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                                                             防止鍋爐一次風機 “搶風” 技術

摘要：針對我國大型電站鍋爐直吹式制粉系統(tǒng)一次冷風機常出現的“搶風”現象，進行了較深入的研究分折。所謂的“搶風”是指：兩
臺并聯(lián)運行的風機中，流量(電流)相差較大，而在試圖通過風機調節(jié)機構將流量調平時，卻發(fā)生較大流量風機的流量突然減小，而較小流
量風機的流量又迅速增大，始終無法調節(jié)到較一致的現象。如運行時處理不當，輕則造成機組負荷降低，重則造成機組負荷為零。因此，
如何避免一次風機“搶風”，就成為電廠極為關注和亟待解決的問題。在分析直吹式制粉系統(tǒng)運行特點和一次風機運行特性后指出：兩臺并
聯(lián)一次風機發(fā)生“搶風”現象的主要原因是其中一臺風機進入了“失速”狀態(tài)。并從一次風機的選型設計和運行控制兩個方面提出了防止
一次風機失速的一系列技術措施和方法。

0 引言
隨著我國火力發(fā)電機組單機容量的不斷增加和節(jié)能減排要求越來越高，一次風機采用雙級動葉調節(jié)軸流式風機成為首選。為提高風機在低負荷下的運行效率，在選型設計時降低了風機的出力裕量；原采用離心式一次風機的電廠，也紛紛將進口導葉調節(jié)改為變轉速調節(jié)(其中尤以變頻調節(jié)最多)。但一次風機發(fā)生“搶風”的現象也增多起來，嚴重威脅著發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行。
所謂的“搶風”是指：兩臺并聯(lián)運行的風機中，流量(電流)相差較大(或一臺流量突然減小而另一臺的流量由于自動控制原因而迅速增加，甚直造成電機超電流而跳閘)，運行時試圖用增大較小流量風機開度和減小大流量風機開度的辦法將兩臺風機流量調平，但較小流量風機的流量卻突然大幅度增加，而較大流量風機的流量同時大幅度減小，兩臺風機的流量始終無法調到較一致的現象。如運行人員處理不當，輕則引起跳停部分磨煤機而降低機組負荷，重則造成磨煤機全停、鍋爐 MFT（總繼料跳閘）動作而機組負荷為零。因此，如何避免一次風機“搶風”就成為電廠尤其是己發(fā)生過“搶風”現象的電廠極需防止和解決的問題。
1 兩并聯(lián)一次風機發(fā)生“搶風”現象的原因
大型燃煤電站鍋爐的制粉系統(tǒng)，除燃用褐煤外，均采用中速（或雙進雙出鋼球）磨煤機正壓直吹式系統(tǒng)。該制粉系統(tǒng)通常一臺鍋爐配有多臺磨煤機，但絕大多數只配兩臺一次冷風機并聯(lián)運行供各磨煤機的通風。由于采用該制粉系統(tǒng)的鍋爐一次風系統(tǒng)總阻力較大，需一次風機的壓力達 15kPa 左右，比轉速較低，只有采用高壓離心式通風機和雙級動葉調節(jié)軸流式風機才能滿足要求。此兩種風機均在在失速(不穩(wěn)定)區(qū)，且雙級動葉調節(jié)軸流式風機的失速區(qū)還較大。當一次風機選型不合理或運行操作不當造成在某一負荷下，一次風系統(tǒng)所需總風量小于所需兩臺一次風機工作壓力下不失速的流量之和時，必將造成一臺風機失速。此時，如機組負荷不降低，制粉系統(tǒng)需要的通風總量和阻力也不會變，則兩臺一次風機不可能都不失速，如因系統(tǒng)擾動使失速風機脫離失速，流量突增，另一臺不失速風機必將落入失速區(qū)運行，流量驟降，即發(fā)生“搶風”。大型機組正常運行時，兩臺一次風機為自動控制，當一臺風機失速導致其流量和壓力突然降低時，另一臺風機在自動控制下將增大開度(調節(jié)葉片角度或轉速) ，該風機的流量和壓力迅速增加，如不及時切換為手動操作，甚直可能超過驅動電機額定電流而跳停該風機。
由上分析可得出，兩并聯(lián)一次風機發(fā)生“搶風”現象的根本原因是其中一臺風機在失速狀況下運行。
2 雙級動葉調節(jié)一次風機性能特征
圖 3 為某廠雙級動葉調節(jié)軸流式一次風機的性能曲線及各設計運行工況點。由圖可見，該類型風機的壓力特性線在動葉角度較大時較平坦，而在動葉角度較小時則較陡。對于一次風機，往往因考慮煤質變差等情況導致其設計參數(TB 工況)的富裕量較大，造成實際運行在動葉開度較小區(qū)域。如下圖所示選型結果，TB 工況下動葉角度約為 67.5°，此時壓力特性較平坦。BMCRR 工況的動葉角度在 50°左右，壓力特性線己很陡，THA 和 75%THA 工況的動葉角度分別約 46.5°和約 43°，風機壓力特性更陡。裕量較小而流量失速裕量較大。隨著動葉角度的減小，壓力特性線變陡，則壓力失速裕量增大而流量失速裕度減小。圖中從 TB 工況點到 THA 工況點的壓力失速裕量由 9.5%增至18.6%，流量失速裕度卻由 14.6%降至 11.5%，流量失速裕量絕對值約由 23.6m3 /s 降至約11.1m3 /s，下降了一倍多。這就是雙級動葉調節(jié)軸流式風機在正壓直次式制粉系統(tǒng)中的獨特運行特性3 一次風機所在直吹式制粉系統(tǒng)運行特點正壓直吹式制粉系統(tǒng)的磨煤機為多臺，隨鍋爐負荷的降低，其調節(jié)手段除減小各臺磨煤機給煤量外，最主要最經濟的調節(jié)手段是通過減少投運磨煤機的臺數而盡可能維持運行磨煤機的最佳出力。相應的一次風機運行壓力隨機組負荷的降低下降較慢，而流量隨投運磨煤機數量的減少成梯級跳躍下降。這是正壓直吹式制粉系統(tǒng)運行的一個特點。
4 動葉調節(jié)軸流式一次風機在啟、停磨和跳磨時昜失速的機理
如上節(jié)分析，當制粉系統(tǒng)停運一臺磨煤機，一次風機壓力下降較小，而風量下降很大。如從 5 臺磨運行到 4 臺磨運行時，一次風機風量將下降約 1/5，由 4 臺磨運行到 3 臺磨運行時，一次風機風量將下降約 1/4。如此大的風量變化往往超過一次風機動葉角度不變時的失速裕量，使一臺一次風機落入失速區(qū)運行而發(fā)生搶風現象，若控制不好可能進一步造成 MFT動作而停爐。如前圖中，設倒數第二工況點為 100%THA 工況點，5 臺磨煤機運行。此時一次風機流量約 96.1m3 /s，動葉角度約 46.5°，在該角度下的失速流量約 85 m 3 /s，即流量失速裕量約為
11.1m3 /s。若在此運行工況下因故跳掉一臺磨煤機，則一次風機流量將減少 1/5(19.22 m 3 /s)約為 76.88m3 /s。此流量己低于該動葉的失速流量（85 m 3 /s），因此，若跳磨時立即關斷了磨煤機出口門而未能及時關小一次風機動葉角度，則該一次風機必定失速。反之在正常由 5臺磨煤機減至 4 臺磨煤機運行的操作過程中，如在減小被停磨煤機通風量過程中未及時關小一次風機動葉角度，也會造成一次風機失速。同樣在由 4 臺磨煤機過渡到 5 臺磨煤機運行的操作過程中，如過早或過快開大一次風機動葉角度也有可能導致一次風機失速。
5 防止動葉調節(jié)軸流式一次風機在啟、停磨和跳磨時失速的措施
經以上分析后提出，為防止動葉調節(jié)軸流式一次風機在啟、停磨和跳磨時失速，需從以下幾個方面采取措施。
1）在設計改造階段的措施
在選型設計時應合理確定風機的設計裕量，特別是流量裕量不可太大，使正常負荷下的風機運行工況點在風機效率較高、動葉角度較大、壓力特性線較平坦的區(qū)域。盡可能做到在任何工況下跳一臺磨煤機時不需關小動葉角度而不導致一次風機失速。
2）在調試階段的措施
由于在選型設計階段裕量確定受多種特殊因素（如煤質變化）影響，往往偏大；軸流式風機性能的特點之一是各動葉角度下的最高效率點均接近失速點，選型設計時考慮到風機能耗水平，失速裕量不可能留得太大；設計階段確定的各運行工況參數由于種種原因與機組投運后的實際運行參數會有差異。因此在調試階段應測量出一次風機在各種磨煤機投運臺數下的實際運行參數，以判斷在跳磨時是否可能失速，并為制定制粉系統(tǒng)運行操作規(guī)程提供可靠依據。
3）運行控制措施
防止跳磨時一次風機失速的措施，建議采用跳磨時聯(lián)動關小一次風機動葉角度，具體關小多少需試驗確定（一般關小 5%即可）。
防止在停一臺磨煤機過程中一次風機失速的措施是減小被停磨煤機通風量過程中及時關小一次風機動葉角度（可維持熱一次風母管壓力不變）。防止增投磨煤機過程中一次風機失速的措施是先調增開磨煤機的冷、熱風門后緩慢開大一次風機動葉角度，在整個過程中維持熱一次風母管壓力基本不變或平穩(wěn)變化。