新形勢下風機失速的分析與應對

張偉

（華電新鄉發電有限公司，河南新鄉 453000）

0 引言

在當前形勢下，因受到多種因素影響，火電機組的安全運行正不斷經受考驗。從我國發電裝機占比[1]來看，新能源裝機容量及占比不斷攀升，截至2021年底，我國風電裝機占比達13.8%，光伏裝機占比達12.9%，合計達到26.7%，火電機組裝機容量則下降至54.6%。一方面，新能源出力波動極大且具有隨機性，加大了火電機組的調節難度。另一方面，國內煤炭市場價格居高不下，加之負荷難以準確預測，火電機組摻配摻燒工作[2]難度較大。在機組運行工況變化過于頻繁時，一次風機可能會出現失速和喘振等異常工況，導致一次風壓劇烈波動，調整不及時極易引起鍋爐滅火等后果，嚴重影響機組的運行安全。因此，分析清楚一次風機等電廠軸流風機的運行工況，制訂行之有效的防范措施，避免其運行于不穩定工作區間，對于保障電站鍋爐安全運行具有重要意義。

1 風機失速事件介紹

1.1 設備概況

某電廠采用額定容量為2×660 MW的超臨界機組，鍋爐型號為DG2102/25.4-II1，設有兩臺50%容量的動葉可調軸流式一次風機提供一次熱、冷風輸送煤粉，型號為AST-1960/1400，額定電流為248 A。

1.2 一次風機兩次失速事件簡介

近期該火電廠連續發生兩次一次風機失速事件，相關參數的變化如圖1所示，數據來自SIS系統[3]，過程簡介如下。

圖1 一次風機兩次失速時的參數變化

（1）2022-05-04T16：20，#1機組負荷255 MW，D、E、F磨煤機運行。因調度負荷指令增至330 MW，16：22運行人員啟動#1爐A磨煤機，此時A、B一次風機電流分別為93 A、98 A，運行正常。16：24，運行人員監盤發現A一次風機電流降低至87 A，B一次風機電流增至109 A，未繼續增加A磨煤機出力，立即投油穩燃并安排人員就地檢查A、B一次風機運行情況。16：34，A一次風機電流增至133 A，風機最大振動升至3.5 mm/s，B一次風機電流增至187 A，風機振動1.6 mm/s，立即減小A一次風機出力降低振動值，減小B一次風機出力盡量維持風機出力平衡。為保證一次風壓在正常范圍，16：40停止#1爐A磨煤機運行，就地檢查發現A一次風機入口冒煙氣（后證實為風道積灰），風機外殼溫度高于103 ℃，16：50將其停運。

（2）2022-05-22T17：13，#1機組負荷360 MW，運行人員監盤發現#1爐A一次風機電流降低至90 A，B一次風機電流升至106 A，A、B 側動葉開度分別為40%、37%，因有上次風機失速經驗，運行人員判斷#1爐A一次風機可能再次出現了失速，立即解除A、B一次風機自動，投入下層點火油槍穩燃，安排巡檢人員去就地檢查A、B一次風機運行情況。經過調整，#1爐A一次風機失速跡象消失。手動調整兩臺一次風機至出力平衡，就地檢查發現#1爐A一次風機振動及溫度均下降至正常范圍。

2 風機失速的分析與防范

2.1 風機失速的分析

軸流風機的葉片通常為流線型，正常工況時，氣流沖角α（氣流方向與葉片葉弦的夾角）為零或很小，氣流繞過葉片保持平穩的流動狀態，當氣流與葉片形成的沖角α＞0且超過某一臨界值時，葉片背面流動工況開始惡化，邊界層破壞，葉片背面尾端出現渦流區，這就是所謂的“失速”現象。

由軸流風機的壓力—流量曲線（圖2）可知，軸流風機正常運行時工作在風機性能曲線與阻力曲線的交點，如圖2中A～I點所示，此時風機的壓力為P，流量為Q。風機的工作點形成了一個平面區域，稱為風機工作區；風機不穩定工作點的連線，稱為失速線。當風機的運行工作點落入失速線M的左上方，即進入了不穩定工作區，稱之為風機失速區。由圖2還可得出以下結論：（1）當系統阻力增加時，如圖2中C→F，會導致風機的流量減小，壓力增加，風機工作點將會接近失速區域；（2）在同一阻力特性曲線下，動葉開度增加時，如圖2中B→A，風機工作點也會接近失速區域。因此，要使失速風機退出失速狀態，應當降低系統阻力或減小動葉開度[4]。

圖2 軸流風機的壓力—流量（P—Q）曲線

通過分析兩次風機失速事件現象，查閱相關參數的變化趨勢，可知兩次失速均發生在低負荷期間，此時風壓偏高而風量偏小，以致風機進入失速區間運行。現象表現在以下4個方面：

（1）失速風機的風壓、流量、電流大幅度降低。

（2）失速風機噪聲明顯增加，嚴重時機殼、風道、煙道發生振動。5月4日，A一次風機失速時，振動增大（最高至4.9 mm/s），軸承溫度升高（最高至63 ℃），就地檢查風機區域冒油煙，風機外殼最高處溫度達到102 ℃。5月22日風機失速時，由于發現較早，處理較快，溫度及振動值上升較少。

（3）在投入“自動”的情況下，與失速風機并聯運行的另一臺風機出力大幅升高。

（4）與風機“喘振”現象有所不同的是，風機失速后，風壓、流量降低后沒有發生脈動。

針對該風機易發生失速的問題，分析得出了以下幾種可能的原因：

（1）風煙系統阻力增大。這可能是由于空預器、脫硝、電除塵或脫硫系統阻力大，造成系統整體壓力差升高；風煙系統風道內部有異物堵塞或鍋爐暖風器存在泄漏。

（2）動葉工作不正常。包括葉片安裝角度[5]不均勻、伺服機構存在卡澀、調節油站工作不正常、動葉執行機構電源異常等。

（3）運行操作問題，包括風壓調節過快、誤開關風煙系統擋板和并聯風機出力偏差過大等。

2.2 風機失速的防范

由于在機組運行中無法徹底處理，因此制訂了相應的防范措施：

（1）正常運行中，RB保護應正常投運。

（2）進行增減機組負荷、啟停磨煤機、調整一次風壓等操作時，要加強對一次風機動葉及電流偏差的監視，若電流偏差達15 A以上，應及時進行手動干預調整，減小電流偏差。

（3）機組負荷600 MW以上或250 MW以下時，更要避免對系統進行大幅度擾動。

（4）運行人員應避免誤開關風煙系統擋板，若風門擋板故障，立即降低鍋爐負荷，聯系檢修處理。

（5）當發生一次風機失速時，立即將兩臺一次風機動葉控制切至手動，降低異常風機出力直至失速現象消失，注意保證一次風壓不低于MFT保護動作值。

（6）監視好一次風機軸承振動，達到高報警值，運行人員應降低機組負荷，若振動有增大趨勢，做好轉移異常一次風機出力并將其停運的準備。

（7）當異常一次風機振動達到跳閘值而保護未動作，應果斷停止異常風機運行。

（8）加強對一次風機外觀檢查，發現冒煙、風機外殼溫度高等異常情況及時停運風機。

（9）偏置脫硝系統噴氨流量，盡量避免存在缺陷的風機側系統阻力增大過快。

（10）系統阻力增大時，立即查找原因并及時處理。

（11）風機投自動運行期間，應通過設置兩臺一次風機的偏置，適當提高缺陷風機的出力，防止再次出現類似現象。

（12）增負荷時，應首先增加制粉系統風門開度，增加風量，避免提高風機出口壓力；減負荷時則相反，應首先降低風機出口風壓，再減小制粉系統風門開度，以免風機工作點進入失速區間。

3 結語

經制訂以上措施并嚴格執行，近期一次風機運行正常，未再發生失速事件，但高負荷及深度調峰期間，依然存在風險。在新能源裝機容量不斷攀升的當下，火電機組高負荷及深調工況出現得非常頻繁，而燃煤品質受到市場煤價波動的影響難以保證，造成一次風機較易出現失速工況，因此應督促運行人員經常翻閱風機運行參數，及時調整風機運行工況，避免其進入不穩定工作區域。巡回檢查時也應注意異常聲音和振動，關注風機相關參數的變化。最后，綜合考慮電網用電負荷趨勢，依據天氣變化、新能源出力等做好火電負荷預測，以指導鍋爐燃煤的摻配摻燒工作，使燃煤盡量靠近設計煤種，對于避免風機進入失速區間運行也是非常重要的環節。