双级动叶可调式轴流引风机高负荷失速分析

王军民

（浙江大唐乌沙山发电有限责任公司，浙江 宁波 315722）

双级动叶可调式轴流引风机高负荷失速分析

王军民

（浙江大唐乌沙山发电有限责任公司，浙江 宁波 315722）

通过阐述轴流通风机失速的机理，结合某发电厂实际生产中双级动叶可调式轴流引风机失速的现象，分析发生失速的深层次原因，提出机组高负荷下处理引风机失速异常的原则以及防止失速的有效措施。

引风机；双级动叶调节；失速；冲角；失速线

随着火电机组相继完成脱硝、脱硫系统改造工作，锅炉烟气系统阻力也相应升高，因而必然需要对增压风机和引风机进行升压改造。为了提高发电机组运行的安全可靠性和经济性，取消增压风机而采用“二合一”引风机的改造方案受到多数发电厂青睐。

双级动叶可调式轴流风机具有径向尺寸小、流量大、压头高、启动力矩小、变工况运行时经济性好、适应性强、调节特性好等特点，因此逐步成为大型锅炉引风机的主流选择。但由于受轴流风机具有驼峰形状的性能曲线和运行环境恶劣的影响，客观上有失速发生的可能性。如果双级动叶可调式轴流引风机在机组高负荷下发生失速，对机组的安全运行会造成了严重威胁，可能导致锅炉炉膛负压保护动作，机组非计划停运。

1 轴流风机失速机理

某发电厂锅炉为哈尔滨锅炉有限责任公司与三井巴布科克（MB）公司合作设计、制造的超临界本生直流锅炉，燃烧方式为前后墙对冲燃烧。为满足脱硝系统改造及节能需要，实行引风机增压风机二合一改造，选用双级动叶可调轴流式引风机，低高压叶型（第一级为低压叶型，第二级为高压叶型），型号HU26646-12G，详细技术参数见表1。

表1 引风机技术参数

轴流风机的气流方向与叶片叶弦的夹角称为冲角。当空气顺着机翼形叶片的进口端流经叶片时（冲角i=0），它分成上下2股气流贴着翼面流过，形成叶片背面和腹面的平滑的边界层，气流呈流线型。此时作用于叶片上的有垂直于叶面的升力和平行于叶面的阻力,升力远大于阻力，如图1（a）所示。

当空气流经叶片的方向偏离了叶片的进口角，与后者形成的正值的冲角（i＞0）接近于临界冲角（临界冲角绝对值随着叶型的不同而各异），叶背的气流工况开始恶化。当冲角增至或大于临界冲角时，叶背的边界层受到破坏，在叶背的尾端出现涡流区，即所谓的“失速”工况。此时作用于叶片的升力大幅度降低，阻力大幅度增加。对于风机而言，在失速工况下产生的压头就降低，如图1（b）所示。

图1 叶片的正常与失速状态

冲角再增大，叶背的涡流区从尾端扩大到叶背的中部，失速现象更形严重，气体在叶道（2片叶片之间的通道）内的流通阻力大大增加，产生阻塞现象，此时风机全面失速。

2 引风机高负荷失速分析

2.1 失速现象

某3号机组负荷590 MW，总煤量257 t/h，启动第6套制粉系统，负荷升至600 MW。在此过程中，2台引风机电流从340 A左右逐渐增大至410 A左右，动叶开度分别为84.1%和87.8%，之后2台引风机发生失速抢风，A和B引风机电流分别达480 A和357 A，炉膛负压突升，最高至814 Pa。迅速降低总煤量及总风量，降负荷至350 MW，减少锅炉烟气流量，待锅炉燃烧稳定，负压正常后，逐渐并列2台引风机运行，失速过程中相关参数曲线如图2所示。

2.2 失速原因分析

（1）异常工况前，锅炉入炉煤平均发热量低，水分高，为保证机组额定出力，必须启动第6套备用制粉系统，满足总煤量257 t/h的出力。在启动第6套制粉系统过程中，一次风量有较大幅度的增加，而入炉煤的低热值、高水分又直接增加了烟气中水蒸气容积份额，以上原因使得锅炉烟气的实际容积流量高于额定工况下的设计值流量，烟气流量的增加必然导致烟气系统阻力增大，引风机的工作点沿阻力特性曲线向右上方移动，风机安全裕量降低。风机特性曲线见图3。

图2 引风机失速相关参数曲线

图3 引风机性能特性曲线

（2）3号炉正常运行期间，引风机耗电率较该发电厂其它相同型号锅炉的相同型号风机偏高约0.05%（正常电耗率为0.7%）。同型号风机功率大小的影响因素主要是工质容积流量和系统阻力。为彻底查清原因，对3号炉省煤器出口至引风机入口负压系统的漏风率进行全面测量。测量结果见表2，其中3号炉空预器漏风率很大（平均10.73%），远远超出设计值，而脱硝系统及电除尘漏风率较小。锅炉烟道系统阻力均在正常范围，未发现系统设备有明显堵塞现象。空预器漏风率严重超标，大量空气通过空预器漏入烟气侧，烟气容积流量增大，漏风点后烟道阻力相应增大，引风机的工作点进一步沿阻力特性曲线向右上方移动，靠近理论失速线，风机安全裕量进一步降低。

表2 烟道系统漏风率

（3）停机期间对2台引风机进行检查，未发现问题。风机动调机构全行程活动正常，各叶片动作一致，无卡涩及异常，风机前后两级叶片和同级叶片安装角的角度偏差在规定范围内（小于1°），可以排除引风机动调机构内部故障原因。

（4）引风机失速抢风前，A引风机的静压升为6 050 Pa，B引风机的静压升为6 080 Pa，根据历次引风机性能试验数据，风机动压升较小，在100 Pa以内，所以B引风机全压升在6 180 Pa左右。而3号炉引风机在夏季满负荷工况下，设计全压升是6 353 Pa，TB风机全压升7 306 Pa（见表1），均高出风机实际运行工作点的全压升，风机在设计稳定工作区域运行，不应发生失速抢风。

（5）从风机特性曲线可以看出：该风机随着烟气流量的增大，烟气系统的阻力特性曲线逐渐靠近风机的理论失速线，安全裕量逐渐减小，引风机在高负荷时的稳定裕量明显小于低负荷工况，负荷越高风机发生失速的可能性越大。但根据厂家提供的风机特性曲线，引风机发生失速抢风前，其工作点仍然在稳定工作区内，未进入失速区，不该发生失速抢风。而引风机却发生失速抢风异常，说明该型风机的实际失速线远低于设备厂家提供的设计理论失速线，实际失速线在图3粗实线附近，风机实际稳定裕量严重不足。

3 处理原则和预防措施

（1）高负荷时，引风机失速危害很大，要采取正确的处理方法。处理的原则：首先防止炉膛正压过高，导致锅炉压力保护动作，锅炉MFT。果断降低总煤量和总风量，可以采取手动拍停1套制粉系统的方式，控制炉膛负压，尽量远离锅炉压力保护值。其次是及时关小失速的风机动叶，使风机脱离失速区，避免风机长时间处于失速工况下运行，发生共振，损坏设备。

（2）增加引风机电流异常报警功能。引风机电流偏差超过10 A时，提醒操作人员及时调整偏差，保证2台风机出力平衡。针对该型引风机的实际运行特性，增加电流超限异常报警，控制引风机运行电流不超360 A，避免引风机出力过大，进入不稳定工作区。

（3）重新整定失速报警开关定值，以及调整失速探头的安装位置。风机失速是风机运行的一种空气动力工况，只要风机进入不稳定区就存在失速，但是局部失速时，风机的流量、风压无变化，无法从运行参数上判断出，因此需要借助高灵敏度的失速报警开关。而现有失速报警开关定值为2 kPa，在风机开始进入失速工况，直至B引风机叶片通道大面积失速，失速报警开关一直未报警，失去了提醒运行调整的作用。因此，需要通过实验，科学整定失速开关的定值。定期检查风机失速装置，确保装置准确可靠。在风机检修时，对失速探头的安装位置进行检查和调整。

（4）风机检修时，全面检查风机叶片的安装角，调整前后两级叶片和同级叶片角度，保证叶片角度偏差在规定范围内（设计规范小于1°）。

（5）正常运行中，加强对烟道负压系统的漏风检查及治理，发现漏点及时堵漏消缺。

（6）加强对空预器漏风的治理。正常运行中，定期测量空预器漏风率，漏风率偏高要分析原因，利用停机机会对空预器的密封系统进行检查，更换损坏的密封片，调整密封间隙，确保空预器漏风率在设计值以内。

4 结论

（1）双级动叶可调式轴流引风机随着负荷的增大，其运行工作点逐渐靠近理论失速线，安全裕量逐渐减小，风机负荷越高发生失速的可能性越大。正常运行中，要控制锅炉入炉煤热值和水分，避免热值严重低于设计煤种，燃煤水分过高会使烟气的实际容积流量增大。同时，要加强对空预器漏风率的定期测量及治理，避免空预器漏风率严重超标，使大量空气通过空预器漏入烟气侧，导致烟气容积流量及烟道阻力不正常增大。

（2）准确设置轴流风机失速报警开关定值，并加强对失速探头和报警开关的日常维护，确保失速报警准确动作。风机进入不稳定区就存在失速，但是局部失速时，风机的流量、风压无变化，无法从运行参数上判断出，因此需要借助高灵敏度的失速报警开关，提示操作人员及时处理，避免风机失速抢风。

（3）引增合一风机改造前，要通过现场试验，全面测量各工况烟道阻力，并科学计算新增设备的阻力，严格按照风机选型的标准，预留合理的安全裕量。风机改造后，在不同的工况下，要开展全面的风机现场验收试验，保证风机各项性能达到设计要求。

（4）高负荷时，引风机失速危害很大，要把握正确的处理原则：首先要果断降低总煤量和总风量，防止炉膛正压过高，导致锅炉压力保护动作。其次是及时关小失速的风机动叶，使风机脱离失速区，避免风机长时间处于失速工况下运行，发生共振，损坏风机设备。

[1]李春宏.轴流通风机失速与喘振分析[J].风机技术，2008（2）∶77-80.

[2]黄瑞意，张书谨，黄郁明，等.轴流风机现场失速试验及分析[J].发电设备，2000（2）∶25-28.

[3]唐海宁，杭文林.双级轴流风机失速问题分析及解决办法[J].江苏电机工程，2008（1）∶72-74.

（本文编辑：徐 晗）

Analysis on Stall of Double Stage Adjustable-blade Axial Flow Induced Draft Fan in High-load Operation

WANG Junmin

（Zhejiang Datang Wushashan Power Generation Co.，Ltd.，Ningbo Zhejiang 315722，China）

Through the elaboration on the mechanism of axial flow fan stall and in combination with double stage adjustable-blade axial flow induced draft fan stall in actual production of a power plant，the paper analyzes the deep-seated causes of the stall and thus puts forward the principle of stall handling of induced draft fan in high load and effective measures for install prevention.

induced draft fan；double stage blade adjustment；stall；impact angle；stall line

TK228

B

1007-1881（2016）08-0050-03

2016-05-06

王军民（1980），男，工程师，从事发电厂锅炉运行管理工作。