王明星
湛江中粵能源有限公司調(diào)順電廠
火力發(fā)電廠軸流風(fēng)機具有駝峰形曲線這一特點,決定了風(fēng)機存在不穩(wěn)定區(qū)。風(fēng)機并不是在任何工作點都能穩(wěn)定運行,當(dāng)風(fēng)機工作點移至不穩(wěn)定區(qū)時就可能引發(fā)失速及喘振。
圖1 葉片失速原理圖
當(dāng)風(fēng)機動葉開度在某個位置不變時,在工作區(qū)域內(nèi),出口壓力隨流量的減小而增加,當(dāng)流量減小到某一值時壓力達(dá)到最大、當(dāng)流量進一步減小時,風(fēng)機壓力和運行電流突然降低,振動和噪音增大這一現(xiàn)象稱為風(fēng)機失速。風(fēng)機失速后有兩種表現(xiàn),一是風(fēng)機仍能穩(wěn)定運行,即壓力、風(fēng)量、電流參數(shù)平穩(wěn),但噪音增加,風(fēng)機全壓稍下降并承小幅度脈動,風(fēng)機振動比正常運行高,這種現(xiàn)象稱為旋轉(zhuǎn)失速。一是風(fēng)機壓力、風(fēng)量、電流大幅度波動,噪音異常增大,風(fēng)機不能穩(wěn)定運行,風(fēng)道設(shè)備可能很快遭受損壞,這種現(xiàn)象稱為喘振。
1.1.1 軸流風(fēng)機旋轉(zhuǎn)失速
風(fēng)機葉片不可能有完全相同的形狀和安裝角。因此失速現(xiàn)象并不是所有葉片同時發(fā)生,而是首先在一個或幾個葉片出現(xiàn)。若在葉道2中出現(xiàn)脫流,葉道由于受脫流區(qū)的排擠變窄,流量減小,氣流分別進入相鄰的1、3葉道,使1、3葉道的氣流方向改變。使流入葉道1的氣流沖角減小,葉道1保持正常流動;葉道3的沖角增大,加劇了脫流和阻塞。葉道3的阻塞同理又影響相鄰葉道2和4的氣流,使葉道2消除脫流,同時引發(fā)葉道4出現(xiàn)脫流。因此脫流區(qū)是旋轉(zhuǎn)的,其旋轉(zhuǎn)方向與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反,這種現(xiàn)象稱為旋轉(zhuǎn)失速。
1.1.2 影響沖角a 大小的因素
風(fēng)機定速運行,即葉片周向線速度u可以看作是一定值,影響葉片沖角大小的因素就是氣流速度c與葉片的安裝角b。當(dāng)葉片安裝角b一定,如果氣流速度c越小,則沖角a就越大,產(chǎn)生失速的可能性越大。當(dāng)氣流速度c一定時,如果葉片安裝角b減小,則沖角a也減小,因此,當(dāng)風(fēng)機低負(fù)荷運行時,失速可能性將會減小。對于動葉可調(diào)軸流風(fēng)機,當(dāng)風(fēng)機發(fā)生失速時,關(guān)小失速風(fēng)機的動葉角度,可以減小氣流的沖角,從而使風(fēng)機逐步擺脫失速狀態(tài)。對于葉片高度方向,線速度u沿葉片高度方向逐漸增大,在氣流速度c一定的情況下,沖角a會隨著葉片高度方向逐漸增大,在葉頂區(qū)域形成旋轉(zhuǎn)失速。故葉片安裝角b隨著葉片高度的方向逐漸減小,可以避免因葉高引起的旋轉(zhuǎn)失速,風(fēng)機扭曲葉片即基于這個道理。
失速導(dǎo)致風(fēng)機損壞,由于旋轉(zhuǎn)失速使風(fēng)機各葉片受到周期性力作用,若風(fēng)機在失速區(qū)內(nèi)運行相當(dāng)長時間,會造成葉片斷裂,葉輪的其它部件也會受到損害。
失速導(dǎo)致喘振,若管道系統(tǒng)容積與阻力適當(dāng),在風(fēng)機發(fā)生失速壓力降低時,出口管道內(nèi)的壓力會高于風(fēng)機產(chǎn)生的壓力而使氣流發(fā)生倒流,管道內(nèi)壓力迅速降低,風(fēng)機又向管道輸送氣體,但因流量小風(fēng)機又失速,氣流又倒流。這種現(xiàn)象循環(huán)發(fā)生,稱為喘振。伴隨喘振的發(fā)生,風(fēng)機參數(shù)也大幅度波動,振動劇烈??稍诤芏虝r間內(nèi)損壞風(fēng)機,必須立即停止風(fēng)機運行。
失速造成并列運行風(fēng)機間相互“搶風(fēng)”,兩臺并列運行的風(fēng)機中的一臺發(fā)生失速后,兩臺風(fēng)機間可能出現(xiàn)相互“搶風(fēng)”現(xiàn)象而無法并列運行;或雖兩臺風(fēng)機能并列運行,但兩臺風(fēng)機的總出力可能達(dá)不到需要而影響其帶負(fù)荷能力。
軸流風(fēng)機性能曲線左半部,存在一個馬鞍形區(qū)域,在此區(qū)域運行時有時會出現(xiàn)風(fēng)機參數(shù)大幅波動,風(fēng)機及通道產(chǎn)生強烈振動、噪聲顯著增大等不正常工況,這一不穩(wěn)定工作區(qū)稱為喘振區(qū)。喘振是不穩(wěn)定工作區(qū)內(nèi)可能遇到的現(xiàn)象,而旋轉(zhuǎn)失速在該區(qū)域內(nèi)是必然出現(xiàn)的。
1.3.1 軸流風(fēng)機喘振原理
風(fēng)機在曲線右側(cè)下降部分工作穩(wěn)定,一直到工作點K。但當(dāng)風(fēng)機負(fù)荷降到低于Qk時,進入不穩(wěn)定區(qū)。只要有擾動使管路壓力升高,則由于風(fēng)機流量大于管路流量(Qk>QG),管路工作點向右移動至A點,當(dāng)管路壓力PA超過風(fēng)機正向輸送的最大壓力Pk時,風(fēng)機工作點立即變到B點(A、B點等壓),風(fēng)機抵抗管路壓力產(chǎn)生的倒流而做功。此時,管路中的氣體向兩個方向輸送,一是供給負(fù)荷需要,一是倒送給風(fēng)機,故管路壓力迅速降低。至D點(C、D點等壓)時停止倒流。但由于風(fēng)機的流量仍小于管路流量,QC<QD,所以管路壓力仍下降至E點,風(fēng)機的工作點將瞬間跳到F點(E、F點等壓),此時風(fēng)機輸出流量為QF。由于QF大于管路的輸出流量,此時管路風(fēng)壓轉(zhuǎn)而升高,風(fēng)機的工作點又移到K點。上述過程重復(fù)進行,就形成了風(fēng)機喘振,風(fēng)機流量在QB~QF范圍內(nèi)變化,而管路輸出流量只在少得多的QE~ QA間變動。
圖2 軸流風(fēng)機喘振P-Q圖
1.3.2 失速與喘振的區(qū)別及聯(lián)系
風(fēng)機失速與喘振都發(fā)生在P-Q曲線左側(cè)不穩(wěn)定區(qū)。失速發(fā)生在P-Q曲線峰值K以左的整個不穩(wěn)定區(qū),喘振只發(fā)生在P-Q曲線向右上方傾斜部分,其壓力降低是失速造成的。失速的發(fā)生取決于葉片內(nèi)部,包括葉輪、葉片結(jié)構(gòu)、進入葉輪的氣流等,與風(fēng)道系統(tǒng)容量、形狀等無關(guān)。失速發(fā)生時,盡管葉輪附近的工況有波動,但風(fēng)機流量、壓力和功率基本平穩(wěn),風(fēng)機可以繼續(xù)運行。但發(fā)生喘振時,風(fēng)機流量、壓力和電流產(chǎn)生大幅度波動,同時伴有明顯噪聲,振動很劇烈,損壞風(fēng)機與管道系統(tǒng),風(fēng)機無法正常運行。
圖3 調(diào)順電廠送風(fēng)機失速報警布置
我廠失速探頭由兩根相隔約3mm的測壓管組成,位于葉片進口前。測壓管中間用隔片分開,風(fēng)機運行時,葉輪進口氣流均勻地從進氣室沿軸向流入,探頭間的壓力差微負(fù)。當(dāng)風(fēng)機工作點進入旋轉(zhuǎn)失速區(qū),葉輪前的氣流除軸向流動之外,還有失速區(qū)流道阻塞氣流所形成的圓周方向分量。葉輪旋轉(zhuǎn)時先遇到的測壓孔,即隔片前的測壓孔壓力高,而隔片后的測壓孔壓力低,產(chǎn)生失速壓差,我廠一次風(fēng)機失速探針為通徑6mm,失速保護差壓定值為200Pa。送引風(fēng)機、增壓風(fēng)機失速探針為通徑10mm,失速保護差壓定值為500Pa。
2013年3月23日,#1機組運行中,一次風(fēng)機B發(fā)失速信號,經(jīng)快速減負(fù)荷,降低風(fēng)機出力后,報警消失,報警最長持續(xù)時間為50s(設(shè)計為延時100s跳閘),過程如下:
圖4 #1機一次風(fēng)機B失速曲線
10:45:00機組負(fù)荷增至550MW,一次風(fēng)機出口10.93kpa
10:58:15一次風(fēng)機B發(fā)失速信號,一次風(fēng)機B失速壓力信號跳增至539pa。一次風(fēng)機動葉由69.35%自動減至55.45%,一次風(fēng)機B電流由120A降至72A。一次風(fēng)壓由10.95kpa快降至6.19kpa。一次風(fēng)壓低報警發(fā)出,多臺磨入口風(fēng)量低報警信號發(fā)出。E磨入口總風(fēng)量由135km3/h降至24km3/h,B磨入口總風(fēng)量由136km3/h降至45km3/h,爐膛壓力降至-1014pa,增壓風(fēng)機入口負(fù)壓降至-1352pa。
10:59:05一次風(fēng)機動葉減至50%,風(fēng)壓恢復(fù)至9.8kpa。一次風(fēng)機B失速信號消失。
10:59:25煤量由230t/h增至240t/h,機組負(fù)荷降至538MW。
10:59:31調(diào)整一次風(fēng)機壓力正常,觀察爐膛壓力振蕩回復(fù)中。
年后#1爐空預(yù)器B壓差持續(xù)增大,滿負(fù)荷時達(dá)到2800pa(#2爐壓差約為1600pa),對各風(fēng)機都存在堵風(fēng)現(xiàn)象,均具有失速危險性,3月23日運行中,機組接近滿負(fù)荷運行,熱一次風(fēng)母管壓力偏低,故一次風(fēng)機動葉開大,出口風(fēng)壓比正常稍高,由于E磨折算后一次風(fēng)量不準(zhǔn),冷熱風(fēng)門逐漸關(guān)小,最低均關(guān)至50%以下,一次風(fēng)機出口壓力進一步升高,導(dǎo)致一次風(fēng)機B首先失速,失速瞬間差壓報警,一次風(fēng)壓突降,此時燃燒惡化,鍋爐各參數(shù)擺動,而本廠針對一次風(fēng)機特別設(shè)置了失速自動關(guān)動葉的邏輯,故兩臺一次風(fēng)機開始自動關(guān)小動葉,從上面曲線看出連續(xù)動作四次,另外由于各臺磨機風(fēng)量下降,冷熱風(fēng)門均同時開大,使系統(tǒng)阻力減小,最終失速現(xiàn)象消失,風(fēng)壓恢復(fù)。
通過以上分析可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)發(fā)生失速時系統(tǒng)幾個顯著現(xiàn)象:
失速風(fēng)機出口風(fēng)壓下降,出口風(fēng)煙溫度上升;
失速風(fēng)機軸承振動上升;
失速風(fēng)機電流下降,并伴隨波動;
就地檢查風(fēng)機有異聲,外殼溫度上升,振動加??;
CRT畫面風(fēng)機失速差壓表顯示增大,達(dá)到報警值。
a、運行人員應(yīng)了解風(fēng)機所在系統(tǒng)的阻力構(gòu)成,特別是阻力較大又易于堵塞的設(shè)備,如空預(yù)器、脫銷裝置的阻力范圍。若這些設(shè)備阻力超出了范圍可能導(dǎo)致風(fēng)機失速時,應(yīng)限制負(fù)荷,控制風(fēng)機的出力,并及時加強吹灰減小堵塞程度;
b、運行人員應(yīng)了解風(fēng)機動葉對應(yīng)開度的風(fēng)機流量范圍,即從正常流量到該角度下失速流量之間允許變化。操作其它設(shè)備時,避免瞬時流量減小過大,引起風(fēng)機失速;
c、對失速差壓報警裝置應(yīng)足夠重視,其差壓波動開始增大時應(yīng)及時調(diào)整;
d、高負(fù)荷時對風(fēng)煙系統(tǒng)操作,包括磨煤機啟停應(yīng)平緩進行,防止突變;
e、發(fā)出失速報警信號后,首先核對失速差壓報警和風(fēng)機參數(shù)變化,判斷哪臺風(fēng)機失速;
f、由理論分析得知,風(fēng)機失速時其動葉開度是足夠支撐其正常出口壓力的,所以應(yīng)堅決快速的關(guān)小風(fēng)機動葉,切不可因為出口壓力降低而繼續(xù)開大動葉,導(dǎo)致喘振加??;
g、發(fā)生失速時,應(yīng)同時減小系統(tǒng)阻力,如一次風(fēng)機失速應(yīng)開大磨冷熱風(fēng)門,送風(fēng)機失速應(yīng)開大二次風(fēng)門、風(fēng)煙擋板,引風(fēng)機失速應(yīng)適當(dāng)增加增壓風(fēng)機入口負(fù)壓等;
h、適當(dāng)降低負(fù)荷,保證爐膛燃燒穩(wěn)定,調(diào)整水位、氣溫平穩(wěn);
i、一旦報警發(fā)出,操作應(yīng)快速準(zhǔn)確,防止風(fēng)機跳閘,擴大事故范圍。