軸流一次風機失速與喘振分析及處理
科技專論
作者：田衛朋
【摘要】鍋爐主要三大風機的可靠性直接關係著整個機組的安全經濟運行，而失速與喘振是軸流風機中的多發故障之一。提高軸流風機運行的穩定性和安全性，降低失速與喘振的發生率，已成為電廠鍋爐運行的重要工作之一，本文依據公司一次風機發生失速的情況，在介紹軸流風機失速原理基礎上，對一次風機失速原因進行了分析，並提出了一次風機失速的處理及預防措施。
【關鍵詞】軸流式一次風機；失速；動葉可調
1、概況
許昌禹龍發電有限責任為2×660MW超超臨界機組，鍋爐為上海鍋爐廠製造的國產超超臨界參數變壓直流爐、一次再熱、平衡通風、半露天布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構Π型鍋爐，鍋爐型號：SG-2000/26.15-M625，采用單爐膛四角切圓燃燒方式。製粉係統為中速磨煤機正壓直吹式製粉係統，每台爐配6台磨煤機，本工程共12台，燃燒設計煤種時，5台運行，1台備用。其三大風機（引風機、送風機、一次風機各2台）配備了由豪頓華工程有限公司生產的動葉可調軸流式風機，兩台一次風機為ANT1960/1400F雙級動葉可調軸流式，風機軸功率2761.4KW，電機功率3000KW，額定電流331A，動葉調節範圍為10～45°（對應動葉開度0%～100%），設計風量為128.88m3/s，設計風壓為18752Pa，風機轉速為1493r/min。
在近幾年的運行中，一次風機曾發生多次失速與喘振，引起爐膛負壓劇烈變化，一次風量、風壓大幅波動，若處理不當，輕則造成風機出力降低，鍋爐油耗大幅增加，影響機組負荷；重則發生鍋爐滅火事故、使部分葉片，甚至全部葉片斷裂，造成較大的經濟損失。本文根據公司的實際運行經驗，分析一次風機實際運行中產生失速及喘振的機理及原因，針對機組係統存在的缺陷和運行操作過程中存在的問題，提出了一次風機失速預防措施和處理方案。
2、軸流風機失速機理
2.1 失速的原理分析
軸流風機葉片通常是機翼型的，當空氣順著機翼葉片進口端（衝角α=0），流向流入時，它分成上下兩股氣流貼著翼麵流過， 形成葉片背部和腹部的平滑”邊界層”氣流呈流線形。作用於葉片上有兩種力，一是垂直於葉麵的升力，另一種平行於葉片的阻力，升力≥阻力。當空氣流入葉片的方向偏離了葉片的進口角，它與葉片形成正值的衝角（α>0），當接近於某一臨界值時，葉背的氣流工況開始惡化。當衝角增大至臨界值時，葉背的邊界層受到破壞，在葉背的尾端出現渦流區，即所謂脫流工況，也叫失速工況。此時作用於葉片的升力大幅度降低，阻力大幅度增加，隨著衝角α的增大，氣流的分離點向前移動，葉背的渦流區從尾端擴大到葉背部，脫離現象更為嚴重，甚至出現部分流道阻塞的情況。
2.2 從風機Q-H性能曲線來分析失速原理
具有“駝峰”形風機Q-H性能曲線，當其在大容量的管路中工作，如果外界需要的流量為QA時，此時管路特性曲線和風機性能曲線相交於A點，該點管路消耗的能量與風機產生的能量達到平衡，工作是穩定的。當外界需要的流量繼續減少為小於QK時，工作點將落在DK線上，例如F點，這時風機所產生的壓力大於管中的阻力，但因管路容量大，在風機出口壓力低於K點的瞬間，管中壓力仍保持為PK，因此PF〈PK，氣體將從管路向風機倒流，使工作點由K點移到C點，由於倒流使管路中的壓力快速下降，工作點由C點跳回D點，此時風機流量為零，由於風機繼續運行，所以當管路中的壓力降低到相應的D點壓力時，風機又重新輸出流量，由Q-H曲線可知，為了和管路中的阻能相平衡，工作點又由D點跳回E點。隻要外界需要的流量保持小於QK，上述過程重複出現，即發生失速，風機的流量和能頭在極短時間內發生不穩定的周期性反複變化。
3、一次風機失速典型案例分析
3.1 3B一次風機失速分析
2011年4月22日03：39，負荷415MW，總煤量210T/h，C、D、E、F磨煤機運行，A、B一次風機並列運行，動葉投自動位。3C給煤機斷煤，運行人員立即投入油槍穩燃，並將D、E、F磨煤機煤量加至最大出力63 T/h，3：39，因C磨煤機出口溫度高，C磨煤機熱一次風擋板關閉，一次風流量快速下降20T/h以上，一次風母管壓力由12.8Kpa快速上升到13.64Kpa，導致3B一次風機失速，同時爐膛負壓突降至-856pa，一次風母管壓力突降至9.8Kpa，A、B一次風機電流動葉開度自動由48%開啟到90%，3A一次風機電流由133A上升到273A，3B一次風機電流由138A降低到106A後上升到185A。如下表1：