杨守伟， 王贵德，何 诚， 马 辉

(1.河北省电力研究院 ，石家庄 050021；2.大唐河北发电有限公司马头热电分公司，河北 邯郸 056044)

1 概述

目前，轴流式风机广泛应用于大型火力发电机组锅炉的直吹式制粉系统。当前全国电煤形势非常紧张，火力发电厂燃煤煤质较差，若轴流式一次风机的选型设计、运行调整不当，将容易引起风机失速现象的发生。当轴流式一次风机发生失速时，常常会引起风机振动加大，风机出口压力降低，若调整不当还会引起一次风机出口压力剧烈波动，从而引起锅炉燃烧不稳定、炉膛负压剧烈波动等，严重时将造成机组出力受限或引起机组停机。

某300 MW供热工程锅炉为DG 1110/17.4-II12 型亚临界参数变压运行汽包炉，采用四角切圆燃烧方式、一次中间再热、单炉膛平衡通风∏型锅炉，采用双进双出磨煤机冷一次风正压直吹式制粉系统，每台锅炉设有3台MGS4062型钢球磨煤机，每台磨煤机出口有8根一次风管，供给2层8只燃烧器燃烧所用煤粉，24只燃烧器分6层分别布置在锅炉的四角上。一次风机为PAF16-12.5-2型动叶可调轴流式风机，从一次风机来的冷风分成二部分，一部分经三分仓空预器的一次风仓，被加热后通过热一次风道，另一部分冷风经冷一次风道，在磨煤机进口前与热一次风道中的热风相混合，作为调温风进入磨煤机，从磨煤机出来的风粉混合气流经煤粉管道和燃烧器喷入炉膛。以下针对该300 MW火电机组一次风机失速问题进行分析。

2 一次风机失速过程及处理

2011年5月18日20∶33，机组电负荷215 MW，A、B、C 3台磨煤机同时运行，A、B一次风机动叶开度分别为30%和31%，出口压力分别为7.40 kPa和7.45 kPa，进出口压差分别为7.51 kPa和7.68 kPa，空气预热器出口母管压力为7.21 kPa，锅炉燃烧稳定、炉膛负压正常，准备停运A磨煤机；20∶34∶50 A磨煤机停运，A、B一次风机动叶开度分别降为25%和26%，出口压力分别升为7.98 kPa和8.05 kPa，进出口压差分别变为7.33 kPa和8.22 kPa，空气预热器出口母管压力为7.74 kPa；20∶34∶56 A、B一次风机动叶开度依然为25%和26%，但A、B一次风机出口压力分别降为5.93 kPa和6.18 kPa，进出口压差分别降为6.06 kPa和6.43 kPa，空气预热器出口母管压力降为5.81 kPa，炉膛负压随之降至-767 Pa，运行人员判断为锅炉燃烧不稳，投油枪助燃，同时还准备开大一次风机动叶提高一次风压，但调整过程中一次风母管压力开始波动，从而引起炉膛负压大幅波动；22∶35∶48锅炉炉膛负压低保护动作引发锅炉MFT。

2011年7月14日01∶40∶00，机组电负荷207 MW，A、B 2台磨煤机运行，总燃料量100 t/h，A、B一次风机动叶开度分别为30%和36%、出口压力分别为7.73 kPa和7.67 kPa，进出口压差分别为7.91 kPa和7.85 kPa，空气预热器出口母管压力为7.42 kPa，锅炉燃烧稳定，炉膛负压正常；02∶07∶03机组电负荷降为165 MW，A、B 2台磨煤机运行，但总燃料量增加到108 t/h，A、B一次风机动叶开度分别为31%和37%、出口压力分别升为8.78 kPa和8.67 kPa，进出口压差分别升为8.91 kPa和8.82 kPa，空气预热器出口母管压力升为8.43 kPa，炉膛负压正常；02∶07∶09机组依然为电负荷162 MW，A、B 2台磨煤机运行，总燃料量108 t/h，A、B一次风机动叶开度分别为31%和38%，但A、B一次风机出口压力分别降为6.45 kPa和6.53 kPa，进出口压差分别降为6.50 kPa和6.87 kPa，空气预热器出口母管压力降为6.16 kPa，炉膛负压随之开始下降，约2 s后炉膛负压降至-407 Pa。从以上数据可看出，A一次风机进出口压差与风机出口压力差(即风机入口负压)从失速前的0.13 kPa降为0.05 kPa，于是判断为A一次风机失速，迅速降低A一次风机动叶，待空气预热器出口压力略有下降时停止降低A一次风机动叶，此时将C磨煤机进行部分通风以增加一次风量，同时根据空气预热器出口一次风压力逐渐提高A一次风机出力，通过此方法调整后一次风机运行稳定，炉膛负压恢复正常。

3 一次风机失速原因分析

该工程一次风机首次失速出现在第1台锅炉首次带负荷试运过程中，当并列投入第2台一次风机时，一次风压波动剧烈，失速侧风机电流迅速降低，风机失速信号报警，同时风机声音异常并伴有壳体发热现象。从一次风机和锅炉的各设计参数分析，在燃用设计煤种时，锅炉设计B-MCR工况下一次风量238.6 t/h，一次风机B-MCR工况下设计一次风量181.85 t/h，则2台一次风机为363.70 t/h，考虑一次风机B-MCR工况下漏风率23.8%，则锅炉B-MCR工况下所用一次风量为313.12 t/h。对于轴流式风机，每一给定的调节叶片角度，均有一对应于产生失速的最小流量，风机全特性曲线(见图1)存在一个较大失速区，如果风机选择在A点运行，则沿着不变的系统阻力曲线，流量的任何变化都能使风机稳定运行。

轴流式风机应有足够的失速裕度，失速裕度可用失速安全系数k来表示，k由设计工况点与该开度下的失速工况点(或最大压力点)的风量、风压按下式求出，在选型设计时，宜选取k>1.3。公式如下

图1 典型动叶调节轴流式风机性能曲线

(1)

式中：p、q为设计工况点风量、风压；pk、qk为失速工况点(或最大压力点)风量、风压。

根据上式和风机的设计参数可计算出，锅炉设计煤种B-MCR工况一次风量下，一次风机最大运行全压升不能超过8 054 Pa，校核煤种B-MCR工况一次风量下，一次风机最大运行全压升不能超过8 539 Pa，否则风机将可能进入不稳定工作区而引起失速，影响机组的安全运行。而实际机组运行负荷低于B-MCR工况负荷，因此实际运行一次风量应该较B-MCR工况小，实际运行中一次风机的全压升应比B-MCR工况时的全压升更小，这样才能保证一次风机在安全稳定工作区域运行。

从这2次一次风机典型的失速过程参数均可以看出，风机的全压升均已经超过了风机B-MCR工况下的最高安全运行全压升。2011年5月18日引起锅炉MFT的原因为磨煤机停运行过程中一次风机调整不当造成风机失速，在磨煤机停运前，A、B一次风机进出口压差分别为7.51 kPa和7.68 kPa，风机运行稳定；磨煤机停运后，A、B一次风机出口压力分别升为7.98 kPa和8.05 kPa，A、B一次风机进出口压差分别变为7.33 kPa和8.22 kPa，空气预热器出口母管压力为7.74 kPa，此时A一次风机开始失速并出现风倒流，从而引起一次风压迅速下降，而此时运行人员未正确判断一次风机失速和处理，认为一次风压降低应开大动叶，这操作加剧了一次风母管压力的波动，从而引起炉膛负压剧烈波动，引发MFT。2011年7月14日01∶40∶00一次风机失速，机组电负荷207 MW，总燃料量100 t/h，A、B一次风机出口压力分别为7.73 kPa和7.67 kPa，之后由于入炉煤质变差，总燃料量逐渐增加，一次风压也逐渐增加，电负荷反而还逐渐下降；02∶07∶03机组电负荷降至165 MW，总燃料量增加到108 t/h，A、B一次风机出口压力分别增加至8.78 kPa和8.67 kPa，该工况已经进入风机不稳定的运行区域从而造成风机失速，但现场技术人员判断及处理方法正确，风机失速现象得以消除，保证了机组运行安全稳定。

4 一次风机失速应对策略

a. 轴流式一次风机选型要正确。对于火力发电厂轴流式一次风机的选型问题，DL/T 468-2004《电站锅炉风机选型和使用导则》[1]要求失速安全系数大于1.3，DL 5000-2000《火力发电厂设计技术规程》[2]要求，采用三分仓空气预热器正压直吹式制粉系统的冷一次风机的风量裕量宜不小于35%，压头裕量宜为30%。但目前电煤非常紧张，许多火力发电厂实际燃用煤质比校核煤种差(主要考虑燃煤的热值)，故在选型设计时应充分考虑到实际入炉煤变差的情况，尤其是对于实际燃用煤种比校核煤种发热量更低的情况，同时还应考虑空气预热器长期运行积灰等导致系统阻力增加的情况，往往煤质变差将要求一次风机压头增加的比例较风量增加的比例更大，由公式(1)可以看出，轴流式一次风机压头与风量的不成比例增加会增大风机失速的可能性，因此轴流式一次风机选型设计时应首先考虑机组在实际燃用煤种调节负荷的能力，其次才考虑一次风机的效率问题，因此对待轴流一次风机(尤其是配双进双出式磨煤机的直吹式制粉系统所用一次风机)选型设计时的失速安全系数不宜与送引风机同等按1.3对待，对于实际燃烧煤质更差的机组应该考虑失速安全系数更大。

b. 调整磨煤机运行方式，降低一次风机系统阻力。当发现一次风机动叶开度增加，风机出口压力反而下降、风机电流减小，就地振动大、噪声变大时，基本可以判定风机已失速，应立即解除风机自动调节，转为手动调节，同时逐渐减少失速风机的动叶开度(即减小β角)，降低风机工作点，使风机在稳定区域内工作，直至失速侧风机的电流开始回升。这时可逐渐开大一次风门或将停运磨煤机进行部分通风，以减小系统阻力，逐渐增加失速侧风机动叶开度，在增加过程中注意观察风机电流和风机出口压力变化情况，根据一次风母管压力回升情况可逐渐降低另一侧风机动叶开度，直至一次风母管压力和机组负荷恢复至失速前水平。若一次风用户没有调节余量时，可再次逐渐开大失速侧一次风机动叶开度，同时逐渐减小另一侧一次风机出力，保证母管压力缓慢上升，最终一次风母管压力宜小于失速前压力，否则可能还会再次失速，机组负荷也较失速前较低，此时应调整磨煤机运行方式或改变入炉煤煤质等方式降低一次风机系统阻力，待一次风系统阻力降低后机组可根据情况逐渐增加机组负荷。

c. 降低机组负荷，保证一次风机运行工况在合理范围。运行中，要及时化验入炉煤煤质，当入炉煤发热量降低较多时，应注意监视一次风压变化情况，及时调整制粉系统运行方式，不得已时可采取降低机组负荷方式，保证一次风机运行工况不要进入失速区域，保证风机全压升(或风机出口压力)尽量不超过B-MCR工况下的全压升(或风机出口压力)，该全压升一般可根据具体风机性能参数计算得出。

d. 保证一次风机动叶开度在合理范围。平时运行过程中，保证一次风机电流、压力、压差、失速、振动等信号显示正常，加强监视，尽量减少两侧一次风机动叶开度偏差，使两侧出力平衡(电流值相近)，根据磨煤机相关设计参数(如磨煤机入口压力等)及时调整制粉系统的运行方式，按规定及时对空预器吹灰、投入暖风器(防止空预器低温腐蚀)等以减小系统阻力，尽量保证一次风机动叶开度在正常范围，这样既可以节能，又可以保证机组运行安全。

e. 改造一次风机系统。当一次风机经常发生失速且很难调整时，应考虑对系统或风机进行改造，如改造风机叶轮、风机变频调节，风机进口加装导流板或在系统上将部分一次风引入其它系统等措施。

5 结束语

轴流式风机(尤其是轴流式一次风机)的失速问题给大型火力发电机组的安全运行带来威胁。由于目前全国电煤形势非常紧张，实际燃用煤种煤质较设计煤种、校核煤种存在较大差距，若轴流式一次风机选型设计、运行调整不当，将极易诱发一次风机失速。当一次风机出现失速时，将可能影响机组出力，甚至威胁机组安全运行并引起事故停机。因此，对于轴流式一次风机的选型设计和运行调整必须给予高度重视。

参考文献：

[1] DL/T 468-2004,电站锅炉风机选型和使用导则[S].

[2] DL 5000-2000,火力发电厂设计技术规程[S].