转载--轴流风机失速怎么办?该怎么处理?

来源：技术小组 秦源1955

引言

根据环境保护部、国家发展和改革委员会、国家能源局联合发布的《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》要求，截止2020年底，全国所有具备改造条件的燃煤电厂必须达到超低排放水平。改造方案主要涉及在锅炉尾部烟道加装脱硫、脱硝、除尘设备或增加烟气换热设备等，然而在一味追求环保超低排放的情况下，忽视了设备阻力、尾部烟道积灰以及炉膛结渣等因素，造成风机设计余量偏小、动叶调节幅度过大，偏离设计工况运行导致风机旋转失速甚至喘振，严重危害风机安全运行。因此在机组新建或改造之后需对风机性能重新进行试验，确保满足机组运行需求。

失速现象

对于轴流风机来讲，失速前后风机运行参数变化有：

1. 失速风机的出口风压、流量、电流大幅降低，引起炉膛内燃烧状况剧变；
2. 失速风机噪声明显增加。严重时机壳、风道、烟道发生振动，可能导致风机设备、烟风道振动大损坏；
3. 在风机投自动的情况下，未失速侧风机电流、流量大幅升高，容易造成电机过载；
4. 与风机喘振不同，风机失速后，性能参数降低后不会发生周期性大幅度变化，若失速处理不当，易引发风机喘振，造成设备损坏。

失速原因

风机失速直接原因为风烟系统阻力大于风机所能提供的能量，导致风机在失速区运行；根本原因则较多，故在此列举几种常见原因供大家参考：

1. 机组改造过程中加装环保、换热设备造成风机失速裕度降低；
2. 炉膛区域燃烧状况不好，导致炉膛挂焦，造成风机出力增大；
3. 输灰不畅或负荷波动灰量大等问题造成SCR反应器堵灰；
4. 氨逃逸导致空预器堵塞严重；
5. 冬季一次、送风机入口滤网结霜，造成风机曲线发生变化，使风机在失速区运行;
   
   滤网结霜风机滤网结霜，气流在进入风机前压力下降或产生预旋，造成节流损失，导致风机性能曲线下降，烟风道管路特性曲线上升，从而风机提前进入失速区。
6. 逻辑中风压设定值过高，风机出力过大，造成系统抗干扰能力下降，低负荷运行时，单台磨风量波动导致风压波动，从而引起风机失速；
7. 吹灰导致炉膛负压波动较大，导致风机投自动的情况下，风机出力波动，引起并列运行风机抢风，因此在吹灰过程中，需密切关注引风机出力情况；
8. 运行人员责任心问题，在加减负荷时对风压监视不到位；
9. 设备自身问题（如执行机构卡涩等）。

图1 炉膛结焦

图2 SCR脱硝装置堵灰

图3 氨逃逸导致空预器堵塞

事故预案

1. 当发现风机失速时，严密监视另一台风机动叶(或静叶)自动开大，否则手动开大，监视风机电流不超额定，立即解除失速风机自动，手动将失速风机的动叶(静叶)快速关小至失速前对应动叶开度，然后按每次10%开度继续关小，关小失速风机动叶(静叶)过程中严密监视炉膛负压、磨入口风量、运行氧量，风机出、入口压力等，当失速风机风压出现变化时，表明动叶(静叶)开度与风压匹配，可根据实际情况维持当前开度或选择逐渐并列风机；
2. 高负荷风机发生失速，应切除炉主控或给水主控，快速降低机组负荷。机组负荷大于90%额定负荷时失速，应立即手动停磨至单台风机允许最大负荷;其他负荷段失速，应根据实际情况决定是否立即停运磨煤机。调整过程中，应防止其它风机失速；
3. 引风机失速与一次风机失速处理不同，不能急于在两侧风机动叶(静叶)开度均较大时选择并列风机，应将失速风机动叶(静叶)关小，直至开度与风机出力匹配时再逐渐并列风机，以免发生动叶开度较大时，失速风机出力突然增大造成炉膛负压大幅波动；
4. 风机失速时，手动开启风机联络挡板;加强对风机的监视，确认风机自动调整正常，否则解除自动，手动调整；
5. 快速降负荷时，应注意给水流量和过、再热汽温的调节，控制煤水比，维持中间点温度正常。

关动叶，降负荷，急停磨，开联络

失速机理

从空气动力学角度分析，当气流经过一定几何形状的孤立翼型时，在一定范围内受到的升力L随着来流冲角α的增大而增大，但当冲α角超过某一数值时，升力急剧下降，这是因为在大冲角下，绕流翼型时，在翼型上表面的流体在后缘点前发生后缘点分离。此时，在翼型后面形成很大的漩涡区，致使风机翼型上下表面的压力差减小，因此升力随之减小。升力减小的点称为失速点。当冲角增大到失速点后，空气动力特性就大为恶化。风机在失速工况下运行时将使风机性能恶化，效率降低，并伴有噪声及振动。

当气流流向叶道1、2、3、4，与叶片进口安装角发生偏离时，则出现气流冲角。当某一叶片首先发生失速现象，假定在流道2内首先由于失速而产生阻塞现象，原先流入流道2的气流只能分流进入流道1和3，此分流的气流与原先流入叶道1和3的气流汇合，改变了原来气流的方向，使流道1的冲角减小，而流入流道3的冲角增大，这样就防止了叶片1失速，但却促使叶片3失速，流道3的阻塞又使气流向流道2和4分流，这样又触发了叶片4的失速。这一过程持续地沿叶轮旋转相反方向移动。这种移动是以比叶轮本身旋转速度小的相对速度进行，因此在绝对运动中，就可以观察到失速区以（ω-ω′）的速度旋转，这一现象称为旋转失速。

结合风机翼型叶片受力与轴流风机典型性能曲线来看：在qv-P曲线上，c点左侧的虚线区为风机失速区，一般不允许风机在此区域运行。当在设计工况时，对应曲线上的d点，此时沿叶片各截面的流线分布均匀，效率最高，如下图(d)所示；当qv＜qvd时，来流速度的流动角减小，冲角α增大。当翼型的空气动力特性可知，冲角增大时，翼型的升力也增加，因而全压上升；当流量达到qvc时，冲角已增加到使翼型上产生附面层分离，出现失速现象，因而升力降低，全压也随之下降；当流量减小到qvb时，全压最低，如下图(c)所示；当qv＜qvb时，沿叶片各截面全压不相等，出现二次回流，此时，由叶轮流出的流体一部分重新返回叶轮，再次获得能量，从而全压又开始升高；当qv=0时，全压达到最大值，如下图(a)所示。由于二次回流伴有较大的能量损失，因此，效率也随之下降。

解决方案

逻辑优化

1. 在一次风机运行过程中进行摸底试验，在保证不堵磨，磨出口温度正常的情况下重新确立风煤比函数，保证风机的安全性与经济性；
2. 优化二次风压调节器设定值函数，并将风压调节系统加入设定值前馈函数，这样能够保证风机在变负荷时迅速调节，防止出现响应AGC过程中风量波动过大引起风机失速；
3. 在技术改造后，根据运行过程中的边界条件，结合运行参数重新计算定值，确保机组安全运行（如在加装脱硫塔后，风机出力明显增大，需重新计算吸收塔液位定值，在保证脱硫效率的前提下防止风机在失速区运行；根据空预器阻力的变化，重新确定风压计算函数等）。

风机性能诊断

1. 新建机组，根据烟风道布置图纸，进行管路阻力计算，对风机选型给出合理性意见，防止出现风机性能过高或过低，不能适应整个机组安全经济运行；
2. 改造机组，根据加装不同设备，以及烟风道内部状况校核风机性能，确保机组长期运行，满足全工况运行。

烟风道结构优化

1. 为保证风机经济运行，减少气流在烟风道输送过程中能量损失，可对整个烟风道布置结构进行优化改进，尽可能减少烟风道内部的沿程阻力损失以及局部阻力损失；
2. 定量计算风烟阻力，从而保证炉内空气动力场更加明确，燃烧调整更加细化，对进一步改善炉内燃烧状况，调整环保排放值更具针对性。