火力發(fā)電廠引風機失速與喘振的對策

在火力發(fā)電廠中引風機是重要的輔機，擔負著把燃燒生成的煙氣及飛灰排出爐外的任務，同時還克服空氣流經(jīng)各個部件和煙氣流經(jīng)各受熱面的流動阻力。因此，引風機對火力發(fā)電廠的安全性和經(jīng)濟性起著重要的作用，它與主機的合理配合才能使整個機組正常運轉。目前在600MW 以上的火電機組中廣泛采用軸流式風機作引風機，可幫助煤炭有效燃燒，提高發(fā)電效率，但其在運行時容易出現(xiàn)失速和喘振問題，影響生產(chǎn)效率，而且引起失速的因素是多方面，如安裝、風機質(zhì)量、使用科學程度等這些都會引起風機失速。

1 某火力發(fā)電廠2號機組引風機投運情況

某火力發(fā)電廠在二期建設工程中需要設計引風機，該風機組設計為兩臺軸流式風機并列運行，風機的TB 工況與B-MCR 工況分別為：風機入口體積流量（m3/s）637.7、537，風機入口質(zhì)量流量（kg/s）505.346、441.47，風機入口溫度（℃）115、105，入口煙氣密度（kg/m3）0.8129、0.8438，風機入口全壓（Pa）-6000、-5000，風機入口靜壓（Pa）-6158.5、-5116.6，風機出口全壓（Pa）4861、4051，風機出口靜壓（Pa）4689.8、3923.5，風機全壓升（Pa）10919.1、9094.3，風機靜壓升（Pa）10848.3、9040.1，風機出口風溫（℃）140.5、127.4，風機全壓效率（%）87.42、87.41，風機軸功率（kW）7647、5400，風機轉速（r/min）996、996。

2號機組兩臺引風機安裝完成后，進行風機調(diào)試階段工作時引風機多次出現(xiàn)失速和喘振情況。兩臺引風機在運行過程中，A 引風機的動葉開度為25%，B 引風機的動葉開度為28%，兩組引風機的動葉執(zhí)行控制方式主要采用的是自動控制模式。在調(diào)試過程中，對B 引風機執(zhí)行動力控制時出現(xiàn)了B 引風機失速情況，隨后引起A 引風機出現(xiàn)了出力受阻情況。由于兩個引風機動力控制處于自動控制狀態(tài)，B 引風機出現(xiàn)失速引起A 引風機出力受限，為了實現(xiàn)A引風機有效出力需增加引風機動葉角度。通過調(diào)整，A 引風機動葉開度增加到66%，B 引風機動葉開度逐漸減小，經(jīng)過風機控制人員干預后對B 引風機停止運行一次。

從上述情況分析，出現(xiàn)問題B 引風機雖是主要誘因，但還存在其它因素的影響，這種因素可能存在于引風機的葉片本身，引風機葉片本身如果有設計缺陷也會引起風機的失速和喘振。同時在本次檢查中還發(fā)現(xiàn)風機安裝的喘振探頭在本次事故中沒有發(fā)揮作用，其作用本應是當引風機運行到喘振區(qū)間時探頭會發(fā)出警報，同時會干預引風機的自動控制系統(tǒng)，并將發(fā)生喘振的引風機動葉調(diào)整到25度。本次故障發(fā)生后，主要采用的措施是對B 引風機開展檢查工作并對不合理部位進行調(diào)整；然后是對喘振探頭開展檢修工作，再次驗證喘振探頭功能，然后投入正常運行。

2018年5月2 號機組的A 引風機出現(xiàn)了一次喘振和失速情況，但該次出現(xiàn)時間較短，且出現(xiàn)該種現(xiàn)象時引風機的喘振探頭工作正常，所以引風機能夠很快恢復正常運轉。在該年的大型檢修期間對兩臺引風機都開展了全面的維修檢查工作，發(fā)現(xiàn)兩個引風機動葉角度都有偏差，而且最大偏差已達到3度；還發(fā)現(xiàn)兩個引風機葉片的徑向間隙也出現(xiàn)超差問題。這些在檢修中找出的問題都采取了相應的方法進行逐一解決，使引風機正常運行。

2 引風機失速發(fā)生時的檢查

引風機設備的檢查?？蓮囊痫L機失速和喘振的四個方面開展檢修：引風機出現(xiàn)失速和喘振現(xiàn)象和兩臺引風機動葉角度不一致有關系，需著重對該方面問題開展檢查；一臺引風機自身的前后兩級動葉角度不一致，該種情況下會引起風機出現(xiàn)失速和喘振現(xiàn)象，需注重檢查；一臺引風機中的動葉，在每一級中如出現(xiàn)動葉角度不一致問題也會引起失速和喘振問題；引風機在長期運行過程中如葉片出現(xiàn)結垢，也會引起風機失速和喘振[1]。

風道設計的相關參數(shù)檢查。引風機失速和喘振情況和風機設計的參數(shù)可能有關系，因此還需對設計的引風機參數(shù)開展檢查，其主要有兩個方面：引風機的參數(shù)設計中，如出現(xiàn)兩側風機對應風道阻力不相同情況下會引起引風機的失速和喘振問題；引風機參數(shù)設計過程中，風機的進口阻力設計太大會引起引風機的失速和喘振[2]。

引風機執(zhí)行機構設備檢查。引風機中執(zhí)行機構設備出現(xiàn)問題也會影響風機失速和喘振問題，可從兩個方面開展檢查：執(zhí)行機構動作角度和風機內(nèi)部動葉執(zhí)行角度不一致情況下會引起風機的失速和喘振現(xiàn)象；執(zhí)行機構信號出現(xiàn)晃動會引起風機失速和喘振現(xiàn)象，執(zhí)行機構動作太快也會引起風機的失速和喘振[3]。

邏輯回路檢查和測量系統(tǒng)檢查。引風機系統(tǒng)中如邏輯回路或測量系統(tǒng)出現(xiàn)問題會引起風機的失速和喘振，具體包括兩方面：喘振探頭主要作用是控制風機失速和喘振情況，因此在發(fā)生風機失速和喘振時首先需檢查喘振探頭是否安裝正確；風機出現(xiàn)喘振和報警系統(tǒng)是否有效運轉有關系，因此還需對報警系統(tǒng)開展檢查工作。

3 引風機失速的防治措施

引風機出現(xiàn)失速現(xiàn)象可能是多方因素造成，如在引風機的選型出現(xiàn)問題、制作質(zhì)量不過關、安裝不科學、調(diào)試不科學、運行不科學等方面的因素都會引起引風機出現(xiàn)失速，為保證引風機能夠正常運行需要嚴格保證以上各項工序質(zhì)量。

3.1 引風機的選型和設計

引風機的選型非常重要，一般火力發(fā)電廠在選擇引風機時會交由設計單位選型設計。設計單位在選型設計時需火力發(fā)電廠提供使用參數(shù)，在提供參數(shù)時除燃煤所需要風量外，還需考慮由于煤炭種類改變帶來的參數(shù)因素、介質(zhì)溫度變化帶來的參數(shù)影響、管道變化帶來的影響和風機特性變化帶來的影響。其實影響因素還有許多，因此在選擇引風機型號時引風機風量增加需有一定裕度。同時在提供設計單位風機使用參數(shù)時，需考慮因計算因素導致阻力計算時出現(xiàn)誤差，而且這種誤差是客觀存在，所以還需考慮引風機壓力裕度。

3.2 風煙道阻力的影響

在電廠實際運行中，當風煙系統(tǒng)按設計進行安裝試運后風煙系統(tǒng)的管道特性已確定，但風煙系統(tǒng)的管道阻力是會隨機組的運行受多種因素影響而發(fā)生變化，進而影響引風機的正常運行導致出現(xiàn)失速和喘振。

具體有：空氣預熱器、脫硝塔發(fā)生堵塞或嚴重積灰造成煙道阻力增大，使引風機運行在不穩(wěn)定工況區(qū)。隨著環(huán)保超低排放要求脫硝系統(tǒng)的運行出力增大，產(chǎn)生的硫酸氫銨增多導致空氣預熱器堵塞現(xiàn)象普遍存在。因此采取有效措施控制脫硝塔氨氣逃逸率、合理安排吹灰頻次，確保煙風道暢通，減小風煙道阻力，防止引風機出現(xiàn)失速和喘振；煙風門、擋板卡澀或操作不當誤關造成煙道阻力增大。檢修人員應加強定檢定修，及時發(fā)現(xiàn)和處理卡澀或指示與開度不一致的煙風門、擋板，運行人員要保證操作質(zhì)量；鍋爐本體或尾部煙道漏風嚴重會使煙氣體積相應增大、煙氣流動速度變快，爐膛內(nèi)部溫度就會隨著降低，導致燃料燃燒不完全不充分，使煙道尾部的受熱面發(fā)生堵灰，從而導致風煙道的阻力增大，風機的運行工況點進入非穩(wěn)定的工作區(qū)域，發(fā)生失速的現(xiàn)象。因此檢修計劃中要專門安排對風煙系統(tǒng)磨損和堵塞排查和處理工作，有條件的要進行風煙系統(tǒng)的風壓試驗，確保風煙道的阻力特性不變；鍋爐負荷變化幅度大或煤種偏離。在低負荷運行下當鍋爐負荷發(fā)生較大的幅度波動時、或?qū)嶋H入爐煤種偏離設計煤種，尤其是在煤種當中的灰分或硫分超量時，燃燒產(chǎn)生的煙氣中就會產(chǎn)生大量鐵離子和硫酸鹽，使煙道系統(tǒng)中的空氣預熱器、脫硝塔等結渣堵灰造成風煙道的阻力增大，如長時間沒有進行解決就會破壞風煙道的阻力特性曲線，造成引風機失速的現(xiàn)象。

影響風煙道阻力的因素有很多，造成引風機失速和喘振后，通過限制機組負荷、降低鍋爐送引風量、迅速關小失速引風機動葉等方式避免引風機進去失速區(qū)或盡快回到穩(wěn)定工況區(qū)運行，這些都是應急的處理方法。只有確保風煙道暢通、減小風煙道阻力才能真正起到預防風機失速和喘振的作用。如運行中保證空氣預熱器蓄熱片積灰能夠及時清除，空氣預熱器風、煙側前后壓差控制在設計值范圍內(nèi)；根據(jù)環(huán)境溫度與煤含硫量的變化及時投入熱風再循環(huán)或暖風器，避免空氣預熱器冷端腐蝕造成風阻增大；正常運行中盡量保持兩臺引風機的出力相平衡等。

3.3 運行控制

在一定的煙氣流通流量下，管路阻力越大引風機出口風壓越高引風機運行越接近于不穩(wěn)定工況區(qū)；在系統(tǒng)阻力情況不變的情況下，引風機出力越小引風機運行點越接近不穩(wěn)定工況區(qū)。如果是在低負荷區(qū)域出現(xiàn)失速，如引風機啟動之初存在較大的初始工作阻力而風機葉片開度尚未打開、通風流量偏低，此時宜迅速增加風機葉片開度增加通風流量以脫離失速區(qū)，此種情況常見于火力發(fā)電廠的濕法煙氣脫硫系統(tǒng)。如果是在高負荷區(qū)域出現(xiàn)失速，此時宜適當降低引風機開度以脫離失速區(qū)。

兩臺引風機并列運行工況下更易出現(xiàn)風機失速的情況，尤其是兩臺引風機的出力差別較大時，此時出力較大的引風機已在引風機出入口形成較大的壓升，此壓升將同時作用于出力較小的引風機兩端，由此使該臺出力較小的風機處在了高壓升、低流量的工況下從而易形成引風機的失速。一旦發(fā)生并列引風機失速應迅速關小失速風機的動葉，相應關小未失速風機的導葉開度，使并列運行的兩臺引風機動葉開度、電流相接近，是使引風機快速脫離失速區(qū)域的解決辦法。

3.4 引風機失速的監(jiān)測控制

除在正常運行中注意使引風機避免長時間處在失速區(qū)運行外，對引風機的失速進行監(jiān)測和預警非常必要。當前常用方法是采用風壓探針測定風機某一部位的風壓情況，由壓力開關最終生成失速信號，根據(jù)所測風壓的變化來判斷引風機是否出現(xiàn)失速。而風壓的取壓點測點位置、風壓的失速判斷值等，則因風機生產(chǎn)廠家、設備類型等有所不同。由失速信號所關聯(lián)的相關聯(lián)鎖保護，目前各家風機制造廠家所做的設定是延時數(shù)秒(常見有15秒、30秒)后停機保護動作，國外有制造廠家另外還有在失速信號出現(xiàn)后立即減小導葉開度至安全區(qū)的設定。

在實際的調(diào)試及運行過程中，上述邏輯所存在的缺陷曾導致機組煙風系統(tǒng)巨大擾動。某600MW機組在滿負荷運行過程中，脫硫增壓風機失速信號出現(xiàn)動作(持續(xù)時間不到5秒)，導致增壓風機葉片開度強制減少，從而使引風機出口壓力迅速竄升，引風機進入失速區(qū)，鍋爐爐膛負升至1000Pa 以上險些觸發(fā)MFT。除聯(lián)鎖保護的邏輯設定存在一定盲區(qū)之外，感壓元件的不穩(wěn)定性也會引發(fā)此類意外。失速信號感壓元件通常安裝于引風機本體上，在引風機振動等外因的干擾下易出現(xiàn)動作值漂移，出現(xiàn)誤動的可靠性較大，也易造成不必要的引風機保護動作。

對上述聯(lián)鎖保護進行調(diào)整可通過兩種方法進行：在既有失速信號僅有單個信號監(jiān)測的情況下，宜將其后續(xù)聯(lián)鎖取消，調(diào)整為僅有報警作用；提高失速信號的可靠性，如設三個失速信號進行三取二的判斷，在確認失速信號動作后觸發(fā)聯(lián)鎖動作，同時原有的聯(lián)鎖也要進行調(diào)整以避免出現(xiàn)引風機出口憋壓的情況。除完成引風機常規(guī)調(diào)試項目外，必須對引風機制造廠提供的理論失速曲線按現(xiàn)場條件進行修正，進而標定特定環(huán)境下風機真實的理論失速曲線及實際操作控制曲線。

出現(xiàn)引風機的失速現(xiàn)象和設計、制造、安裝、運行工況和方式等都有密切關系。因此控制引風機失速問題需嚴格控制設計參數(shù)，控制生產(chǎn)程序和安裝程序，合理安排引風機的運行工況和方式，加強風煙系統(tǒng)的定檢定修工作，做好以上控制工作可有效防止引風機失速問題的出現(xiàn)，確保機組的安全穩(wěn)定運行，提高機組的運行經(jīng)濟效益。