摘要：針對(duì)華能德州電廠鍋爐送風(fēng)機(jī)曾經(jīng)多次發(fā)生失速的情況, 在介紹軸流送風(fēng)機(jī)失速機(jī)理基礎(chǔ)上, 根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)送風(fēng)機(jī)失速原因進(jìn)行了分析, 認(rèn)為空預(yù)器堵塞嚴(yán)重導(dǎo)致管路阻力特性變化、送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開(kāi)度過(guò)大是送風(fēng)機(jī)失速的原因, 并提出了送風(fēng)機(jī)失速的處理及預(yù)防措施。

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

0　引言

　　華能德州電廠6號(hào)機(jī)組額定容量為660 MW，鍋爐容量為2 209 t/h，是德國(guó)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(tái)三分倉(cāng)回轉(zhuǎn)式空預(yù)器，2臺(tái)型號(hào)為FAF30.15.1的動(dòng)葉可調(diào)軸流式送風(fēng)機(jī)，動(dòng)葉調(diào)節(jié)范圍為-29°～31°（對(duì)應(yīng)動(dòng)葉開(kāi)度0%～100％），設(shè)計(jì)風(fēng)量為315 m³/s，設(shè)計(jì)靜壓為4 275 Pa，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速985r/min。2臺(tái)送風(fēng)機(jī)入口處各裝設(shè)一組50％容量暖風(fēng)器，暖風(fēng)器設(shè)計(jì)壓降0.2 kPa。華能德州電廠6號(hào)機(jī)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(jī)失速現(xiàn)象，一度影響了機(jī)組帶負(fù)荷能力，經(jīng)過(guò)技術(shù)人員分析，認(rèn)為6號(hào)鍋爐送風(fēng)機(jī)失速的主要原因是空預(yù)器堵灰嚴(yán)重，風(fēng)道阻力特性變化使送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開(kāi)度過(guò)大、運(yùn)行在不穩(wěn)定區(qū)所致，經(jīng)過(guò)設(shè)備治理，使空預(yù)器壓差減小到設(shè)計(jì)值范圍內(nèi)，消除了送風(fēng)機(jī)失速的隱患。

1 軸流式送風(fēng)機(jī)失速機(jī)理

　　軸流風(fēng)機(jī)葉片通常是機(jī)翼型的, 軸流式風(fēng)機(jī)葉片氣流方向如圖1所示。當(dāng)空氣順著機(jī)翼葉片進(jìn)口端(沖角α= 0°) ,按圖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(guò),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(dāng)空氣流入葉片的方向偏離了葉片的進(jìn)口角, 它與葉片形成正沖角(α>0°),如圖1（b)所示。在接近于某一臨界值時(shí)(臨界值隨葉型不同而異) , 葉背的氣流工況開(kāi)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“失速”現(xiàn)象。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。此時(shí)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(jī)的失速特性是由風(fēng)機(jī)的葉型等特性決定的，同時(shí)也受到風(fēng)道阻力等系統(tǒng)特性的影響，動(dòng)葉調(diào)節(jié)軸流式送風(fēng)機(jī)的特性曲線如圖2所示，其中，鞍形曲線M為送風(fēng)機(jī)不同安裝角的失速點(diǎn)連線，工況點(diǎn)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(jī)出口風(fēng)壓越高，風(fēng)機(jī)運(yùn)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(jī)動(dòng)葉開(kāi)度越大，風(fēng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)越接近不穩(wěn)定工況區(qū)。

　　根據(jù)電廠的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)并聯(lián)運(yùn)行的軸流風(fēng)機(jī)出現(xiàn)下列現(xiàn)象時(shí)，說(shuō)明風(fēng)機(jī)發(fā)生了失速：①失速風(fēng)機(jī)的壓頭、流量、電流大幅降低；②失速風(fēng)機(jī)噪聲明顯增加，嚴(yán)重時(shí)機(jī)殼、風(fēng)道、煙道發(fā)生振動(dòng)；③在投入“自動(dòng)”的情況下，與失速風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的另1臺(tái)風(fēng)機(jī)電流、容積比能大幅升高；④與風(fēng)機(jī)“喘振”不同，風(fēng)機(jī)失速后，風(fēng)壓、流量降低后不發(fā)生脈動(dòng)。

　　風(fēng)機(jī)的失速現(xiàn)象是風(fēng)機(jī)的一種不穩(wěn)定運(yùn)行工況，對(duì)于風(fēng)機(jī)的運(yùn)行安全危害很大：①風(fēng)機(jī)失速時(shí)，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(yùn)行的另1臺(tái)風(fēng)機(jī)投入“自動(dòng)”時(shí)，出力增大，容易造成電機(jī)過(guò)負(fù)荷；③失速風(fēng)機(jī)振動(dòng)明顯增高，可能風(fēng)機(jī)設(shè)備、風(fēng)道振動(dòng)大損壞；④處理過(guò)程不正確時(shí)，易于引發(fā)風(fēng)機(jī)“喘振”，損壞設(shè)備。

2　德州電廠6號(hào)爐送風(fēng)機(jī)失速分析

2.1　現(xiàn)象分析

　　2003 年5月～6月間，6號(hào)爐多次發(fā)生送風(fēng)機(jī)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(hào)爐B送風(fēng)機(jī)失速為例進(jìn)行分析：當(dāng)日14∶47，6號(hào)機(jī)組負(fù)荷為600 MW，A、B送風(fēng)機(jī)并列運(yùn)行，動(dòng)葉控制置自動(dòng)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(jī)動(dòng)葉開(kāi)度均為87％，A送風(fēng)機(jī)電流290A, B送風(fēng)機(jī)電流300A（額定值370A），爐膛壓力-70Pa。運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)爐膛壓力突降至-810 Pa，A、B送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開(kāi)度迅速升至100％，母管二次風(fēng)壓驟降至0.76 kPa，A送風(fēng)機(jī)電機(jī)電流升至360A，B送風(fēng)機(jī)電機(jī)電流降至220 A，且B送風(fēng)機(jī)振動(dòng)驟然升高，風(fēng)機(jī)異常發(fā)生后，風(fēng)壓、風(fēng)量、振動(dòng)、風(fēng)機(jī)電機(jī)電流等參數(shù)突變后未發(fā)生波動(dòng)，因此運(yùn)行人員判斷為B送風(fēng)機(jī)失速，而不是喘振，運(yùn)行人員立即減少鍋爐燃燒，手動(dòng)關(guān)小A、B送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉至80％，此時(shí)二次風(fēng)壓回升，B送風(fēng)機(jī)振動(dòng)回落至2 mm/s，送風(fēng)機(jī)失速現(xiàn)象消失。失速前、后風(fēng)機(jī)主要參數(shù)比較見(jiàn)表1。

表1　失速前、后風(fēng)機(jī)主要參數(shù)比較

　　根據(jù)運(yùn)行記錄及DCS打印數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)時(shí)機(jī)組正在升負(fù)荷過(guò)程中，由于空預(yù)器堵灰較為嚴(yán)重，風(fēng)、煙側(cè)前后差壓均遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值（滿負(fù)荷設(shè)計(jì)值1.2 kPa），鍋爐負(fù)荷升高使送風(fēng)需求量增大，這些原因使送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉不斷開(kāi)大，記錄數(shù)據(jù)顯示：發(fā)生失速前15 min內(nèi)，送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉由84％平緩開(kāi)至87％，逐漸逼近風(fēng)機(jī)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(zhǎng)不斷增大，送風(fēng)通道阻力特性改變,促使風(fēng)機(jī)進(jìn)入失速區(qū)。事后對(duì)送風(fēng)機(jī)入口濾網(wǎng)及暖風(fēng)器進(jìn)行了仔細(xì)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(jī)失速的原因。

　　據(jù)此分析, 送風(fēng)機(jī)出口通道阻力過(guò)大、動(dòng)葉開(kāi)度大，落入風(fēng)機(jī)不穩(wěn)定工況區(qū)是B送風(fēng)機(jī)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(jī)失速的根本措施，由于當(dāng)時(shí)電網(wǎng)負(fù)荷緊張，無(wú)法實(shí)現(xiàn)停爐檢修，電廠制定了臨時(shí)措施：限制機(jī)組最高負(fù)荷，適當(dāng)降低鍋爐氧量運(yùn)行，避免送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開(kāi)度超過(guò)80％，在這樣的臨時(shí)措施下，送風(fēng)機(jī)失速現(xiàn)象未再次發(fā)生。

　　值得一提的是，動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)葉片角度過(guò)大是引發(fā)風(fēng)機(jī)進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)的重要原因，但為什么B送風(fēng)機(jī)失速后，與之并聯(lián)運(yùn)行的A送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開(kāi)大至100％，仍未發(fā)生失速呢？原因是B送風(fēng)機(jī)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(jī)出口風(fēng)壓降低，使得A送風(fēng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)遠(yuǎn)離不穩(wěn)定工況區(qū)。

2.2　預(yù)防送風(fēng)機(jī)失速的措施

　　限制機(jī)組負(fù)荷、降低鍋爐氧量?jī)H是避免送風(fēng)機(jī)落入失速區(qū)的一個(gè)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(jī)失速的發(fā)生，在隨后的停機(jī)檢修中，華能德州電廠針對(duì)送風(fēng)機(jī)失速進(jìn)行了一系列設(shè)備治理：①在秋季的小修中，對(duì)6號(hào)爐空預(yù)器蓄熱片進(jìn)行了徹底清理，更換了腐蝕損壞的蓄熱片；②為保證運(yùn)行中空預(yù)器蓄熱片積灰能夠及時(shí)清除，增加了技術(shù)成熟的燃?xì)饷}沖吹灰器，代替原來(lái)的蒸汽吹灰器進(jìn)行空預(yù)器清灰。運(yùn)行一年多來(lái)，效果不錯(cuò)，空預(yù)器風(fēng)、煙側(cè)前后壓差能夠長(zhǎng)期控制在設(shè)計(jì)值范圍內(nèi)；③根據(jù)環(huán)境溫度變化，冬季及時(shí)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(shí)清理送風(fēng)機(jī)入口濾網(wǎng)結(jié)霜，春季大風(fēng)天氣，及時(shí)清理送風(fēng)機(jī)入口濾網(wǎng)掛積的楊絮、柳絮及塑料袋等物，避免送風(fēng)機(jī)入口堵塞；⑤在送風(fēng)機(jī)入口暖風(fēng)器后風(fēng)道上，新開(kāi)1×3 m²面積的卷簾門，正常運(yùn)行時(shí)關(guān)閉，一旦暖風(fēng)器因故堵塞，動(dòng)葉開(kāi)度大于80％，則開(kāi)啟卷簾，以避免缺風(fēng)引起動(dòng)葉開(kāi)度過(guò)大，風(fēng)機(jī)運(yùn)行異常。⑥在正常運(yùn)行中, 盡量保持2 臺(tái)送風(fēng)機(jī)的風(fēng)量相平衡。當(dāng)發(fā)生1臺(tái)送風(fēng)機(jī)失速時(shí), 應(yīng)迅速關(guān)小送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉, 使動(dòng)葉開(kāi)度小于80％, 使送風(fēng)機(jī)盡快回到穩(wěn)定工況區(qū)運(yùn)行。

3 結(jié)論

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

　　華能德州電廠經(jīng)過(guò)對(duì)6號(hào)爐空預(yù)器的治理，以及其他防止送風(fēng)機(jī)失速措施的實(shí)施，使得送風(fēng)機(jī)出、入口風(fēng)道能夠暢通，通道風(fēng)阻始終小于設(shè)計(jì)值，在鍋爐滿負(fù)荷、氧量3.0％工況下，送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開(kāi)度﹤75％，未再次發(fā)生送風(fēng)機(jī)失速現(xiàn)象。