火电厂风机喘振及失速分析

火电厂风机失速及喘振分析【摘要】风机是电厂锅炉的主要辅助设备之一，是火力发电厂不可缺少的一部分，其所消耗的电量约占电厂总发电量的2~3%。

随着用电量的不断增长和能源问题的出现，电厂风机运行的安全性越来越为人们所重视，其运行状况的好坏直接危及到整个机组的安全运行，严重影响火力发电厂的经济效益。

本文重点针对电厂风机的喘振失速问题进行机理分析，并提出了运行处理及防范措施。

【关键词】风机失速喘振不稳定工作区运行处理预防1.风机简述1.1离心式风机和轴流式风机比较风机主要有离心式和轴流式两种。

离心式风机具有结构简单、运行可靠、效率较高、制造成本较低、噪音小等优点。

但离心风机的容量受到叶轮材料强度的限制，不能随锅炉容量的增加而相应增大；而轴流式风机具有容量大，且结构紧凑、体积小、重量轻、耗电低、低负荷时效率高等优点，但轴流风机结构复杂，制造精度要求高。

鉴于轴流式风机的优点，大容量机组均选用轴流式风机。

1.2轴流式风机的运行调节轴流式风机的运行调节有四种方式：动叶调节、节流调节、变速调节和入口静叶调节。

动叶调节是通过改变风机叶片的角度，使风机的曲线发生改变，来实现改变风机的运行工作点和调节风量。

这种调节经济性和安全性较好，每一个叶片角度对应一条曲线，且叶片角度的变化几乎和风量成线性关系。

节流调节的经济性很差，所以轴流式风机不采用这种调节方式。

变速调节是最经济的调节方式，但需要配置电机变频装置或液力偶和器。

进口静叶调节时系统阻力不变，风量随风机特性曲线的改变而改变，风机的工作点易进入不稳定工况区域。

2.风机失速与喘振机理2.1失速机理轴流式风机其工作原理是基于叶翼型理论(如图a)：当气流以某一冲角α进入叶轮时，由于沿气流流动方向的两侧不对称，使得翼型上部区域的流线变密，流速增加，翼型下部区域的流线变稀，流速减小；因此，流体作用在翼型下部表面上的压力将大于流体作用在翼型上部表面的压力，结果在翼背上产生一个升力，同时在翼腹上产生一个大小相等方向相反的作用力，使气体排出叶轮呈螺旋形沿轴向向前运动。

与此同时，风机进口处由于压差的作用，使气体不断地被吸入。

a、风机正常工况时的气体流动状况b、风机脱流工况时的气体流动状况动叶可调轴流风机，冲角α越大，翼背的周界越大，则升力越大，风机的压差越大，风量越小。

当叶片冲角α达到临界值时，气流会在叶背尾端产生涡流区，即所谓的脱流工况（失速），阻力急剧增加，而升力迅速降低（如图b）；冲角α再增大，脱流现象更为严重，甚至会出现部分叶道阻塞的情况。

2.2旋转失速由于风机各叶片存在安装误差，安装角不完全一致，气流流场不均匀相等。

因此，失速现象并不是所有叶片同时发生，而是首先在一个或几个叶片出现。

若在叶道2中出现脱流，叶道由于受脱流区的排挤变窄，流量减小，则气流分别进入相邻的1、3叶道，使1、3叶道的气流方向改变。

结果使流入叶道1的气流冲角减小，叶道1保持正常流动；叶道3的冲角增大，加剧了脱流和阻塞。

叶道3的阻塞同理又影响相邻叶道2和4的气流，使叶道2消除脱流，同时引发叶道4出现脱流。

也就是说，脱流区是旋转的，其旋转方向与叶轮旋转方向相反。

这种现象称为旋转失速。

与喘振不同，旋转失速时风机可以继续运行，但它引起叶片振动和叶轮前压力的大幅度脉动，往往是造成叶片疲劳损坏的重要原因。

从风机的特性曲线来看，旋转失速区与喘振区一样都位于马鞍型峰值点左边的低风量区。

2.3喘振机理轴流风机性能曲线的左半部具有一个马鞍形的区域，在此区段运行有时会出现风机的流量、压头和功率的大幅度脉动，风机及管道会产生强烈的振动，噪声显著增高等不正常工况，一般称为“喘振”，这一不稳定工况区称为喘振区。

实际上，喘振仅仅是不稳定工况区内可能遇到的现象，而在该区域内必然要出现的则是旋转脱流或称旋转失速现象。

这两种工况是不同的，但是它们又有一定的关系。

如图d所示，风机工作点在K点右侧，则风机工作是稳定的。

当风机的流量Q < Q K时，这时风机所产生的最大压头将随之下降，并小于管路中的压力，因为风道系统容量较大，在这一瞬间风道中的压力仍为H K，因此风道中的压力大于风机所产生的压头使气流开始反方向倒流，由风道倒入风机中，工作点由K点迅速移至C点。

但是气流倒流使风道系统中的风量减小，因而风道中压力迅速下降，工作点沿着CD线迅速下降至流量Q=0时的D点，此时风机供给的风量为零。

由于风机在继续运转，所以当风道中的压力降低倒相应的D点时，风机又开始输出流量，为了与风道中压力相平衡，工况点又从D跳至相应工况点F。

只要外界所需的流量保持小于Q K，上述过程又重复出现。

如果风机的工作状态按F－K－C－D－F 周而复始地进行，这种循环的频率与风机系统的振荡频率合拍时，就会引起共振，即风机发生了喘振。

d 、轴流风机Q-H 性能曲线2.4 并联风机的抢风所谓抢风，是指并联运行的两台风机，突然一台风机电流（流量）上升，另一台风机电流（流量）下降。

此时，若关小大流量风机的调节风门试图平衡风量时，则会使另一台小流量风机跳至最大流量运行。

在风量调整投自动时，风机的动叶或静叶频繁地开大、关小，严重时可能导致风机电机超电流而烧坏。

抢风现象的出现，是因为并列风机存在较大的不稳定工况区。

图e 为两台特性相同的轴流风机并联后的总性能曲线。

图中，有一个∞字型区域，若两台风机在管路系统1中运行，则P1点为系统的工作点，每台风机都在E1点稳定运行，此时抢风现象不会发生。

如果由于某种原因，管路系统阻力改变至2（升高）时，比如辅助风门突然大幅度关小，则风机进入∞字型工作区域内运行。

我们看P2点的工作情况，两台风机分别位于E2a 和E2点工作。

大流量的风机在稳定区工作，小流量的风机在不稳定区工作，两台风机的不平衡状态极易被破坏。

因此，便出现两台风机的抢风现象。

2.5 失速与喘振的关系失速和喘振是两种不同的概念，失速是叶片结构特性造成的一种流体动力现象，它的一e 、并联运行风机Q-H 性能曲线些基本特性如：失速区的旋转速度、脱流的起始点、消失点等，都有它自己的规律，不受风机系统的容积和形状的影响。

喘振是风机性能与管道装置耦合后振荡特性的一种表现形式，它的振幅、频率等基本特性受风机管道系统容积的支配，其流量、压力功率的波动是由不稳定工况区造成的，但是试验研究表明，喘振现象的出现总是与叶道内气流的脱流密切相关，而冲角的增大也与流量的减小有关。

所以，在出现喘振的不稳定工况区内必定会出现旋转失速。

3.运行中风机失速的原因分析及处理由于气流速度与流量成正比,因此正常运行中导致风机流量异常降低的因素都可能导致风机失速；一次风机为煤粉输送提供动力，由于其管道阻力大、风压高、流量变化大，更容易出现失速，分析一次风机的失速更有典型性。

3.1一次风机失速的原因3.1.1一次风系统挡板误关，引起系统阻力增大，造成风机动叶开度与进入的风量不相适应，使风机进入失速区（磨负荷风门投自动时由于风量不准等原因造成突关）。

3.1.2操作风机动叶时，幅度过大使风机进入失速区。

3.1.3动叶调节特性变差、并列运行的两台风机出力偏差大，使并列运行的二台风机发生“抢风”或自动控制失灵使其中一台风机进入失速区。

3.1.4一次风系统风量过小、风压过高，使风机进入失速区（停磨或运行磨跳闸后没有及时关小风机动调）。

3.2一次风机失速的现象及危害3.2.1DCS有“一次风机喘振”报警信号出现。

3.2.2炉膛负压向负的方向摆动，火检变差。

3.2.3一次风压降低、机组负荷下降。

3.2.4失速风机电流大幅度减少且摆动。

3.2.5风机振动增大，运转噪音变大。

3.2.6过热度、主汽压力及汽温会短时降低。

3.2.7出、入口风道、机壳温度升高，轴承振动加剧。

3.2.8风机发生喘振将引起燃烧恶化、炉膛负压大幅波动，甚至锅炉灭火；剧烈的喘振极可能损坏风机与管道系统。

3.3一次风机失速的处理3.3.1若在机组正常运行中风机失速，首先汇报值长，快速投入油枪进行稳燃（优先投入最下层运行磨的大油枪），根据实际工况，可以先投入前墙两支油枪，然后再投入后墙两支油枪，注意调整炉前油系统的母管压力，维持炉膛负压稳定及火检良好。

3.3.2安排巡检就地检查风机失速情况。

3.3.3若机组处于INFIT控制方式，一次风机投入自动，此时应立即将风机动叶控制置于手动方式，迅速关小两台风机动调（根据两台风机电流及动调偏差逐次操作，尽量向风机失速前的动调开度靠近），直至一次风压力回头，失速风机脱离失速区，注意控制两台风机的电流偏差值在5A之内。

3.3.4风机失速后，应根据一次风压下降情况快速减水，保持过热度稳定，必要时关小汽机调门，缓解汽压的下降速度，同时应适当关小过热器的一、二级减温水调阀，开大再热汽温调节挡板，保证过、再热汽温的稳定，防止失速前期出现低温现象，当风机环管压力回头后，根据煤水比及时加水，防止出现受热面超温现象（可根据水冷壁温、炉膛负压、氧量变化提前调整给水），操作过程中还应注意除氧器、凝汽器及高、低加的水位。

3.3.5若风机在并列操作中发生失速，应停止并列，尽快关小失速风机动叶，待失速原因消除后，再进行并列操作。

3.3.6风机失速后一次风压大幅降低，磨煤机通风量减小，应重点监视磨煤机料位，防止磨煤机满煤造成事故扩大。

3.3.7若因一次风系统的风门、挡板误关引起风机失速，应立即打开，同时调整动叶开度。

若风门、挡板故障，立即降低锅炉负荷，调整制粉系统运行，联系检修处理。

3.3.8若经上述处理后无效或已严重威胁设备的安全时，应立即停止该失速风机运行。

3.4失速的预防3.4.1每次机组检修时应该对送风机失速探测器和相关压力变送器、差压开关进行检查，确保保护动作可靠。

3.4.2机组检修期间对风、烟道进行检查清理，正常运行中合理制定吹灰周期，保证风烟系统畅通。

3.4.3每次检修后第一次启机时记录下风机各负荷工况下对应的风机风压、电流、风量、动调开度等数值，并以此作为基准参照值，供以后运行中对比使用。

3.4.4机组在正常运行中，应记住不同负荷下对应的风机动调开度，当风机失速后，可快速将风机动调关至相应的负荷开度下，以缩短故障恢复时间，减少负荷的扰动。

3.4.5保持并列运行风机负荷均衡，两台风机的电流偏差应控制在10A之内。

3.4.6避免低风量高风压运行；三台磨煤机运行一次风压不得超过10.60KPa，四台磨煤机运行一次风压不得超过11.50KPa；正常运行中，磨通风量不小于80t/h；加强对磨煤机料位的监视，防止出现磨煤机满煤。

3.4.7就地巡检时应检查确认风、烟道各挡板是否打开（重点查看执行机构销子是否脱开）。

3.5一次风机失速举例（如图f）3.5.1失速前运行工况：#1机组负荷420MW、投INFIT模式，一次风机出口压力10.90KPa,一次风环管压力10.37KPa，1A一次风机动调53%，1B一次风机动调开度52%，1A、1B、1C磨煤机运行，机组投INFIT协调控制方式。