低負荷工況“非典型”引風機失速事故的分析

摘要：軸流引風機由于自身的特點，在選型設(shè)計不合理、調(diào)整不當或煙道系統(tǒng)阻力大時，易發(fā)生風機失速。引風機失速一般發(fā)生在機組高負荷期間，但如一些原因引起煙氣系統(tǒng)阻力變化，在較低負荷情況下，操作人員對引風機參數(shù)監(jiān)視不夠重視，也易發(fā)生引風機失速。當煙氣的飛灰中有機物含量高，或電除塵故障使煙氣含塵量高，容易引起吸收塔漿液冒泡。漿液產(chǎn)生的泡沫密度低，而目前吸收塔普遍采用的壓力轉(zhuǎn)換型液位計無法直接反應(yīng)泡沫厚度，使泡沫堆積至吸收塔煙道入口，引起煙道阻力大大增加，甚至在機組較低負荷時，也發(fā)生引風機失速。

關(guān)鍵詞：引風機;失速;因素;漿液起泡;對策

目前，大型火力發(fā)電機組的送、引風機、一次風機廣泛采用軸流式風機。我廠的#7-10機組，送、引風機均采用軸流風機。軸流風機由于自身的特點，在選型設(shè)計不合理、調(diào)整不當或系統(tǒng)阻力偏大時，容易發(fā)生風機失速。風機失速時，會引起風機出口壓力下降，風機無出力，振動加大，容易引起風機損壞或風道損壞，調(diào)節(jié)處理不當時，容易造成燃燒不穩(wěn)。由于風機失速時，會引起爐膛負壓大幅變化，爐膛負壓極易達到爐膛負壓保護動作定值，引起鍋爐熄火和機組跳閘，甚至可能造成爐墻或煙道的損壞。引風機失速時，會導(dǎo)致爐膛冒正壓，對周圍造成污染，且大大增加鍋爐房著火的風險。隨著環(huán)保要求的提高，各機組都進行了超低排放改造，煙道阻力大幅增加;特別是空預(yù)器、MGGH冷卻器積灰，脫硫吸收塔區(qū)域煙道積石膏等種種原因，隨著機組連續(xù)運行時間增加，煙道阻力會不斷上升，在高負荷或工況大幅變化時，很容易引起軸流式引風機失速。

據(jù)不完全統(tǒng)計，近5年來，浙能集團內(nèi)電廠共發(fā)生風機失速事件35起，其中，大部分是引風機失速。我廠超低排放改造后，#7、9、10機均發(fā)生過引風機失速的事故。特別是2018年9月17日，#9機組發(fā)生了一次“非典型”引風機失速引起的鍋爐滅火保護動作的事故。

1軸流式風機失速的機理

軸流式風機在運行中，氣流是沿著風機軸向方向進入風機，在葉輪處獲得能量后也沿軸向方向流出風機，性能特點是流量大，揚程（全壓）低。工作原理相當于飛機飛行中，機翼與空氣的關(guān)系，即機翼理論。機翼在發(fā)動機動力作用下向前飛行，因機翼上下面曲率不同，使上下面流過的空氣流速不同，上下面產(chǎn)生不同的壓強，從而產(chǎn)生升力。軸流風機相當于機翼理論的反方向過程，驅(qū)動裝置提供動力克服風機各葉片的升力，葉片給氣流一個與升力大小相等、方向相反的推力，使氣體能量增加并沿軸向排出。

軸流風機動葉的頂點與葉尾的連線為葉片的軸線。氣流在流過葉片時，氣流方向與葉片軸線之間產(chǎn)生的一個沖角α。當風機在正常運行工況工作時，沖角很小，接近于零，繞過葉片的氣流保持流線的形狀（圖1）。當氣流與葉片形成正沖角，隨著角度增大，氣流將無法保持流線形狀，在葉片的后緣從葉片表面脫離，產(chǎn)生渦流（圖2）。當沖角超過某一臨界值時，渦流甚至將會填滿前后兩個葉片子間的間隙造成“堵塞”，升力減少，阻力急劇增加，出口壓力隨之急劇降低，這一現(xiàn)象稱為“失速”。

軸流風機葉片在制造、安裝過程中，不可能有完全相同的流線形狀和安裝角度，在實際運行過程會發(fā)生某一葉片或部分葉片松動，各葉片的沖角不可能完全相同。當運行工況改變時，某一個葉片或某一些葉片的沖角α達到臨界值時，就可能首先會在該葉片或該區(qū)域葉片上發(fā)生失速。且失速區(qū)不靜止，當某一葉片或某一些葉片發(fā)生失速后，該區(qū)域氣流堵塞，氣流會向相鄰區(qū)域擴散，改變相鄰區(qū)域的氣流方向，使失速向相鄰其他葉片擴散，從而使風機各個葉片均發(fā)生失速，形成交變應(yīng)力，最終導(dǎo)致?lián)p壞葉片（圖4）。

對定速軸流風機，葉片隨著輪轂旋轉(zhuǎn)，葉片高度相對于輪轂直徑比例較少，葉頂與葉根的圓周方向速度變化不大，可認為在圓周方向速度u基本不變。當風機出力調(diào)節(jié)時，氣流速度c將發(fā)生改變，可以改變氣流方向C或者改變?nèi)~片角度β（圖3），從而使沖角接近于零。也即是軸流式風機的負荷調(diào)節(jié)可采用動葉調(diào)節(jié)或靜葉調(diào)節(jié)。動葉調(diào)節(jié)有著調(diào)節(jié)性能好、效率高、等效率運行區(qū)寬等優(yōu)點，機組變負荷特別是低負荷時，經(jīng)濟性好的優(yōu)點明顯。我廠的送風機一直采用動葉調(diào)節(jié)，超低排放改造后引風機也由靜葉調(diào)節(jié)改為動葉調(diào)節(jié)型號。

2引風機失速的因素

火力發(fā)電廠中，送風機的出口阻力較小，出口風壓低，送風機發(fā)生失速的情況極少。由于軸流風機的高效、穩(wěn)定的優(yōu)勢，目前大型機組的一次風機采用軸流式風機的也較多;但據(jù)統(tǒng)計，一次風機發(fā)生失速的概率比引風機小很多。在實際運行中，軸流風機發(fā)生失速的主要為引風機。

引風機失速主要受煙道阻力的影響，特別是超低排放改造使煙道阻力明顯增加，隨著機組連續(xù)運行時間的增加，空預(yù)器、MGGH等設(shè)備長期運行引起積灰、粘結(jié)等原因引起阻力上升;漿液循環(huán)泵運行方式不合理，致使脫硫吸收塔區(qū)域煙道內(nèi)石膏堆積引起煙道阻力增大，以及煙氣系統(tǒng)的導(dǎo)流板布置不合理或脫落等。這些原因是引風機發(fā)生失速的現(xiàn)象常有發(fā)生。

影響引風機失速的因素：

（1）引風機進出口全壓升。引風機全壓升數(shù)值上約等于煙道阻力，用于克服煙道阻力，煙氣系統(tǒng)中各類設(shè)備，主要包括脫硝裝置、空預(yù)器、MGGH、吸收塔除霧器等，任一設(shè)備堵塞、煙氣導(dǎo)流板脫落、漿液循環(huán)泵運行方式不合理等原因，均會影響煙道阻力。在煙氣量一定的情況下，煙道阻力較大幅偏離設(shè)計值是引風機失速的主要因素。

（2）煙氣量。在煙氣系統(tǒng)通流面積一定的情況下，煙氣阻力與煙氣量（即流速）的關(guān)系不僅僅是平方的關(guān)系，而是大幅突升。

（3）排煙溫度。根據(jù)儒考夫斯基理論，風機的升壓Py=ρCybωm2/2（式中ρ—介質(zhì)密度，Cy—升力系數(shù)，b—葉片弦長，ωm—相對于動葉的平均氣流速度），排煙溫度影響煙氣密度，從而影響風機出力;另外，由于排煙溫度高，在質(zhì)量流量相同的情況下，煙氣速度明顯增加，使得煙道阻力增加。

（4）動葉制造、安裝工藝、動葉磨損、松動等風機自身原因。當動葉制造或安裝工藝不佳，或風機葉片出現(xiàn)松動，引起兩臺風機葉片調(diào)節(jié)不同步等原因，使煙氣流過葉柵時產(chǎn)生“渦流”的可能性增加，兩臺形成明顯的“搶風”現(xiàn)象。

（5）兩臺引風機出力不一致。因兩臺風機出力存在偏差，變負荷過程中致使各風機出力變化量有偏差，致使兩臺風機的風量、電流出現(xiàn)嚴重不平衡。

（6）兩臺機組共用一根煙囪，兩臺機組都運行時，煙氣在煙囪入口互相擠占，使煙氣阻力增加，甚至在高負荷可能發(fā)生兩臺機引風機相繼失速的情況。

由于軸流風機的運行特性，在低負荷區(qū)的全壓升裕量較大，一般不會發(fā)生失速事故，其失速事故主要發(fā)生在高負荷運行期間。但當某些因素引起煙氣系統(tǒng)阻力明顯增大時，在較低負荷時，失速事故也會發(fā)生。本文對發(fā)生在我廠一次低負荷下引風機失速的?“非典型”案例進行具體分析。

3?“非典型”引風機失速事故的分析

3.1設(shè)備概況

我廠#9機組是哈爾濱鍋爐廠有限責任公司根據(jù)美國ABB—CE燃燒工程公司技術(shù)設(shè)計制造的，配330MW純凝汽輪發(fā)電機組的亞臨界壓力，一次中間再熱、控制循環(huán)汽包鍋爐，采用平衡通風、直流式燃燒器、四角切圓燃燒方式，燃用煙煤。鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量為1087t/h（增容后）。#9爐于2013年進行了低氮燃燒器改造和加裝SCR脫硝系統(tǒng)，鍋爐詳細參數(shù)見表1，設(shè)計煤種見表2。鍋爐配備兩臺SAF26-18-2型引風機，各參數(shù)見表3，風機特性曲線見圖5。

3.2事故經(jīng)過

事故前，?機組負荷210MW，AGC方式，總風量950?t/h，三臺磨煤機運行，三臺漿液循環(huán)泵運行，兩臺引風機電流207/208A，引風機動葉開度51%/47%，引風機進口壓力-2.75kPa/-2.8kPa，引風機出口壓力1.5kPa/2.6kPa。引風機失速時，爐膛壓力突升，A引風機電流從225A上升至460A，已超額定電流（442A）運行，動葉開度從53%開至87%，B引風機電流從225A下降至178A，后上升至240A，并晃動較大，動葉開度從50%開至87%，爐膛壓力高高，MFT，主要參數(shù)變化情況見圖6。根據(jù)兩臺引風機進、出口壓力、電流曲線，結(jié)合引風機性能特性曲線，判斷為B引風機失速，導(dǎo)致爐膛負壓無法調(diào)節(jié)正常，爐膛壓力高高MFT。

3.3事故分析

本次引風機失速事故發(fā)生在低負荷期間，而且該臺爐自投產(chǎn)以來從未發(fā)生過引風機失速事故，雖然事故處理時已判斷出為引風機失速，但該鍋爐的滅火保護的爐膛負壓保護動作設(shè)定值低，處理上不及時，引起了MFT。事后檢查分析發(fā)現(xiàn)事故原因：事故前幾天，該爐電除塵已有二個電場故障停運，煙塵進入吸收塔內(nèi)產(chǎn)生大量泡沫，而吸收塔除霧器沖洗水閥有內(nèi)漏，吸收塔液位逐漸升高，事故發(fā)生時，雖然吸收塔液位仍在正常值內(nèi)，但大量泡沫堵塞煙道，引起煙道阻力增加，引風機進、出口壓力又不準，沒有引起操作人員的重視，使引風機進入失速區(qū)。

4?引風機失速的處理和防范

機組運行中，發(fā)現(xiàn)兩臺引風機電流偏差突然加大，爐膛負壓大幅波動或冒正壓嚴重，動葉開度增大而電流下降等情況時，可判斷為引風機失速。若引風機出現(xiàn)輕微失速，爐膛負壓、引風機電流等參數(shù)變化不明顯，適當降低鍋爐出力，調(diào)整兩臺引風機出力平衡，使風機脫離失速區(qū);鍋爐應(yīng)停止爐膛吹灰、啟磨等易引起爐膛負壓大幅波動的操作。在原因不明時不能繼續(xù)加負荷，防止引風機再次進入失速區(qū)。

若引風機出現(xiàn)嚴重失速現(xiàn)象，應(yīng)立即投油助燃，通過退磨等方法快速降負荷（若失速發(fā)生在低負荷時，慎重退磨，防止因燃燒不穩(wěn)而MFT），將失速風機動葉撤至手動并關(guān)小，直至脫離失速區(qū)，同時，注意調(diào)整控制鍋爐總風量、爐膛負壓，防止另一臺引風機參數(shù)超限。

防范引風機失速的措施有：

（1）完善優(yōu)化邏輯報警配置，控制引風機風量、出力平衡，設(shè)定合理的風機進出口差壓、電流偏差、吸收塔液位等報警值。

（2）引風機檢修時，重點檢查動葉及執(zhí)行機構(gòu)，保證動葉無磨損、結(jié)垢，各個葉片調(diào)節(jié)特性良好。

（3）利用機組檢修、調(diào)停時機，對空預(yù)器、MGGH、脫硝系統(tǒng)、煙道（特別是吸收塔進口煙道）進行定期檢查清理沖洗，保證煙道通暢，降低煙道系統(tǒng)阻力。

（4）運行中，加強引風機及煙道運行參數(shù)的監(jiān)視和分析，做好同負荷下引風機電流、煙道阻力等參數(shù)的比對，及時發(fā)現(xiàn)問題。加強引風機動葉執(zhí)行機構(gòu)、擋板等設(shè)備的巡查，及時發(fā)現(xiàn)消除各類問題。

（5）運行中，嚴格執(zhí)行空預(yù)器、MGGH的吹灰制度延緩煙道阻力上升?？疹A(yù)器吹灰蒸汽參數(shù)合適、疏水徹底，按規(guī)定煙溫投退脫硝系統(tǒng)，脫硝系統(tǒng)調(diào)節(jié)平穩(wěn)，避免大開大關(guān)，減少硫酸氨鹽在空預(yù)器上的沉積。發(fā)現(xiàn)吸收塔漿液起泡時，及時分析原因進行消除，并加強換漿、控制吸收塔液位。

（6）運行操作上，盡量保證兩臺引風機出力一致，控制引風機動葉、進出口差壓、風機電流等參數(shù)，必要時降低負荷，防止風機參數(shù)偏離運行安全區(qū)域。對于有供熱的機組，注意影響引風機失速的原因是鍋爐負荷，而非汽機負荷。

參考文獻：

作者簡介：李衛(wèi)平（1974—??），男，漢族，浙江臺州人，本科，助理工程師，研究方向：火電廠運行。