軸流風機失速原因分析及防范措施

闡述了軸流風機失速的形成機理，結合運行中單臺一次風機的失速問題，分析了失速的原因，以及可能造成的危害及后果，同時根據實際情況制定了相關的防范措施。

【關鍵詞】軸流式通風機 失速

由于動葉可調軸流風機具有體積小、質量輕、低負荷區域效率較高、調節范圍寬廣、反應速度快等優點，近十年來，國內大型火力發電廠已普遍采用動葉可調軸流風機。因為軸流風機具有駝峰形性能曲線這一特點，理論上決定了風機存在不穩定區，當風機工作點移至不穩定區時就有可能引發風機失速現象的發生。

本文針對大唐彬長發電有限責任公司一期工程2×600MW 機組一次風機在運行期間發生的失速問題，對失速原理進行了分析，并提出了相應檢查和整改措施，以及風機在正常運行過程中如何避免失速的發生。

1 軸流風機失速形成機理

1.1 失速形成機理

目前，一般軸流風機通常采用高效的扭曲機翼型葉片，當氣流沿葉片進口端流入時，氣流就沿著葉片兩端分成上下兩股，處于正常工況時，沖角為零或很小，氣流則繞過機翼型葉片而保持流線平穩的狀態。當氣流與葉片進口形成正沖角時，且此正沖角超過某一臨界值時，葉片背面流動工況則開始惡化，邊界層受到破壞，在葉片背面尾端出現渦流區，即所謂“失速”現象。

1.2 影響沖角大小的因素

通常風機是定轉速運行的，即葉片周向線速度可以看作是一定值，這樣影響葉片沖角大小的因素就是氣流速度與葉片的安裝角。

1.3 失速風機性能曲線分析

在軸流風機Q-H性能曲線中，全壓的峰值點左側為不穩定區，是旋轉脫流區。從峰值點開始向小流量方向移動，旋轉脫流從此開始，到流量等于零的整個區間，始終存在著脫流。

旋轉脫流的發生只取決于葉輪本身、葉片結構、進入葉輪的氣流情況等因素，與風道系統的容量、形狀等無關，但卻與風道系統的布置形式有關。

1.4 失速探頭裝置

雖然脫流區的氣流是不穩定的，但風機中流過的流量基本穩定，壓力和功率亦基本穩定，風機在發生旋轉脫流的情況下尚可維持運行，因此，運行人員較難從感覺上進行判斷，所以一般大容量軸流風機都裝有失速探頭以幫助運行人員及時發現危險工況。失速探頭裝好以后，通過調試予以標定，調整探頭中心線的角度，使測壓管在風機正常運轉的差壓為最小。

2 一次風機失速處理及防范措施

2.1 一次風機失速處理

2.1.1 1A一次風機發生的失速過程

2012年06月26日前夜班接班運行方式 機組負荷600MW，過熱汽溫567℃，再熱汽溫565.9℃，爐膛負壓-25Pa，總風率96%，給水流量1960t/h，總煤量238 t/h.。17：03：45 1A一次風機電流由92.15A降至86A，出口風壓12.799KPa降至8.7KPa，風量由216 t/h降至78 t/h， 17：03：45 鍋爐引、送、一次風機均跳為手動，1A一次風機風量由78 t/h到零，爐膛負壓波動至-381Pa， 就地檢查1A一次風機有較大異音，17：03：54爐膛負壓波動至-1145Pa，，17：04：481A為提高一次風壓力，將一次風機動葉由82%開至99%，17：09：38 過熱汽溫483℃（10min下降76℃），再熱汽溫516℃（10min下降52℃），隨后停運1F、1D磨煤機減負荷至280MW，并入電泵退出1A汽泵，啟動爐水泵，停運1C磨煤機，機組減負荷至100MW，停運1A一次風機進行檢查。

2012年06月30日白班，機組負荷400MW，過熱汽溫556℃，再熱汽溫555℃，爐膛負壓-25Pa，給水流量1246t/h，總煤量200 t/h.。10：29 1A一次風機電流由80A降至69A，出口風壓10.3KPa降至8.7KPa，風量由173 t/h降至97 t/h， 1B一次風機電流由103A升至117A，出口風壓10.7KPa降至9.6KPa，風量由279 t/h升至331t/h， 匯報值長，立即投入油槍及等離子穩燃，減小總煤量，給水減至900t/h，10：30緊急停運1F磨煤機10：46 過熱汽溫上升較快，啟動爐水泵，緊急停運1E磨煤機，并入電泵，同時聯系強制分離器水位、1A、1B、1E磨煤機低風量保護及1C磨啟允許。11：00啟動1E磨煤機，機組開始加負荷，11：30鍋爐轉為干態，11：40負荷帶至300MW。

2.1.2 原因分析及處理

一次風壓保持過高，因煤量變化影響一次風量波動后瞬間減小，風道阻力急劇增大，從而導致一次風機運行曲線落入失速區，繼而誘發一次風機失速。

一次風機失速的事故處理原則：

（1）一次風機失速的現象：

（a）失速報警信號發

（b）一次風機出口壓力、一次風母管壓力、流量大幅下降，電流降低

（c）磨煤機入口風量降低

（d）風機振動增大，風機噪音明顯增大

（e）爐膛負壓大幅降低

（2）一次風機失速的原因：

（a）一次風機出口壓力高，動葉開度較大、流量較小

（b）一次風機出口擋板或空預器出口一次風擋板誤關

（c）暖風器及空預器阻力增大

（d）磨煤機跳閘或制粉系統停運時風量減小過快

（e）磨煤機堵煤

（f）兩臺風機并列運行時，負荷分配不均，流量小的風機容易發生失速

（3）一次風機失速的處理：

（a）發現一次風機失速時，應立即投入等離子或油槍進行穩燃，降低機組負荷，根據一次風母管壓力的下降程度采取措施（500MW以上負荷時且一次風母管壓力降至8.5kpa以下時應立即拍掉一臺磨煤機，拍磨時注意爐膛負壓，若一次風壓沒有回升應立即拍掉第二臺磨），防止堵磨及汽溫快速下降。

（b）應立即解除失速一次風機的自動，關小失速風機的動葉，待失速現象消失后且檢查風機運行正常后重新并入系統，接帶負荷，嚴禁開大失速風機的動葉。若失速現象在2分鐘內不能消失，應立即停運該一次風機，防止風機倒轉，并調整好另一側一次風機

（c）爐側專人負責制粉系統運行情況，及時關閉備用磨煤機入口熱、冷風快關門、磨煤機密封風門，給煤機密封風門，并及時關閉主、再熱器減溫水電動總門，在處理過程中根據汽溫變化情況及時開啟進行汽溫的調整。

（d）機側根據水煤比及中間點溫升率及時調節給水，必要時解列給水自動，確保中間點溫升率在正常范圍內。

（e）若剩三臺磨運行，應做好轉態準備工作。

（f）若失速是由于風煙系統的風門擋板誤關造成，應立即開啟，若風門擋板故障，應降低機組負荷聯系檢修處理。

（g）若在風機并列中發生失速，應停止并列，盡快關小失速風機動葉至35%以下，查明原因并消除后重新并列。

2.1.3 造成后果

（a）一次風機失速直接造成機組負荷減至300MW，直接限負荷。

（b）一次風壓下降后，攜帶煤粉能力下降。輕者磨煤機堵塞，嚴重時風量低磨煤機跳 閘。

（c）失速時的氣溫影響較大，調整不及時可使氣溫直線下降50度，威脅汽輪機安全。

（d）失速時的強烈震動，造成風道輕微變形及風機葉片、基礎隱性損害。

2.1.4 防范措施

（1）工作狀態，當一次風機動葉開度超過62%（排除動葉開度漂移）一次風機出口壓力超過12.5kpa時應引起足夠的重視，防止一次風機失速。機組正常運行中嚴禁一次風機出口壓力超過12.8Kpa運行。

（2）增加“一次風機失速信號”模擬量邏輯，失速開關保護定值為500pa，更換變送器后當壓力接近400Pa時應報警并引起足夠的重視，降低一次風機出口壓力。

（3）增加一次風機失速報警原邏輯為：一次風機失速報警開關量動作。修改為：

（a）一次風機電流突降大于等于5A；

（b）一次風機出口壓力突降大于等于2kpa；

（c）一次風機出口流量突降大于等于30t/h；

（d）一次風機動葉開度大于等于29%；

（e）一次風機失速報警開關量動作

（f）動作結果：1-4條全部滿足或第5條滿足，發一次風機失速軟光字報警，并切失速風機動葉自動，聯關備用磨煤機入口熱冷風快關門。

（4）運行中的調整：

（a）運行中保持兩側一次風機出力一致，嚴密監視風機電流、動葉開度是否匹配，嚴禁兩臺一次風機電流偏差15A，出口壓力偏差1kpa以上。

（b）嚴格按照規定進行空預器吹灰，當空預器差壓報警時，增加吹灰次數，提高吹灰壓力，減小風道阻力。

（c）對運行人員進行培訓，要求值班中認真監盤，發現軸流風機動葉不正常開大而出力下降時，基本可確認風機失速。應立即退出動葉自動轉為手動調節，快速減小失速風機動葉開度，同時盡量打開風道，減小風機通風道阻力，防止風機失速發展為喘振而損壞設備。確已發生喘振時，處理要更果斷，除手動關小動葉外，還要投油減負荷，減煤量，盡可能快的恢復一次風壓正常，防止堵磨。

（d）利用停爐對A、B一次風機動葉進行檢查，聯系熱工院進行風機動葉調試試驗，因風機的實際失速線受風道設計、風機制造、風機安裝等諸多方面的影響，并不等同于理論失速線。

3 結論

當發生一次風機失速，處理過程中必定會造成機組負荷的減少，嚴重時極有可能造成鍋爐MFT。如果處理不當還有可能造成風機振動大而使設備損害，以及磨煤機堵煤所造成的磨煤機的損害。通過上述的分析及措施基本可以避免一次風機的失速異常的發生。但一般來說，風機失速不僅僅與制造、安裝有關，還涉及到風機選型、風道設計、調試、運行等各個方面，要嚴格保證各個環節的工作質量，從而保證機組的安全穩定運行。

參考文獻

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[2]李曉蕓，王秉仁，離心風機的旋轉脫流及其風道振動[J].流體機械，1994，9：7-12.

作者簡介

高飛（1980-），山西省興縣人。大學本科學歷，工學學士學位。現供職于大唐延安熱電廠。研究方向為火力發電廠超臨界機組運行分析及調整控制策略。

作者單位

大唐延安熱電廠 陜西省延安市 716000