軸流風機喘振事故原因分析及防治對策

張仁聰

（湛江中粵能源有限公司，廣東 湛江524000）

0 引言

風機是一種將原動機的機械能用于輸送氣體、給予氣體能量的機械。動葉可調(diào)軸流風機相對于離心式風機具有體積小、重量輕、低負荷運行效率高、調(diào)節(jié)范圍大、對負荷變化反應快等優(yōu)點，因此在大、中容量的火電機組上得到了廣泛使用。但由于其結構特點，動葉可調(diào)軸流風機也存在失速區(qū)間大、易發(fā)生喘振等問題。某公司一期工程2×600MW機組安裝了2臺軸流式動葉可調(diào)引風機，2014年2月發(fā)生了風機喘振事故，影響了機組安全運行，給公司造成了嚴重的經(jīng)濟損失。

1 風機喘振的機理

喘振是具有“駝峰”形式性能曲線的風機與管網(wǎng)聯(lián)合工作時進入失速區(qū)間的不穩(wěn)定運行工況。圖1為軸流風機—管網(wǎng)系統(tǒng)聯(lián)合工作特性曲線。曲線1為典型軸流風機特性曲線，曲線2為管網(wǎng)阻力特性曲線。風機與管網(wǎng)阻力特性曲線相交于A點（即工作點）。此時風機輸出流量為QA，管路消耗的能量與風機產(chǎn)生的能量達到平衡，所以工作是穩(wěn)定的。當管網(wǎng)阻力增加時，阻力曲線變陡向左移，風機的工作點也沿著曲線向左方移動至K點，即風機最小流量極限工作點，其流量為QK，當流量繼續(xù)減小至QF時，QF＜QK。由于管網(wǎng)容量比較大，故流量剛達到F點一瞬間，管網(wǎng)的壓力仍為PK，此時風機的出口壓力為PF，且PF＜PK，氣流由管網(wǎng)流入風機中，出現(xiàn)了負流量，工作點由K點跳到C點，這時PC＝PK。由于倒流的出現(xiàn)，又造成管網(wǎng)壓力不斷下降，風機的工作點很快由C點降到D點，這時流量QD＝0，倒流現(xiàn)象停止。由于風機仍繼續(xù)運行，所以當管網(wǎng)壓力降低到D點相應壓力時，風機又重新開始輸出流量。為了和管網(wǎng)阻力相平衡，相應的工況點又跳到E點。只要流量保持小于QK，上述過程又重復出現(xiàn)，即發(fā)生了喘振。在典型的可調(diào)動葉軸流風機曲線上，每一個動葉開度都有各自的失速點K，所有K點的連線即失速線，如圖2所示，風機的工作點必須在失速線下面才能正常工作。

圖1 軸流風機—管網(wǎng)系統(tǒng)聯(lián)合工作特性曲線

圖2 軸流風機的失速線

2 風機喘振實例

2014年2月11日上午12：06，＃2機組負荷592MW，A、B、C、D、E、F6臺磨煤機運行，總給煤量255t／h。風煙系統(tǒng)相關參數(shù)如下：（1）空預器A壓差2659Pa，空預器B壓差2800Pa；（2）增壓風機動葉開度66.4%，電流472A；（3）引風機A動葉開度89.39%，電流417A；引風機B動葉開度97.7%，電流414A。機組升負荷過程中，引風機B動葉開度達到99.7%，入口負壓－6939Pa，發(fā)喘振報警，其電流由414A下降至168A，引風機A電流由417A升至591A。在引風機B喘振報警期間，該風機軸承X、Y方向振動值均上升，非驅(qū)動端軸承Y方向振動值達到4.7mm／s。12：06：38，值班員快速減燃料，投入 A磨等離子，并手動關小引風機B和增壓風機動葉，手動調(diào)節(jié)爐膛壓力、增壓風機入口負壓、蒸汽壓力、溫度和汽包水位等參數(shù)。12：07：52，增壓風機入口負壓－1588Pa，緊急跳閘F磨，給煤量減至136t／h，繼續(xù)關小引風機 B、增壓風機動葉。12：08：33，＃2機組負荷540MW，引風機B動葉開度為34.76%時，失速延時2min時間到，引風機B喘振保護動作，引風機B跳閘，聯(lián)跳送風機B，增壓風機入口負壓達到－1438Pa，值班員降負荷至338MW，調(diào)整機組各項參數(shù)，維持機組穩(wěn)定運行。

3 原因分析

引風機性能曲線如圖3所示。

圖3 引風機性能曲線圖

3.1 引風機性能曲線參數(shù)計算過程（取2月11日12：06＃2機組數(shù)據(jù)）

引風機B全壓計算：（1）引風機B入口壓力：P入＝－6884Pa；（2）引風機B出口壓力：P出＝56Pa；（3）全壓：P全風壓＝P出－P入＝6940Pa。

引風機B比功計算（由煙氣密度表查出當時煙氣密度ρ＝0.85kg／m3）：引 風 機 B 比 功 ＝P全風壓／ρ＝6940／0.85＝8165J／kg。

3.2 引風機B失速喘振原因分析

（1）從圖3中可以查到，在引風機B比功8165J／kg和動葉開度96%時，以增壓風機出口流量折算出引風機B出口流量約為350m3／s，引風機B正處于喘振不穩(wěn)定區(qū)域，造成風機失速喘振（圖4）。（2）當時，＃2機組負荷較高，鍋爐燃用煤種熱值較低，需投入6套制粉系統(tǒng)運行，鍋爐總風量增大，引風機動葉接近全開，增加了風量及煙氣量，空預器壓差及除塵器壓差增大，引風機入口負壓增大，其中空預器A壓差2659Pa，空預器B壓差2800Pa，引風機B入口負壓超過－6500Pa，當機組AGC加負荷時，鍋爐風量超調(diào)，引風機B在接近出力臨界狀態(tài)下運行，入口負壓最大達－6931Pa，造成比功增加，風機進入工作不穩(wěn)定區(qū)。

圖4 風機喘振時各主要參數(shù)變化圖

4 防治對策

（1）根據(jù)每天的機組負荷曲線和設備狀況制定上煤方案，確保機組安全穩(wěn)定運行，盡量不同時投運6臺磨煤機。（2）根據(jù)引風機運行性能曲線，加強對風機入口壓力的監(jiān)視調(diào)整，控制風機入口負壓，避免風機進入不穩(wěn)定工作區(qū)。（3）嚴格控制空預器和除塵器壓差，減小煙道阻力損失。（4）加強儀表維護力度，定期吹掃校驗，確保數(shù)據(jù)真實可靠。（5）加強對磨煤機的維護管理，確保各磨煤機煤粉細度合格，控制磨煤機出口風溫在規(guī)程規(guī)定范圍內(nèi)。（6）合理控制配風，充分利用各臺風機出力。（7）制定風機跳閘時發(fā)生風機反轉(zhuǎn)的剎車處理方案及應對措施，縮短機組恢復正常運行的時間。（8）組織運行值班員利用仿真機進行風機失速、跳閘的事故演練，提高值班員技能水平。

5 結語

盡管軸流風機的失速和喘振是其自身設計所造成的固有缺陷，難以根除，但只要我們掌握其發(fā)生原理，采取一定的措施，就可減少甚至避免其發(fā)生，保證風機安全正常運行。

［1］郭立君.泵與風機［M］.第3版.北京：中國電力出版社，2004

［2］李乃釗.軸流風機喘振分析及防止對策［J］.廣東電力，1996（4）