大型鍋爐引風機失速、喘振異常的分析與探討(1)

     某電廠 300 MW 鍋爐在運行中發生引風機失速、喘振異常。經分析，其原因是風機的選型不合理，在低負荷工況時引風機落入不穩定工作區運行。因此提出并實施合理的引風機運行方式，保證了引風機安全經濟運行。同時建議今后新建電站鍋爐風機選型或風機改造時應根據選型工況(TB)、MCR 工況、ECR 工況、50%BMCR 工況、不投油最低穩燃工況及鍋爐點火啟動工況選擇風機的型式和型號大小，確保風機在穩定區域內運行，且失速裕度足夠；同時電廠應編制具體的風機規程，防止類似現象發生。
1 設備概況
    某電廠二期工程 2×300 MW 機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。鍋爐采用中間儲倉式制粉系統、四角切圓燃燒方式，設計燃用貧煤，配用的引風機為上海鼓風機廠有限公司引進德國 TLT 公司技術設計制造的 G158/180 型靜葉可調軸流式通風機，系子午加速軸流引風機，其設計規范如表所示。

    TB(Test Block)，風機選型工況，我國電站風機的選型參數是按鍋爐最大連續出力工況（BMCR）所需的風（煙）量和風（煙）系統計算阻力加上 15%的富裕量確定的，此工況點的風量、風壓為風機能力考核點。BMCR(Boiler Maximum Continue Rate)，風機效率考核工況，在鍋爐最大連續出力工況時進行風機效率測試考核。
2 引風機失速、喘振異常現象
    1 號鍋爐冷態通風試驗和整套啟動期間，發現兩臺引風機存在失速、喘振異常現象，對引風機出口氣動擋板、進口擋板進行詳細檢查，開關到位；對引風機靜葉開度進行詳細核對，兩臺引風機的靜葉開度與實際指示一致，同時對電除塵內部及煙道進行檢查，未發現明顯的阻流障礙物和異物。
    試運期間，鍋爐燃用接近設計煤種，引風機失速、喘振異常主要表現為：
(1) 啟動初期， 無法通過調整靜葉開度來調平兩臺引風機電流， 尤其是靠近煙囪側的 2 號引風機電流較 1 號引風機偏大。
(2) 200 MW 以下負荷運行時， 兩臺引風機易出現搶風現象，當吹灰和啟停排粉機時，爐膛負壓出現正弦波擺動（-200～300 Pa 左右，最高達 500 Pa） ，就地煙道振動劇烈、聲音刺耳； 只有當兩臺引風機的電流偏差在 20 A， 即一臺引風機電流 105 A，另一臺 85 A 時，方可保持爐膛負壓穩定。
(3) 負荷 200～260 MW 時，電流偏差較小，約 10 A，抗干擾性增強；但是當干擾較大時，如給煤機斷煤，石家莊風機廠兩臺引風機的電流均有 8 A 的波動，有時甚至達 30 A 波動。
(4) 負荷高于 260 MW 時，兩臺引風機的電流很少出現波動， 爐膛負壓穩定， 兩臺引風機的電流可以穩定在 120A左右運行。但是，如增加 1 號引風機的靜葉開度時，其電流增加不明顯；若增加 2 號引風機的靜葉開度時，1 號引風機的電流會降低， 2 號引風機的電流可以增加至 135 A 左右， 1號引風機的電流則降至 115 A 左右， 兩臺引風機可以保持穩定運行。
(5) 兩臺引風機的電流不能調整至 135 A 以上運行。
(6) 不能投入鍋爐負壓自動。從以上現象可知，在機組中、低負荷區域引風機易發生異常，在高負荷不易發生。需要指出的是，同類型鍋爐配上海鼓風機廠有限公司的 G158/219 型靜葉可調軸流式通風機在貴州某電廠兩臺機組鍋爐引風機上也發生以上類似異常。
3 引風機失速、喘振異常原因分析
3.1 風機失速的危害
    對風機本身而言，若在失速區域長時間運行，將導致葉片斷裂，且葉輪的機械部件也可能損壞。英國 HOWDENVARLAX 公司有明確規定：風機在失速區內累積運行時間不能超過 15 h，否則要更換葉片。對機組而言，若風機發生失速，造成風機跳閘，將直接聯鎖單側通風組停止，機組減負荷；間接地引起爐膛正壓或負壓超限，鍋爐發生 MFT，聯鎖機組跳閘。 因此， 軸流風機運行中必須防止其發生失速。
3.2 失速與喘振的區別與聯系
(1) 失速是葉片結構特性造成的一種空氣動力工況。 失速的基本特性由開始至結束都有它自身的規律， 不受系統容積形狀影響； 而喘振是風機與系統耦合后的振蕩特性的表現形式，其振幅、頻率等受風道容積的節制。
(2) 失速是軸流式風機基本屬性， 每個葉輪都會有發生失速的不穩定工況，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， 當喘振發生時， 流量、壓力和功率的脈動及伴隨的噪聲，一般很明顯，甚至非常激烈。 但喘振發生要有一定的條件，IC解密 同一風機裝于不同系統中，有的發生喘振，有的就不發生。
(3) 失速發生時， 盡管葉輪附近的工況有波動， 但整臺風機的流量、壓力和功率基本是穩定的，可連續運行；而喘振發生時，因流量、壓力和功率大幅度脈動，無法維持正常運行。
(4) 失速時，風機特性曲線可以測得；但喘振時，因工況脈動，無法進行正常的測量。
(5) 喘振僅僅發生于風機特性曲線中從頂峰以左的坡度區段，其壓力降低是失速造成的；而失速現象存在于頂峰以左的整個區段石家莊市風機廠。兩者是密切相關的，失速的存在是喘振發生的原因。
3.3 引風機失速、喘振異常原因分析
    從機組運行實際情況看，在燃用設計煤種，機組 300MW 負荷下，由于汽輪機側真空低，鍋爐蒸汽流量近 1000t/h，接近 BMCR 工況，此時兩臺引風機電流均為 125 A，而引風機額定電流 215 A，不到額定電流的 60%，說明引風機裕量偏大。
    從圖可知，該風機性能特性曲線較為陡峭，特別是在引風機中、低負荷區域。這意味著風機在該區域運行，即使是一個微小的擾動，有可能造成流量、壓力大幅度波動，功率也大幅度波動，風機運行工況不能完全落在穩定區域內，或在穩定區域內、但失速裕度不夠，易引起引風機失速、喘振異常。另外，當鍋爐在高負荷運行，兩臺引風機運行，由于引風機裕量大，引風機也不可能在風機高效區運行。
目前我國引風機選型系按鍋爐最大連續蒸發量所需的風（煙）量和風（煙）系統計算阻力加上一定的富裕量確定的，即根據風機選型工況（TB） 、BMCR 工況點確定風機容量、規格、及主要設計參數，沒有考慮鍋爐在中低負荷工況時引風機對應的工況點的參數， 也就是風機選型沒有考慮機組滿發經濟運行工況（ECR） 、50%BMCR 工況、不投油最低穩燃工況及鍋爐點火啟動等工況點的參數， 造成引風機不能滿足中低負荷工況的需要。