轴流风机喘振的原因分析及应对措施.pdf

第 3 3卷 第 5期 2 0 1 1年 5月 华 电 技 术 Hu a d i a n Te c h no l o g y V0 1 3 3 No 5 Ma v 2 01 1 轴流风机喘振的原 因分析及应对措施 张广 东 ( 广州珠江电厂 ， 广东 广州5 1 1 4 0 0 ) 摘要： 轴流风机由于其转子结构复杂且转动部件较多， 引起喘振的风险较大 ， 造成的危害也相对较大。根据现场的实 际情况， 分析了风机喘振的原因， 采取应对措施后 ， 风机喘振的几率明显降低。 关键词： 轴流风机； 喘振 ； 卡门涡街 ； 激振力 中图分类号： T K 2 2 3 2 7 文献标志码： B 文章编号： 1 6 7 41 9 5 1 ( 2 0 1 1 ) 0 5 0 0 0 8 0 2 1 喘振故障的危害 锅炉主要辅机 ( 引风机 、 送 风机 、 一 次风机 ) 的 可靠性直接关系着整个机组 的安全经济运行 ， 而喘 振是轴流风机运行中的多发故障之一。如何提高轴 流风机运行的稳定性和安全性， 降低喘振发生率， 减 小对机组正常运行 的影 响， 已成 为电厂锅 炉运行 的 重要工作之一 。 广州珠江 电厂装 机容量为 43 0 0 MW， 4台锅 炉型号为 HG 1 0 2 1 1 8 2一Y M3 ， 其 六大 风机 ( 即引 风机 、 送风机 、 一次风机各 2台) 均配备 了沈阳鼓风 机厂生产的动叶可调轴流式风机 ， 在多年的运行中， 曾多次发生喘振 ， 轻则造成风机出力降低 ， 影响机组 负荷 ； 重则使 1 片或多片叶片断裂 ， 进而打断其他所 有 叶片 ， 即俗称 的“ 剃光头 ” 现象 ， 机组被迫进行快 减负荷 R B( R u n B a c k ) ， 严重影 响了机组 的安 全运 行 ， 同时也会造成不可估量的经济损失。 2 原 因分析 依据风机的特征可知 ， 其性能曲线呈驼峰状 ， 如 图 1所示 。风机的工作点 A是由风机和管路共同决 定的 ， 当风机性能曲线 和管路特性 曲线相交于驼峰 顶点 K的左侧时 ， 风机进入不稳定 工作 区， 其工作 点可能沿着驼峰来 回游动 ， 压力 和流量 可能 出现大 幅波动 ， 压力时高时低 ， 流量时正时负并伴随着剧烈 的振动和噪声 ， 由此形成 了风机喘振。由以上分析 可见 ， 风机喘振是 由风机和管路共 同决定 的。在现 场风机运行 中， 由于系统本身缺陷或操作失误 ， 造成 管路系统的扰动或阻力 的变化 ， 改变了管道特性 ， 使 风机进入不稳定 工作 区， 是风机 喘振 的主要 成 因。 根据广州珠江 电厂现场实 际运行情况 ， 归纳风机 喘 振的原 因有如下 5项。 收稿 日期 ： 2 0 1 01 21 3 P J J 区 一 0 Q 图 1风机喘振特性 曲线 图 2 1 运行调节方式不当 在风机 的运行过程中 ， 应尽量避免采用高风压 、 低流量 的方式。根据风机特性 曲线可以看出 ， 当风 机高压力 、 低流量 运行时 ， 其管道 阻力特性 曲线变 陡， 风机工作点上移并逐渐进入驼峰区域 ， 此时风机 运行的不稳定性增加 。当工作点到达 点左边时 ， 风机极易发 生喘振。以广州珠江 电厂一 次风机为 例 ， 其额 定 风压 达 7 4 7 k P a ， 额定 风 量 为 1 4 2 0 0 0 m h ， 与送引风机相比， 其压力高、 流量低， 发生喘 振的频率较高 。2 0 0 1年 8月 3日， 4机组负荷 2 4 9 MW， 汽温 、 汽压和水位正常 ， 其他各运行参数平稳。 突然“ B一次风机喘振” 光字牌报警 ， 热一次风压从 7 0 k P a 跌至 3 8 k P a ， B一次风机 电流从 5 6 A跌 至 4 8 A， 动叶开度未变( 6 2 ) ， A一次风机运行正常 ， B 一 次风机稍作调整无效 ， 立 即将 2制粉系统拉掉 ， 联系汽机有关人员马上减负荷 ， 投 C D层油枪 ， 将 B 一 次风机动叶调至 2 0 时， 热一次风压 回升至 5 6 k P a ， 然后逐渐将 B一次风机动叶调 回 6 0 ， 风压恢 复正常 。类似的故 障曾多次发生 ， 笔者判断为一次 风压过高所致。经验表 明， 将一次风机热风压维持 在 6 5 k P a 以下， 喘振的几率大大降低。 2 2 管路阻力过大 在实际运行 中， 由于各种各样的原因， 会造成风 机管路阻力 的增大 ， 从而改变管路特性曲线 ， 使风机 工作点偏移 ， 进入不稳定工作区， 导致喘振。广州珠 江 电厂采用 了三分仓 回转蓄热式空气预热器 ， 由于 第5期 张广东： 轴流风机喘振 的原因分析及应对措施 9 其工作环境恶劣 ， 结 构复杂 ， 容 易积粉积油 ， 特别是 在调试运行期间， 机组启 、 停频繁 ， 可燃物累积较多 ， 极易产生再燃烧 ， 空气预热器产生变形 ， 造成动 、 静 间隙增大， 漏风系数增加。由于漏风系数增大 ， 送风 机 、 一次风机漏人烟气 中的风量加 大， 造成 出力增 加。同时， 烟气量的增加也会导致引风机出力增大 ， 风机容易进入不稳定工作区， 喘振的机会相应增加。 由于 电除尘电极积灰过多或烟气进出 口气流分 布板堵塞， 造成烟气通流面积减小， 导致烟气流动阻 力升高。此时， 引风机若处于自动位置， 其动叶自动 开大来维持炉膛 负压。这样 ， 引风机人 口负压就会 迅速升高 ， 进入不稳定工作区。经验数据表明， 当引 风机人 口负压超过 一3 0 k P a时， 引风机 极易发生 喘振。 1 9 9 80 1 2 6 T 2 0 ： 3 7 ， 广州珠 江电厂 4锅炉 A引风机 突然 喘振报警 ， 电流表突然顶表 ， 随 即返 零 ， 风机跳闸， 立 即将负荷减至 1 6 0 MW。经过现场 检查 ， 发现 A引风机 叶片全断。该风机跳闸前 的负 荷为2 8 5 M W， A引风机振动值为 3 9 m， 人口风压 为 一 3 0 k P a ， 跳闸时最大振动 4 3 0 m。笔者分析认 为 ， 入 口风压过高引起喘振 和叶片材质差是造成叶 片断裂的主要原因。广州珠江电厂引风机高负荷时 曾多次发生喘振， 此时， 人口风压均超过 一 3 0 k P a 。 2 3 风机进气箱阻力过大 由于风机进气箱横截 面积较大且多为架空安 装 ， 在进风道内部就必须用钢架进行支撑 ， 以保证其 牢 固性 。钢架呈 网状结构 ， 与进风 向垂直布置 ， 由圆 柱形钢管组成。根据流体力学知识可知， 当空气流 经钢架进入风道时 ， 就会在 圆柱体的钢管壁面产生 很薄的附面层。在钢管的后方 ， 由于附面层的分离 ， 会释放出大量的漩涡 ， 形成卡门涡街现象 ， 造成空气 流动阻力增大。当钢架结构 布置不合理时 ， 就有可 能在进风箱内部形成一个漩 涡区， 造成空气流动阻 力急剧升高且流量降低。当风机投 自动时， 动叶开 度 自行开大 ， 此时， 风机极易进入不稳定工作区 ， 从 而引起喘振。 2 4系统影响 由于风机处于复杂的风烟系统之中， 制粉系统 、 燃烧系统与之相连 ， 锅炉 的许多操作都会对风机造 成影 响， 甚至产生 喘振 。其 中， 一次风机 因为压力 高、 流量低 ， 而最容易受到系统影响。由于广州珠江 电厂配备了中速磨煤机， 为直吹式制粉系统， 一旦一 次风机发生喘振 ， 风压急剧波动 ， 就会造成磨煤机堵 塞甚至跳闸， 炉 内燃烧工况不稳 ， 如果处理不及时可 能会触锅炉主燃料跳闸 MF T ( Ma i n F u e l T r i p p i n g ) 动 作 ， 扩大事故范 围。 ( 1 ) 2台并列运行 的风机应维持 出力相等 ， 这是 避免风机喘振 的重要条件 ， 在正常运行中， 维持 2台 并列运行的风机 出力相等不难达到 。但是 ， 当一台 风机带负荷运行 ， 且与另外一台风机并列时 ， 由于 2 台风机出口风压不等 ， 此时 ， 操作不当会引起运行风 机风量倒流人并列风机 ， 造成运行风机流量 、风压 大幅波动 ， 而使运行风机进入不稳定工作区， 引起喘 振 。这种情况对锅炉安全运行 的危 害性较大 ， 甚至 会造成炉膛灭火 。 ( 2 ) 制粉系统跳闸会 引起一次风机喘振。磨煤 机出口门为完成炉膛灭火保护的快关功能， 均设置 了气动执行机构 ， 当磨煤机跳闸时会连锁快速关闭。 当 1台或多台磨煤机跳 闸时， 其出 口门快速关闭 ， 此 时， 磨煤机通风量由5 万 6 万 m 。 h 迅速降至0 ， 流 量的急速减少引起 风道及风机 出口风压迅速 上升， 风机进入不稳定工作区， 引发喘振。 广州珠江电厂 曾发生因一次风机喘振处理不当 而造成汽包水位高 ， 引发锅炉 MF T的事故 。2 0 0 4 0 61 8 T l 5 ： 3 0 ， 运行巡检员检查发现 4锅炉 B一 次风机 电源开关 B相油位低 于下限值 ， 1 8： 2 6 ， B一 次风机停运。1 8 ： 4 8 ， B一次风机电源开关更换工作 结束。此时， 热一次风压为 5 3 5 5 1 6 k P a ， A一次 风机动叶开度 8 6 7 。1 8 ： 4 8 ， 启动 B一次风机 ， 在 B一次风机出 口挡板联开 的过程 中， 热一次风压快 速下降至 2 8 9 2 6 3 k P a 。同时 ， A一次风机在动叶 开度不变的情况下电流由 6 1 O 7 A下降至 5 8 4 8 A， 出口风压由 5 9 6 k P a降至 3 6 4 k P a 。值班人员判断 为 A一次风机喘振 ， 立 即手动减 A一次风机动叶至 6 5 5 ， 并打开 A一次风机冷风再循环 门， 一次风 压继续降至 1 0 0 0 6 6 k P a 。1 8 ： 5 0， 停 B一次风机 并加开 A 一 次 风 机 动 叶 开 度 ， 风 压 开 始 上 升 。 1 8： 5 0 ， 全关 A一次风机冷风再循环 门， 风压迅速上 升至 4 6 4 3 k P a 。此 时， 汽包 水位 也 大 幅上升。 1 8 ： 5 1 ： 2 1 ， 值班员将主给水切为手动。l 8 ： 5 1 ： 2 9 ， 紧 急停运 B小机 ( 电动给水泵联动 ， 1 8 ： 5 l ： 3 1 ， 电动给 水泵运行 ) ， 1 8 ： 5 1 ： 3 4， 汽包水位 高高报警 ， MF T保 护动作 。由于一次风系统容量较小 ， 一次风压容易 受到扰动的影响而产生波动 ， 造成风机喘振 。 2 5 风机动叶调节伺服机构工作不正常 风机动叶调节伺服机构工作不正常， 是造成风 机喘振的主要原因之一。如果伺服机构工作不正 常 ， 就会造成风机动叶实际开度与指令不相同 ， 两侧 风机出力不均 ， 风压不等 ， 引起 喘振。另外 ， 伺服 电 机刹车系统故障会引起 动叶过调 ， 当风机在 自动调 节时 ， 电脑指令作 出修正 ， 动 叶开度往 回调 ， 而且会 再 次过调 ， 如此 周而 复始 ， 系统风 ( 下转 第1 2页) 1 2 华 电技 术 第 3 3卷 和一次风机在各负荷点与入 口挡板和静叶开度的对 应历史曲线 ， 经过现场动态试验后 ， 得 出了引风机 的 =8 0 的结果 ， 该值 已经过机组带满 负荷变频 器重故障切工频检验， 切换时炉膛压力最低降低 l O 0 P a左右 ， 参数控制稳定 。由于云南华 电巡检 司 发 电有 限公 司一次风机在基建期 间选型较小 ， 机组 正常运行时 ， 入 口挡板经常开至 9 0 以上 ， 故未做逻 辑 ， 在变频器重故 障切工频时 ， 入 口挡板保持原位置 不变。机组在带满负荷运行时， 6锅炉 1 一次风机 出现一次变频器重故障切工频 ， 切换时一次风压基本 不变 ， 水冷风室差压不受影响 ， 床压控制稳定。 通过以上逻辑修改 ， 引风机和一次风机变频器 重故障切工频基本实现了无扰切换。 3 变频器检修和运行时应注意的事项 ( 1 ) 变频器启动后 ， 厂家就地设置初始频 率 2 4 H z ， 故变频器可调节范围为 2 4 5 0 H z 。 ( 2 ) 在准备进行 “ 变频切工频” 时 ， 最好手动将 变频器输出频率加至 5 0 H z 并调整人 口挡板， 参数 稳定后进行切换 ， 以减小切换时产生的扰动 。 ( 3 ) 在检修引风机 变频器时 ， 应通知热控人 员 强制变频器重故障信号为 0 ， 避免因变频器重故障 误发导致风门关至 8 0 。 ( 4 ) 在正常停止 变频器时 ， 最好 将频率减 至初 始频率 2 4 Hz 后再停止变频器。 4 结束语 采用带 自动旁路功能高压变频器对循环流化床 锅炉引风机 、 一次风机进行变频器改造后 ， 提高了风 机运行 的经济性 ， 节能效果显著 ， 变频器发生严重故 障时 ， 在不影响机组负荷情况下 ， 可 自动切换至工频 运行 ， 提高 了机组运行 的安全性和稳定性。长时 间 的运行结果 表 明， 云南 华 电巡 检 司发 电有 限公 司 6 ， 7循环流化床锅炉引风机和一次风机变频器改 造后热控逻辑完善 ， 自动控制品质更优 良， 运行操作 方便 ， 为保证机组长周期 、 安全 、 经济运行 打下 了坚 实基础。 参考文献 ： 1 D L T 9 9 4 -2 0 0 6 ， 火电厂风机水泵用高压变频器 s ( 编辑： 王书平) 作者简介： 陈建鑫( 1 9 7 6 一) ， 男， 云南弥勒人， 助理工程师， 从事火 电厂生产管理方面的工作( E m a i l ： 9 6 4 6 8 1 4 0 6 q q c o rn) 。 华兆军( 1 9 7 0 一 ) ， 男 ， 云南弥勒人， 工程师 ， 从事火电厂 生产管理方面的工作。 ( 上接 第 9页) 压会产生低频振荡 ， 风机就会发生喘 振 ， 而在动叶表面就会产生附加的低频激振力 ， 在叶 片 根 部 产 生 剪 切 应 力 ， 造 成 叶 片 断 裂。2 0 0 3一 O 61 4 T 1 8 ： 4 2， 1锅炉在加负荷过程 中， A一次风 机喘振报警， 热一次风压从 6 5 0 k P a 降至4 4 5 k P a 。 经检查确认为调节机构 出现故 障， 动 叶实 际开度未 开大 ， 造成两侧风机出力偏差。 3 应对措 施 ( 1 ) 现场运行调节应 尽量维持较低 风压运行 ， 使工作点避开喘振 区， 避免形成喘振的客观条件。 ( 2 ) 改 良风机入 口支撑钢架结构 ， 适 当增加表 面粗糙度 ， 控制附面层 的分离 ， 同时在停炉期间及时 清理进风道及滤网 ， 减小空气流动阻力 。 ( 3 ) 改造省煤器除灰系统 ， 提高其投入