大型鍋爐引風(fēng)機(jī)失速、喘振異常的分析與探討(1)

     某電廠 300 MW 鍋爐在運(yùn)行中發(fā)生引風(fēng)機(jī)失速、喘振異常。經(jīng)分析，其原因是風(fēng)機(jī)的選型不合理，在低負(fù)荷工況時(shí)引風(fēng)機(jī)落入不穩(wěn)定工作區(qū)運(yùn)行。因此提出并實(shí)施合理的引風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式，保證了引風(fēng)機(jī)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。同時(shí)建議今后新建電站鍋爐風(fēng)機(jī)選型或風(fēng)機(jī)改造時(shí)應(yīng)根據(jù)選型工況(TB)、MCR 工況、ECR 工況、50%BMCR 工況、不投油最低穩(wěn)燃工況及鍋爐點(diǎn)火啟動(dòng)工況選擇風(fēng)機(jī)的型式和型號大小，確保風(fēng)機(jī)在穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)運(yùn)行，且失速裕度足夠；同時(shí)電廠應(yīng)編制具體的風(fēng)機(jī)規(guī)程，防止類似現(xiàn)象發(fā)生。
1 設(shè)備概況
    某電廠二期工程 2×300 MW 機(jī)組鍋爐系上海鍋爐廠有限公司 SG-1025/17.5-M720 型亞臨界鍋爐，1 號鍋爐于 2008年 4 月投產(chǎn)。鍋爐采用中間儲(chǔ)倉式制粉系統(tǒng)、四角切圓燃燒方式，設(shè)計(jì)燃用貧煤，配用的引風(fēng)機(jī)為上海鼓風(fēng)機(jī)廠有限公司引進(jìn)德國 TLT 公司技術(shù)設(shè)計(jì)制造的 G158/180 型靜葉可調(diào)軸流式通風(fēng)機(jī)，系子午加速軸流引風(fēng)機(jī)，其設(shè)計(jì)規(guī)范如表所示。

    TB(Test Block)，風(fēng)機(jī)選型工況，我國電站風(fēng)機(jī)的選型參數(shù)是按鍋爐最大連續(xù)出力工況（BMCR）所需的風(fēng)（煙）量和風(fēng)（煙）系統(tǒng)計(jì)算阻力加上 15%的富裕量確定的，此工況點(diǎn)的風(fēng)量、風(fēng)壓為風(fēng)機(jī)能力考核點(diǎn)。BMCR(Boiler Maximum Continue Rate)，風(fēng)機(jī)效率考核工況，在鍋爐最大連續(xù)出力工況時(shí)進(jìn)行風(fēng)機(jī)效率測試考核。
2 引風(fēng)機(jī)失速、喘振異常現(xiàn)象
    1 號鍋爐冷態(tài)通風(fēng)試驗(yàn)和整套啟動(dòng)期間，發(fā)現(xiàn)兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)存在失速、喘振異常現(xiàn)象，對引風(fēng)機(jī)出口氣動(dòng)擋板、進(jìn)口擋板進(jìn)行詳細(xì)檢查，開關(guān)到位；對引風(fēng)機(jī)靜葉開度進(jìn)行詳細(xì)核對，兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)的靜葉開度與實(shí)際指示一致，同時(shí)對電除塵內(nèi)部及煙道進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)明顯的阻流障礙物和異物。
    試運(yùn)期間，鍋爐燃用接近設(shè)計(jì)煤種，引風(fēng)機(jī)失速、喘振異常主要表現(xiàn)為：
(1) 啟動(dòng)初期， 無法通過調(diào)整靜葉開度來調(diào)平兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)電流， 尤其是靠近煙囪側(cè)的 2 號引風(fēng)機(jī)電流較 1 號引風(fēng)機(jī)偏大。
(2) 200 MW 以下負(fù)荷運(yùn)行時(shí)， 兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)易出現(xiàn)搶風(fēng)現(xiàn)象，當(dāng)吹灰和啟停排粉機(jī)時(shí)，爐膛負(fù)壓出現(xiàn)正弦波擺動(dòng)（-200～300 Pa 左右，最高達(dá) 500 Pa） ，就地?zé)煹勒駝?dòng)劇烈、聲音刺耳； 只有當(dāng)兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)的電流偏差在 20 A， 即一臺(tái)引風(fēng)機(jī)電流 105 A，另一臺(tái) 85 A 時(shí)，方可保持爐膛負(fù)壓穩(wěn)定。
(3) 負(fù)荷 200～260 MW 時(shí)，電流偏差較小，約 10 A，抗干擾性增強(qiáng)；但是當(dāng)干擾較大時(shí)，如給煤機(jī)斷煤，石家莊風(fēng)機(jī)廠兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)的電流均有 8 A 的波動(dòng)，有時(shí)甚至達(dá) 30 A 波動(dòng)。
(4) 負(fù)荷高于 260 MW 時(shí)，兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)的電流很少出現(xiàn)波動(dòng)， 爐膛負(fù)壓穩(wěn)定， 兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)的電流可以穩(wěn)定在 120A左右運(yùn)行。但是，如增加 1 號引風(fēng)機(jī)的靜葉開度時(shí)，其電流增加不明顯；若增加 2 號引風(fēng)機(jī)的靜葉開度時(shí)，1 號引風(fēng)機(jī)的電流會(huì)降低， 2 號引風(fēng)機(jī)的電流可以增加至 135 A 左右， 1號引風(fēng)機(jī)的電流則降至 115 A 左右， 兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)可以保持穩(wěn)定運(yùn)行。
(5) 兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)的電流不能調(diào)整至 135 A 以上運(yùn)行。
(6) 不能投入鍋爐負(fù)壓自動(dòng)。從以上現(xiàn)象可知，在機(jī)組中、低負(fù)荷區(qū)域引風(fēng)機(jī)易發(fā)生異常，在高負(fù)荷不易發(fā)生。需要指出的是，同類型鍋爐配上海鼓風(fēng)機(jī)廠有限公司的 G158/219 型靜葉可調(diào)軸流式通風(fēng)機(jī)在貴州某電廠兩臺(tái)機(jī)組鍋爐引風(fēng)機(jī)上也發(fā)生以上類似異常。
3 引風(fēng)機(jī)失速、喘振異常原因分析
3.1 風(fēng)機(jī)失速的危害
    對風(fēng)機(jī)本身而言，若在失速區(qū)域長時(shí)間運(yùn)行，將導(dǎo)致葉片斷裂，且葉輪的機(jī)械部件也可能損壞。英國 HOWDENVARLAX 公司有明確規(guī)定：風(fēng)機(jī)在失速區(qū)內(nèi)累積運(yùn)行時(shí)間不能超過 15 h，否則要更換葉片。對機(jī)組而言，若風(fēng)機(jī)發(fā)生失速，造成風(fēng)機(jī)跳閘，將直接聯(lián)鎖單側(cè)通風(fēng)組停止，機(jī)組減負(fù)荷；間接地引起爐膛正壓或負(fù)壓超限，鍋爐發(fā)生 MFT，聯(lián)鎖機(jī)組跳閘。 因此， 軸流風(fēng)機(jī)運(yùn)行中必須防止其發(fā)生失速。
3.2 失速與喘振的區(qū)別與聯(lián)系
(1) 失速是葉片結(jié)構(gòu)特性造成的一種空氣動(dòng)力工況。 失速的基本特性由開始至結(jié)束都有它自身的規(guī)律， 不受系統(tǒng)容積形狀影響； 而喘振是風(fēng)機(jī)與系統(tǒng)耦合后的振蕩特性的表現(xiàn)形式，其振幅、頻率等受風(fēng)道容積的節(jié)制。
(2) 失速是軸流式風(fēng)機(jī)基本屬性， 每個(gè)葉輪都會(huì)有發(fā)生失速的不穩(wěn)定工況，它是隱形的，只有用高靈敏度儀器、高頻測試器才能探測； 而喘振是顯形的， 當(dāng)喘振發(fā)生時(shí)， 流量、壓力和功率的脈動(dòng)及伴隨的噪聲，一般很明顯，甚至非常激烈。 但喘振發(fā)生要有一定的條件，IC解密 同一風(fēng)機(jī)裝于不同系統(tǒng)中，有的發(fā)生喘振，有的就不發(fā)生。
(3) 失速發(fā)生時(shí)， 盡管葉輪附近的工況有波動(dòng)， 但整臺(tái)風(fēng)機(jī)的流量、壓力和功率基本是穩(wěn)定的，可連續(xù)運(yùn)行；而喘振發(fā)生時(shí)，因流量、壓力和功率大幅度脈動(dòng)，無法維持正常運(yùn)行。
(4) 失速時(shí)，風(fēng)機(jī)特性曲線可以測得；但喘振時(shí)，因工況脈動(dòng)，無法進(jìn)行正常的測量。
(5) 喘振僅僅發(fā)生于風(fēng)機(jī)特性曲線中從頂峰以左的坡度區(qū)段，其壓力降低是失速造成的；而失速現(xiàn)象存在于頂峰以左的整個(gè)區(qū)段石家莊市風(fēng)機(jī)廠。兩者是密切相關(guān)的，失速的存在是喘振發(fā)生的原因。
3.3 引風(fēng)機(jī)失速、喘振異常原因分析
    從機(jī)組運(yùn)行實(shí)際情況看，在燃用設(shè)計(jì)煤種，機(jī)組 300MW 負(fù)荷下，由于汽輪機(jī)側(cè)真空低，鍋爐蒸汽流量近 1000t/h，接近 BMCR 工況，此時(shí)兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)電流均為 125 A，而引風(fēng)機(jī)額定電流 215 A，不到額定電流的 60%，說明引風(fēng)機(jī)裕量偏大。
    從圖可知，該風(fēng)機(jī)性能特性曲線較為陡峭，特別是在引風(fēng)機(jī)中、低負(fù)荷區(qū)域。這意味著風(fēng)機(jī)在該區(qū)域運(yùn)行，即使是一個(gè)微小的擾動(dòng)，有可能造成流量、壓力大幅度波動(dòng)，功率也大幅度波動(dòng)，風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況不能完全落在穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)，或在穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)、但失速裕度不夠，易引起引風(fēng)機(jī)失速、喘振異常。另外，當(dāng)鍋爐在高負(fù)荷運(yùn)行，兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)運(yùn)行，由于引風(fēng)機(jī)裕量大，引風(fēng)機(jī)也不可能在風(fēng)機(jī)高效區(qū)運(yùn)行。
目前我國引風(fēng)機(jī)選型系按鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量所需的風(fēng)（煙）量和風(fēng)（煙）系統(tǒng)計(jì)算阻力加上一定的富裕量確定的，即根據(jù)風(fēng)機(jī)選型工況（TB） 、BMCR 工況點(diǎn)確定風(fēng)機(jī)容量、規(guī)格、及主要設(shè)計(jì)參數(shù)，沒有考慮鍋爐在中低負(fù)荷工況時(shí)引風(fēng)機(jī)對應(yīng)的工況點(diǎn)的參數(shù)， 也就是風(fēng)機(jī)選型沒有考慮機(jī)組滿發(fā)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工況（ECR） 、50%BMCR 工況、不投油最低穩(wěn)燃工況及鍋爐點(diǎn)火啟動(dòng)等工況點(diǎn)的參數(shù)， 造成引風(fēng)機(jī)不能滿足中低負(fù)荷工況的需要。