軸流風(fēng)機(jī)喘振分析及預(yù)防

張哲宏

（同華發(fā)電有限公司，山西 忻州 034114）

現(xiàn)代大型火力發(fā)電廠鍋爐送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)配套采用軸流式風(fēng)機(jī)較為普遍，軸流式風(fēng)機(jī)在運(yùn)行中維護(hù)或調(diào)節(jié)不當(dāng)而出現(xiàn)的喘振現(xiàn)象，給鍋爐的安全運(yùn)行造成了很大的安全隱患。

1 軸流風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)

風(fēng)機(jī)是發(fā)電廠鍋爐設(shè)備中的重要輔機(jī)之一，在鍋爐上的應(yīng)用主要是送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)等。具有如下特點(diǎn)。

a）其調(diào)節(jié)效率高，并可使風(fēng)機(jī)在高效率區(qū)域內(nèi)工作，運(yùn)行費(fèi)用較離心風(fēng)機(jī)明顯降低。

b）對風(fēng)道系統(tǒng)風(fēng)量變化的適應(yīng)性優(yōu)于離心風(fēng)機(jī)，風(fēng)量、風(fēng)壓的變化對風(fēng)機(jī)的效率影響較小。

c）配用電機(jī)的造價(jià)比離心風(fēng)機(jī)低。

d）軸流風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)子在結(jié)構(gòu)上要比離心式風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)子復(fù)雜，旋轉(zhuǎn)部件多，制造精度要求高，葉片材料的質(zhì)量要求也高。

e）軸流風(fēng)機(jī)的噪聲在性能相同下比離心風(fēng)機(jī)要高。

2 軸流風(fēng)機(jī)在運(yùn)行中的問題

軸流風(fēng)機(jī)在運(yùn)行中風(fēng)機(jī)發(fā)生喘振，將造成風(fēng)機(jī)的流量、全壓和功率產(chǎn)生脈動(dòng)或大幅度脈動(dòng)，同時(shí)伴有明顯的噪聲，損壞風(fēng)機(jī)與管道系統(tǒng)，使?fàn)t膛負(fù)壓大幅度波動(dòng)，一、二次風(fēng)壓大幅度波動(dòng)，甚至觸發(fā)MFT，嚴(yán)重影響著鍋爐的安全運(yùn)行。

3 軸流風(fēng)機(jī)發(fā)生喘振的原因

軸流式風(fēng)機(jī)的性能曲線是一組帶有駝峰形狀的曲線，見圖1。

圖1 軸流式風(fēng)機(jī)P-Q性能曲線

風(fēng)機(jī)動(dòng)葉處的每一角度下都有一條與之對應(yīng)的曲線，每一條曲線都具有一個(gè)最高風(fēng)壓點(diǎn)，通常稱為臨界點(diǎn)。不同動(dòng)葉角度下曲線臨界點(diǎn)左半段有重合的部分，臨界點(diǎn)右半段則為動(dòng)葉角度與曲線相對應(yīng)。軸流風(fēng)機(jī)的流量與壓頭、效率、功率有一一對應(yīng)關(guān)系，但是風(fēng)機(jī)本身不能決定自己的工作點(diǎn)，風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)取決于外界的負(fù)荷特性，即風(fēng)道性能曲線。風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)就是風(fēng)道性能曲線與P－Q性能曲線的交點(diǎn)。

以A、B兩臺并列運(yùn)行的軸流風(fēng)機(jī)為例進(jìn)行分析（實(shí)際運(yùn)行中兩臺風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)也不會(huì)完全相同，可能交替變化或者保持一定的差值）。通風(fēng)系統(tǒng)正常狀態(tài)下，A、B兩臺風(fēng)機(jī)風(fēng)量為QA、QB，對應(yīng)風(fēng)機(jī)出口全風(fēng)壓為P1，風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)分別在圖1中a、b位置上，這時(shí)的工作點(diǎn)都處在各自動(dòng)葉角度下P－Q性能曲線臨界點(diǎn)的右半段，風(fēng)機(jī)處在穩(wěn)定狀態(tài)運(yùn)行。即使兩臺風(fēng)機(jī)動(dòng)葉角度不一致或風(fēng)量有較大偏差也能穩(wěn)定運(yùn)行。

由于某種因素導(dǎo)致通風(fēng)系統(tǒng)阻力增加，如：空預(yù)器堵灰、煙風(fēng)系統(tǒng)操作閥門等，導(dǎo)致風(fēng)道性能曲線發(fā)生變化，A、B風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)將出現(xiàn)上移現(xiàn)象。如圖1所示，假設(shè)此時(shí)2臺風(fēng)機(jī)仍需要保持風(fēng)量，由于通風(fēng)系統(tǒng)阻力增加，勢必要開大風(fēng)機(jī)的動(dòng)葉角度，提高出口全風(fēng)壓來維持風(fēng)量不變。這時(shí)相應(yīng)工作點(diǎn)要上移。當(dāng)通風(fēng)系統(tǒng)阻力增大到一定數(shù)值時(shí)，A、B風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)將上移至a′、b′位置。a′已是A風(fēng)機(jī)此時(shí)動(dòng)葉角度下P－Q性能曲線上的臨界點(diǎn)。B風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)b′則以微小差值仍處在相應(yīng)動(dòng)葉角度下P－Q性能曲線上的臨界點(diǎn)的右端，這時(shí)系統(tǒng)壓力為P2。在A風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)上移至a′時(shí)，即到達(dá)了喘振的邊緣。此狀態(tài)下系統(tǒng)壓力一旦出現(xiàn)波動(dòng)，系統(tǒng)壓力與A風(fēng)機(jī)的全風(fēng)壓之間就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)微壓差，在這個(gè)壓差的作用下，A風(fēng)機(jī)風(fēng)量受阻，風(fēng)機(jī)出口的流速、總壓頭隨之下降，系統(tǒng)壓力與A風(fēng)機(jī)全風(fēng)壓之間的壓差進(jìn)一步增大,A風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、壓頭繼續(xù)下降。這一過程處在惡性循環(huán)變化之中，直至A風(fēng)機(jī)全風(fēng)壓崩潰，風(fēng)量倒流入風(fēng)機(jī)。A風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)沿P－Q性能曲線滑向左端，即是軸流式風(fēng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)生喘振的過程。

受A風(fēng)機(jī)喘振影響,系統(tǒng)壓力有所下降，B風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)對應(yīng)的系統(tǒng)壓力沿P－Q性能曲線迅速移向右下方,風(fēng)量急劇增加,系統(tǒng)壓力由B風(fēng)機(jī)維持。但隨著系統(tǒng)的壓力進(jìn)一步降低，A風(fēng)機(jī)又開始出力，系統(tǒng)壓力升高，A、B風(fēng)機(jī)沿著各自的P－Q性能曲線臨界點(diǎn)的右半段迅速移向左上方。在系統(tǒng)所需風(fēng)量與壓力不變的情況下，重復(fù)著上述過程，不同的是這一次可能是B風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)的這種“出力—不出力—出力”的循環(huán)頻率與風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的振蕩頻率合拍時(shí)，形成共振，即風(fēng)機(jī)發(fā)生喘振。

4 軸流風(fēng)機(jī)喘振的預(yù)防及處理

4.1 軸流風(fēng)機(jī)喘振的預(yù)防

由上述分析可知，軸流式風(fēng)機(jī)在運(yùn)行中發(fā)生喘振是通風(fēng)系統(tǒng)阻力增加造成的。鍋爐通風(fēng)系統(tǒng)阻力增加的主要原因如下。

4.1.1 鍋爐暖風(fēng)器堵塞和空氣預(yù)熱器堵灰

a）鍋爐暖風(fēng)器堵塞是由于鍋爐運(yùn)行中暖風(fēng)器系統(tǒng)疏水不徹底，造成系統(tǒng)振動(dòng)發(fā)生泄漏或是由于設(shè)計(jì)不合理，通流面積小而造成的。運(yùn)行中要對暖風(fēng)器系統(tǒng)加強(qiáng)監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)振動(dòng)要及時(shí)調(diào)整。

b）空氣預(yù)熱器堵灰往往是由于燃煤灰分大，長時(shí)間低負(fù)荷運(yùn)行、煙氣流速低以及低溫腐蝕、煤油混燃造成的。因此在運(yùn)行中要加強(qiáng)空預(yù)器前后差壓的監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)差壓增大，要及時(shí)調(diào)整空預(yù)器吹灰參數(shù)，增加吹灰次數(shù)來預(yù)防由于煤質(zhì)而造成的空預(yù)器堵灰問題。對于低溫腐蝕，要及時(shí)地根據(jù)煤質(zhì)含硫情況以及負(fù)荷的高低調(diào)整空預(yù)器的冷端綜合溫度，使之大于酸露點(diǎn)。其次，在日常運(yùn)行中，還要關(guān)注空預(yù)器吹灰系統(tǒng)的疏水，確保蒸汽的過熱度。并利用停爐機(jī)會(huì)，對空預(yù)器進(jìn)行水沖洗，徹底清除空預(yù)器積灰。

4.1.2 風(fēng)煙系統(tǒng)上的擋板調(diào)節(jié)不當(dāng)

造成風(fēng)煙系統(tǒng)擋板大幅波動(dòng)的主要原因是由于運(yùn)行操作調(diào)整中調(diào)整幅度大，引起系統(tǒng)的壓力大幅度變化，造成風(fēng)機(jī)喘振。因此在鍋爐正常運(yùn)行中，運(yùn)行人員必須養(yǎng)成良好的操作習(xí)慣，風(fēng)煙系統(tǒng)擋板禁止大開大關(guān)（事故情況除外），應(yīng)當(dāng)精調(diào)、細(xì)調(diào)，將擾動(dòng)減小到最低程度。

4.1.3 風(fēng)機(jī)特性造成喘振

a）由于檢修質(zhì)量問題，致使兩臺并列風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)特性可能在某一區(qū)間存在差別，當(dāng)鍋爐負(fù)荷達(dá)到一定數(shù)值后，一臺風(fēng)機(jī)就壓制住另一臺風(fēng)機(jī)的出力，系統(tǒng)壓力降低，形成喘振。

b）風(fēng)機(jī)動(dòng)葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)本身故障時(shí)，誘發(fā)風(fēng)機(jī)喘振。當(dāng)風(fēng)機(jī)動(dòng)葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)由于失去反饋，或是動(dòng)葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)脫開，致使風(fēng)機(jī)瞬間失去控制或是不動(dòng)作。使故障風(fēng)機(jī)出力達(dá)到最大或最小。

4.2 軸流風(fēng)機(jī)喘振的處理

a）軸流風(fēng)機(jī)發(fā)生喘振后，首先必須迅速地將機(jī)組的運(yùn)行方式切為“機(jī)跟隨”，快速拉掉一臺上排磨，快速地降低鍋爐負(fù)荷，投油助燃。鍋爐運(yùn)行穩(wěn)定后，逐步將喘振風(fēng)機(jī)從系統(tǒng)中解列出來。如果是一次風(fēng)機(jī)發(fā)生喘振必須關(guān)注一次風(fēng)壓，磨煤機(jī)的風(fēng)量，防止因通風(fēng)量不足，造成堵磨或是滅火；如果是送風(fēng)機(jī)發(fā)生喘振必須關(guān)注二次風(fēng)壓，爐膛出口氧量，防止?fàn)t膛因缺氧而滅火。喘振風(fēng)機(jī)從系統(tǒng)解列出來以后，根據(jù)當(dāng)時(shí)鍋爐燃燒情況，盡可能降低系統(tǒng)的一次或是二次風(fēng)壓（主要是針對一次風(fēng)壓，因?yàn)橄到y(tǒng)壓力越低越好并列），將另一臺風(fēng)機(jī)投自動(dòng)，逐步將喘振風(fēng)機(jī)并入系統(tǒng)，恢復(fù)鍋爐正常運(yùn)行。

b）對于由于風(fēng)機(jī)動(dòng)葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障誘發(fā)的喘振，在處理方法上應(yīng)區(qū)別對待。當(dāng)判斷為風(fēng)機(jī)動(dòng)葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障時(shí)，如果故障風(fēng)機(jī)已經(jīng)不出力，在采取了鍋爐穩(wěn)燃措施后，應(yīng)及時(shí)將故障風(fēng)機(jī)停運(yùn)檢修。如果故障風(fēng)機(jī)由于失去控制出力達(dá)最大，應(yīng)逐步降低鍋爐負(fù)荷，將所有磨煤機(jī)退出運(yùn)行，停運(yùn)故障風(fēng)機(jī)。在此過程中將故障風(fēng)機(jī)切為手動(dòng)方式，保持指令不變，禁止調(diào)整和試驗(yàn)。全部磨煤機(jī)停運(yùn)后，停運(yùn)故障風(fēng)機(jī)檢修。故障風(fēng)機(jī)停運(yùn)后，再逐步將鍋爐恢復(fù)至單臺風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式。

5 結(jié)論

風(fēng)機(jī)發(fā)生喘振后，應(yīng)及時(shí)根據(jù)當(dāng)時(shí)的工況，仔細(xì)分析，果斷處理，防止事故的擴(kuò)大和設(shè)備損壞。