低负荷工况“非典型”引风机失速事故的分析

摘要：轴流引风机由于自身的特点，在选型设计不合理、调整不当或烟道系统阻力大时，易发生风机失速。引风机失速一般发生在机组高负荷期间，但如一些原因引起烟气系统阻力变化，在较低负荷情况下，操作人员对引风机参数监视不够重视，也易发生引风机失速。当烟气的飞灰中有机物含量高，或电除尘故障使烟气含尘量高，容易引起吸收塔浆液冒泡。浆液产生的泡沫密度低，而目前吸收塔普遍采用的压力转换型液位计无法直接反应泡沫厚度，使泡沫堆积至吸收塔烟道入口，引起烟道阻力大大增加，甚至在机组较低负荷时，也发生引风机失速。

关键词：引风机;失速;因素;浆液起泡;对策

目前，大型火力发电机组的送、引风机、一次风机广泛采用轴流式风机。我厂的#7-10机组，送、引风机均采用轴流风机。轴流风机由于自身的特点，在选型设计不合理、调整不当或系统阻力偏大时，容易发生风机失速。风机失速时，会引起风机出口压力下降，风机无出力，振动加大，容易引起风机损坏或风道损坏，调节处理不当时，容易造成燃烧不稳。由于风机失速时，会引起炉膛负压大幅变化，炉膛负压极易达到炉膛负压保护动作定值，引起锅炉熄火和机组跳闸，甚至可能造成炉墙或烟道的损坏。引风机失速时，会导致炉膛冒正压，对周围造成污染，且大大增加锅炉房着火的风险。随着环保要求的提高，各机组都进行了超低排放改造，烟道阻力大幅增加;特别是空预器、MGGH冷却器积灰，脱硫吸收塔区域烟道积石膏等种种原因，随着机组连续运行时间增加，烟道阻力会不断上升，在高负荷或工况大幅变化时，很容易引起轴流式引风机失速。

据不完全统计，近5年来，浙能集团内电厂共发生风机失速事件35起，其中，大部分是引风机失速。我厂超低排放改造后，#7、9、10机均发生过引风机失速的事故。特别是2018年9月17日，#9机组发生了一次“非典型”引风机失速引起的锅炉灭火保护动作的事故。

1轴流式风机失速的机理

轴流式风机在运行中，气流是沿着风机轴向方向进入风机，在叶轮处获得能量后也沿轴向方向流出风机，性能特点是流量大，扬程（全压）低。工作原理相当于飞机飞行中，机翼与空气的关系，即机翼理论。机翼在发动机动力作用下向前飞行，因机翼上下面曲率不同，使上下面流过的空气流速不同，上下面产生不同的压强，从而产生升力。轴流风机相当于机翼理论的反方向过程，驱动装置提供动力克服风机各叶片的升力，叶片给气流一个与升力大小相等、方向相反的推力，使气体能量增加并沿轴向排出。

轴流风机动叶的顶点与叶尾的连线为叶片的轴线。气流在流过叶片时，气流方向与叶片轴线之间产生的一个冲角α。当风机在正常运行工况工作时，冲角很小，接近于零，绕过叶片的气流保持流线的形状（图1）。当气流与叶片形成正冲角，随着角度增大，气流将无法保持流线形状，在葉片的后缘从叶片表面脱离，产生涡流（图2）。当冲角超过某一临界值时，涡流甚至将会填满前后两个叶片子间的间隙造成“堵塞”，升力减少，阻力急剧增加，出口压力随之急剧降低，这一现象称为“失速”。

轴流风机叶片在制造、安装过程中，不可能有完全相同的流线形状和安装角度，在实际运行过程会发生某一叶片或部分叶片松动，各叶片的冲角不可能完全相同。当运行工况改变时，某一个叶片或某一些叶片的冲角α达到临界值时，就可能首先会在该叶片或该区域叶片上发生失速。且失速区不静止，当某一叶片或某一些叶片发生失速后，该区域气流堵塞，气流会向相邻区域扩散，改变相邻区域的气流方向，使失速向相邻其他叶片扩散，从而使风机各个叶片均发生失速，形成交变应力，最终导致损坏叶片（图4）。

对定速轴流风机，叶片随着轮毂旋转，叶片高度相对于轮毂直径比例较少，叶顶与叶根的圆周方向速度变化不大，可认为在圆周方向速度u基本不变。当风机出力调节时，气流速度c将发生改变，可以改变气流方向C或者改变叶片角度β（图3），从而使冲角接近于零。也即是轴流式风机的负荷调节可采用动叶调节或静叶调节。动叶调节有着调节性能好、效率高、等效率运行区宽等优点，机组变负荷特别是低负荷时，经济性好的优点明显。我厂的送风机一直采用动叶调节，超低排放改造后引风机也由静叶调节改为动叶调节型号。

2引风机失速的因素

火力发电厂中，送风机的出口阻力较小，出口风压低，送风机发生失速的情况极少。由于轴流风机的高效、稳定的优势，目前大型机组的一次风机采用轴流式风机的也较多;但据统计，一次风机发生失速的概率比引风机小很多。在实际运行中，轴流风机发生失速的主要为引风机。

引风机失速主要受烟道阻力的影响，特别是超低排放改造使烟道阻力明显增加，随着机组连续运行时间的增加，空预器、MGGH等设备长期运行引起积灰、粘结等原因引起阻力上升;浆液循环泵运行方式不合理，致使脱硫吸收塔区域烟道内石膏堆积引起烟道阻力增大，以及烟气系统的导流板布置不合理或脱落等。这些原因是引风机发生失速的现象常有发生。

影响引风机失速的因素：

（1）引风机进出口全压升。引风机全压升数值上约等于烟道阻力，用于克服烟道阻力，烟气系统中各类设备，主要包括脱硝装置、空预器、MGGH、吸收塔除雾器等，任一设备堵塞、烟气导流板脱落、浆液循环泵运行方式不合理等原因，均会影响烟道阻力。在烟气量一定的情况下，烟道阻力较大幅偏离设计值是引风机失速的主要因素。

（2）烟气量。在烟气系统通流面积一定的情况下，烟气阻力与烟气量（即流速）的关系不仅仅是平方的关系，而是大幅突升。

（3）排烟温度。根据儒考夫斯基理论，风机的升压Py=ρCybωm2/2（式中ρ—介质密度，Cy—升力系数，b—叶片弦长，ωm—相对于动叶的平均气流速度），排烟温度影响烟气密度，从而影响风机出力;另外，由于排烟温度高，在质量流量相同的情况下，烟气速度明显增加，使得烟道阻力增加。

（4）动叶制造、安装工艺、动叶磨损、松动等风机自身原因。当动叶制造或安装工艺不佳，或风机叶片出现松动，引起两台风机叶片调节不同步等原因，使烟气流过叶栅时产生“涡流”的可能性增加，两台形成明显的“抢风”现象。

（5）两台引风机出力不一致。因两台风机出力存在偏差，变负荷过程中致使各风机出力变化量有偏差，致使两台风机的风量、电流出现严重不平衡。

（6）两台机组共用一根烟囱，两台机组都运行时，烟气在烟囱入口互相挤占，使烟气阻力增加，甚至在高负荷可能发生两台机引风机相继失速的情况。

由于轴流风机的运行特性，在低负荷区的全压升裕量较大，一般不会发生失速事故，其失速事故主要发生在高负荷运行期间。但当某些因素引起烟气系统阻力明显增大时，在较低负荷时，失速事故也会发生。本文对发生在我厂一次低负荷下引风机失速的 “非典型”案例进行具体分析。

3 “非典型”引风机失速事故的分析

3.1设备概况

我厂#9机组是哈尔滨锅炉厂有限责任公司根据美国ABB—CE燃烧工程公司技术设计制造的，配330MW纯凝汽轮发电机组的亚临界压力，一次中间再热、控制循环汽包锅炉，采用平衡通风、直流式燃烧器、四角切圆燃烧方式，燃用烟煤。锅炉最大连续蒸发量为1087t/h（增容后）。#9炉于2013年进行了低氮燃烧器改造和加装SCR脱硝系统，锅炉详细参数见表1，设计煤种见表2。锅炉配备两台SAF26-18-2型引风机，各参数见表3，风机特性曲线见图5。

3.2事故经过

事故前， 机组负荷210MW，AGC方式，总风量950 t/h，三台磨煤机运行，三台浆液循环泵运行，两台引风机电流207/208A，引风机动叶开度51%/47%，引风机进口压力-2.75kPa/-2.8kPa，引风机出口压力1.5kPa/2.6kPa。引风机失速时，炉膛压力突升，A引风机电流从225A上升至460A，已超额定电流（442A）运行，动叶开度从53%开至87%，B引风机电流从225A下降至178A，后上升至240A，并晃动较大，动叶开度从50%开至87%，炉膛压力高高，MFT，主要参数变化情况见图6。根据两台引风机进、出口压力、电流曲线，结合引风机性能特性曲线，判断为B引风机失速，导致炉膛负压无法调节正常，炉膛压力高高MFT。

3.3事故分析

本次引风机失速事故发生在低负荷期间，而且该台炉自投产以来从未发生过引风机失速事故，虽然事故处理时已判断出为引风机失速，但该锅炉的灭火保护的炉膛负压保护动作设定值低，处理上不及时，引起了MFT。事后检查分析发现事故原因：事故前几天，该炉电除尘已有二个电场故障停运，烟尘进入吸收塔内产生大量泡沫，而吸收塔除雾器冲洗水阀有内漏，吸收塔液位逐渐升高，事故发生时，虽然吸收塔液位仍在正常值内，但大量泡沫堵塞烟道，引起烟道阻力增加，引风机进、出口压力又不准，没有引起操作人员的重视，使引风机进入失速区。

4 引风机失速的处理和防范

机组运行中，发现两台引风机电流偏差突然加大，炉膛负压大幅波动或冒正压严重，动叶开度增大而电流下降等情况时，可判断为引风机失速。若引风机出现轻微失速，炉膛负压、引风机电流等参数变化不明显，适当降低锅炉出力，调整两台引风机出力平衡，使风机脱离失速区;锅炉应停止炉膛吹灰、启磨等易引起炉膛负压大幅波动的操作。在原因不明时不能继续加负荷，防止引风机再次进入失速区。

若引风机出现严重失速现象，应立即投油助燃，通过退磨等方法快速降负荷（若失速发生在低负荷时，慎重退磨，防止因燃烧不稳而MFT），将失速风机动叶撤至手动并关小，直至脱离失速区，同时，注意调整控制锅炉总风量、炉膛负压，防止另一台引风机参数超限。

防范引风机失速的措施有：

（1）完善优化逻辑报警配置，控制引风机风量、出力平衡，设定合理的风机进出口差压、电流偏差、吸收塔液位等报警值。

（2）引风机检修时，重点检查动叶及执行机构，保证动叶无磨损、结垢，各个叶片调节特性良好。

（3）利用机组检修、调停时机，对空预器、MGGH、脱硝系统、烟道（特别是吸收塔进口烟道）进行定期检查清理冲洗，保证烟道通畅，降低烟道系统阻力。

（4）运行中，加强引风机及烟道运行参数的监视和分析，做好同负荷下引风机电流、烟道阻力等参数的比对，及时发现问题。加强引风机动叶执行机构、挡板等设备的巡查，及时发现消除各类问题。

（5）运行中，严格执行空預器、MGGH的吹灰制度延缓烟道阻力上升。空预器吹灰蒸汽参数合适、疏水彻底，按规定烟温投退脱硝系统，脱硝系统调节平稳，避免大开大关，减少硫酸氨盐在空预器上的沉积。发现吸收塔浆液起泡时，及时分析原因进行消除，并加强换浆、控制吸收塔液位。

（6）运行操作上，尽量保证两台引风机出力一致，控制引风机动叶、进出口差压、风机电流等参数，必要时降低负荷，防止风机参数偏离运行安全区域。对于有供热的机组，注意影响引风机失速的原因是锅炉负荷，而非汽机负荷。

参考文献：

作者简介：李卫平（1974—  ），男，汉族，浙江台州人，本科，助理工程师，研究方向：火电厂运行。