锅炉一次风机失速现象分析

李星勇

(苏州热工研究院有限公司, 广东深圳 518000)

轴流风机性能曲线存在失速边界，当风机运行时靠近失速边界时，会发生失速甚至是喘振现象，如不能尽快脱离这种运行工况，则会发生设备损毁。现阶段大部分火力发电厂中，送风机、一次风机及引风机大部分都是轴流风机，随着机组的运行，锅炉烟道积灰造成烟道阻力增大，在负荷不变的情况下，会造成风机的运行工况点相比正常情况上移，如靠近失速边界，则会造成风机旋转失速，甚至喘振。一般在此情况下运行人员会降低负荷，使风机脱离失速区。为了避免类似情形，风机选型就需要预留足够的余量，依据DL/T 468—2004 《电站锅炉风机选型和使用导则》的失速安全系数k计算公式，应满足失速裕度k>1.3的要求。

1 设备及试验

某发电厂一期工程为2台630 MW超临界发电机组，锅炉为超临界参数变压直流炉，一次再热、单炉膛、尾部双烟道、采用挡板调节再热汽温、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构П形锅炉。设计煤种为山西大同塔山烟煤；采用双进双出钢球磨煤机直吹式制粉系统，每台锅炉配5台磨煤机，煤粉细度R90为16%～18%，煤粉均匀性系数R200为1.1。为保证前后墙热负荷均匀，当磨煤机切停时，前后墙投运燃烧器层数之差不允许长时间大于1。

采用前后墙对冲燃烧方式。30只HT-NR3低NOx旋流式燃烧器按前墙三层和后墙二层布置在炉膛前后墙螺旋水冷壁上，使沿炉膛宽度方向热负荷及烟气温度分布均匀。前墙燃烧器由上至下布置为B层、C层和D层，后墙燃烧器由上至下布置为A层和E层。

每台锅炉配备2台双级动叶可调式轴流一次风机，型号为AST-1750/1250，其主要设计参数见表1。

表1 一次风机主要设计参数

1号锅炉一次风机自2008年机组投产以来，多次发生失速现象。SCR脱硝改造后，B侧一次风机失速更为频繁。根据DL/T 469—2004 《电站锅炉风机现场性能试验》在冷态下对1号锅炉B侧一次风机进行了流量-全压特性试验及失速试验，并对1号锅炉450 MW、500 MW负荷下进行了常规试验，对在运的2号锅炉各负荷下风机进行了常规试验，以便对比。

2 试验方法

该失速试验的一次风系统阻力调节以磨煤机进口风门调节为主，一次风机出口风门调节为辅，且必须在机组停运期间进行。其方法是：关闭两侧一次风机的出口联络门和A、B、C磨煤机入口总风门及A侧空气预热器出口热风门，全开D、E磨煤机进、出口所有风门；然后，启动一次风机，将一次风机动叶缓缓调至试验开度，待其稳定运行后，缓慢关小磨煤机进口冷、热风门挡板，增加一次风系统阻力，同时密切监视失速探针压差、风机出口压力和风机气流噪声的变化，实时采集文丘里流量装置的压差，在主控室内密切监视失速报警、风机电流及出口风压的变化；当关至一次风机出口压力增加减缓或不增加，记录风机运行各参数，再一点一点地关闭磨煤机进口总风门，同步记录每次操作的风机各参数，直至风机出口压力和电流大幅度波动，风机噪声剧烈上升，失速探针触发报警，此时风机已失速，失速前的风机工作点为风机失速边界点；快速关闭一次风机动叶，或打开磨煤机风门，将风机带出失速区。

流量的测量可以参照DL/T 469—2004中切比雪夫网格法来测量，该方法需要负荷平稳，每个工况下测量时间约1 h。现场轴流风机大多在本体喉部都留有两个压差接头，风机的流量也可以通过压差接头进行快速测量计算，其公式为[1]：

(1)

式中：Q为风机体积流量，m3/s；Δp为压差接头的压差，Pa；T1为气体进口温度，K；p1为气体进口绝对压力，Pa；K为常系数，需要校验。通过网格法测量风机的流量，反向计算得到K；对于每一个风机样本，都需要现场校核K，然后利用差压接头快速地计算流量；冷态下调节风机动叶开度在不同的角度，进行流量-全压特性曲线试验，便得到风机的实际曲线。

通过冷态试验，得出1号锅炉B侧一次风机的流量-全压特性曲线，该曲线仅包含日常风机组运行中风机可能达到的开度；结合机组正常运行负荷范围及磨煤机常用组合方式下的一次风机工况点，查找一次风机频繁失速的原因，为后续锅炉运行调整和一次风机技术改造及运行监测奠定基础。

3 试验过程及结果

冷态下将风机启动，依据失速试验方法，找到45%动叶开度下风机失速点。在失速点全压以下做5个风机工作点，工作点涵盖正常运行所需的压力范围；参照45%动叶开度下方法，完成60%开度下失速点和特性曲线的测试；随后，依次完成35%和26%动叶开度下失速点和特性曲线的试验。

通过对26%(26°)、35%(29°)、45%(33°)、60%(38.5°)动叶开度下的流量-全压特性曲线和失速点试验，得到B侧一次风机日常工作区域内的实际特性曲线(见图1)。将1号机组在450 MW、500 MW下1B一次风机的实际运行工况点和2号机组各负荷下对应一次风机运行工况绘制在实际曲线图中。

图1 B侧一次风机日常工作区域内的实际特性曲线

将正常运行的2号机组两台一次风机在不同负荷、不同数量磨煤机运行状态下的风机全压、体积流量进行测量，具体数据见表2。

表2 2号机组A、B一次风机实际运行参数

由图1和表2可知：两台机组在同样机组负荷下，一次风机运行工况点偏差较大，具体体现在1号机组所需风量较小，风压更高，因此更靠近失速线。

依据DL/T 468—2004，轴流风机应有足够的失速裕度，可以用失速安全系数k来表示，k由设计工况点和该开度下(动叶调节为动叶角度，静叶调节为调节导叶角度)的失速工况点(或最大压力点)的风量、风压求出：

(2)

式中：p、q为设计工况点的风压和风量；pk、qk为失速工况点的风压和风量。

代入450 MW负荷和500 MW负荷工况下B侧一次风机运行点参数及相应开度下的真实失速点参数，得到两个负荷工况下B侧一次风机失速安全系数分别为1.23和1.07，不满足k>1.3的要求。由此可知，实际运行期间一次风机易失速，尤其是SCR改造后空气预热器阻力增大，造成一次风机出口风压上升，失速更为频繁。

4 结语

通过试验数据的比较分析，有以下结论及建议：

(1) 1号锅炉B侧一次风机实际特性曲线压力偏低，失速裕度偏小，当遇到磨煤机停运操作、通风量调节稍快及其他扰动时，一次风机极易落入失速区。

(2) 在同等负荷情况下，尽可能运行多套制粉系统，或延迟停运制粉系统，提高一次风流量。

(3) 改造密封风系统，增加密封风来源为取自一次风机出口，增大一次风机流量，以便使一次风机运行点远离失速线。

(4) 进行一次风机性能在线监测系统改造，启用风机集气箱上的已有文丘里流量装置，加装微压差变送器，并将信号引入主控室，新增风机运行图监视画面，使得风机运行工作点显示在实际性能图上，运行人员可实时掌握一次风机运行位置及距离失速线的余量。