大型锅炉引风机失速、喘振异常的分析与探讨(1)

     某电厂 300 MW 锅炉在运行中发生引风机失速、喘振异常。经分析，其原因是风机的选型不合理，在低负荷工况时引风机落入不稳定工作区运行。因此提出并实施合理的引风机运行方式，保证了引风机安全经济运行。同时建议今后新建电站锅炉风机选型或风机改造时应根据选型工况(TB)、MCR 工况、ECR 工况、50%BMCR 工况、不投油最低稳燃工况及锅炉点火启动工况选择风机的型式和型号大小，确保风机在稳定区域内运行，且失速裕度足够；同时电厂应编制具体的风机规程，防止类似现象发生。
1 设备概况
    某电厂二期工程 2×300 MW 机组锅炉系上海锅炉厂有限公司 SG-1025/17.5-M720 型亚临界锅炉，1 号锅炉于 2008年 4 月投产。锅炉采用中间储仓式制粉系统、四角切圆燃烧方式，设计燃用贫煤，配用的引风机为上海鼓风机厂有限公司引进德国 TLT 公司技术设计制造的 G158/180 型静叶可调轴流式通风机，系子午加速轴流引风机，其设计规范如表所示。

    TB(Test Block)，风机选型工况，我国电站风机的选型参数是按锅炉最大连续出力工况（BMCR）所需的风（烟）量和风（烟）系统计算阻力加上 15%的富裕量确定的，此工况点的风量、风压为风机能力考核点。BMCR(Boiler Maximum Continue Rate)，风机效率考核工况，在锅炉最大连续出力工况时进行风机效率测试考核。
2 引风机失速、喘振异常现象
    1 号锅炉冷态通风试验和整套启动期间，发现两台引风机存在失速、喘振异常现象，对引风机出口气动挡板、进口挡板进行详细检查，开关到位；对引风机静叶开度进行详细核对，两台引风机的静叶开度与实际指示一致，同时对电除尘内部及烟道进行检查，未发现明显的阻流障碍物和异物。
    试运期间，锅炉燃用接近设计煤种，引风机失速、喘振异常主要表现为：
(1) 启动初期， 无法通过调整静叶开度来调平两台引风机电流， 尤其是靠近烟囱侧的 2 号引风机电流较 1 号引风机偏大。
(2) 200 MW 以下负荷运行时， 两台引风机易出现抢风现象，当吹灰和启停排粉机时，炉膛负压出现正弦波摆动（-200～300 Pa 左右，最高达 500 Pa） ，就地烟道振动剧烈、声音刺耳； 只有当两台引风机的电流偏差在 20 A， 即一台引风机电流 105 A，另一台 85 A 时，方可保持炉膛负压稳定。
(3) 负荷 200～260 MW 时，电流偏差较小，约 10 A，抗干扰性增强；但是当干扰较大时，如给煤机断煤，石家庄风机厂两台引风机的电流均有 8 A 的波动，有时甚至达 30 A 波动。
(4) 负荷高于 260 MW 时，两台引风机的电流很少出现波动， 炉膛负压稳定， 两台引风机的电流可以稳定在 120A左右运行。但是，如增加 1 号引风机的静叶开度时，其电流增加不明显；若增加 2 号引风机的静叶开度时，1 号引风机的电流会降低， 2 号引风机的电流可以增加至 135 A 左右， 1号引风机的电流则降至 115 A 左右， 两台引风机可以保持稳定运行。
(5) 两台引风机的电流不能调整至 135 A 以上运行。
(6) 不能投入锅炉负压自动。从以上现象可知，在机组中、低负荷区域引风机易发生异常，在高负荷不易发生。需要指出的是，同类型锅炉配上海鼓风机厂有限公司的 G158/219 型静叶可调轴流式通风机在贵州某电厂两台机组锅炉引风机上也发生以上类似异常。
3 引风机失速、喘振异常原因分析
3.1 风机失速的危害
    对风机本身而言，若在失速区域长时间运行，将导致叶片断裂，且叶轮的机械部件也可能损坏。英国 HOWDENVARLAX 公司有明确规定：风机在失速区内累积运行时间不能超过 15 h，否则要更换叶片。对机组而言，若风机发生失速，造成风机跳闸，将直接联锁单侧通风组停止，机组减负荷；间接地引起炉膛正压或负压超限，锅炉发生 MFT，联锁机组跳闸。 因此， 轴流风机运行中必须防止其发生失速。
3.2 失速与喘振的区别与联系
(1) 失速是叶片结构特性造成的一种空气动力工况。 失速的基本特性由开始至结束都有它自身的规律， 不受系统容积形状影响； 而喘振是风机与系统耦合后的振荡特性的表现形式，其振幅、频率等受风道容积的节制。
(2) 失速是轴流式风机基本属性， 每个叶轮都会有发生失速的不稳定工况，它是隐形的，只有用高灵敏度仪器、高频测试器才能探测； 而喘振是显形的， 当喘振发生时， 流量、压力和功率的脉动及伴随的噪声，一般很明显，甚至非常激烈。 但喘振发生要有一定的条件，IC解密 同一风机装于不同系统中，有的发生喘振，有的就不发生。
(3) 失速发生时， 尽管叶轮附近的工况有波动， 但整台风机的流量、压力和功率基本是稳定的，可连续运行；而喘振发生时，因流量、压力和功率大幅度脉动，无法维持正常运行。
(4) 失速时，风机特性曲线可以测得；但喘振时，因工况脉动，无法进行正常的测量。
(5) 喘振仅仅发生于风机特性曲线中从顶峰以左的坡度区段，其压力降低是失速造成的；而失速现象存在于顶峰以左的整个区段石家庄市风机厂。两者是密切相关的，失速的存在是喘振发生的原因。
3.3 引风机失速、喘振异常原因分析
    从机组运行实际情况看，在燃用设计煤种，机组 300MW 负荷下，由于汽轮机侧真空低，锅炉蒸汽流量近 1000t/h，接近 BMCR 工况，此时两台引风机电流均为 125 A，而引风机额定电流 215 A，不到额定电流的 60%，说明引风机裕量偏大。
    从图可知，该风机性能特性曲线较为陡峭，特别是在引风机中、低负荷区域。这意味着风机在该区域运行，即使是一个微小的扰动，有可能造成流量、压力大幅度波动，功率也大幅度波动，风机运行工况不能完全落在稳定区域内，或在稳定区域内、但失速裕度不夠，易引起引风机失速、喘振异常。另外，当锅炉在高负荷运行，两台引风机运行，由于引风机裕量大，引风机也不可能在风机高效区运行。
目前我国引风机选型系按锅炉最大连续蒸发量所需的风（烟）量和风（烟）系统计算阻力加上一定的富裕量确定的，即根据风机选型工况（TB） 、BMCR 工况点确定风机容量、规格、及主要设计参数，没有考虑锅炉在中低负荷工况时引风机对应的工况点的参数， 也就是风机选型没有考虑机组满发经济运行工况（ECR） 、50%BMCR 工况、不投油最低稳燃工况及锅炉点火启动等工况点的参数， 造成引风机不能满足中低负荷工况的需要。