新形势下风机失速的分析与应对

引言

在当前形势下,因受到多种因素影响,火电机组的安全运行正不断经受考验。从我国发电装机占比来看,新能源装机容量及占比不断攀升,截至2021年底,我国风电装机占比达13.8.,光伏装机占比达12%9.,合计达到26%7.,火电机组装机容量则下降至54%6.。一方面,新能源出力波动极大且具有随机性,加大了火电机组的调节难度。另一方面,国内煤炭市场价格居高不下,加之负荷难以准确预测,火电机组掺配掺烧工作难度较大。在机组运行工况变化过于频繁时,一次风机可能会出现失速和喘振等异常工况,导致一次风压剧烈波动,调整不及时极易引起锅炉灭火等后果,严重影响机组的运行安全。因此,分析清楚一次风机等电厂轴流风机的运行工况,制订行之有效的防范措施,避免其运行于不稳定工作区间,对于保障电站锅炉安全运行具有重要意义。

1风机失速事件介绍

1.1设备概况

某电厂采用额定容量为2×660.M的超临界机组,锅炉型号为wD2102/25%4-GG1,设有两台5I.容量的动叶可调轴流式一次风机提供一次热、冷风输送煤粉,型号为AsT-196I/14II,额定电流为248A。

1.2一次风机两次失速事件简介

近期该火电厂连续发生两次一次风机失速事件,相关参数的变化如图1所示,数据来自sGs系统,过程简介如下。

(1)2I22-I5-I4T16:2I,#1机组负荷255.M,w、E、F磨煤机运行。因调度负荷指令增至330.M,16:22运行人员启动#l炉A磨煤机,此时A、B一次风机电流分别为93A、98A,运行正常。16:24,运行人员监盘发现A一次风机电流降低至87A,B一次风机电流增至109A,未继续增加A磨煤机出力,立即投油稳燃并安排人员就地检查A、B一次风机运行情况。l6:34,A一次风机电流增至133A,风机最大振动升至3.5mm/s,B一次风机电流增至187A,风机振动1.6mm/s,立即减小A一次风机出力降低振动值,减小B一次风机出力尽量维持风机出力平衡。为保证一次风压在正常范围,16:40停止#1炉A磨煤机运行,就地检查发现A一次风机入口冒烟气(后证实为风道积灰),风机外壳温度高于103℃,16:50将其停运。

(2)2022-05-22T17:13,#1机组负荷360Mw,运行人员监盘发现#1炉A一次风机电流降低至90A,B一次风机电流升至106A,A、B侧动叶开度分别为40%、37%,因有上次风机失速经验,运行人员判断#1炉A一次风机可能再次出现了失速,立即解除A、B一次风机自动,投入下层点火油枪稳燃,安排巡检人员去就地检查A、B一次风机运行情况。经过调整,#1炉A一次风机失速迹象消失。手动调整两台一次风机至出力平衡,就地检查发现#1炉A一次风机振动及温度均下降至正常范围。

2风机失速的分析与防范

2.1风机失速的分析

轴流风机的叶片通常为流线型,正常工况时,气流冲角α(气流方向与叶片叶弦的夹角)为零或很小,气流绕过叶片保持平稳的流动状态,当气流与叶片形成的冲角α>0且超过某一临界值时,叶片背面流动工况开始恶化,边界层破坏,叶片背面尾端出现涡流区,这就是所谓的"失速"现象。

由轴流风机的压力一流量曲线(图2)可知,轴流风机正常运行时工作在风机性能曲线与阻力曲线的交点,如图2中A~I点所示,此时风机的压力为P,流量为Q。风机的工作点形成了一个平面区域,称为风机工作区:风机不稳定工作点的连线,称为失速线。当风机的运行工作点落入失速线M的左上方,即进入了不稳定工作区,称之为风机失速区。由图2还可得出以下结论:(1)当系统阻力增加时,如图2中C二F,会导致风机的流量减小,压力增加,风机工作点将会接近失速区域:(2)在同一阻力特性曲线下,动叶开度增加时,如图2中B二A,风机工作点也会接近失速区域。因此,要使失速风机退出失速状态,应当降低系统阻力或减小动叶开度。

通过分析两次风机失速事件现象,查阅相关参数的变化趋势,可知两次失速均发生在低负荷期间,此时风压偏高而风量偏小,以致风机进入失速区间运行。现象表现在以下4个方面:

(1)失速风机的风压、流量、电流大幅度降低。

(2)失速风机噪声明显增加,严重时机壳、风道、烟道发生振动。5月4日,A一次风机失速时,振动增大(最高至4.9mm/s),轴承温度升高(最高至63℃),就地检查风机区域冒油烟,风机外壳最高处温度达到102℃。5月22日风机失速时,由于发现较早,处理较快,温度及振动值上升较少。

(3)在投入"自动"的情况下,与失速风机并联运行的另一台风机出力大幅升高。

(4)与风机"喘振"现象有所不同的是,风机失速后,风压、流量降低后没有发生脉动。

针对该风机易发生失速的问题,分析得出了以下几种可能的原因:

(1)风烟系统阻力增大。这可能是由于空预器、脱硝、电除尘或脱硫系统阻力大,造成系统整体压力差升高:风烟系统风道内部有异物堵塞或锅炉暖风器存在泄漏。

(2)动叶工作不正常。包括叶片安装角度不均匀、伺服机构存在卡涩、调节油站工作不正常、动叶执行机构电源异常等。

(3)运行操作问题,包括风压调节过快、误开关风烟系统挡板和并联风机出力偏差过大等。

2.2风机失速的防范

由于在机组运行中无法彻底处理,因此制订了相应的防范措施:

(1)正常运行中,RB保护应正常投运。

(2)进行增减机组负荷、启停磨煤机、调整一次风压等操作时,要加强对一次风机动叶及电流偏差的监视,若电流偏差达15A以上,应及时进行手动干预调整,减小电流偏差。

(3)机组负荷600Mw以上或250Mw以下时,更要避免对系统进行大幅度扰动。

(4)运行人员应避免误开关风烟系统挡板,若风门挡板故障,立即降低锅炉负荷,联系检修处理。

(5)当发生一次风机失速时,立即将两台一次风机动叶控制切至手动,降低异常风机出力直至失速现象消失,注意保证一次风压不低于MFT保护动作值。

(6)监视好一次风机轴承振动,达到高报警值,运行人员应降低机组负荷,若振动有增大趋势,做好转移异常一次风机出力并将其停运的准备。

(7)当异常一次风机振动达到跳闸值而保护未动作,应果断停止异常风机运行。

(8)加强对一次风机外观检查,发现冒烟、风机外壳温度高等异常情况及时停运风机。

(9)偏置脱硝系统喷氨流量,尽量避免存在缺陷的风机侧系统阻力增大过快。

(10)系统阻力增大时,立即查找原因并及时处理。

(11)风机投自动运行期间,应通过设置两台一次风机的偏置,适当提高缺陷风机的出力,防止再次出现类似现象。

(12)增负荷时,应首先增加制粉系统风门开度,增加风量,避免提高风机出口压力:减负荷时则相反,应首先降低风机出口风压,再减小制粉系统风门开度,以免风机工作点进入失速区间。

3结语

经制订以上措施并严格执行,近期一次风机运行正常,未再发生失速事件,但高负荷及深度调峰期间,依然存在风险。在新能源装机容量不断攀升的当下,火电机组高负荷及深调工况出现得非常频繁,而燃煤品质受到市场煤价波动的影响难以保证,造成一次风机较易出现失速工况,因此应督促运行人员经常翻阅风机运行参数,及时调整风机运行工况,避免其进入不稳定工作区域。巡回检查时也应注意异常声音和振动,关注风机相关参数的变化。最后,综合考虑电网用电负荷趋势,依据天气变化、新能源出力等做好火电负荷预测,以指导锅炉燃煤的掺配掺烧工作,使燃煤尽量靠近设计煤种,对于避免风机进入失速区间运行也是非常重要的环节。