摘要：大型锅炉引风机运行的稳定性和可靠性会对电力生产的效率及经济效益产生影响，而失速、喘振作为大型锅炉引风机最为常见的异常故障，对其进行研究就显得尤为重要。笔者结合大型锅炉引风机的工作特点，就失速、喘振等异常情况进行了分析，总结了风机型号选择、运行方式等方面存在的问题，希望可以为大型锅炉引风机相关异常的处理提供借鉴。
关键词：大型锅炉；引风机；失速；喘振
国家环境保护部在2011年颁布《火电厂大气污染物排放标准》，要求燃煤机组燃烧排放的烟气中氮氧化物浓度不能超过100mg/m3，现在全国各电厂陆续进行更为严格的超低排放改造，电力企业纷纷对锅炉低氮燃烧器、分级配风及加设SCR脱硝装置改造，实现对氮氧化物排放的有效控制，这种改造需要在烟道中安装两层催化剂，烟道阻力约增加1000Pa。引风机作为火力发电厂主要辅机设备，其耗电量占机组厂用电率的比重较大，加装SCR系统的机组大量喷氨降低氮氧化物，氨逃逸率过大使硫酸氢铵大量增加，而在160-230℃温度区间，硫酸氢铵是一种高粘性液态物质，粘附烟气中的飞灰颗粒板结在空预器换热元件上，导致空预器阻力增加，进一步增大了引风机出力，而且按原来风烟系统阻力选型的引风机调整范围变窄，易引起风机喘振等现象。
一、锅炉引风机失速、喘振异常概述
1.1引风机失速、喘振异常的发生原理
首先引风机失速即叶片叶弦的夹角和气流方向被称为冲角，会使进入风机叶栅的气流冲角随着开得过大的风机动叶而增大，一旦冲角超过临界值，叶片背面尾端立即会出现涡流区，冲角超过临界值越多则表示失速越严重，同时会加大流体阻力，进而堵塞流道，降低风机风压后引发喘振。
其次轴流风机运行中喘振是最特殊的现象，风机风量与出口压力不对应是造成风机喘振的原因。喘振指风机在运行于不稳定区域内并引起电流、风量和压力的大幅度脉动及管道和风机剧震动的现象。高压头，大容量风机发生喘振的危害很大，会直接损坏设备和轴承，锅炉的安全运行也会受风机事故的直接影响，总而言之，失速是发生喘振的基本因素，然而失速却不一定会是喘振，它只是单纯地失速恶化表现。
1.2引风机失速、喘振危害
失速导致风机损坏，由于旋转失速使风机各叶片受到周期性力作用，若风机在失速区内运行相当长时间，会造成叶片断裂，叶轮的其它部件也会受到损害。失速导致喘振，若管道系统容积与阻力适当，在风机发生失速压力降低时，出口管道内的压力会高于风机产生的压力而使气流发生倒流，管道内压力迅速降低，风机又向管道输送气体，但因流量小风机又失速，气流又倒流。伴随喘振的发生，风机参数也大幅度波动，振动剧烈。可在很短时间内损坏风机，必须立即停止风机运行。风机发生喘振、失速时，造成炉膛压力大幅波动，锅炉燃烧不稳定，在高负荷发生时，可能导致风机跳闸、机组RB降出力、锅炉灭火等事故。风机喘振时，风机的风量和风压、电动机电流急剧波动，产生气流的撞击，振动显著增加，噪声巨大，此时风机叶片、机壳、风道均受大很大的交变力作用，会造成风机严重损坏，风机的容量与压头越大，则喘振的危害性越大。因此，轴流风机应避免在失速、喘振状态下长时间运行。
二、锅炉引风机失速、喘振异常的原因
2.1风机失速原因
如果风机长时间运行于失速区，必然会损坏叶轮的机械部件或造成叶片断裂，因此则有相关风机制造厂规定，如果风机运行于失速区域内超过15h则需立即更换叶片。但对于机组来说，风机失速会造成设备出现跳闸现象，同时会减少机组负荷及迫使单侧通风组停止运行。喘振前机组负荷为600MV，引风机动叶开度在93%左右，引风机喘振时的进口压力、电机电流和进口烟气流量呈大幅度周期性脉动，同时炉膛负压的波动也较大。引风机出现喘振时首先发生喘振的B侧引风机，电机电流也下降到215A，之后A侧引风机也开始出现喘振，还产生抢风现象，导致进口烟气流量、进口压力、电机电流的波动变化较大。恰好引风机附近有运行人员巡检，当场听到周期性和剧烈的噪音与振动。
2.2引风机喘振原因
空预器的烟气侧压差过大增加引风机进口管路阻力，最终出现管路特性曲线中所显示的变陡现象。对此引风机需不断增加出力使炉膛负压维持到相应的范围，引风机电流会随着动叶不断地开大而增加，进而导致引风机进入不稳定工况区域，造成引风机失速，失速恶化则会发生喘振并发展为和另一台引风机抢风情况，最终导致两台引风机进口烟气流量、电机电流、进口压力出现大幅度交替脉动，使机组和设备的安全运行受到严重威胁。
2.3引风机失速与喘振的联系和区别
轴流式风机的基本属性即失速，每个引风机上的叶轮可以都会出现不稳定的失速现象，但这种失速现象是肉眼看不到的，处于隐性之中。肉眼无法看到的，因此只能采用高频测试器和高灵敏度仪器对其探测。但喘振和它不同的一点就在于是显行的。风机的流量、压力、功率等脉动会在发生喘振时伴随着噪声有剧烈明显的晃动，但需指出的一点是，喘振只会出现在一定的条件内，如同等风机安装在不同系统就会出现喘振和不喘振现象。此外，叶片结构特性也是造成风机失速的因素之一，从开始到结束其基本规律都一直存在，其运行不会受系统容积形状的影响。风机与系统耦合的振荡特性是喘振的表现形式，风道容积在一定程度会限制其频率和振幅，在发生失速时尽管叶轮附近的工况会出现波动，然而整台风机的流量、压力和功率基本不会受失速影响，依旧保持稳定运行。但需指出的的是，整台风机的压力、流量和功率在发生喘振时会遭到大幅度脉动，致正常运行无法维持。此外，失速是降低压力的关键因素，它只存在于顶峰以左的区域段，喘振只发生于风机特性曲线的坡度区域段，二者有着紧密联系，因而喘振发生和失速的存在息息相关。
三、锅炉引风机失速、喘振异常解决办法
3.1合理选择引风机型号和型式
风机选型的合理确定是保证其经济安全运行的前提，其设计参数更要严格把握，如果参数过大，会导致风机不能运行在高效区域内，使风机运行效果受到影响，同时会导致风机进出口管道产生强烈振动，进而威胁机组的安全运行，但参数过小同样会造成引风机和实际机组满发的需求不符，是目前我国发电厂风机选型参数主要根据锅炉最大蒸发量所需风（烟）量计算阻力，同时再加上一定的富裕量，因此设计裕量是合理确定引风机型号的关键参考标准。需指出的是，风机选型需有以下参数：BMCR工况、锅炉点火启动工况、50%BMCR工况、选型工况（TB）等，在选型过程中首先根据TB工况参数选取风机型式和型号大小，之后在所选择的风机性能特性曲线图上画出系统阻力特性，以此观察所要选的风机是否和安全稳定运行的需求相符。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
3.2采用先进的调节方式和编制具体的风机规程
风机调节最适用的方法即变转速调节，之后选用不同性能的风机，如进风箱进口百叶窗式挡板调节的离心式风机、静叶调节轴流式风机、入口导叶调节离心风机、动叶调节轴流式风机等。有时风机中的叶片角度会在运行中因为系统计算误差、调节机构动作不当或系统积灰阻塞等原因导致风机进入失速区域，或另一台风机并入时受操作不当影响，导致第二台风机失速线的最低点要低于第一台风机运行压力，由此造成第二台风机出现喘振，甚至有时还会造成母管压力失衡。因此电厂应在风机投入运行前根据制造厂提供的资料和系统具体条件详细编制风机运行规程，最后把所制订的规程作为该类设备运检的参考标准。
3.3防止引风机抢风的技术措施
严格按照风机厂家给出的安装说明书进行安装，尤其是动叶片，避免动叶装反。入炉煤尽量保持干燥，这样烟气中飞灰湿度小，不易附着在空预器传热元件上，空预器差压小，两侧风机出力在调平后不易发生“抢风”现象。加强吹灰工作，尤其是空预器吹灰，必要时适当提高吹灰压力。空预器堵灰严重时，风机压头增大，风量一定的前提下，低负荷时极易发生“抢风”现象。为避免锅炉引风机发生这种现象，在点火或低负荷运行时，尽量避免两台引风机并联运行。利用停机检修有利时机，清除风道内积灰等杂物，保持两侧风道通畅、阻力相同。机组停运时，检查引风机动叶调节机构各部件无卡涩，灵敏度一致，尤其是伺服阀和调节杆，做动叶动态试验合格后方可投入使用。定期更换引风机液压油，确保油质合格、无杂物。
3.4并列运行引风机“抢风”后的处理
发现运行中的引风机“抢风”，根据负荷情况及时调整机组出力值，使单台风机在最大出力所对应的负荷下运行，但应避免超出力运行，同时确保炉膛负压、氧量在规定范围内。严密监视各燃烧器火检，发现燃烧不稳时及时拉等离子稳燃，避免锅炉灭火。调整引风机动叶过程一定要谨慎操作，防止发生两台引风机轮流“抢风”，就地检查引风机动叶调整机构是否发生故障，主要是连杆机构和液压调节有回油量，如回油量大很可能是调整机构铜套发生故障所致。引风机“抢风”时，电流较小、出口风压较小的引风机时出力小或不出力的，而该引风机动叶开度值100%。此时应将其动叶逐渐关小，同时注意负压变化，当关至较小开度后，缓慢开大动叶增加出力，如出口风压逐渐增大，说明该风机已经逐步带上负荷，否则将动叶开度再调小，然后进行比例操作。同时逐渐关小出力大的风机动叶开度，保持二次风箱压力或二次风温度。当出力小的引风机出口风压接近另一台风机出口风压时，调节要放缓，间隔30s后进行，防止并列后二次风量大幅度增大，总风量的突然增加会导致炉膛负压冒正、燃烧不稳。将两台运行的引风机电流调整一致，两台引风机并列运行，调节机组负荷值给定值。如引风机调节机构发生故障，运行中无法消除，可择机停机处理或停运故障风机。停运动叶故障引风机前要将该风机出口挡板就地逐渐关小，等离子拉弧稳定燃烧，调整炉膛负压至200～300Pa，当出口挡板关至30%左右时，就地迅速关闭出口挡板，故障风机停运后再做处理。
3.5做好引风机的失速预防处理
运行人员应了解风机所在系统的阻力构成，特别是阻力较大又易于堵塞的设备，如空预器、脱硝装置的阻力范围。若这些设备阻力超出了范围可能导致风机失速时，应限制负荷，控制风机的出力，并及时加强吹灰减小堵塞程度；运行人员应了解风机动叶对应开度的风机流量范围，即从正常流量到该角度下失速流量之间允许变化。操作其它设备时，避免瞬时流量减小过大，引起风机失速；对失速差压报警装置应足够重视，其差压波动开始增大时应及时调整；高负荷时对风烟系统操作，包括磨煤机启停应平缓进行，防止突变；发出失速报警信号后，首先核对失速差压报警和风机参数变化，判断哪台风机失速；由理论分析得知，风机失速时其动叶开度是足够支撑其正常出口压力的，所以应坚决快速的关小风机动叶，切不可因为出口压力降低而继续开大动叶，导致喘振加剧；发生失速时，应同时减小系统阻力，如一次风机失速应开大磨冷热风门，送风机失速应开大二次风门、风烟挡板，引风机失速应适当增加增压风机入口负压等；适当降低负荷，保证炉膛燃烧稳定，调整水位、汽温平稳；一旦报警发出，操作应快速准确，
防止风机跳闸，扩大事故范围。
3.6采取以下引风机喘振预防措施
为防止空预器堵灰，在运行中加强对空预器烟气侧差压的监视，当发现差压异常升高时，及时增加吹灰次数，低负荷时对冷端空预器进行连续吹灰；锅炉启、停过程中，低负荷投等离子稳燃，避免煤粉过粗燃烧不充分，使烟气中的水汽凝结造成空预器换热元件锈蚀发生堵灰；要保证吹灰蒸汽压力及过热度，在不影响设备运行安全的前提下尽量提高空预器吹灰蒸汽的压力，在燃烧高灰分煤种时适当增加吹灰次数；运行中尽量控制引风机的动叶开度不超过85%，当动叶开度超过85%时，通过降低机组负荷或调低锅炉氧量来控制动；机组每次大、小修时应把空预器蓄热元件抽出用高压水冲洗，彻底消除积灰板结，并做好保养，进行烘干，防止出现锈蚀及再次沾灰情况。
3.3结合喘振原因制定维护策略
针对锅炉引风机发生喘振原因并结合日常运行维护中常出现的问题，可从以下解决方法着手：首先在运行中加强监视空预器烟气侧差压，一旦差压异常升高时则及时增加吹灰次数，防止空预器堵灰。其次要保证锅炉启动和停止中及时通过调节燃烧，避免造成煤粉燃烧不充分现象，导致烟气中的水汽凝结造成空预器换热元件锈蚀发生堵灰。第三改造不合理管道布置和低效率运行风机；目前，我国大型电厂使用的高效电站风机受多种原因限制，导致电厂内堆积不少低效率运行风机，那么对此类风机进行改造对提高运行效率起着重要的促进作用，同时也是我国电站风机节能的关键途径。第四运行中尽可能的控制引风机的动叶开度不超过85%，一旦超过这个范围值需需通过降低机组负荷或锅炉氧量对动叶进行控制。
四、结束语
综上所述，空预器堵塞及烟气侧差压过高时导致大型锅炉引风机出现失速、喘振异常的重要原因，烟气侧差压的不恰当会造成引风机工作程序和工作状态的不稳定，于此同时不恰当的风机选型也会造成引风机在异常工况中运行，增加了各类异常出现的几率。因而可以采用高压水以及化学药物对大型锅炉引风机的空预器进行清洗，对于工作异常及结构存在损坏的蓄热元件要及时进行更换，选择与生产工况相适应的引风机型号，避免失速、喘振等异常的出现，确保锅炉的稳定生产。
参考文献：
[1]唐忠顺.600MW机组双级轴流引风机叶片漂移事故分析与处理[J].风机技术，2017（59）
[2]黄裕华.工业锅炉引风机异常原因及处理探讨[J].科技与创新，2015（15）
[3]姚虎东.350MW超临界机组汽动引风机系统安装调试中存在的问题及处理[J].内蒙古电力技术，2015（33）
[4高昊.火电厂锅炉引风机故障分析及解决对策[J].今日科苑，2015（07）
[5]俞康.600MW超临界机组引增风机合并后送、引风机故障减负荷试验[J].工业控制计算机，2015（27）
论文作者:张立刚
论文发表刊物:《电力设备》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/10
标签：风机论文; 引风机论文; 锅炉论文; 机组论文; 发生论文; 压力论文; 烟气论文; 《电力设备》2017年第27期论文;