雙級(jí)動(dòng)葉可調(diào)式軸流引風(fēng)機(jī)高負(fù)荷失速分析

王軍民

（浙江大唐烏沙山發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 寧波 315722）

雙級(jí)動(dòng)葉可調(diào)式軸流引風(fēng)機(jī)高負(fù)荷失速分析

王軍民

（浙江大唐烏沙山發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 寧波 315722）

通過闡述軸流通風(fēng)機(jī)失速的機(jī)理，結(jié)合某發(fā)電廠實(shí)際生產(chǎn)中雙級(jí)動(dòng)葉可調(diào)式軸流引風(fēng)機(jī)失速的現(xiàn)象，分析發(fā)生失速的深層次原因，提出機(jī)組高負(fù)荷下處理引風(fēng)機(jī)失速異常的原則以及防止失速的有效措施。

引風(fēng)機(jī)；雙級(jí)動(dòng)葉調(diào)節(jié)；失速；沖角；失速線

隨著火電機(jī)組相繼完成脫硝、脫硫系統(tǒng)改造工作，鍋爐煙氣系統(tǒng)阻力也相應(yīng)升高，因而必然需要對(duì)增壓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)進(jìn)行升壓改造。為了提高發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的安全可靠性和經(jīng)濟(jì)性，取消增壓風(fēng)機(jī)而采用“二合一”引風(fēng)機(jī)的改造方案受到多數(shù)發(fā)電廠青睞。

雙級(jí)動(dòng)葉可調(diào)式軸流風(fēng)機(jī)具有徑向尺寸小、流量大、壓頭高、啟動(dòng)力矩小、變工況運(yùn)行時(shí)經(jīng)濟(jì)性好、適應(yīng)性強(qiáng)、調(diào)節(jié)特性好等特點(diǎn)，因此逐步成為大型鍋爐引風(fēng)機(jī)的主流選擇。但由于受軸流風(fēng)機(jī)具有駝峰形狀的性能曲線和運(yùn)行環(huán)境惡劣的影響，客觀上有失速發(fā)生的可能性。如果雙級(jí)動(dòng)葉可調(diào)式軸流引風(fēng)機(jī)在機(jī)組高負(fù)荷下發(fā)生失速，對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行會(huì)造成了嚴(yán)重威脅，可能導(dǎo)致鍋爐爐膛負(fù)壓保護(hù)動(dòng)作，機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)。

1 軸流風(fēng)機(jī)失速機(jī)理

某發(fā)電廠鍋爐為哈爾濱鍋爐有限責(zé)任公司與三井巴布科克（MB）公司合作設(shè)計(jì)、制造的超臨界本生直流鍋爐，燃燒方式為前后墻對(duì)沖燃燒。為滿足脫硝系統(tǒng)改造及節(jié)能需要，實(shí)行引風(fēng)機(jī)增壓風(fēng)機(jī)二合一改造，選用雙級(jí)動(dòng)葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)，低高壓葉型（第一級(jí)為低壓葉型，第二級(jí)為高壓葉型），型號(hào)HU26646-12G，詳細(xì)技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 引風(fēng)機(jī)技術(shù)參數(shù)

軸流風(fēng)機(jī)的氣流方向與葉片葉弦的夾角稱為沖角。當(dāng)空氣順著機(jī)翼形葉片的進(jìn)口端流經(jīng)葉片時(shí)（沖角i=0），它分成上下2股氣流貼著翼面流過，形成葉片背面和腹面的平滑的邊界層，氣流呈流線型。此時(shí)作用于葉片上的有垂直于葉面的升力和平行于葉面的阻力,升力遠(yuǎn)大于阻力，如圖1（a）所示。

當(dāng)空氣流經(jīng)葉片的方向偏離了葉片的進(jìn)口角，與后者形成的正值的沖角（i＞0）接近于臨界沖角（臨界沖角絕對(duì)值隨著葉型的不同而各異），葉背的氣流工況開始惡化。當(dāng)沖角增至或大于臨界沖角時(shí)，葉背的邊界層受到破壞，在葉背的尾端出現(xiàn)渦流區(qū)，即所謂的“失速”工況。此時(shí)作用于葉片的升力大幅度降低，阻力大幅度增加。對(duì)于風(fēng)機(jī)而言，在失速工況下產(chǎn)生的壓頭就降低，如圖1（b）所示。

圖1 葉片的正常與失速狀態(tài)

沖角再增大，葉背的渦流區(qū)從尾端擴(kuò)大到葉背的中部，失速現(xiàn)象更形嚴(yán)重，氣體在葉道（2片葉片之間的通道）內(nèi)的流通阻力大大增加，產(chǎn)生阻塞現(xiàn)象，此時(shí)風(fēng)機(jī)全面失速。

2 引風(fēng)機(jī)高負(fù)荷失速分析

2.1 失速現(xiàn)象

某3號(hào)機(jī)組負(fù)荷590 MW，總煤量257 t/h，啟動(dòng)第6套制粉系統(tǒng)，負(fù)荷升至600 MW。在此過程中，2臺(tái)引風(fēng)機(jī)電流從340 A左右逐漸增大至410 A左右，動(dòng)葉開度分別為84.1%和87.8%，之后2臺(tái)引風(fēng)機(jī)發(fā)生失速搶風(fēng)，A和B引風(fēng)機(jī)電流分別達(dá)480 A和357 A，爐膛負(fù)壓突升，最高至814 Pa。迅速降低總煤量及總風(fēng)量，降負(fù)荷至350 MW，減少鍋爐煙氣流量，待鍋爐燃燒穩(wěn)定，負(fù)壓正常后，逐漸并列2臺(tái)引風(fēng)機(jī)運(yùn)行，失速過程中相關(guān)參數(shù)曲線如圖2所示。

2.2 失速原因分析

（1）異常工況前，鍋爐入爐煤平均發(fā)熱量低，水分高，為保證機(jī)組額定出力，必須啟動(dòng)第6套備用制粉系統(tǒng)，滿足總煤量257 t/h的出力。在啟動(dòng)第6套制粉系統(tǒng)過程中，一次風(fēng)量有較大幅度的增加，而入爐煤的低熱值、高水分又直接增加了煙氣中水蒸氣容積份額，以上原因使得鍋爐煙氣的實(shí)際容積流量高于額定工況下的設(shè)計(jì)值流量，煙氣流量的增加必然導(dǎo)致煙氣系統(tǒng)阻力增大，引風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)沿阻力特性曲線向右上方移動(dòng)，風(fēng)機(jī)安全裕量降低。風(fēng)機(jī)特性曲線見圖3。

圖2 引風(fēng)機(jī)失速相關(guān)參數(shù)曲線

圖3 引風(fēng)機(jī)性能特性曲線

（2）3號(hào)爐正常運(yùn)行期間，引風(fēng)機(jī)耗電率較該發(fā)電廠其它相同型號(hào)鍋爐的相同型號(hào)風(fēng)機(jī)偏高約0.05%（正常電耗率為0.7%）。同型號(hào)風(fēng)機(jī)功率大小的影響因素主要是工質(zhì)容積流量和系統(tǒng)阻力。為徹底查清原因，對(duì)3號(hào)爐省煤器出口至引風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓系統(tǒng)的漏風(fēng)率進(jìn)行全面測(cè)量。測(cè)量結(jié)果見表2，其中3號(hào)爐空預(yù)器漏風(fēng)率很大（平均10.73%），遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出設(shè)計(jì)值，而脫硝系統(tǒng)及電除塵漏風(fēng)率較小。鍋爐煙道系統(tǒng)阻力均在正常范圍，未發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備有明顯堵塞現(xiàn)象?？疹A(yù)器漏風(fēng)率嚴(yán)重超標(biāo)，大量空氣通過空預(yù)器漏入煙氣側(cè)，煙氣容積流量增大，漏風(fēng)點(diǎn)后煙道阻力相應(yīng)增大，引風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)進(jìn)一步沿阻力特性曲線向右上方移動(dòng)，靠近理論失速線，風(fēng)機(jī)安全裕量進(jìn)一步降低。

表2 煙道系統(tǒng)漏風(fēng)率

（3）停機(jī)期間對(duì)2臺(tái)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)問題。風(fēng)機(jī)動(dòng)調(diào)機(jī)構(gòu)全行程活動(dòng)正常，各葉片動(dòng)作一致，無卡澀及異常，風(fēng)機(jī)前后兩級(jí)葉片和同級(jí)葉片安裝角的角度偏差在規(guī)定范圍內(nèi)（小于1°），可以排除引風(fēng)機(jī)動(dòng)調(diào)機(jī)構(gòu)內(nèi)部故障原因。

（4）引風(fēng)機(jī)失速搶風(fēng)前，A引風(fēng)機(jī)的靜壓升為6 050 Pa，B引風(fēng)機(jī)的靜壓升為6 080 Pa，根據(jù)歷次引風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)，風(fēng)機(jī)動(dòng)壓升較小，在100 Pa以內(nèi)，所以B引風(fēng)機(jī)全壓升在6 180 Pa左右。而3號(hào)爐引風(fēng)機(jī)在夏季滿負(fù)荷工況下，設(shè)計(jì)全壓升是6 353 Pa，TB風(fēng)機(jī)全壓升7 306 Pa（見表1），均高出風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行工作點(diǎn)的全壓升，風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)穩(wěn)定工作區(qū)域運(yùn)行，不應(yīng)發(fā)生失速搶風(fēng)。

（5）從風(fēng)機(jī)特性曲線可以看出：該風(fēng)機(jī)隨著煙氣流量的增大，煙氣系統(tǒng)的阻力特性曲線逐漸靠近風(fēng)機(jī)的理論失速線，安全裕量逐漸減小，引風(fēng)機(jī)在高負(fù)荷時(shí)的穩(wěn)定裕量明顯小于低負(fù)荷工況，負(fù)荷越高風(fēng)機(jī)發(fā)生失速的可能性越大。但根據(jù)廠家提供的風(fēng)機(jī)特性曲線，引風(fēng)機(jī)發(fā)生失速搶風(fēng)前，其工作點(diǎn)仍然在穩(wěn)定工作區(qū)內(nèi)，未進(jìn)入失速區(qū)，不該發(fā)生失速搶風(fēng)。而引風(fēng)機(jī)卻發(fā)生失速搶風(fēng)異常，說明該型風(fēng)機(jī)的實(shí)際失速線遠(yuǎn)低于設(shè)備廠家提供的設(shè)計(jì)理論失速線，實(shí)際失速線在圖3粗實(shí)線附近，風(fēng)機(jī)實(shí)際穩(wěn)定裕量嚴(yán)重不足。

3 處理原則和預(yù)防措施

（1）高負(fù)荷時(shí)，引風(fēng)機(jī)失速危害很大，要采取正確的處理方法。處理的原則：首先防止?fàn)t膛正壓過高，導(dǎo)致鍋爐壓力保護(hù)動(dòng)作，鍋爐MFT。果斷降低總煤量和總風(fēng)量，可以采取手動(dòng)拍停1套制粉系統(tǒng)的方式，控制爐膛負(fù)壓，盡量遠(yuǎn)離鍋爐壓力保護(hù)值。其次是及時(shí)關(guān)小失速的風(fēng)機(jī)動(dòng)葉，使風(fēng)機(jī)脫離失速區(qū)，避免風(fēng)機(jī)長時(shí)間處于失速工況下運(yùn)行，發(fā)生共振，損壞設(shè)備。

（2）增加引風(fēng)機(jī)電流異常報(bào)警功能。引風(fēng)機(jī)電流偏差超過10 A時(shí)，提醒操作人員及時(shí)調(diào)整偏差，保證2臺(tái)風(fēng)機(jī)出力平衡。針對(duì)該型引風(fēng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行特性，增加電流超限異常報(bào)警，控制引風(fēng)機(jī)運(yùn)行電流不超360 A，避免引風(fēng)機(jī)出力過大，進(jìn)入不穩(wěn)定工作區(qū)。

（3）重新整定失速報(bào)警開關(guān)定值，以及調(diào)整失速探頭的安裝位置。風(fēng)機(jī)失速是風(fēng)機(jī)運(yùn)行的一種空氣動(dòng)力工況，只要風(fēng)機(jī)進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)就存在失速，但是局部失速時(shí)，風(fēng)機(jī)的流量、風(fēng)壓無變化，無法從運(yùn)行參數(shù)上判斷出，因此需要借助高靈敏度的失速報(bào)警開關(guān)。而現(xiàn)有失速報(bào)警開關(guān)定值為2 kPa，在風(fēng)機(jī)開始進(jìn)入失速工況，直至B引風(fēng)機(jī)葉片通道大面積失速，失速報(bào)警開關(guān)一直未報(bào)警，失去了提醒運(yùn)行調(diào)整的作用。因此，需要通過實(shí)驗(yàn)，科學(xué)整定失速開關(guān)的定值。定期檢查風(fēng)機(jī)失速裝置，確保裝置準(zhǔn)確可靠。在風(fēng)機(jī)檢修時(shí)，對(duì)失速探頭的安裝位置進(jìn)行檢查和調(diào)整。

（4）風(fēng)機(jī)檢修時(shí)，全面檢查風(fēng)機(jī)葉片的安裝角，調(diào)整前后兩級(jí)葉片和同級(jí)葉片角度，保證葉片角度偏差在規(guī)定范圍內(nèi)（設(shè)計(jì)規(guī)范小于1°）。

（5）正常運(yùn)行中，加強(qiáng)對(duì)煙道負(fù)壓系統(tǒng)的漏風(fēng)檢查及治理，發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)及時(shí)堵漏消缺。

（6）加強(qiáng)對(duì)空預(yù)器漏風(fēng)的治理。正常運(yùn)行中，定期測(cè)量空預(yù)器漏風(fēng)率，漏風(fēng)率偏高要分析原因，利用停機(jī)機(jī)會(huì)對(duì)空預(yù)器的密封系統(tǒng)進(jìn)行檢查，更換損壞的密封片，調(diào)整密封間隙，確?？疹A(yù)器漏風(fēng)率在設(shè)計(jì)值以內(nèi)。

4 結(jié)論

（1）雙級(jí)動(dòng)葉可調(diào)式軸流引風(fēng)機(jī)隨著負(fù)荷的增大，其運(yùn)行工作點(diǎn)逐漸靠近理論失速線，安全裕量逐漸減小，風(fēng)機(jī)負(fù)荷越高發(fā)生失速的可能性越大。正常運(yùn)行中，要控制鍋爐入爐煤熱值和水分，避免熱值嚴(yán)重低于設(shè)計(jì)煤種，燃煤水分過高會(huì)使煙氣的實(shí)際容積流量增大。同時(shí)，要加強(qiáng)對(duì)空預(yù)器漏風(fēng)率的定期測(cè)量及治理，避免空預(yù)器漏風(fēng)率嚴(yán)重超標(biāo)，使大量空氣通過空預(yù)器漏入煙氣側(cè)，導(dǎo)致煙氣容積流量及煙道阻力不正常增大。

（2）準(zhǔn)確設(shè)置軸流風(fēng)機(jī)失速報(bào)警開關(guān)定值，并加強(qiáng)對(duì)失速探頭和報(bào)警開關(guān)的日常維護(hù)，確保失速報(bào)警準(zhǔn)確動(dòng)作。風(fēng)機(jī)進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)就存在失速，但是局部失速時(shí)，風(fēng)機(jī)的流量、風(fēng)壓無變化，無法從運(yùn)行參數(shù)上判斷出，因此需要借助高靈敏度的失速報(bào)警開關(guān)，提示操作人員及時(shí)處理，避免風(fēng)機(jī)失速搶風(fēng)。

（3）引增合一風(fēng)機(jī)改造前，要通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，全面測(cè)量各工況煙道阻力，并科學(xué)計(jì)算新增設(shè)備的阻力，嚴(yán)格按照風(fēng)機(jī)選型的標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)留合理的安全裕量。風(fēng)機(jī)改造后，在不同的工況下，要開展全面的風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收試驗(yàn)，保證風(fēng)機(jī)各項(xiàng)性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

（4）高負(fù)荷時(shí)，引風(fēng)機(jī)失速危害很大，要把握正確的處理原則：首先要果斷降低總煤量和總風(fēng)量，防止?fàn)t膛正壓過高，導(dǎo)致鍋爐壓力保護(hù)動(dòng)作。其次是及時(shí)關(guān)小失速的風(fēng)機(jī)動(dòng)葉，使風(fēng)機(jī)脫離失速區(qū)，避免風(fēng)機(jī)長時(shí)間處于失速工況下運(yùn)行，發(fā)生共振，損壞風(fēng)機(jī)設(shè)備。

[1]李春宏.軸流通風(fēng)機(jī)失速與喘振分析[J].風(fēng)機(jī)技術(shù)，2008（2）∶77-80.

[2]黃瑞意，張書謹(jǐn)，黃郁明，等.軸流風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)失速試驗(yàn)及分析[J].發(fā)電設(shè)備，2000（2）∶25-28.

[3]唐海寧，杭文林.雙級(jí)軸流風(fēng)機(jī)失速問題分析及解決辦法[J].江蘇電機(jī)工程，2008（1）∶72-74.

（本文編輯：徐 晗）

Analysis on Stall of Double Stage Adjustable-blade Axial Flow Induced Draft Fan in High-load Operation

WANG Junmin

（Zhejiang Datang Wushashan Power Generation Co.，Ltd.，Ningbo Zhejiang 315722，China）

Through the elaboration on the mechanism of axial flow fan stall and in combination with double stage adjustable-blade axial flow induced draft fan stall in actual production of a power plant，the paper analyzes the deep-seated causes of the stall and thus puts forward the principle of stall handling of induced draft fan in high load and effective measures for install prevention.

induced draft fan；double stage blade adjustment；stall；impact angle；stall line

TK228

B

1007-1881（2016）08-0050-03

2016-05-06

王軍民（1980），男，工程師，從事發(fā)電廠鍋爐運(yùn)行管理工作。