轴流一次风机失速与喘振分析及处理

田卫朋

【摘要】锅炉主要三大风机的可靠性直接关系着整个机组的安全经济运行，而失速与喘振是轴流风机中的多发故障之一。提高轴流风机运行的稳定性和安全性，降低失速与喘振的发生率，已成为电厂锅炉运行的重要工作之一，本文依据公司一次风机发生失速的情况，在介绍轴流风机失速原理基础上，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

1、概况

许昌禹龙发电有限责任为2×660MW超超临界机组，锅炉为上海锅炉厂制造的国产超超临界参数变压直流炉、一次再热、平衡通风、半露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型锅炉，锅炉型号：SG-2000/26.15-M625，采用单炉膛四角切圆燃烧方式。制粉系统为中速磨煤机正压直吹式制粉系统，每台炉配6台磨煤机，本工程共12台，燃烧设计煤种时，5台运行，1台备用。其三大风机（引风机、送风机、一次风机各2台）配备了由豪顿华工程有限公司生产的动叶可调轴流式风机，两台一次风机为ANT1960/1400F双级动叶可调轴流式，风机轴功率2761.4KW，电机功率3000KW，额定电流331A，动叶调节范围为10～45°（对应动叶开度0%～100%），设计风量为128.88m3/s，设计风压为18752Pa，风机转速为1493r/min。

在近几年的运行中，一次风机曾发生多次失速与喘振，引起炉膛负压剧烈变化，一次风量、风压大幅波动，若处理不当，轻则造成风机出力降低，锅炉油耗大幅增加，影响机组负荷；重则发生锅炉灭火事故、使部分叶片，甚至全部叶片断裂，造成较大的经济损失。本文根据公司的实际运行经验，分析一次风机实际运行中产生失速及喘振的机理及原因，针对机组系统存在的缺陷和运行操作过程中存在的问题，提出了一次风机失速预防措施和处理方案。

2、轴流风机失速机理

2.1 失速的原理分析

轴流风机叶片通常是机翼型的，当空气顺着机翼叶片进口端（冲角α=0），如图1（a）所示的流向流入时，它分成上下两股气流贴着翼面流过， 形成叶片背部和腹部的平滑”边界层”气流呈流线形。作用于叶片上有两种力，一是垂直于叶面的升力，另一种平行于叶片的阻力，升力≥阻力。当空气流入叶片的方向偏离了叶片的进口角，它与叶片形成正值的冲角（α>0），当接近于某一临界值时，叶背的气流工况开始恶化。当冲角增大至临界值时，叶背的边界层受到破坏，在叶背的尾端出现涡流区，即所谓脱流工况，也叫失速工况。此时作用于叶片的升力大幅度降低，阻力大幅度增加，如图1（b）所示，随着冲角α的增大，气流的分离点向前移动，叶背的涡流区从尾端扩大到叶背部，脱离现象更为严重，甚至出现部分流道阻塞的情况。

2.2 从风机Q-H性能曲线来分析失速原理

图2是具有“驼峰”形风机Q-H性能曲线，当其在大容量的管路中工作，如果外界需要的流量为QA时，此时管路特性曲线和风机性能曲线相交于A点，该点管路消耗的能量与风机产生的能量达到平衡，工作是稳定的。当外界需要的流量继续减少为小于QK时，工作点将落在DK线上，例如F点，这时风机所产生的压力大于管中的阻力，但因管路容量大，在风机出口压力低于K点的瞬间，管中压力仍保持为PK，因此PF〈PK，气体将从管路向风机倒流，使工作点由K点移到C点，由于倒流使管路中的压力快速下降，工作点由C点跳回D点，此时风机流量为零，由于风机继续运行，所以当管路中的压力降低到相应的D点压力时，风机又重新输出流量，由Q-H曲线可知，为了和管路中的阻能相平衡，工作点又由D点跳回E点。只要外界需要的流量保持小于QK，上述过程重复出现，即发生失速，风机的流量和能头在极短时间內发生不稳定的周期性反复变化。

3、一次风机失速典型案例分析

3.1 3B一次风机失速分析

2011年4月22日03：39，负荷415MW，总煤量210T/h，C、D、E、F磨煤机运行，A、B一次风机并列运行，动叶投自动位。3C给煤机断煤，运行人员立即投入油枪稳燃，并将D、E、F磨煤机煤量加至最大出力63 T/h，3：39，因C磨煤机出口温度高，C磨煤机热一次风挡板关闭，一次风流量快速下降20T/h以上，一次风母管压力由12.8Kpa快速上升到13.64Kpa，导致3B一次风机失速，同时炉膛负压突降至-856pa，一次风母管压力突降至9.8Kpa，A、B一次风机电流动叶开度自动由48%开启到90%，3A一次风机电流由133A上升到273A，3B一次风机电流由138A降低到106A后上升到185A。如下表1：

原因分析：

1）4月21日，热工人员对3号炉热端扇形板提升装置进行了热态调试并投入“自动”方式运行，空预器热端扇形板处径向间隙减小，漏风量降低，从SIS历史数据查看，实际一次风量比以往相同的工况减小了大约100T/h，一次风机相当于运行在压头高，流量低的区域。

2）因磨煤机石子煤量大，且经常出现堵煤、断煤的情况，一次风压维持较高12.5KPA。

3）3C磨煤机断煤后因磨煤机出口温度高造成热风门自动关闭，加剧了一次风量下降，一次风压升高。

4）因3B一次风机在并列时负荷较高，且一次风母管压力维持在12Kpa，导致3B一次风机两次并列不成功，后将母管压力降至10Kpa，3B一次风机成功并入系统恢复正常运行。

3.2 4B一次风机失速分析

2012年3月17日08：00，负荷470MW，总煤量215T/h，C、D、E、F磨煤机运行，机组协调方式，AGC投入，一次风机母管风压13.3KPa。08：16，负荷480MW，总煤量230T/H，一次风母管压力13.5KPA，监盘发现炉膛负压瞬间波动至-1025Pa后上升至280Pa，一次风母管风压突降至10.5KPa，4A一次风机动叶开度90%，电流284A，4B一次风机动叶开度65%，电流132.8A，4B一次风机喘振。如下表2：