摘要：針對華能德州電廠鍋爐送風(fēng)機曾經(jīng)多次發(fā)生失速的情況, 在介紹軸流送風(fēng)機失速機理基礎(chǔ)上, 根據(jù)實測數(shù)據(jù)對送風(fēng)機失速原因進行了分析, 認為空預(yù)器堵塞嚴重導(dǎo)致管路阻力特性變化、送風(fēng)機動葉開度過大是送風(fēng)機失速的原因, 并提出了送風(fēng)機失速的處理及預(yù)防措施。

關(guān) 鍵 字：軸流式送風(fēng)機 失速 原因分析 預(yù)防措施

0　引言

　　華能德州電廠6號機組額定容量為660 MW，鍋爐容量為2 209 t/h，是德國制造的亞臨界、一次中間再熱、單爐膛、Γ型布置、自然循環(huán)汽包爐。鍋爐配有2臺三分倉回轉(zhuǎn)式空預(yù)器，2臺型號為FAF30.15.1的動葉可調(diào)軸流式送風(fēng)機，動葉調(diào)節(jié)范圍為-29°～31°（對應(yīng)動葉開度0%～100％），設(shè)計風(fēng)量為315 m³/s，設(shè)計靜壓為4 275 Pa，風(fēng)機轉(zhuǎn)速985r/min。2臺送風(fēng)機入口處各裝設(shè)一組50％容量暖風(fēng)器，暖風(fēng)器設(shè)計壓降0.2 kPa。華能德州電廠6號機組于2002 年10 月投產(chǎn)發(fā)電，投產(chǎn)后，在2003年5月～6月期間，多次發(fā)生送風(fēng)機失速現(xiàn)象，一度影響了機組帶負荷能力，經(jīng)過技術(shù)人員分析，認為6號鍋爐送風(fēng)機失速的主要原因是空預(yù)器堵灰嚴重，風(fēng)道阻力特性變化使送風(fēng)機動葉開度過大、運行在不穩(wěn)定區(qū)所致，經(jīng)過設(shè)備治理，使空預(yù)器壓差減小到設(shè)計值范圍內(nèi)，消除了送風(fēng)機失速的隱患。

1 軸流式送風(fēng)機失速機理

　　軸流風(fēng)機葉片通常是機翼型的, 軸流式風(fēng)機葉片氣流方向如圖1所示。當空氣順著機翼葉片進口端(沖角α= 0°) ,按圖1（a）所示的流向流入時, 它分成上下兩股氣流貼著翼面流過,葉片背部和腹部的平滑“邊界層”處的氣流呈流線形。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。當空氣流入葉片的方向偏離了葉片的進口角, 它與葉片形成正沖角(α>0°),如圖1（b)所示。在接近于某一臨界值時(臨界值隨葉型不同而異) , 葉背的氣流工況開始惡化。當沖角增大至臨界值時, 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“失速”現(xiàn)象。隨著沖角α的增大, 氣流的分離點向前移動, 葉背的渦流區(qū)從尾端擴大到葉背部, 脫離現(xiàn)象更為嚴重, 甚至出現(xiàn)部分流道阻塞的情況。此時作用于葉片的升力大幅度降低, 阻力大幅度增加, 壓頭降低。

　　軸流風(fēng)機的失速特性是由風(fēng)機的葉型等特性決定的，同時也受到風(fēng)道阻力等系統(tǒng)特性的影響，動葉調(diào)節(jié)軸流式送風(fēng)機的特性曲線如圖2所示，其中，鞍形曲線M為送風(fēng)機不同安裝角的失速點連線，工況點落在馬鞍形曲線的左上方，均為不穩(wěn)定工況區(qū)，這條線也稱為失速線。由圖中我們不難看出：①在同一葉片角度下，管路阻力越大，風(fēng)機出口風(fēng)壓越高，風(fēng)機運行越接近于不穩(wěn)定工況區(qū)；②在管路阻力特性不變的情況下，風(fēng)機動葉開度越大，風(fēng)機運行點越接近不穩(wěn)定工況區(qū)。

　　根據(jù)電廠的運行經(jīng)驗，當并聯(lián)運行的軸流風(fēng)機出現(xiàn)下列現(xiàn)象時，說明風(fēng)機發(fā)生了失速：①失速風(fēng)機的壓頭、流量、電流大幅降低；②失速風(fēng)機噪聲明顯增加，嚴重時機殼、風(fēng)道、煙道發(fā)生振動；③在投入“自動”的情況下，與失速風(fēng)機并聯(lián)運行的另1臺風(fēng)機電流、容積比能大幅升高；④與風(fēng)機“喘振”不同，風(fēng)機失速后，風(fēng)壓、流量降低后不發(fā)生脈動。

　　風(fēng)機的失速現(xiàn)象是風(fēng)機的一種不穩(wěn)定運行工況，對于風(fēng)機的運行安全危害很大：①風(fēng)機失速時，風(fēng)量、風(fēng)壓大幅降低，引起爐膛燃燒劇烈變化，易于發(fā)生滅火事故；②并聯(lián)運行的另1臺風(fēng)機投入“自動”時，出力增大，容易造成電機過負荷；③失速風(fēng)機振動明顯增高，可能風(fēng)機設(shè)備、風(fēng)道振動大損壞；④處理過程不正確時，易于引發(fā)風(fēng)機“喘振”，損壞設(shè)備。

2　德州電廠6號爐送風(fēng)機失速分析

2.1　現(xiàn)象分析

　　2003 年5月～6月間，6號爐多次發(fā)生送風(fēng)機失速現(xiàn)象, 每次失速現(xiàn)象基本相似,下面以2003年6月19日6號爐B送風(fēng)機失速為例進行分析：當日14∶47，6號機組負荷為600 MW，A、B送風(fēng)機并列運行，動葉控制置自動狀態(tài)，空預(yù)器后二次風(fēng)母管壓力為1.76 kPa，A、B送風(fēng)機動葉開度均為87％，A送風(fēng)機電流290A, B送風(fēng)機電流300A（額定值370A），爐膛壓力-70Pa。運行人員發(fā)現(xiàn)爐膛壓力突降至-810 Pa，A、B送風(fēng)機動葉開度迅速升至100％，母管二次風(fēng)壓驟降至0.76 kPa，A送風(fēng)機電機電流升至360A，B送風(fēng)機電機電流降至220 A，且B送風(fēng)機振動驟然升高，風(fēng)機異常發(fā)生后，風(fēng)壓、風(fēng)量、振動、風(fēng)機電機電流等參數(shù)突變后未發(fā)生波動，因此運行人員判斷為B送風(fēng)機失速，而不是喘振，運行人員立即減少鍋爐燃燒，手動關(guān)小A、B送風(fēng)機動葉至80％，此時二次風(fēng)壓回升，B送風(fēng)機振動回落至2 mm/s，送風(fēng)機失速現(xiàn)象消失。失速前、后風(fēng)機主要參數(shù)比較見表1。

表1　失速前、后風(fēng)機主要參數(shù)比較

　　根據(jù)運行記錄及DCS打印數(shù)據(jù)顯示，當時機組正在升負荷過程中，由于空預(yù)器堵灰較為嚴重，風(fēng)、煙側(cè)前后差壓均遠高于設(shè)計值（滿負荷設(shè)計值1.2 kPa），鍋爐負荷升高使送風(fēng)需求量增大，這些原因使送風(fēng)機動葉不斷開大，記錄數(shù)據(jù)顯示：發(fā)生失速前15 min內(nèi)，送風(fēng)機動葉由84％平緩開至87％，逐漸逼近風(fēng)機不穩(wěn)定工況區(qū)，而空預(yù)器壓差亦隨風(fēng)量、煙氣量增長不斷增大，送風(fēng)通道阻力特性改變,促使風(fēng)機進入失速區(qū)。事后對送風(fēng)機入口濾網(wǎng)及暖風(fēng)器進行了仔細檢查，未發(fā)現(xiàn)堵塞，因此，排除了暖風(fēng)器及入口風(fēng)道堵塞造成風(fēng)機失速的原因。

　　據(jù)此分析, 送風(fēng)機出口通道阻力過大、動葉開度大，落入風(fēng)機不穩(wěn)定工況區(qū)是B送風(fēng)機發(fā)生失速的真正原因。應(yīng)清除空預(yù)器蓄熱片積灰，降低空預(yù)器風(fēng)阻是解決送風(fēng)機失速的根本措施，由于當時電網(wǎng)負荷緊張，無法實現(xiàn)停爐檢修，電廠制定了臨時措施：限制機組最高負荷，適當降低鍋爐氧量運行，避免送風(fēng)機動葉開度超過80％，在這樣的臨時措施下，送風(fēng)機失速現(xiàn)象未再次發(fā)生。

　　值得一提的是，動葉可調(diào)軸流風(fēng)機葉片角度過大是引發(fā)風(fēng)機進入不穩(wěn)定區(qū)的重要原因，但為什么B送風(fēng)機失速后，與之并聯(lián)運行的A送風(fēng)機動葉開大至100％，仍未發(fā)生失速呢？原因是B送風(fēng)機失速后，出力銳減，系統(tǒng)風(fēng)壓迅速降低，并聯(lián)系統(tǒng)的管網(wǎng)阻力特性也隨之變化，阻力特性曲線下移，風(fēng)機出口風(fēng)壓降低，使得A送風(fēng)機運行點遠離不穩(wěn)定工況區(qū)。

2.2　預(yù)防送風(fēng)機失速的措施

　　限制機組負荷、降低鍋爐氧量僅是避免送風(fēng)機落入失速區(qū)的一個應(yīng)急的處理方法，確保送風(fēng)通道暢通，減小風(fēng)道阻力才能徹底預(yù)防送風(fēng)機失速的發(fā)生，在隨后的停機檢修中，華能德州電廠針對送風(fēng)機失速進行了一系列設(shè)備治理：①在秋季的小修中，對6號爐空預(yù)器蓄熱片進行了徹底清理，更換了腐蝕損壞的蓄熱片；②為保證運行中空預(yù)器蓄熱片積灰能夠及時清除，增加了技術(shù)成熟的燃氣脈沖吹灰器，代替原來的蒸汽吹灰器進行空預(yù)器清灰。運行一年多來，效果不錯，空預(yù)器風(fēng)、煙側(cè)前后壓差能夠長期控制在設(shè)計值范圍內(nèi)；③根據(jù)環(huán)境溫度變化，冬季及時投入暖風(fēng)器，避免空預(yù)器冷端腐蝕造成風(fēng)阻增大；④冬季大霧天氣，及時清理送風(fēng)機入口濾網(wǎng)結(jié)霜，春季大風(fēng)天氣，及時清理送風(fēng)機入口濾網(wǎng)掛積的楊絮、柳絮及塑料袋等物，避免送風(fēng)機入口堵塞；⑤在送風(fēng)機入口暖風(fēng)器后風(fēng)道上，新開1×3 m²面積的卷簾門，正常運行時關(guān)閉，一旦暖風(fēng)器因故堵塞，動葉開度大于80％，則開啟卷簾，以避免缺風(fēng)引起動葉開度過大，風(fēng)機運行異常。⑥在正常運行中, 盡量保持2 臺送風(fēng)機的風(fēng)量相平衡。當發(fā)生1臺送風(fēng)機失速時, 應(yīng)迅速關(guān)小送風(fēng)機動葉, 使動葉開度小于80％, 使送風(fēng)機盡快回到穩(wěn)定工況區(qū)運行。

3 結(jié)論

　　在電廠實際運行中，鍋爐尾部空預(yù)器受熱面積灰嚴重或風(fēng)門、擋板操作不當誤關(guān)，造成風(fēng)道阻力增大，促使風(fēng)機運行在不穩(wěn)定工況區(qū)域是軸流送風(fēng)機失速的主要原因之一。根據(jù)運行經(jīng)驗，軸流送風(fēng)機風(fēng)壓、風(fēng)量、電流大幅降低后未發(fā)生脈動，風(fēng)機振動、動葉開度突增是判斷送風(fēng)機發(fā)生失速的重要依據(jù)。一旦發(fā)生送風(fēng)機失速，應(yīng)迅速關(guān)小失速風(fēng)機的動葉，相應(yīng)關(guān)小未失速風(fēng)機的動葉，使并聯(lián)運行的2臺送風(fēng)機動葉開度、電流相接近，是使送風(fēng)機快速脫離失速工況的解決辦法。

　　華能德州電廠經(jīng)過對6號爐空預(yù)器的治理，以及其他防止送風(fēng)機失速措施的實施，使得送風(fēng)機出、入口風(fēng)道能夠暢通，通道風(fēng)阻始終小于設(shè)計值，在鍋爐滿負荷、氧量3.0％工況下，送風(fēng)機動葉開度﹤75％，未再次發(fā)生送風(fēng)機失速現(xiàn)象。