防止锅炉一次风机 “抢风” 技术

摘要：针对我国大型电站锅炉直吹式制粉系统一次冷风机常出现的“抢风”现象，进行了较深入的研究分折。所谓的“抢风”是指：两
台并联运行的风机中，流量(电流)相差较大，而在试图通过风机调节机构将流量调平时，却发生较大流量风机的流量突然减小，而较小流
量风机的流量又迅速增大，始终无法调节到较一致的现象。如运行时处理不当，轻则造成机组负荷降低，重则造成机组负荷为零。因此，
如何避免一次风机“抢风”，就成为电厂极为关注和亟待解决的问题。在分析直吹式制粉系统运行特点和一次风机运行特性后指出：两台并
联一次风机发生“抢风”现象的主要原因是其中一台风机进入了“失速”状态。并从一次风机的选型设计和运行控制两个方面提出了防止
一次风机失速的一系列技术措施和方法。

0 引言
隨着我国火力发电机组单机容量的不断增加和节能减排要求越来越高，一次风机采用双级动叶调节轴流式风机成为首选。为提高风机在低负荷下的运行效率，在选型设计时降低了风机的出力裕量；原采用离心式一次风机的电厂，也纷纷将进口导叶调节改为变转速调节(其中尤以变频调节最多)。但一次风机发生“抢风”的现象也增多起来，严重威胁着发电机组的安全稳定运行。
所谓的“抢风”是指：两台并联运行的风机中，流量(电流)相差较大(或一台流量突然减小而另一台的流量由于自动控制原因而迅速增加，甚直造成电机超电流而跳闸)，运行时试图用增大较小流量风机开度和减小大流量风机开度的办法将两台风机流量调平，但较小流量风机的流量却突然大幅度增加，而较大流量风机的流量同时大幅度减小，两台风机的流量始终无法调到较一致的现象。如运行人员处理不当，轻则引起跳停部分磨煤机而降低机组负荷，重则造成磨煤机全停、锅炉 MFT（总继料跳闸）动作而机组负荷为零。因此，如何避免一次风机“抢风”就成为电厂尤其是己发生过“抢风”现象的电厂极需防止和解决的问题。
1 两并联一次风机发生“抢风”现象的原因
大型燃煤电站锅炉的制粉系统，除燃用褐煤外，均采用中速（或双进双出钢球）磨煤机正压直吹式系统。该制粉系统通常一台锅炉配有多台磨煤机，但绝大多数只配两台一次冷风机并联运行供各磨煤机的通风。由于采用该制粉系统的锅炉一次风系统总阻力较大，需一次风机的压力达 15kPa 左右，比转速较低，只有采用高压离心式通风机和双级动叶调节轴流式风机才能满足要求。此两种风机均在在失速(不稳定)区，且双级动叶调节轴流式风机的失速区还较大。当一次风机选型不合理或运行操作不当造成在某一负荷下，一次风系统所需总风量小于所需两台一次风机工作压力下不失速的流量之和时，必将造成一台风机失速。此时，如机组负荷不降低，制粉系统需要的通风总量和阻力也不会变，则两台一次风机不可能都不失速，如因系统扰动使失速风机脱离失速，流量突增，另一台不失速风机必将落入失速区运行，流量骤降，即发生“抢风”。大型机组正常运行时，两台一次风机为自动控制，当一台风机失速导致其流量和压力突然降低时，另一台风机在自动控制下将增大开度(调节叶片角度或转速) ，该风机的流量和压力迅速增加，如不及时切换为手动操作，甚直可能超过驱动电机额定电流而跳停该风机。
由上分析可得出，两并联一次风机发生“抢风”现象的根本原因是其中一台风机在失速状况下运行。
2 双级动叶调节一次风机性能特征
图 3 为某厂双级动叶调节轴流式一次风机的性能曲线及各设计运行工况点。由图可见，该类型风机的压力特性线在动叶角度较大时较平坦，而在动叶角度较小时则较陡。对于一次风机，往往因考虑煤质变差等情况导致其设计参数(TB 工况)的富裕量较大，造成实际运行在动叶开度较小区域。如下图所示选型结果，TB 工况下动叶角度约为 67.5°，此时压力特性较平坦。BMCRR 工况的动叶角度在 50°左右，压力特性线己很陡，THA 和 75%THA 工况的动叶角度分别约 46.5°和约 43°，风机压力特性更陡。裕量较小而流量失速裕量较大。随着动叶角度的减小，压力特性线变陡，则压力失速裕量增大而流量失速裕度减小。图中从 TB 工况点到 THA 工况点的压力失速裕量由 9.5%增至18.6%，流量失速裕度却由 14.6%降至 11.5%，流量失速裕量绝对值约由 23.6m3 /s 降至约11.1m3 /s，下降了一倍多。这就是双级动叶调节轴流式风机在正压直次式制粉系统中的独特运行特性3 一次风机所在直吹式制粉系统运行特点正压直吹式制粉系统的磨煤机为多台，随锅炉负荷的降低，其调节手段除减小各台磨煤机给煤量外，最主要最经济的调节手段是通过减少投运磨煤机的台数而尽可能维持运行磨煤机的最佳出力。相应的一次风机运行压力随机组负荷的降低下降较慢，而流量随投运磨煤机数量的减少成梯级跳跃下降。这是正压直吹式制粉系统运行的一个特点。
4 动叶调节轴流式一次风机在启、停磨和跳磨时昜失速的机理
如上节分析，当制粉系统停运一台磨煤机，一次风机压力下降较小，而风量下降很大。如从 5 台磨运行到 4 台磨运行时，一次风机风量将下降约 1/5，由 4 台磨运行到 3 台磨运行时，一次风机风量将下降约 1/4。如此大的风量变化往往超过一次风机动叶角度不变时的失速裕量，使一台一次风机落入失速区运行而发生抢风现象，若控制不好可能进一步造成 MFT动作而停炉。如前图中，设倒数第二工况点为 100%THA 工况点，5 台磨煤机运行。此时一次风机流量约 96.1m3 /s，动叶角度约 46.5°，在该角度下的失速流量约 85 m 3 /s，即流量失速裕量约为
11.1m3 /s。若在此运行工况下因故跳掉一台磨煤机，则一次风机流量将减少 1/5(19.22 m 3 /s)约为 76.88m3 /s。此流量己低于该动叶的失速流量（85 m 3 /s），因此，若跳磨时立即关断了磨煤机出口门而未能及时关小一次风机动叶角度，则该一次风机必定失速。反之在正常由 5台磨煤机减至 4 台磨煤机运行的操作过程中，如在减小被停磨煤机通风量过程中未及时关小一次风机动叶角度，也会造成一次风机失速。同样在由 4 台磨煤机过渡到 5 台磨煤机运行的操作过程中，如过早或过快开大一次风机动叶角度也有可能导致一次风机失速。
5 防止动叶调节轴流式一次风机在启、停磨和跳磨时失速的措施
经以上分析后提出，为防止动叶调节轴流式一次风机在启、停磨和跳磨时失速，需从以下几个方面采取措施。
1）在设计改造阶段的措施
在选型设计时应合理确定风机的设计裕量，特别是流量裕量不可太大，使正常负荷下的风机运行工况点在风机效率较高、动叶角度较大、压力特性线较平坦的区域。尽可能做到在任何工况下跳一台磨煤机时不需关小动叶角度而不导致一次风机失速。
2）在调试阶段的措施
由于在选型设计阶段裕量确定受多种特殊因素（如煤质变化）影响，往往偏大；轴流式风机性能的特点之一是各动叶角度下的最高效率点均接近失速点，选型设计时考虑到风机能耗水平，失速裕量不可能留得太大；设计阶段确定的各运行工况参数由于种种原因与机组投运后的实际运行参数会有差异。因此在调试阶段应测量出一次风机在各种磨煤机投运台数下的实际运行参数，以判断在跳磨时是否可能失速，并为制定制粉系统运行操作规程提供可靠依据。
3）运行控制措施
防止跳磨时一次风机失速的措施，建议采用跳磨时联动关小一次风机动叶角度，具体关小多少需试验确定（一般关小 5%即可）。
防止在停一台磨煤机过程中一次风机失速的措施是减小被停磨煤机通风量过程中及时关小一次风机动叶角度（可维持热一次风母管压力不变）。防止增投磨煤机过程中一次风机失速的措施是先调增开磨煤机的冷、热风门后缓慢开大一次风机动叶角度，在整个过程中维持热一次风母管压力基本不变或平稳变化。