李清华
（福建鸿山热电有限责任公司 362712）
摘要：国产超临界600MW机组一次风机选型，大部分电厂为节省厂用电，降低生产成本而选用双级动叶可调轴流一次风机，但双级动叶可调一次风机实际运用中，时常发生单台一次风机失速情况，严重影响设备可靠性和危及机组安全运行。本文介绍福建鸿山热电有限责任公司在保证满足制粉系统风量和风压的前提条件下降低一次风机系统一次风压，使一次风机工作点远离风机失速区，提高一次风机运行稳定性，并总结单台一次风机失速事故处理经验，优化处理方法。
关键词：一次风机 失速 降压运行 并风机
1 前言
福建鸿山热电有限责任公司（以下简称鸿山热电）2×600MW超临界供热机组，锅炉容量1962T/H，是哈尔滨锅炉厂生产的超临界变压运行、单炉膛、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构π型直流炉。每台锅炉配有2台克容式三分仓空预器，6台北京电力设备总厂制造的ZGM113G型中速辊式磨煤机，2台豪顿华生产的双级轴流动叶可调一次风机，型号ANT-1875/1250N，动叶调节范围+10°～+55°，风量111m3/s，全压16730 Pa，转速1490rpm。鸿山热电厂2010年5月开始调试，2011年1月全部投产发电，到2013年5月17日，前后发生十几次一次风失速事故，严重影响锅炉制粉系统运行安全和锅炉燃烧，极易造成锅炉全炉膛灭火。经调取多次事故参数历史曲线，和利用停机检查一次风机系统各挡板、空气预热器积灰程度、一次风机动叶安装角度以及测量动叶叶顶与外壳间隙进行综合分析，发现一次风系统烟道阻力正常，一次风系统运行压力相对风机实际运行曲线而言有所偏高，造成风机工作点靠近失速区，系统稍有波动，一台风机工作点极易落入失速区，而导致一次风机失速。
2 风机失速基本原理
轴流风机叶片通常为机翼型，叶片气流方向如图1所示，当空气顺着机翼叶片进口端（α＝0），按图1（a）所示的流向流入时，它分成上下两股气流贴着翼面流过，叶片背部和腹部的平滑边界层处的气流呈流线形。作用于叶片上有两种力，一是垂直于叶面的升力，另一种是平行于叶片的阻力，升力≥阻力。当空气流入叶片的方向偏离叶片的进口角，它与叶片形成正冲角（α＞0），如图1（b）所示。在接近于某一临界值时（临界值随叶型不同而异），叶背的气流工况开始恶化。当冲角增大至临界值时，叶背的边界层受到破坏，在叶背的尾段出现涡流区，即所谓的“失速”现象。随着冲角α的增大，气流的分离点向前移动，叶背的涡流区从尾端扩大到叶背部。脱离现象更为严重，甚至出现部分流道阻塞的情况。此时作用于叶片的升力大幅度降低，阻力大幅度增加，压头降低。
3 鸿山热电一次风机失速分析
2013年5月17日白班，#2机组负荷480MW，五套制粉系统运行，总煤量185T/H，一次风系统压力10.5KPa，两台一次风机控制在自动状态,A一次风机动叶开度38%，B一次风机动叶开度35%。8:59 B侧一次风机电流突降，出口风量快速下降至负值，一次风机系统压力由10.5Kpa快速下降至8.5KPa，两台一次风机动叶开度自动增加，A侧一次风机出力快速上升，电机电流超限报警，各磨煤机冷/热风门调节挡板自动开大，以维持磨煤机风量。
根据轴流风机失速特性，一是管道特性不变的情况下，动叶开度过大，显然，此次一次风机动叶开度仅为35%，失速不属于此类原因；另一种就是动叶开度不变的情况下，管道阻力过大。对比#1、2炉一次风机系统，空预器一次风侧差压基本接近，为0.4KPa左右；#2炉两侧排烟温度、热一次风温和热二次风温基本平衡，没有明显偏差；就地检查#2炉B侧一次风机出口挡板和空预器出口挡板就地开度正常，可以排除风道堵塞和一次风系统风门挡板卡涩的问题。查看五台制粉系统冷热风门挡板发现，热风们开度最大的为40%，冷风门开度最大的仅为20%，磨煤机风门节流较大，管道阻力可能因磨煤机风门节流增大。
4 一次风机失速处理
41 一次风机发生失速异常现场处理优化
如图2所示，假设B一次风机运行工作点为D点，发生失速后工作点为B点，A一次风机工作点落到E点，一次风系统对应的压力为Pa，如果保持系统压力不变，关小B一次风机动叶，其工作点将沿CB直线向A点运行，到达A点刚好失速临界点上，离开A点到达A′点才进入正常工作区域，若此时不减小A一次风机出力来适当降低一次风系统风压，而开大B一次风机动叶开度，直接将其并入系统运行，B一次风机工作点又会从A′点沿直线AB向A点移动，而后又进入失速区，显然该处理方法不可取。那么只要我们将一次风系统压力将至Pg后，风机无论工作在哪个动叶开度或流量，工作点都不会落入失速区，所以当把B一次风机工作点移到A′点后，应当关小A一次风机动叶开度，适当降低一次风系统压力。如图3所示，实践表明，在处理一次风机失速事故时，应当先将失速一次风机动叶关小，
图3
直至该风机出力略为变正，再根据制粉系统风门调门开度，降低一次风机系统压力（此次事故处理，一次风机系统压力最低控制在8Kpa，也即是B一次风机M曲线临界压力Pg为8Kpa左右）。系统压力下降，对风机而言，也相当于管道阻力下降，B一次风机出力自动有所增加，其工作点是沿AG曲线下部外延移动，待工作点移动到G点右侧后，再增加B一次风机动叶开度，适当提高一次风系统压力就不会再使工作点重新落入失速区。
4．2一次风机失速防范
如上第3条分析，B一次风机容易失速，显然其工作点离失速曲线M太近，和制粉系统各运行时各风门开度过小有关，假设在B一次风机工作在D点，适当降低一次风系统压力，开大各制粉系统风门挡板，使风机工作点由D点移动到F点，显然F点离M曲线比D点远，工作将更加稳定。为验证该想法可行，5月18日申请将#2机组负荷升到600MW，总煤量增加至243T/H，投入各冷热风门自动，将一次风机系统压力由10.5Kpa逐渐降低至8.5kPa，记录各风压下对应的制粉系统运行数据如下表：
实践表明，将一次风系统风压从10.5Kpa降至8.5Kpa，不仅可以保证制粉系统正常运行，磨煤机不发生堵磨故障，而且还降低了一次风机工作电流，节约了部分运行成本，鸿山热电两台锅炉四台一次风机再也没有发生失速故障。
5 结论
本文针对鸿山热电一次风机失速和失速后的处理分析，得出如下结论：
1）一次风系统运行压力的选择不能单单凭借一次风全压或其他经验来确定，而是要结合磨煤机运行工况，选择最佳运行压力，避免一次风机工作不稳。
2）一次风机失速后处理，应将失速风机动叶关小直至其出口流量变正，再减小另一台一次风机动叶开度，将系统压力降至失速临界压力或以下。
参考文选：
[1]何川、郭立君.泵与风机.电力出版社，2008
[2]哈尔滨HG-1962/25.4-YM3锅炉设计说明书
[3]豪顿华ANT-1875/1250N一次风机设备说明书
[4]北京电力设备总厂ZGM113G中速辊式磨煤机设备说明书
论文作者:李清华
论文发表刊物:《电力设备》2016年第11期
论文发表时间:2016/8/22
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