失速原因

具體分析如下：

圖2是動葉可調節(jié)軸流式風機變工況性能曲線。圖中給出了不同動葉角度下所對應的軸流式風機的性能曲線。

假設原先系統(tǒng)阻力為P1，風機A/B并聯(lián)在系統(tǒng)中運行。由于兩臺風機各自風道及風機本身性能的差異，風機A/B各自流量分別為qa和qb，工況點分別為a和b。當系統(tǒng)流量不變，系統(tǒng)阻力上升為P2時，為了克服系統(tǒng)阻力，實現(xiàn)平衡，風機各自增大動葉開度5○，風機A/B工況點由a和b移至a和b。但是a工況點正位于圖1分析的臨界失速工況c處，氣流沖角較大，附面層開始分離，風機A開始出現(xiàn)失速狀態(tài)。而工況點b處于動葉45○性能曲線駝峰區(qū)域右側，風機B處于穩(wěn)定工作工況點。

這樣的情況下，風機A出現(xiàn)失速，導致風機A全壓下降，風機B出力上升。于是風機A動葉會繼續(xù)開大，但是風機A已經進入了失速區(qū)域，繼續(xù)開大動葉將導致風機A失速加劇，全壓進一步下降，兩臺風機的全壓差距進一步拉大。在火電機組實際系統(tǒng)中，此時的工況特點從參數(shù)上反應出就是失速風機動葉開度很大，全壓很小，電機電流大幅下降;另一臺風機動葉開度也不正常增大，風機電機電流大幅上升，甚至超過額定值。這就是風機并列運行失速工況的典型表現(xiàn)。并列風機發(fā)生失速喘振對風機及系統(tǒng)都是巨大的威脅。

1.2.2 動葉可調節(jié)軸流式風機失速工況特點

從圖2可以看出，在風機A/B各自流量不變的情況下：風機A流量小，動葉開度從35○開到40○即開始失速;而風機B，如果繼續(xù)開大動葉，當動葉開度達到55○也開始失速?？梢园l(fā)現(xiàn)動葉可調式軸流風機失速工況的特點：低流量或高動葉開度。

2 火電機組動葉可調節(jié)軸流式引風機實際運行中失速喘振原因

在火電機組引風機實際運行中，動葉可調節(jié)軸流式引風機失速喘振的原因可總結為以下情況：

（1）兩臺并列運行引風機調節(jié)特性相差過大，在一些負荷段導致兩臺引風機出力不平衡。

（2）引風機進出口煙氣通道阻力發(fā)生變化，出口壓力升高過大。

（3）引風機進出口擋板突然關閉或部分關閉，煙氣流動特性發(fā)生較大改變。

（4）引風機動葉執(zhí)行機構故障或卡澀，造成兩臺引風機出力不平衡。

（5）引風機動葉開度過大，引風機運行工況進入失速區(qū)。

3工程案例：火電機組引風機失速過程分析及預防

XX發(fā)電公司#5/6機組為2×1000MW超超臨界燃煤發(fā)電機組，鍋爐采用北京巴布科克·威爾科克斯公司超超臨界、變壓直流π型鍋爐，型號為B&WB-3218/28.25-M。引風機采用動葉可調軸流式，型號為HU27648-AA 。

下圖為XX發(fā)電公司1000MW機組煙氣系統(tǒng)布置圖：

該機組煙氣系統(tǒng)的特點是：引風機與增壓風機合并為，在引風機出口布置了特殊的換熱器─低溫省煤器。該換熱裝置利用引風機出口煙氣加熱凝結水，降低排煙溫度，減少鍋爐排煙熱損失。在實際運行中，引風機曾多次出現(xiàn)失速情況。

3.1? 火電機組引風機失速工況參數(shù)分析

某次，XX發(fā)電公司（#5機組）發(fā)生引風機失速喘振，引起爐膛壓力高高保護動作，鍋爐MFT。

引風機失速發(fā)生前工況參數(shù)為：#5機組負荷970MW，鍋爐總風量3043T/H，磨煤機B/C/D/E/F運行，總燃料量356t/h。

該工況失速風機為引風機A。通過對比我們不難看出失速前后相關參數(shù)的典型變化：引風機A電流大幅下降，引風機B電流大幅上升;引風機A進出口全壓大幅下降，引風機進口壓力上升明顯;引風機A/ B動葉開度均大幅度增加。風機失速后，造成爐膛負壓大幅度上升，最終造成鍋爐MFT。

結合1.2.2分析的動葉可調節(jié)軸流式風機失速工況特點，將引風機A與B進行對比。分析如下：失速前，引風機A全壓稍低（在煙氣通道近似相同的情況下，即煙氣流量低），而動葉開度卻較大，全部符合風機失速喘振的工況特點。所以無疑最終引風機A發(fā)生失速。另外，引風機B動葉開度大幅上升在一定程度上也引起了自身失速，相對于引風機A而言失速程度稍輕。

3.2? 火電機組引風機失速的預防措施

預防火電機組動葉可調軸流式引風機失速喘振，可以采取以下措施：

（1）減小煙氣系統(tǒng)阻力。在機組停運檢修時可以采取對空預器及電袋除塵器進行清灰。平時運行中加強對空預器及低溫省煤器吹灰工作。另外，可以對鍋爐風煙系統(tǒng)進行技術改造，減小風阻。

（2）完善引風機相關保護。

現(xiàn)代大型軸流式風機都設有喘振保護。喘振保護動作后，喘振風機跳閘，使系統(tǒng)脫離異常工況。但是由于風機氣流的不確定性，該保護可能誤動，工程中可對該保護邏輯條件進行優(yōu)化。譬如喘振保護信號與風機電流偏差信號作為“與”的條件來觸發(fā)風機跳閘。

（3）控制引風機運行工況。

從軸流風機的性能曲線上看，要想有效防止引風機失速，對引風機的運行工況的控制是至關重要的。

經過對引風機失速情況下各參數(shù)的限額的分析，制定技術措施可有效防止喘振失速。措施內容包括：引風機動葉開度、引風機電流及兩臺引風機電流偏差、全壓以及相關事故處理的原則。嚴格準確執(zhí)行技術措施對預防引風機失速喘振有很好的效果。

（4）調整煙氣系統(tǒng)其它設備運行方式。

現(xiàn)在火電機組引風機出口基本都布置石灰石濕法脫硫裝置（吸收塔），用來脫去煙氣中硫化物。實際運行情況證明，脫硫吸收塔石灰石漿液循環(huán)泵的運行方式及運行臺數(shù)對引風機出口煙氣阻力有較大影響。所以在環(huán)保參數(shù)符合要求的前提下，減少石灰石漿液循環(huán)泵的運行臺數(shù)對預防引風機失速喘振也有一定幫助。

4邏輯優(yōu)化

XX發(fā)電公司1000MW機組動葉調節(jié)軸流式引風機容易發(fā)生失速喘振，其主要原因為：機組超凈排放改造后，脫硝裝置SCR反應區(qū)增加一層催化劑模塊;空預器差壓增大及引風機出口布置低溫省煤器風阻大等原因導致整個煙氣通道阻力過大。另外一方面，由于引風機在設計選型時容量裕度不高，造成引風機實際出力滿足不了超凈改造后的運行需求。

這種問題在實際工程中不算少見。針對這種情況，為充分發(fā)揮引風機性能同時又要避免動葉開度過大造成引風機失速喘振。可考慮以下機組控制邏輯優(yōu)化：

在引風機正常運行的范圍內，將兩臺引風機動葉開度、電機電流均設置上限。這兩個條件中任一條件觸發(fā)后，發(fā)出以下控制閉鎖指令：

（1）閉鎖機組增加負荷

（2）閉鎖鍋爐增加燃料量

（3）閉鎖鍋爐增加送風量

（4）閉鎖任何一臺引風機動葉繼續(xù)開大

同時發(fā)出相關報警信號。

第（4）條邏輯尤為重要，因為可能會發(fā)生其中一臺引風機動葉開度到達上限后無法繼續(xù)開大，而另外一臺引風機動葉卻可以繼續(xù)增大。這種情況十分危險，可能會導致引風機失速喘振的發(fā)生。

當引風機運行參數(shù)低于上限時，閉鎖立刻解除。

考慮特殊情況：引風機RB工況時，可自動退出以上保護。

邏輯圖如下：

按此邏輯修改后，就能在自動控制下，安全并最大程度地發(fā)揮引風機的性能，保證鍋爐燃燒所需要的氧量。

5 結語

火電機組軸流式引風機發(fā)生失速喘振的原因是多方面的，一般來說，從引風機的設計、制造、選型、安裝以及煙氣系統(tǒng)的變化都有可能對引風機運行中發(fā)生失速喘振埋下隱患。預防引風機失速喘振可以從這些環(huán)節(jié)進行管控 。具體到實際工程中，要具體分析，找出引起引風機失速喘振的關鍵點，結合實際可行的辦法進行突破。

參考文獻：

（1）郭立君 .泵與風機[M].北京：中國電力出版社，1997：78-79

（2）李春宏. 軸流風機失速與喘振分析. [J].發(fā)電設備，2008（3）：237-240

作者簡介：

吳仁紅（1982-），男，漢族，大學本科，工程師，從事火電機組集控運行專業(yè)