轴流风机喘振分析及预防

2014-12-10张哲宏

山西电力 2014年2期

关键词：预器轴流风压

张哲宏

（同华发电有限公司，山西忻州 034114）

现代大型火力发电厂锅炉送风机、一次风机配套采用轴流式风机较为普遍，轴流式风机在运行中维护或调节不当而出现的喘振现象，给锅炉的安全运行造成了很大的安全隐患。

1 轴流风机的特点

风机是发电厂锅炉设备中的重要辅机之一，在锅炉上的应用主要是送风机、引风机、一次风机等。具有如下特点。

a）其调节效率高，并可使风机在高效率区域内工作，运行费用较离心风机明显降低。

b）对风道系统风量变化的适应性优于离心风机，风量、风压的变化对风机的效率影响较小。

c）配用电机的造价比离心风机低。

d）轴流风机的转子在结构上要比离心式风机的转子复杂，旋转部件多，制造精度要求高，叶片材料的质量要求也高。

e）轴流风机的噪声在性能相同下比离心风机要高。

2 轴流风机在运行中的问题

轴流风机在运行中风机发生喘振，将造成风机的流量、全压和功率产生脉动或大幅度脉动，同时伴有明显的噪声，损坏风机与管道系统，使炉膛负压大幅度波动，一、二次风压大幅度波动，甚至触发MFT，严重影响着锅炉的安全运行。

3 轴流风机发生喘振的原因

轴流式风机的性能曲线是一组带有驼峰形状的曲线，见图1。

图1 轴流式风机P-Q性能曲线

风机动叶处的每一角度下都有一条与之对应的曲线，每一条曲线都具有一个最高风压点，通常称为临界点。不同动叶角度下曲线临界点左半段有重合的部分，临界点右半段则为动叶角度与曲线相对应。轴流风机的流量与压头、效率、功率有一一对应关系，但是风机本身不能决定自己的工作点，风机的工作点取决于外界的负荷特性，即风道性能曲线。风机的工况点就是风道性能曲线与P－Q性能曲线的交点。

以A、B两台并列运行的轴流风机为例进行分析（实际运行中两台风机工作点也不会完全相同，可能交替变化或者保持一定的差值）。通风系统正常状态下，A、B两台风机风量为QA、QB，对应风机出口全风压为P1，风机工作点分别在图1中a、b位置上，这时的工作点都处在各自动叶角度下P－Q性能曲线临界点的右半段，风机处在稳定状态运行。即使两台风机动叶角度不一致或风量有较大偏差也能稳定运行。

由于某种因素导致通风系统阻力增加，如：空预器堵灰、烟风系统操作阀门等，导致风道性能曲线发生变化，A、B风机的工作点将出现上移现象。如图1所示，假设此时2台风机仍需要保持风量，由于通风系统阻力增加，势必要开大风机的动叶角度，提高出口全风压来维持风量不变。这时相应工作点要上移。当通风系统阻力增大到一定数值时，A、B风机的工作点将上移至a′、b′位置。a′已是A风机此时动叶角度下P－Q性能曲线上的临界点。B风机的工作点b′则以微小差值仍处在相应动叶角度下P－Q性能曲线上的临界点的右端，这时系统压力为P2。在A风机工作点上移至a′时，即到达了喘振的边缘。此状态下系统压力一旦出现波动，系统压力与A风机的全风压之间就会产生一个微压差，在这个压差的作用下，A风机风量受阻，风机出口的流速、总压头随之下降，系统压力与A风机全风压之间的压差进一步增大,A风机的风量、压头继续下降。这一过程处在恶性循环变化之中，直至A风机全风压崩溃，风量倒流入风机。A风机工作点沿P－Q性能曲线滑向左端，即是轴流式风机在实际运行中发生喘振的过程。

受A风机喘振影响,系统压力有所下降，B风机工作点对应的系统压力沿P－Q性能曲线迅速移向右下方,风量急剧增加,系统压力由B风机维持。但随着系统的压力进一步降低，A风机又开始出力，系统压力升高，A、B风机沿着各自的P－Q性能曲线临界点的右半段迅速移向左上方。在系统所需风量与压力不变的情况下，重复着上述过程，不同的是这一次可能是B风机。风机的这种“出力—不出力—出力”的循环频率与风机系统的振荡频率合拍时，形成共振，即风机发生喘振。

4 轴流风机喘振的预防及处理

4.1 轴流风机喘振的预防

由上述分析可知，轴流式风机在运行中发生喘振是通风系统阻力增加造成的。锅炉通风系统阻力增加的主要原因如下。

4.1.1 锅炉暖风器堵塞和空气预热器堵灰

a）锅炉暖风器堵塞是由于锅炉运行中暖风器系统疏水不彻底，造成系统振动发生泄漏或是由于设计不合理，通流面积小而造成的。运行中要对暖风器系统加强监视，发现系统振动要及时调整。

b）空气预热器堵灰往往是由于燃煤灰分大，长时间低负荷运行、烟气流速低以及低温腐蚀、煤油混燃造成的。因此在运行中要加强空预器前后差压的监视，发现差压增大，要及时调整空预器吹灰参数，增加吹灰次数来预防由于煤质而造成的空预器堵灰问题。对于低温腐蚀，要及时地根据煤质含硫情况以及负荷的高低调整空预器的冷端综合温度，使之大于酸露点。其次，在日常运行中，还要关注空预器吹灰系统的疏水，确保蒸汽的过热度。并利用停炉机会，对空预器进行水冲洗，彻底清除空预器积灰。

4.1.2 风烟系统上的挡板调节不当

造成风烟系统挡板大幅波动的主要原因是由于运行操作调整中调整幅度大，引起系统的压力大幅度变化，造成风机喘振。因此在锅炉正常运行中，运行人员必须养成良好的操作习惯，风烟系统挡板禁止大开大关（事故情况除外），应当精调、细调，将扰动减小到最低程度。

4.1.3 风机特性造成喘振

a）由于检修质量问题，致使两台并列风机的调节特性可能在某一区间存在差别，当锅炉负荷达到一定数值后，一台风机就压制住另一台风机的出力，系统压力降低，形成喘振。

b）风机动叶执行机构本身故障时，诱发风机喘振。当风机动叶执行机构由于失去反馈，或是动叶执行机构脱开，致使风机瞬间失去控制或是不动作。使故障风机出力达到最大或最小。

4.2 轴流风机喘振的处理

a）轴流风机发生喘振后，首先必须迅速地将机组的运行方式切为“机跟随”，快速拉掉一台上排磨，快速地降低锅炉负荷，投油助燃。锅炉运行稳定后，逐步将喘振风机从系统中解列出来。如果是一次风机发生喘振必须关注一次风压，磨煤机的风量，防止因通风量不足，造成堵磨或是灭火；如果是送风机发生喘振必须关注二次风压，炉膛出口氧量，防止炉膛因缺氧而灭火。喘振风机从系统解列出来以后，根据当时锅炉燃烧情况，尽可能降低系统的一次或是二次风压（主要是针对一次风压，因为系统压力越低越好并列），将另一台风机投自动，逐步将喘振风机并入系统，恢复锅炉正常运行。

b）对于由于风机动叶执行机构故障诱发的喘振，在处理方法上应区别对待。当判断为风机动叶执行机构故障时，如果故障风机已经不出力，在采取了锅炉稳燃措施后，应及时将故障风机停运检修。如果故障风机由于失去控制出力达最大，应逐步降低锅炉负荷，将所有磨煤机退出运行，停运故障风机。在此过程中将故障风机切为手动方式，保持指令不变，禁止调整和试验。全部磨煤机停运后，停运故障风机检修。故障风机停运后，再逐步将锅炉恢复至单台风机运行方式。