1 000 MW機組一次風(fēng)機喘振原因分析及預(yù)防措施

寧獻武，趙繼良，伍健偉

(神華國華綏中發(fā)電有限責(zé)任公司，遼寧 葫蘆島 125222)

1 000 MW機組一次風(fēng)機喘振原因分析及預(yù)防措施

寧獻武，趙繼良，伍健偉

(神華國華綏中發(fā)電有限責(zé)任公司，遼寧 葫蘆島 125222)

文中分析了1 000 MW機組一次風(fēng)機發(fā)生喘振的原因及危害，提出運行處理原則及預(yù)防措施，使一次風(fēng)機發(fā)生喘振的幾率大大減小，機組運行的可靠性得到提高。

軸流式;一次風(fēng)機;喘振;性能曲線

相對于離心式風(fēng)機而言，動葉可調(diào)軸流式風(fēng)機具有體積小、重量輕、負荷低、運行效率高、調(diào)節(jié)范圍大、對負荷變化反應(yīng)快等優(yōu)點，在國內(nèi)外大、中型火電機組上得到廣泛使用。但由于其結(jié)構(gòu)特性，也存在制造、安裝、維修技術(shù)要求較高，不穩(wěn)定區(qū)間較大，易發(fā)生失速及喘振等問題［1］。在實際運行過程中，一次風(fēng)機發(fā)生喘振的后果很嚴重，再次并列運行也困難［2］。而且運行過程中由于一次風(fēng)機出口壓力較大，流量隨機組負荷、磨煤機運行方式等頻繁變化，因而其發(fā)生喘振的頻率較送風(fēng)機和引風(fēng)機大大提高。

1 喘振的原理及危害

依據(jù)風(fēng)機的特征可知，其性能曲線呈“駝峰”狀，如圖1所示。

風(fēng)機的工作點A是由風(fēng)機和管路共同決定的，當風(fēng)機的工作點 (性能曲線和管路特性曲線的交點)位于駝峰頂點K的左側(cè)時，風(fēng)機進入不穩(wěn)定工作區(qū)，其工作點可能沿駝峰來回游動，壓力和流量可能出現(xiàn)大幅波動，壓力時高時低，流量時正時負，并伴隨著劇烈的振動和噪聲，由此形成了風(fēng)機喘振。

圖1 風(fēng)機的性能曲線

一次風(fēng)機發(fā)生喘振時，流量急劇波動，會產(chǎn)生氣流的撞擊，使風(fēng)機發(fā)生強烈的振動，噪聲增大，且風(fēng)壓不斷晃動，輕則造成風(fēng)機出力降低，影響機組負荷;重則使葉片斷裂，進而打斷其它所有葉片，即俗稱的“剃光頭”現(xiàn)象，機組被迫進行快速減負荷，也有過由于一次風(fēng)量低使全部磨煤機跳閘而觸發(fā)鍋爐MFT的案例，風(fēng)機的容量與壓頭越大，則喘振的危害性越大［3-4］。

因此電站鍋爐風(fēng)機選型和使用導(dǎo)則 (DL/T468—2004)中規(guī)定風(fēng)機在設(shè)計、制造中要保證其失速裕量大于 1.3［5］。

2 風(fēng)機喘振實例及原因分析

綏中發(fā)電有限責(zé)任公司發(fā)電B廠 (以下簡稱綏電B廠)2臺1 000 MW機組采用上海鼓風(fēng)機廠生產(chǎn)的雙級動葉可調(diào)軸流式風(fēng)機，型號為PAF20-13.3-2，單臺設(shè)計出力為50%，機組正常運行時為2臺風(fēng)機并列運行，其主要參數(shù)如表1所示。

表1 一次風(fēng)機性能參數(shù)

2010年8月25日，35號磨煤機跳閘，聯(lián)鎖關(guān)閉其出、入口一次風(fēng)擋板，31號一次風(fēng)機出口壓力由13.8 kPa升至14.5 kPa，31號一次風(fēng)機喘振保護動作跳閘。

一次風(fēng)系統(tǒng)的特點是具有相對穩(wěn)定且較高的風(fēng)壓，而風(fēng)量隨著機組的負荷而變化，但是由于此類型風(fēng)機性能曲線為“駝峰”狀，當一次風(fēng)量迅速減少而一次風(fēng)壓未隨之變化時，風(fēng)機的工作點則向左移動，最終落入駝峰曲線的上方，風(fēng)機進入不穩(wěn)定工作區(qū)域而發(fā)生喘振現(xiàn)象。

31號一次風(fēng)機喘振前動葉開度為50%，查閱其性能曲線，動葉在此開度下，駝峰曲線上對應(yīng)的壓力為13.8 kPa，事故前工作點位于駝峰曲線之內(nèi)，故風(fēng)機能夠穩(wěn)定運行。當35號磨煤機跳閘，聯(lián)鎖關(guān)閉其入口熱一次風(fēng)氣動插板后，31號一次風(fēng)機出口壓力進一步升至14.5 kPa，同時磨煤機相關(guān)擋板關(guān)閉后會造成一次風(fēng)量減少，因此一次風(fēng)機的工作點向左上方移至駝峰曲線上，故風(fēng)機進入不穩(wěn)定工作區(qū)域，發(fā)生喘振，保護動作跳閘。

3 發(fā)生喘振后的處理原則

在機組運行過程中一般是2臺一次風(fēng)機并列運行，通常發(fā)生喘振時只會發(fā)生在1臺風(fēng)機上，不會2臺風(fēng)機同時發(fā)生喘振［6］。

目前一次風(fēng)機發(fā)生喘振時的處理原則有兩種:一種是一次風(fēng)機喘振時發(fā)出報警，運行人員迅速手動關(guān)閉動葉，減小喘振風(fēng)機的出力，同時迅速降低機組負荷，必要時手動切除部分磨煤機運行，當然上述過程也可以通過DCS來自動實現(xiàn);另一種是設(shè)置一次風(fēng)機喘振保護，當一次風(fēng)機發(fā)生喘振時，喘振保護動作使發(fā)生喘振的一次風(fēng)機跳閘，利用一次風(fēng)機RB來將跳閘后的快速減負荷、切除磨煤機、調(diào)整一次風(fēng)壓力等操作自動實現(xiàn)。

一次風(fēng)機發(fā)生喘振后，大量的一次風(fēng)將通過喘振的風(fēng)機倒流，這樣將導(dǎo)致一次風(fēng)母管壓力大幅度下降，需要迅速減少喘振風(fēng)機出力、增加正常運行風(fēng)機出力，同時還要切除部分磨煤機來提高一次風(fēng)母管壓力等，且需要在一次風(fēng)機喘振后第一時間操作完成，而完全依靠運行人員來發(fā)現(xiàn)、操作，其難度相對較大，也有在一次風(fēng)機發(fā)生喘振時運行人員發(fā)現(xiàn)不及時、判斷不準確、操作不果斷或失誤等造成事故擴大的案例，即使上述過程全部通過DCS來實現(xiàn)，但由于一次風(fēng)機發(fā)生喘振時工況變化復(fù)雜而劇烈，調(diào)節(jié)方式與正常調(diào)節(jié)有所區(qū)別，因此實現(xiàn)起來難度也較大。

通過設(shè)置一次風(fēng)機喘振保護，迅速將喘振的風(fēng)機自動切除，利用一次風(fēng)機RB來完成剩余的操作，比運行人員手動操作要迅速、準確，不失為處理一次風(fēng)機喘振、防止事故擴大的一種穩(wěn)妥而有效的方法，但前提是一次風(fēng)機RB要保證動作正常，否則一樣會有意外的后果發(fā)生。

4 喘振的預(yù)防措施

一次風(fēng)機發(fā)生喘振的根本原因是風(fēng)機出口阻力增大、流量減小，使風(fēng)機的工作點向性能曲線的左上方移動，最終落入不穩(wěn)定工作區(qū)域而發(fā)生喘振。因此，運行中始終保持一次風(fēng)壓與流量的匹配是防止一次風(fēng)機喘振的有效手段。

a. 一次風(fēng)壓滑壓運行

一次風(fēng)壓滑壓運行是指機組在運行過程中，一次風(fēng)壓的設(shè)定值隨著機組負荷、總給煤量或磨煤機運行臺數(shù)等參數(shù)而變化，使其始終處于較低的水平，這樣磨煤機入口一次風(fēng)量調(diào)節(jié)擋板能始終保持開度較大，節(jié)流損失較小，一次風(fēng)機始終處于低風(fēng)壓、大流量的工作狀態(tài)，既可以降低風(fēng)機電耗，又可以使風(fēng)機始終遠離駝峰曲線，使運行穩(wěn)定性大大提高。

綏電B廠1 000 MW機組采用一次風(fēng)壓隨機組負荷滑壓運行的方法，并用單臺制粉系統(tǒng)的出力來進行修正，這樣使一次風(fēng)機始終處于低風(fēng)壓、大流量的工況下運行，避免了風(fēng)機進入不穩(wěn)定工作區(qū)域。滑壓運行后一次風(fēng)機在各負荷下，其工作點描成的曲線基本與駝峰曲線平行。

2010年10月29日，35號磨煤機跳閘，通過查閱磨煤機跳閘前后各相關(guān)參數(shù)，一次風(fēng)壓設(shè)定值隨著機組負荷、給煤量而變化，故一次風(fēng)機動葉隨之而變化，風(fēng)機的工作點依然離駝峰曲線較遠，處于穩(wěn)定工作區(qū)域，解決了磨煤機跳閘時一次風(fēng)機發(fā)生喘振的隱患。

b. 保持風(fēng)道暢通

在實際運行過程中，由于一次風(fēng)機風(fēng)壓較高，一旦出口壓力由于某種原因發(fā)生擾動，極易使風(fēng)機進入不穩(wěn)定工作區(qū)域而發(fā)生喘振。在運行中風(fēng)機出口擋板銷子脫落、斷裂、空預(yù)器積灰嚴重、制粉系統(tǒng)跳閘聯(lián)鎖關(guān)閉入口一次風(fēng)擋板等原因造成的風(fēng)機出口阻力增大，都可能導(dǎo)致一次風(fēng)機發(fā)生喘振［7-8］。

因此在運行中要加強設(shè)備的日常運行、維護工作，保持風(fēng)道的暢通，避免因空預(yù)器壓差增大、擋板關(guān)閉等原因使煙風(fēng)系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)阻力增大進而導(dǎo)致一次風(fēng)機發(fā)生喘振。

在啟動風(fēng)機之前，至少打開3臺磨煤機的風(fēng)道，在低負荷運行情況下，適當增大磨煤機的通風(fēng)量，或采用單臺風(fēng)機運行，盡量使風(fēng)機避免在低流量、高風(fēng)壓的工況下運行，避免風(fēng)機靠近駝峰曲線運行。

c. 保證風(fēng)機的同步運行

當2臺風(fēng)機并列運行時，風(fēng)機出口的風(fēng)道通過一次風(fēng)母管和聯(lián)絡(luò)風(fēng)管進行連通，因此風(fēng)機在工況變化時，2臺風(fēng)機出口的壓力和流量相互影響，使風(fēng)機出口的壓力產(chǎn)生波動，進而發(fā)生風(fēng)機喘振現(xiàn)象。因此運行中要保證2臺風(fēng)機同步運行，但是實際過程中風(fēng)機的動葉開度一致或風(fēng)機出口壓力一致都不能代表風(fēng)機同步運行，只有2臺風(fēng)機的電流一致，才能反映出風(fēng)機作功一致，這樣才能保證風(fēng)機同步運行。

d. 保證動葉調(diào)節(jié)執(zhí)行器、DCS調(diào)節(jié)系統(tǒng)正常工作

DCS調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作異常、動葉調(diào)節(jié)執(zhí)行器故障、動葉卡澀等都可能引起一次風(fēng)機喘振，因此確保動葉調(diào)節(jié)執(zhí)行器、DCS調(diào)節(jié)系統(tǒng)正常工作也是預(yù)防一次風(fēng)機喘振需要注意的方面［9］。

除了加強設(shè)備維護、保證動葉調(diào)節(jié)執(zhí)行器、調(diào)節(jié)系統(tǒng)正常工作、保證風(fēng)機同步運行、保證一次風(fēng)機出口風(fēng)道暢通之外，綏電B廠主要依靠一次風(fēng)壓滑壓運行來保證一次風(fēng)機始終處于大流量、低壓力的運行狀態(tài)，自應(yīng)用以來，未發(fā)生過一次風(fēng)機喘振現(xiàn)象。

5 結(jié)論

a. 對于選用具有駝峰曲線的軸流式一次風(fēng)機，即使其設(shè)計的失速裕量滿足要求，如果運行中調(diào)節(jié)不當，風(fēng)機也會發(fā)生喘振現(xiàn)象。

b. 機組運行中通過采用一次風(fēng)壓滑壓運行等方式來降低風(fēng)機的阻力、加強設(shè)備日常運行維護來防止系統(tǒng)阻力發(fā)生變化，使風(fēng)機始終在低風(fēng)壓、大流量的工況下運行，風(fēng)機的工作點盡量遠離駝峰曲線，防止一次風(fēng)機發(fā)生喘振。

c. 合理設(shè)置一次風(fēng)機喘振保護，在一次風(fēng)機發(fā)生喘振時，及時將風(fēng)機跳閘，對避免風(fēng)機損壞、降低運行操作難度、避免事故擴大是一種穩(wěn)妥而有效的手段。

［1］ 馮宗田，曹 磊，藺 晶.軸流式一次風(fēng)機喘振的控制與預(yù)防［J］.中國電力，2011，44(6):22-25.

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［5］ DL/T468—2004，電站鍋爐風(fēng)機選型和使用導(dǎo)則 ［S］.

［6］ 李春宏.軸流風(fēng)機失速與喘振分析及其處理 ［J］.熱力發(fā)電，2008，37(3):76-78.

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Analysis and Solution to Primary Fan Surge in 1 000 MW Unit

NING Xian-wu，ZHAO Ji-liang，WU Jian-wei
(Shenhua Guohua Suizhong Power Co.，Ltd，Huludao，Liaoning 125222，China)

The paper analyzes the reason and dangers that cause the surge to the primary fan of 1 000 MW unit，sets forth operational principles and preventive measures，which may decease probability of primary fan surge and improve the reliability of the unit operation.

Axial-flow;Primary fan;Surge;Performance curve

TK223.26;TM621.7+3

A

1004-7913(2012)01-0039-03

寧獻武 (1978—)，男，學(xué)士，工程師，主要從事鍋爐專業(yè)管理工作。

2011-10-15)