(四川泸州川南发电有限责任公司)
摘要：针对四川泸州川南发电有限责任公司2×600MW机组一次风机投运以来多次发生失速的情况，进行了热态试验，根据实测数据对一次风机失速原因进行了分析，并提出了一次风机失速的防范措施及失速后的处理方案
关键词：一次风机；失速；热态试验；分析；对策
1 引言
四川泸州川南发电有限责任公司2×600MW机组投运以来，一次风机多次出现失速喘振导致机组跳闸，严重影响机组的安全稳定运行。为解决这一问题，对＃1机组两台一次风机进行热态试验，以了解目前一次风机实际运行状态，一次风机与管网阻力的匹配情况，考察一次风机失速裕度，判断一次风机失速原因。
2 设备概况
四川泸州川南发电有限责任公司2×600MW机组所用锅炉型号为DG2028/17.45-II3。该锅炉为亚临界压力锅炉，“W”火焰、双拱形单炉膛、尾部双烟道结构、中间一次再热、自然循环、平衡通风、固态排渣、悬吊式汽包炉，最大连续蒸发量为2028t/h。
锅炉设有两台50%容量双级动叶可调轴流式一次风机。锅炉烟风系统配有两台动叶可调轴流式送风机、两台静叶可调轴流式引风机、两台三分仓回转式空预器。
锅炉所配备的两台一次风机系上海鼓风机厂引进德国TLT技术生产制造的PAF17-11.8-2型双级动叶可调轴流式风机。设备参数见表1
表1 一次风机设备规范
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3 一次风机失速现象
3.1 一次风压迅速下降，炉膛燃烧恶化，火焰电视明显变暗，火检数量明显减少，甚至灭火；
3.2 炉膛压力大幅波动，主汽压力、主汽温度下降，机组负荷降低；
3.3 一台一次风机电流大，另一台一次风机电流很小，两台一次风机动叶自动开大。
3.4如一次风压<5KPa，延时5S跳D磨煤机，延时10S跳C磨煤机，延时15S跳其余磨煤机。
4 失速原因分析
4.1轴流风机失速机理
4.1.1轴流风机的失速与喘振现象
轴流式风机当调节叶片(动叶调节风机为动叶片，静叶调节风机为入口调节叶片)角度固定在某一位置时，在正常工作区域内，风机的压力随风机流量的减小而增加，当流量减小到某一值时压力达到最大、当流量进一步减小时，风机压力和运行电流突然降低，振动和噪音增大这一现象被称为风机失速。
风机失速后有两种不同表现，一是风机仍能稳定运行，即压力、风量、电流保持相对稳定，但噪音增加；风机及其进、出口气流压力承周期性脉动；风机振动常常比正常运行高。这种现象称之为旋转失速。另一是风机即压力、风量、电流大幅度波动，噪音异常之大，风机不能稳定运行，风机可能很快遭受毁灭性损坏，这种现象称之为喘振。
4.1.2 失速喘振机理
轴流风机是据机翼理论进行气动设计的，叶型上的压升取决于翼型的升力，而翼型的升力除与翼型的形状有关外，主要取决于冲角α，当叶型确定后，翼型的升力随着冲角的增加开始成正比的增长，直到临界冲角值αk时压力达到最大值。若冲角继续增大，升力会突然下降。这是由于气流突然脱离叶型的凸面(吸力面)，产生很大旋涡所致。见图1。
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图1 机翼失速原理图
4.2一次风机失速原因分析
从上节的失速机理可知，风机失速的一个最重要原因是风机失速裕度偏小，使得风机在某些特殊工况下进入失速区运行。为分析起见，将本次试验一次风机各个工况点参数、对应的的动叶开度和该开度所对应失速点的流量qk、风压pk及失速安全系数k值示于表2。
表2 风机失速安全系数计算
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从表2中可以看出：目前一次风机各运行工况点的失速安全系数满足标淮要求（失速安全系数≥1.3），若要再增加失速裕度，则将降低风机运行效率，不利于节约厂用电。那么为什么在实际运行中还会发生失速呢？这就需要对实际失速时的现象和过程进行具体分析了。
本厂一次风机失速现象是在磨煤机因故跳闸及炉膛负压波动较大时发生的，在平常稳定工况运行时不失速。这也说明一次风机的失速不是失速裕度不够造成，而主要是在这两种特殊的瞬时工况下如何控制的问题。
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图2 PAF17-11.8-2型一次风机性能曲线及实际运行工况点
本厂一次风机的性能曲线及实际运行工况点示于图2。
从图2可见，轴流风机的失速可分两种情况，一是动叶调节投入自动控制情况(即动叶片的角度随系统流量和压力的变化而跟踪变化) ，在此条件下，当系统流量不变(即机组负荷不变) ，而系统阻力增加到超过该流量下风机的失速压力(压力特性线与失速界限线交点处压力)时，风机将失速(本厂炉膛压力大幅波动造成一次风机失速属此情况)；当风机压力 (即系统阻力)不变，且此压力与风机的失速界线有交点，则当系统流量减小到该交点对应的流量时，风机也将失速。二是动叶片调节未投自动(即调节叶片角度不动)情况，在此条件下，若系统阻力增加，则通过风机的流量将减少。当风机流量减小到该角度的失速流量(压力特性线与失速界限线交点处流量)时，风机将失速；若风机流量因某种原因突然减少到失速流量时，风机也将失速(本厂一次风机因跳磨造成失速属此情况)。
4.2.1 磨煤机跳闸一次风机失速原因分析
磨煤机跳闸对一次风机的影响主要是：当磨煤机因故障突然跳闸时，磨出口快关阀门联动关闭造成一次风机流量突然大幅度减小。而此时若一次风机动叶角度不能及时关小，就有可能导致因流量小于该动叶角度下的失速流量而失速。
为分析本厂一次风机跳磨失速原因，将投运磨煤机台数不同时，一次风机动叶角度与运行工况点流量和该动叶角度下的失速流量的比较示于表3。
表3 风机实际运行流量与相应失速流量比较
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从表3可见，当6台磨运行时，A、B两风机运行流量与失速流量之差分别为5.6 m3/s和10.7 m3/s，平均为8.15 m3/s；当5台磨运行时，A、B两风机运行流量与失速流量之差分别为5.86 m3/s和9.46 m3/s，平均为7.66 m3/s；当4台磨运行时，A、B两风机运行流量与失速流量之差分别为7.3 m3/s和8.9 m3/s，平均为8.1 m3/s。
6台磨运行时，两一次风机的平均总流量为105.3 m3/s，每台风机平均流量为52.65 m3/s。当一台磨因故跳闸，磨出口快关门联动立即全关时，系统流量将平均减少1/6，即减少17.55 m3/s，平均每台风机减少8.8 m3/s。若此时一次风机动叶未动，则此流量的减少量超过了6台磨运行时风机不失速酌允许减少量8.15 m3/s，必将造成一台一次风机失速。同样，5台磨运行时若一台磨煤机跳闸，其一次风机流量将减少1/5，平均每台一次风机减少8.53 m3/s，也超过5台磨运行时风机不失速酌允许减少量7.66 m3/s，也必将造成一台一次风机失速。4台磨运行时若一台磨煤机跳闸，其一次风机流量将减少1/4，平均每台一次风机减少9.9 m3/s，仍然超过4台磨运行时风机不失速的允许减少量8.1 m3/s，仍将造成一台一次风机失速。
从上面试验数据与本厂现场一次风机实际运行工况点参数分析可得，本厂一次风机当遇跳磨关断磨出口快关阀门而动叶角度不调小时，由于系统流量突然减少量超过风机不失速区所允许的减少量，因而造成一台一次风机失速。
4.2.2 炉膛负压波动一次风机失速原因分析
炉膛压力为燃烧器一次风出口处压力，即一次风机出口背压，当锅炉负荷不变，则一次风流量基本不变，若此时炉膛压力增高而一次风机未进行调节，则将导致一次风机压力增高而流量减小，反之亦然。若炉膛压力因某种原因(如进入炉膛的燃料爆燃、打炮、掉焦、引风机突然跳闸等) 突然增高较大，导致一次风机出口压力突然增加较多，当风机压力达到其相应开度下的失速压力时，此风机将失速。但炉膛负压恢复后，风机也将脱离失速区，恢复正常运行。
为分析本厂一次风机失速原因，将风机实际运行压力与相应失速压力比较示于表4。
表4 风机实际运行压力与相应失速压力比较
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由表4可见，在试验期间实际运行条件下，本厂A一次风机的压力失速裕量约在520 Pa～971 Pa范围内，B一次风机的压力失速裕量约在930 Pa～1240 Pa范围内。即A一次风机在炉膛压力瞬时增加520 Pa(6台磨运行时)以上就有可能导致其失速；B一次风机在炉膛压力瞬时增加930 Pa(4台磨运行时)以上就有可能导致其失速。因此本厂一次风机在炉膛压力非正常波动时是可能发生失速的。
5 一次风机失速后的处理方案
5.1如燃烧不稳定应立即投油稳燃。
5.2立即将两台一次风机动叶控制置手动方式，快速关小失速风机的动叶直至“失速”报警消除，观察一次风压有所回升。
5.3适当关小未失速风机动叶，以热一次风母管压力不低于6 KPa为原则。
5.4若无MFT信号时，磨煤机跳闸后发生失速，检查辅助风总门及#1、4分门强制开启后，可再开启两个辅助风分门。
5.5若风机并列操作中发生失速，应停止并列，尽快关小失速风机动叶，查明原因消除后，再进行并列操作。
5.6若风烟系统的风门、挡板有被误关的引起风机失速，应立即打开，同时调整动叶开度。
5.7若系风门、挡板故障引起，立即降低锅炉负荷，联系检修处理。
5.8协调机组负荷，监视汽包水位、过（再）热汽温度变化情况，维持炉膛负压在正常范围内。
5.9经上述处理失速消除，则稳定运行工况，进一步查找原因并采取相应的措施后，方可逐步增加风机的负荷。
5.10经上述处理后无效或已严重威胁设备安全时，应立即停止该风机运行。
6 结束语
四川泸州川南发电有限责任公司锅炉一次风机失速问题，通过上述处理办法得以有效控制，因一次风机失速导致机组跳闸事件得以遏制。综合历次一次风机失速现象分析，风机失速与喘振不仅仅与制造、安装有关，还涉及到风机选型、风道设计、调试、运行等各个方面，要严格保证各个环节的工作质量，才能有效地防治并消除。
参考文献：
[1]《流体力学泵与风机》 中国电力出版社2009
[2]《四川泸州川南发电有限责任公司集控运行规程》2009
[3]《四川泸州川南发电有限责任公司锅炉辅机检修规程》2010
作者简介：罗丹（1976-02），女，汉族，工程师，现从事火力发电厂运行管理工作。