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全国火电大机组（600MW级）竞赛第十二届年会论文集锅炉本体及辅机36关于轴流式一次风机失速的分析及对策探讨刘希彦郑磊刘志彬（云南滇东能源有限责任公司）摘要：针对滇东电厂锅炉一次风机曾经多次发生失速的情况,在介绍轴流风机失速机理基础上,对一次风机失速原因进行了分析,并提出了一次风机失速的处理及预防措施。关键词：轴流式一次风机；失速；动叶可调；预防措施0引言风机是火力发电厂锅炉设备中重要的辅机之一，在锅炉上的应用主要是送风机、引风机和一次风机等。离心式风机具有结构简单、运行可靠、制造成本较低、效率较高、噪音小、抗腐蚀性能好的特点，以往锅炉风机普遍采用离心式风机。但是随着锅炉容量的增大，离心式风机的容量已经受到叶轮材料强度的限制，离心风机过大的尺寸，会给制造、运输等方面带来一定的困难。另外，随着节能降耗意识的增强，为保证机组的经济合理运行，现在大容量机组越来越多的采用轴流式风机。但轴流式风机对运行调整水平要求较高，如调整不当，很容易发生失速，影响锅炉的安全运行。本文以滇东发电厂轴流式一次风机为例，分析轴流式风机失速的机理和采取的对策，与大家探讨。1概况滇东电厂1号炉是首台国产600MW级“W”火焰炉，是国内某公司生产的亚临界压力，一次再热，单炉膛平衡通风，自然循环，单锅筒锅炉，锅炉整体Π型布置，设计燃料为无烟煤。锅炉容量为2028t/h，制粉系统采用正压直吹式，设有两台动叶可调轴流式一次风机提供一次热、冷风输送煤粉。动叶调节范围为-30°～+12°（对应动叶开度0%～100％），设计风量为53.0m3/s，设计风压为11808Pa，风机转速为1470r/min。滇东电厂1号机组于2006年2月投产发电，1号炉在调试和投产初期，一次风机频繁失速，一度影响了机组调试进度和带负荷能力。2轴流风机失速机理轴流风机并不是在任何工况点都能稳定工作的，这是风机的特性决定的。图1是典型的具有驼峰形的轴流风机的P－Q性能曲线。图中表示出风机压力P随气体体积流量Q的变化关系。如图1所示，风机的特性曲线存在凸出的峰值点。当风机输出的风量与系统所需的风量相当且等于QK时，风机的压力达到最大值PK，大于或小于这一风量时风机的压力就会下降。通常把K点全国火电大机组（600MW级）竞赛第十二届年会论文集锅炉本体及辅机37称为风机稳定工作的极限点。风机特性曲线K点右侧区域为风机稳定的工作区（例如A、B、C点），K点左侧的区域叫不稳定工作区。图1轴流风机的P－Q性能曲线气流沿叶片进口端流入时，气流就沿着叶片两端分成上下两股，风机处于正常工况时，冲角很小（气流方向与叶片叶弦的夹角即为冲角），气流绕过机翼型叶片而保持流线状态，如图2（a）所示。当气流与叶片进口形成正冲角，即α0，且此正冲角超过某一临界值时，叶片背面流动工况开始恶化，边界层受到破坏，在叶片背面尾端出现涡流区，即所谓“失速”现象，如图2（b）所示。冲角大于临界值越多，失速现象越严重，流体的流动阻力越大，使叶道阻塞，同时风机风压也随之迅速降低。图2风机刚产生失速并不意味着所有叶片同时失速，失速可能发生在一个或几个区域，区域内可能包括一个或多个叶片。失速区不是静止的，它会从一个叶片向另一个叶片扩散。如图3所示，若在2、3和4号叶片失速，通过这些叶片的流通面积将减小或完全消失；在叶片周围可能产生紊流区，使气流在叶片间出现“雍塞”。结果，气流将回流至叶轮入口端。由于流入的空气在这些区域将受阻，叶片5的流入角α将增大，这个叶片也将产生失速；因此，失速区域将向叶片5的方向移动，这种现象被称为“转动失速”。转动失速是风机喘振的前兆。全国火电大机组（600MW级）竞赛第十二届年会论文集锅炉本体及辅机38图3因为失速区的不稳定性，风机的运行点也不会稳定，但可能在图1中E点附近摆动。当风机进入失速区蔓延至凹谷点D，见图1，所有叶片的顶部将形成一个环形区域。这时，如果背压进一步升高，空气流量减小，失速区域径向沿伸直到图1中L点，整个叶轮处于失速区，风机发生喘振。如果此时将背压降低，气流量增加，运行点将如前所述沿L至D点，沿D－E－K直到脱离失速区。3运行中轴流风机失速的原因由于气流速度与流量成正比，因此正常运行中导致风机流量异常降低的因素都可能导致风机失速：（1）风机出口挡板销子脱落或断裂等原因导致其突然关闭或部分关闭时。（2）变负荷过程中由于调节失灵或误操作致使两台风机风量严重不平衡。（3）风机出入口风道堵塞，如暖风器或空预器严重积灰。（4）运行中风机负荷剧烈变化，例如磨煤机跳闸等引起风量突减。图4是某电厂风机的失速特性曲线，当就地叶片开度角为50°时（控制室动叶开度80%），A—B是其对应的正常运行区，B—C—D—E为失速区。下面就以风机叶片开度50°时为例说明其失速特性。当风机由于某种原因导致出口压力升高时，例如出口门关闭或风道堵塞时，运行工作点将从A向B移动，空气流量减小，冲角α增大，到达B点时，叶片将失速，叶轮内将产生一个到数个旋转失速区，风机压力和流量将剧烈下降。由于失速区的不稳定，风机的运行工况点也不会稳定，可能会在C点附近摆动。失速区继续发展，风机工况点将到达D点，此时所有叶片的顶部将形成一个环全国火电大机组（600MW级）竞赛第十二届年会论文集锅炉本体及辅机39形失速区域带。如果出口压力进一步升高，空气流量还要减小，风机工作点将到达E点，此时风机整个叶轮将处于失速区。如果现在出口压力降低，空气流量将逐渐增加，工作点将沿E点返回至D点，并沿DCˊBˊ直至脱离失速区域。图4风机失速特性曲线4失速与喘振的区别及联系风机的失速与喘振的发生都是在p-Q性能曲线左侧的不稳定区域，所以它们是密切相关的。但是失速与喘振有着本质的区别：失速发生在图1所示p-Q性能曲线峰值K以左的整个不稳定区域；而喘振只发生在p-Q性能曲线峰值K以左的某一部分，其压力降低是失速造成的，可以说失速是喘振发生的根本诱因。失速发生时,尽管叶轮附近的工况有波动,但风机的流量、压力和功率是基本稳定的,风机可以继续运行。当风机发生喘振时，风机的流量、压力（和功率）产生脉动或大幅度的脉动，同时伴有非常明显的噪声，喘振时的振动有时是很剧烈的，能损坏风机与管道系统。所以喘振发生时，风机无法正常运行。风机在喘振区工作时，流量急剧波动，其气流产生的撞击，使风机发生强烈的振动，噪声增大，而且风压不断变化，风机的容量与压头越大，则喘振的危害性越大。5滇东电厂一次风机失速现象分析5.1滇东电厂一次风机主要结构参数滇东电厂一次风机其主要参数见表1。表1一次风机主要性能参数型号PAF17-11.8-2形式双级动叶可调轴流式TB工况流量79.30m3/sTB工况全压升11808Pa转速1470r/min轴功率487kW全国火电大机组（600MW级）竞赛第十二届年会论文集锅炉本体及辅机405.2滇东电厂一次风机P-Q曲线5.3一次风机失速现象根据电厂的运行经验，当并联运行的轴流一次风机出现下列现象时，说明风机发生了失速：①失速风机的压头、流量、电流大幅降低；②失速风机噪声明显增加，严重时机壳、风道发生振动，机壳温度不正常升高；③在投入“自动”的情况下，与失速风机并联运行的另一台风机电流大幅升高；④与风机“喘振”不同，风机失速后，风压、流量降低后不发生脉动。风机的失速现象是风机的一种不稳定运行工况，对于风机的运行安全危害很大：①一次风机失速时，风量、风压大幅降低，引起炉膛燃烧剧烈变化，易于发生磨煤机堵塞和锅炉灭火事故；②并联运行的另一台风机投入“自动”时，出力增大，容易造成电机过负荷；③失速风机振动明显增高，可能使风机设备、风道振动大损坏；④处理过程不正确时，易于引发风机“喘振”，损坏设备。5.4滇东电厂一次风机失速现象分析2006年2月～3月间，1号炉多次发生一次风机失速现象，每次失速现象基本相似,下面以2006年2月16日1号炉B一次风机失速为例进行分析：当日15∶45，1号机组负荷580MW，A、B一次风机并列运行，动叶控制置自动状态，A、B、C、D、E、F磨煤机运行，运行中A磨煤机突然跳闸，A磨煤机入口风门自动关闭，一次风流量下降约20T/h，一次风母管压力由7.56kPa瞬间上升至8.52kPa后，又突降至5.1kPa，A一次风机电流从55A上升至130A，其动叶开度由46％逐渐开自90％，B一次风机电流从56A下降至41A，其动叶开度由45％逐渐开自90％，振动从7mm上升至16mm，轴承温度从50°C逐渐上升至65°C，并仍有上升的趋势，就地检查，B一次风机有异常声响,同时B一次风机外壳温度也较高。判断B一次风机发生失速后，手动交替关小两台一次风机动叶至37%后，一次风机出口压力又缓慢回升至7.2kPa，B一次风机恢复正常。事后利用停炉机会进入风道检查，发现B一次风机出口挡板风道内实际开度只有60％，而外部指示已达100％，风道阻力特性已发生变化。根据运行记录及DCS打印数据分析，当日两台一次风已运行在非稳定区边缘，当磨煤机跳闸时造成一次风量突减，一次风压瞬间突升，直接将一次风机带入非稳定区，造成其中一台一次风机失速。全国火电大机组（600MW级）竞赛第十二届年会论文集锅炉本体及辅机41值得一提的是，动叶可调轴流风机叶片角度过大是引发风机进入不稳定区的重要原因，但为什么B一次风机失速后，与之并联运行的A一次风机动叶开大至90％，仍未发生失速呢？原因是B一次风机失速后，出力锐减，系统风压迅速降低，并联系统的管网阻力特性也随之变化，阻力特性曲线下移，风机出口风压降低，使得A一次风机运行点远离不稳定工况区。6预防一次风机失速的措施确保风道畅通，减小风道阻力才能彻底预防送风机失速的发生，在随后的停机检查和后续机组的建设中，滇东电厂针对一次风机失速进行了一系列设备治理和运行优化调整：①重新校对风道挡板，使挡板内外开度保持一致；②优化一次风压自动调整曲线，在一次风机自动中增加风机防失速功能。即当一次风投入自动时，视两台风机电流偏差而纠正一次风机的出力。在升负荷过程中，当两台风机电流偏差超过2安培时，系统自动闭锁增电流较大的风机的动叶，直到两台风机电流平衡，闭锁解除；在减负荷过程中，当两台风机电流偏差超过2安培时，系统自动闭锁减电流较小的风机的动叶，直到两台风机电流平衡，闭锁解除；③运行中尽量保持一次风用户的均匀，无特殊情况时按A，F，B，E，C，D的顺序对称投磨煤机，按D，C，B，E，F，A的顺序对称停磨煤机。④停磨煤机之前要检查一次风压不高于8KPa，以防磨煤机停止瞬间一次风压突升，使一次风机进入不稳定区，引起风机失速。⑤运行中注意保持两台风机风量平衡，电流接近，两台风机电流偏差不得超过2安培。当发生一台一次风机失速时,应迅速交替关小两台一次风机动叶至40％左右，使两台一次风机尽快并列，回到稳定工况区运行。⑥利用每次停机的机会对空预器和暖风器进行检查，发现积灰或杂物堵塞都要及时清理；遇大风天气时，及时清理风机入口滤网挂积的杂物，避免风机入口堵塞。7结论滇东电厂经过对锅炉一次风机的优化调整后，未再次发生一次风机失速现象，较好的满足了锅炉的安全、经济运行。参考文献：[1]《泵与风机》中国科学技术大学出版社2005年沙毅、闻建龙[2]《轴流风机》水利电力出版社杨诗成编[3]《轴流风机说明书》上海鼓风机厂[4]《锅炉设备及其系统》中国电力出版社2001年华东六省一市电机工程（电力）学会编