新形势下风机失速的分析与应对

张伟

（华电新乡发电有限公司，河南新乡 453000）

0 引言

在当前形势下，因受到多种因素影响，火电机组的安全运行正不断经受考验。从我国发电装机占比[1]来看，新能源装机容量及占比不断攀升，截至2021年底，我国风电装机占比达13.8%，光伏装机占比达12.9%，合计达到26.7%，火电机组装机容量则下降至54.6%。一方面，新能源出力波动极大且具有随机性，加大了火电机组的调节难度。另一方面，国内煤炭市场价格居高不下，加之负荷难以准确预测，火电机组掺配掺烧工作[2]难度较大。在机组运行工况变化过于频繁时，一次风机可能会出现失速和喘振等异常工况，导致一次风压剧烈波动，调整不及时极易引起锅炉灭火等后果，严重影响机组的运行安全。因此，分析清楚一次风机等电厂轴流风机的运行工况，制订行之有效的防范措施，避免其运行于不稳定工作区间，对于保障电站锅炉安全运行具有重要意义。

1 风机失速事件介绍

1.1 设备概况

某电厂采用额定容量为2×660 MW的超临界机组，锅炉型号为DG2102/25.4-II1，设有两台50%容量的动叶可调轴流式一次风机提供一次热、冷风输送煤粉，型号为AST-1960/1400，额定电流为248 A。

1.2 一次风机两次失速事件简介

近期该火电厂连续发生两次一次风机失速事件，相关参数的变化如图1所示，数据来自SIS系统[3]，过程简介如下。

图1 一次风机两次失速时的参数变化

（1）2022-05-04T16：20，#1机组负荷255 MW，D、E、F磨煤机运行。因调度负荷指令增至330 MW，16：22运行人员启动#1炉A磨煤机，此时A、B一次风机电流分别为93 A、98 A，运行正常。16：24，运行人员监盘发现A一次风机电流降低至87 A，B一次风机电流增至109 A，未继续增加A磨煤机出力，立即投油稳燃并安排人员就地检查A、B一次风机运行情况。16：34，A一次风机电流增至133 A，风机最大振动升至3.5 mm/s，B一次风机电流增至187 A，风机振动1.6 mm/s，立即减小A一次风机出力降低振动值，减小B一次风机出力尽量维持风机出力平衡。为保证一次风压在正常范围，16：40停止#1炉A磨煤机运行，就地检查发现A一次风机入口冒烟气（后证实为风道积灰），风机外壳温度高于103 ℃，16：50将其停运。

（2）2022-05-22T17：13，#1机组负荷360 MW，运行人员监盘发现#1炉A一次风机电流降低至90 A，B一次风机电流升至106 A，A、B 侧动叶开度分别为40%、37%，因有上次风机失速经验，运行人员判断#1炉A一次风机可能再次出现了失速，立即解除A、B一次风机自动，投入下层点火油枪稳燃，安排巡检人员去就地检查A、B一次风机运行情况。经过调整，#1炉A一次风机失速迹象消失。手动调整两台一次风机至出力平衡，就地检查发现#1炉A一次风机振动及温度均下降至正常范围。

2 风机失速的分析与防范

2.1 风机失速的分析

轴流风机的叶片通常为流线型，正常工况时，气流冲角α（气流方向与叶片叶弦的夹角）为零或很小，气流绕过叶片保持平稳的流动状态，当气流与叶片形成的冲角α＞0且超过某一临界值时，叶片背面流动工况开始恶化，边界层破坏，叶片背面尾端出现涡流区，这就是所谓的“失速”现象。

由轴流风机的压力—流量曲线（图2）可知，轴流风机正常运行时工作在风机性能曲线与阻力曲线的交点，如图2中A～I点所示，此时风机的压力为P，流量为Q。风机的工作点形成了一个平面区域，称为风机工作区；风机不稳定工作点的连线，称为失速线。当风机的运行工作点落入失速线M的左上方，即进入了不稳定工作区，称之为风机失速区。由图2还可得出以下结论：（1）当系统阻力增加时，如图2中C→F，会导致风机的流量减小，压力增加，风机工作点将会接近失速区域；（2）在同一阻力特性曲线下，动叶开度增加时，如图2中B→A，风机工作点也会接近失速区域。因此，要使失速风机退出失速状态，应当降低系统阻力或减小动叶开度[4]。

图2 轴流风机的压力—流量（P—Q）曲线

通过分析两次风机失速事件现象，查阅相关参数的变化趋势，可知两次失速均发生在低负荷期间，此时风压偏高而风量偏小，以致风机进入失速区间运行。现象表现在以下4个方面：

（1）失速风机的风压、流量、电流大幅度降低。

（2）失速风机噪声明显增加，严重时机壳、风道、烟道发生振动。5月4日，A一次风机失速时，振动增大（最高至4.9 mm/s），轴承温度升高（最高至63 ℃），就地检查风机区域冒油烟，风机外壳最高处温度达到102 ℃。5月22日风机失速时，由于发现较早，处理较快，温度及振动值上升较少。

（3）在投入“自动”的情况下，与失速风机并联运行的另一台风机出力大幅升高。

（4）与风机“喘振”现象有所不同的是，风机失速后，风压、流量降低后没有发生脉动。

针对该风机易发生失速的问题，分析得出了以下几种可能的原因：

（1）风烟系统阻力增大。这可能是由于空预器、脱硝、电除尘或脱硫系统阻力大，造成系统整体压力差升高；风烟系统风道内部有异物堵塞或锅炉暖风器存在泄漏。

（2）动叶工作不正常。包括叶片安装角度[5]不均匀、伺服机构存在卡涩、调节油站工作不正常、动叶执行机构电源异常等。

（3）运行操作问题，包括风压调节过快、误开关风烟系统挡板和并联风机出力偏差过大等。

2.2 风机失速的防范

由于在机组运行中无法彻底处理，因此制订了相应的防范措施：

（1）正常运行中，RB保护应正常投运。

（2）进行增减机组负荷、启停磨煤机、调整一次风压等操作时，要加强对一次风机动叶及电流偏差的监视，若电流偏差达15 A以上，应及时进行手动干预调整，减小电流偏差。

（3）机组负荷600 MW以上或250 MW以下时，更要避免对系统进行大幅度扰动。

（4）运行人员应避免误开关风烟系统挡板，若风门挡板故障，立即降低锅炉负荷，联系检修处理。

（5）当发生一次风机失速时，立即将两台一次风机动叶控制切至手动，降低异常风机出力直至失速现象消失，注意保证一次风压不低于MFT保护动作值。

（6）监视好一次风机轴承振动，达到高报警值，运行人员应降低机组负荷，若振动有增大趋势，做好转移异常一次风机出力并将其停运的准备。

（7）当异常一次风机振动达到跳闸值而保护未动作，应果断停止异常风机运行。

（8）加强对一次风机外观检查，发现冒烟、风机外壳温度高等异常情况及时停运风机。

（9）偏置脱硝系统喷氨流量，尽量避免存在缺陷的风机侧系统阻力增大过快。

（10）系统阻力增大时，立即查找原因并及时处理。

（11）风机投自动运行期间，应通过设置两台一次风机的偏置，适当提高缺陷风机的出力，防止再次出现类似现象。

（12）增负荷时，应首先增加制粉系统风门开度，增加风量，避免提高风机出口压力；减负荷时则相反，应首先降低风机出口风压，再减小制粉系统风门开度，以免风机工作点进入失速区间。

3 结语

经制订以上措施并严格执行，近期一次风机运行正常，未再发生失速事件，但高负荷及深度调峰期间，依然存在风险。在新能源装机容量不断攀升的当下，火电机组高负荷及深调工况出现得非常频繁，而燃煤品质受到市场煤价波动的影响难以保证，造成一次风机较易出现失速工况，因此应督促运行人员经常翻阅风机运行参数，及时调整风机运行工况，避免其进入不稳定工作区域。巡回检查时也应注意异常声音和振动，关注风机相关参数的变化。最后，综合考虑电网用电负荷趋势，依据天气变化、新能源出力等做好火电负荷预测，以指导锅炉燃煤的掺配掺烧工作，使燃煤尽量靠近设计煤种，对于避免风机进入失速区间运行也是非常重要的环节。