一次风机失速原因分析及预防措施

焦传宝

（大唐阳城发电有限责任公司，山西 阳城 048102）

0 引言

动叶可调轴流式风机因其径向尺寸小、质量轻、流量大且调节范围广、高效率工作区宽、启动力矩小、变工况运行经济性好、适应性强、调节性能好等诸多优点，逐渐成为大型火电机组送、引、一次风机的主流风机形式，特别是近几十年来得到了广泛的应用。但由于轴流式风机具有驼峰型性能曲线，加上机组调峰运行、工况变化频繁、运行条件恶劣等因素，时常发生失速现象，特别是一次风机。这对机组运行的安全性和经济性都产生了较大的影响[1-2]。

1 某电厂设备概况

某电厂装机容量为2×600 MW燃煤机组，采用双进双出钢球磨煤机、一次风正压直吹式制粉系统，配置2台双级动叶可调、轴流式一次风机，2台一次风机分别命名为7A、7B。风机技术参数如表1所示。

表1 某电厂一次风机设备技术规范

2017年，2台机组进行了大修，在大修结束 投入运行的7—8月份，出现了2次7B一次风机失速现象，而失速均发生在机组降负荷至65%额定负荷时。通过分析失速时相关参数、历史数据曲线和相关设备运行方式，找到了风机失速的原因，并制定了相应的措施，彻底解决了风机失速的问题。本文对一次风机失速原因的分析和处置，将对同类型机组防止一次风机失速提供参考。

2 轴流式风机失速的机理

轴流风机的叶片通常是机翼型的，叶片前后压力差的大小决定于动叶冲角（α）的大小，在临界值以内，上述压力差大致与叶片的冲角成正比，不同的叶片叶型有不同的临界冲角值。当动叶片的冲角超过临界值时，气流会离开叶片凸面发生边界层分离现象，产生大面积的涡流，此时风机的全压下降，这种情况称为“失速现象”。轴流式风机正常及失速时气体的流动如图1所示

图1 轴流式风机正常及失速时气体的流动

当冲角继续增大时，气流离开叶片背部的区域变大，气流涡流区进一步增大，甚至会堵塞叶片之间的气流通道，造成轴流风机压升大幅下降，流量突然减少。

轴流风机的失速特性和叶片的形式有关，同时受到风道阻力特性的影响，对于动叶可调轴流一次风机而言，同一动叶开度时，风道阻力特性越陡（相同流量下压力较高），越容易失速，相同的风道阻力特性，动叶开度越大，风机越容易失速。因此，分析和处理风机失速应该从风道阻力和动叶开度两方面入手[3-5]。

3 一次轴流风机失速的现象及危害

根据运行经验，一般来说，风机失速乃至喘振时常常伴随出现以下现象：失速风机流量大幅下降甚至降到0；失速风机电流下降，振动增加，噪声增大；失速风机动叶自动开大（机组投入全自动状态时）；并联运行的另1台风机动叶开度增大，出力增大；并联运行的2台一次风机压力偏差增大；机组负荷下滑。

风机失速后，如果不及时处理，可能造成机组负荷大幅波动，锅炉燃烧不稳，甚至引发风机发生喘振，进而导致叶片断裂及轴承损坏事故。

4 一次风机失速分析

4.1 风机失速过程分析

2017年7月31日，某电厂7B一次风机发生失速。当时机组正在进行降负荷操作，当机组负荷由550 MW降至390 MW时7B一次风机发生失速。风机失速前后参数对比如表2所示。

从表2可以看出，7B一次风机失速前和并列运行的7A一次风机出现较大偏差，出口压力、风机流量和电机电流均有较大的差值。17点53分，风机失速后，7B一次风机流量锐减至0.56 m3/s，出口压力降至7.0 kPa，同时动叶开度自动开大至80%。由于7B一次风机出力锐减，7A一次风机动叶开度自动开大至60.7%，流量增至78.46 m3/s，但总风量仍低于失速前一次风流量，导致机组负荷快速下滑。17点58分，操作人员通过解除7B一次风机动叶自动，迅速关小7B一次风机动叶至56.09%，同时相应关小7A一次风机动叶至48.24%，7B一次风机失速现象消失，出力恢复正常。至此，因一次风量波动，导致机组负荷下滑超过30 MW。

表2 某电厂7B一次风机失速时与7A一次风机参数对比

4.2 风机失速原因分析

a）并列运行的2台一次风机出力偏差大，导致出力较小的7B一次风机受到7A一次风机的影响，其出口风道阻力增加，叶片气流冲角增大至临界值而发生“脱流”，致使风机出力减小。机组为了满足一次风量需求，自动开大其动叶角度，进而叶片气流冲角继续增大，风机失速加剧，直至出力减小至0。

b）7B一次风机动叶调节性能不良，动叶开度和风机流量及出口压力不匹配，导致降负荷过程中出现失速现象。从失速前风机动叶开度及流量可以看出，在机组降负荷过程中，协调控制系统通过持续减小一次风机动叶开度来减小一次风量，从而减小磨煤机的制粉出力，以达到减小锅炉燃烧、降低机组负荷的目的。在这一过程中，因调节机构功能异常，2台一次风机实际出力变化并不完全同步，导致2台风机出力出现较大偏差，从而引发出力小的7B一次风机失速。

c）由于制粉系统本身运行方式的原故，导致2台一次风机产生互相干扰工况。通过分析一次风系统流程图（如图2所示）可知，正常运行时，2台一次风机出口联络挡板关闭，分别通过带隔离挡板的冷风母管供应制粉系统所需的冷一次风和密封风。只要冷一次风和密封风保持一定用量，2台一次风机均能通过冷风母管供风，运行中就不会出现互相干扰的工况。但是，当一次冷风及磨煤机密封风用量较小时，图2中压力测点CP503压力就会升高。当CP503的压力值接近2台一次风机出口压力CP501和CP502的任一点时，该一次风机不能再供应制粉系统的冷一次风和密封风了。此时，另1台出力较大的一次风机通过冷风母管影响该一次风机的出力，当工况变动时就有可能产生失速现象。表3为该风机失速前各负荷工况下制粉系统相关参数。

图2 某电厂一次风设备工艺流程图

表3 某电厂不同负荷下制粉系统相关参数对比表

通过表3可以看出，高负荷时，7B一次风机出口压力均高于冷风母管压力，说明风机能够正常供应冷一次风。当风机失速时，7B一次风机出口压力甚至低于冷风母管压力，说明7A一次风机已经通过冷风母管向7B一次风机出口风道方向供风，导致7B一次风机出力减小，进而发生失速。失速临时处理完毕后，及时调整了密封风挡板和冷一次风挡板开度，维持了一次风机对磨煤机冷风和密封风的正常供风。

4.3 风机失速后的处置

由于风机失速时，风量迅速降低，所以自动控制系统调大其动叶开度，反而导致失速加剧。正确的做法是，解除对失速风机动叶的自动控制，切换为手动控制，然后通过手动迅速关小动叶，以减小气流冲角，促使叶片脱离失速区。

适当关小并列运行的另1台风机动叶，避免其出力过大电机电流超限，并降低系统压力。但必须持续监视一次风母管压力，保证其大于6 kPa，防止触发一次风压力低保护，导致磨煤机跳闸。

失速风机恢复正常后，逐渐开大其动叶开度，同时减小另1台风机动叶开度，直至2台风机出力平衡，并达到负荷要求为止。

调整制粉系统磨煤机密封风挡板、冷风挡板开度，增加其用风量。

5 防止风机失速的措施

根据以上风机失速过程及其原因分析，防止风机失速的关键在于保证并联运行的2台风机在各种工况下出力平衡，其次是保持低负荷工况下的一次冷风及密封风的用量，以防进入不稳定的小流量喘振区，为此我们采取了以下措施。

a）修改热工逻辑，保持7B一次风机动叶开度大于7A一次风机5%，以保证各种工况下2台一次风机实际出力平衡。

通过2台一次风机各工况运行参数曲线分析发现，仪表显示动叶开度相同时，实测的7B一次风机出口压力和流量始终小于7A一次风机。分析其主要原因为风机动叶片初始角度调整不一样，并与风道、磨煤机阻力特性之和有偏差有关。

b）调整磨煤机旁路风开度，在低负荷下最小不得低于15%，以保证磨煤机筒体压力在4 kPa以上，从而确保磨煤机密封风开度在80%以上。

c）低负荷时及时调整磨煤机出口温度，确保一次冷风挡板在20%开度以上。

d）机组降负荷时持续监视2台一次风机出力情况，出力偏差过大时立即进行人为干预，确保出力平衡，以避免失速现象发生。

e）利用停机机会，检查调整一次风机动叶初始角度，确保2台一次风机调节过程中所有叶片角度相一致，还要保证动叶实际角度和仪表显示角度相一致。

f）每次机组启动前进行风机动叶调整试验，验证动叶的动作灵活性、可靠性及远传与就地指示的一致性。

6 结束语

轴流式风机特别是轴流式电站一次风机的失速问题，在电力工业的生产实践中是比较常见的问题，尽管导致风机失速的原因千差万别，但风机失速的机理是一致的[6]。从风机失速的机理入手，不难分析出失速的原因，然后根据具体的原因，采取相应的措施，就能较好地解决风机失速的问题。某电厂通过采取上述运行调整及改造措施后，彻底解决了一次风机低负荷运行时的失速问题，可供同类机组借鉴。