大型電站鍋爐風機1

大型電站鍋爐風機西安熱工研究院有限公司二○○七年八月演講人：劉家鈺主要內(nèi)容一.電站風機簡介二.我國電站風機現(xiàn)狀三.電站風機選型四.電站風機節(jié)能技術(shù)與方法五.電站軸流式風機的失速喘振與防治

六.電站風機變頻調(diào)速應(yīng)注意的問題一.電站風機簡介1.1有關(guān)電站風機名詞術(shù)語電站風機：送、引、一次(排粉)、BUF等總稱通風機：壓比不起過1.3，Y≯25kJ/kg，pF≤30kPa通風機流量qvsg1

：風機進口滯止容積流量風機壓力PF：通風機出口與進口滯止壓力之差通風機動壓pd2

：通風機出口平均動壓通風機靜壓psF：通風機壓力減去通風機動壓平均密度ρm：進口和出口密度的平均值通風機單位質(zhì)量功y：通過風機單位質(zhì)量流體機械能的增加

y=(p2-p1)/ρm+(v2m2-v2m1)/2壓縮修正系數(shù)kp：通風機對氣體作的機械功與同樣質(zhì)量流量、進口密度和壓比的不可壓縮流體作的功之比。kp=Zklgr/lg(1+Zk(r-1))zk=(k-1)ρsg1Pr/k/qm/Pf通風機壓比r：通風機出口與進口截面平均滯止壓力之比r=psg2/psg1葉輪功率Pr：供給通風機葉輪的機械功率空氣功率Pu：輸出功率，質(zhì)量流量與單位質(zhì)量功的乘積風機軸功率Pa：供給風機軸的機械功率(包含軸承損失)電動機輸出功率Po-電動機或其它原動機輸出的軸功率電動機輸入功率Pe-電動機接線端的電功率風機葉輪效率ηr：風機空氣功率除以葉輪功率風機軸效率ηa：風機空氣功率除以軸功率風機總效率ηe：風機空氣功率除以電機輸入功率電站風機的無因次系數(shù)流量系數(shù)φ：質(zhì)量流量除以平均密度、葉輪圓周速度及葉輪直徑平方之乘積。φ=qm/(ρmuDr2)單位質(zhì)量功系數(shù)ψ：單位質(zhì)量功除以葉輪圓周速度。ψ

=yF/u2功率系數(shù)λ：葉輪功率除以平均密度、葉輪圓周速度的立方及葉輪直徑平方的乘積。λ=Pr/ρmu3Dr2單位質(zhì)量功德國TLT的計算式為：YF=k/(k-1)Rf(273+t1)((p2/p1)(k-1)/k-1)

J/kg

式中：k—絕熱指數(shù)Rf—氣體常數(shù)J/kg·K；t1—風機進口介質(zhì)溫度,℃；p1—風機進口絕對壓力，Pa；p2—風機出口絕對壓力，Pa；德國KKK稱比壓能。計算式為：

yF=pFkp/ρ11.2電站風機型式與典型性能曲線電站風機型式

前向式；后向式；徑向式離心式

單吸懸臂式；單吸雙支撐；雙吸雙支撐

機翼形葉片；圓弧形單板葉片；直板葉片

動葉調(diào)節(jié)軸流式：單級動調(diào)；雙級動調(diào)軸流式

子午加速(混流)式：

靜葉調(diào)節(jié)軸流式

普通軸流式：單、雙級電站離心風機型式電站軸流式風機型式電站風機典型性能曲線二、我國電站風機現(xiàn)狀2.1概況電站風機耗電量約占發(fā)電廠發(fā)電量的1.2%-2.5%。電站風機運行的可靠性和經(jīng)濟性一直是發(fā)電企業(yè)極為關(guān)注的問題。電站風機運行的安全經(jīng)濟性直接關(guān)系到發(fā)電機組乃至整個電廠的安全經(jīng)濟運行。我國已引進國外先進電站風機技術(shù)上海鼓風機廠：引進德國TLT動葉調(diào)節(jié)軸流式風機。沈陽鼓風機廠：引進原丹麥NOVENCO公司和美TLT公司動葉調(diào)節(jié)軸流式風機及德國kkk公司靜葉調(diào)節(jié)軸流式風機。成都電力機械廠：引進的德國KKK公司靜葉調(diào)節(jié)（子午加速）和動葉調(diào)節(jié)軸流式風機。豪頓華公司：采用英國豪頓公司技術(shù)生產(chǎn)電站風機武漢鼓風機廠：引進的日本三菱司的動葉調(diào)節(jié)軸流式風機和離心式風機?，F(xiàn)已基本能滿足1000MW以下機組送風機和引風機的需要2.2我國電站風機可靠性現(xiàn)狀近十年來我國電站風機的制造和運行維護水平有很大的提高，運行可靠性有長足的進步，2004年全國因送、引風機故障造成的發(fā)電量損失不到1991年的50%；但與國際先進水平仍有較大差距。國產(chǎn)風機的可靠性不如全套進口的風機2004年送、引風機平均每臺年的故障次數(shù)僅相當于美國1980年的水平；葉輪飛車等惡性事故雖已得到遏制，但還未完全消除；軸流式風機的失速（喘振）現(xiàn)象時有發(fā)生；因風機內(nèi)部氣流壓力脈動造成的風機異常振動和進出口管道振動現(xiàn)象，隨著大型高壓一次風機的增多而突出起來；大型風機噪聲高（一般在100dB左右）對周圍環(huán)境和居民生活質(zhì)量的提高影響大，需進一步治理的呼聲越來越高。2.3我國電站風機運行經(jīng)濟性現(xiàn)狀近年來，我國電站風機運行的經(jīng)濟性有較大提高。這主要是由于：1動葉調(diào)節(jié)和靜葉調(diào)節(jié)軸流式風機在我國大量投運，軸流風機在我國大容量機組中的使用率已遠遠超過了離心式風機；2電廠對風機運行經(jīng)濟性的日益重視，加大了對低效運行風機的改造力度，采用液力耦合器和變頻調(diào)節(jié)的風機日益增多。但由于選型設(shè)計的差異，制造質(zhì)量和運行維護水平高低的差別，我國各電廠風機耗電率的差別還較大。一般送、引、一次風機均采用動葉調(diào)軸流式風機的電廠，其三大風機的年均總耗電率（占電廠發(fā)電量的百分數(shù)）可以達到1.5%以內(nèi)，最好的可達1.0%。配備離心式風機的大型電廠，其三大風機的年均總耗電率一般在2.0%以上，最好的也接近2.0%。而高的竟達到2.5%以上。與國外先進水平相比，還有差距?？偟倪\行經(jīng)濟性還有待進一步提高。2.4我國電站風機運行經(jīng)濟性差的主要原因據(jù)我院總結(jié)，我國電站風機運行經(jīng)濟性差的主要原因有:1選型設(shè)計(包括參數(shù)確定和型式選擇)存在不合理情況；2高效風機品種不全(其中一次風機、排粉機和脫硫增壓風機更為突出)；3風機可靠性較差；4風機設(shè)備的調(diào)節(jié)性能與調(diào)峰機組的要求尚有較大差距；5運行操作還有不合理的地方。2.5從TPRI近年從事電站風機工作

看我國電站風機存在的問題2001～2005年TPRI電站風機改造統(tǒng)計改造年分改造臺數(shù)及原因送風機引風機一次風機排粉風機年總臺數(shù)2001改造臺數(shù)1182425改造原因出力不足喘振出力不足異常振動能耗高2002改造臺數(shù)4102824改造原因出力不足出力不足8能耗高2異常振動能耗高磨損2003改造臺數(shù)410101034改造原因可靠性低葉輪飛車除塵器改造能耗高喘振能耗高噪聲高能耗高防磨2004改造臺數(shù)8710833改造原因可靠性低出力不足節(jié)能；改除塵、脫硫出力低異常振動能耗、噪聲高能耗高磨損2005改造臺數(shù)6214426改造原因可靠性低出力不足節(jié)能；改除塵、脫硫出力低異常振動能耗、噪聲高能耗高磨損從上表可見，電廠要求改造送、引風機的最主要原因是：出力不足、運行效率低和能耗高。近年來向TPRI反映送、引風機失速(喘振)問題的電廠也漸多起來。一次風機的失速(喘振)、異常振動和噪聲高的問題比較多，而排粉機的主要問題是運行效率低，能耗高。磨損問題較突出。送、引風機出力不足的主要原因：一是選型不當；二是風機實際性能未達設(shè)計值；三是系統(tǒng)阻力因積灰或設(shè)備更改而增加。軸流風機失速(喘振)的主要原因是實際失速裕度不夠。其中多數(shù)風機的實際失速界限(經(jīng)現(xiàn)場測量)與設(shè)計值有不同程度地偏離（失速區(qū)偏大），少數(shù)是因系統(tǒng)阻力增加造成。高壓的離心式一次風機及其進、出口管道的異常振動近年來已累見不鮮。經(jīng)分析，多數(shù)是因氣流脈動造成。氣流脈動原因：一是風機運行在小開度小流量的高氣流脈動區(qū)；二是裝有軸向?qū)蛘{(diào)節(jié)門的風機，在調(diào)節(jié)門后產(chǎn)生的中心渦流所引起的風機內(nèi)氣流壓力的大幅脈動所造成。排粉風機電耗高的主要原因是前彎型的M9-26型排粉機的使用區(qū)效率較低所致，且其耐磨性能不如后彎風機。三、電站風機選型3.1引言目前，我國大型鍋爐風機(不論是國產(chǎn)還是引進)幾乎均是高效風機，但其在電廠運行的經(jīng)濟性(或耗電率)和可靠性卻有很大差別。究其原因，最主要最關(guān)鍵的是所選風機的特性是否與其工作的管網(wǎng)系統(tǒng)阻力特性相匹配。因此，選擇好與鍋爐風(煙)系統(tǒng)相匹配的風機極為重要。而要選好與鍋爐風(煙)系統(tǒng)相匹配的風機的首要關(guān)鍵是合理確定風機的選型設(shè)計參數(shù)，其次才是風機型式和調(diào)節(jié)方式的選擇。3.2.風機選型所需的原始數(shù)據(jù)和工況參數(shù)

風機選型設(shè)計參數(shù)是否合理是風機運行經(jīng)濟性和可靠性好壞的首要關(guān)鍵，選大了則會使風機運行不到高效區(qū)內(nèi)，造成高效風機低效運行的后果，甚直可能導致離心風機及其進出口管道的劇烈振動和軸流風機失速(喘振)等不安全現(xiàn)象發(fā)生，威脅機組的安全經(jīng)濟運行。選小了又會造成不能滿足機組滿發(fā)的需要。我國電站風機的選型參數(shù)均是按鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量所需的風(煙)量和風(煙)系統(tǒng)計算阻力加上一定的富裕量確定的。其中鍋爐本體的風(煙)量和風(煙)系統(tǒng)阻力由鍋爐廠提供，輔機設(shè)備的出力、阻力、漏風等由制造廠提供，鍋爐島內(nèi)的風、煙管道由設(shè)計院設(shè)計，最終選型設(shè)計參數(shù)由設(shè)計院提出。

作為業(yè)主單位必須深入了解鍋爐和輔助設(shè)備制造廠提供參數(shù)的依據(jù)，是否留有裕量及其大小(特別是空氣預熱器一、二次風的漏風率)；設(shè)計院的管道設(shè)計是否合理和風(煙)量及阻力計算時是否已留有裕量。從而得出最后總的裕量是否合適。

還要特別強調(diào)的是，提供風機的選型參數(shù)不能只有一個設(shè)計工況點參數(shù)，否則往往會造成選出的風機不能滿足低負荷工況的需要。甚至造成軸流風機失速（喘振），或離心風機工作在氣流高脈動區(qū)，給風機安全穩(wěn)定運行帶來隱患。3.2.1風機選型必須的原始數(shù)據(jù)（1）當?shù)貧庀髼l件●大氣壓力●干、濕空氣溫度●空氣相對濕度●濕空氣標準密度(2)鍋爐熱力計算結(jié)果(包括各典型工況)（3）鍋爐各典型工況下風機參數(shù)3.2.2風機選型必須的典型工況及參數(shù)(1)典型工況●BMCR工況點●發(fā)電機組滿發(fā)(ECR)工況點●50%BMCR附近工況點●不投油最低穩(wěn)燃工況點●鍋爐點火啟動工況點●鍋爐其它特殊工況點(如有)(2)各典型工況下的風機參數(shù)●風(煙)量●風(煙)系統(tǒng)總阻力●風機入口側(cè)系統(tǒng)總阻力●介質(zhì)溫度●介質(zhì)標準密度2.3機組年負荷率即機組在不同負荷下運行的小時數(shù)3.3風機選型設(shè)計參數(shù)的確定風機選型設(shè)計參數(shù)(TB工況參數(shù))是在鍋爐最大連續(xù)出力(BMCR工況)時所需風(煙)量及系統(tǒng)總阻力的基礎(chǔ)上再加一定富裕量確定的。3.3.1風(煙)量和壓力裕量的選取一次風機、送風機和引風機的基本風量按DL5000-2000《火力發(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)程》(以下簡稱大火規(guī))確定。其裕量選取建議修改如下：(1)一次風機：風機風量裕量宜選取20%，另加溫度裕量，可按“夏季通風室外計算溫度”來確定；風機壓力裕量宜為25%。(2)送風機：當采用三分倉或管箱式空氣預熱器時，二次風機風量裕量宜為10%，風機壓力裕量宜為20%。(3)引風機：煙氣量裕量宜選取10%，另加15℃的溫度裕量；風機壓力裕量宜為20%。對于新開發(fā)出的首臺機組(如第一臺1000MW機組)，由于設(shè)備制造廠及設(shè)計院均無實踐經(jīng)驗，提供的原始數(shù)據(jù)誤差可能大些，為穩(wěn)妥起見，允評風機裕量適當增大些，待第一批投產(chǎn)后根據(jù)實際運行情況及時進行調(diào)整。3.3.2選型設(shè)計參數(shù)的確定每臺風機的選型設(shè)計參數(shù)確定如下：(1)風量每臺風機的風量按上述選取的裕量計算出每臺鍋爐的總風量除以每臺鍋爐選配的臺數(shù)(風機臺數(shù)按“大火規(guī)”規(guī)定選取)并做適當圓整確定。(2)壓力風機壓力(即風機所在管網(wǎng)系統(tǒng)的總阻力)按上述選取的裕量計算并適當圓整確定。但在規(guī)范書中(向制造廠提供的參數(shù))應(yīng)分別提供風機進口側(cè)和出口側(cè)的總阻力，或提供進口側(cè)的總阻力(而不是靜壓力)和風機壓力。(3)風機入口介質(zhì)溫度風機入口介質(zhì)溫度由當?shù)貧庀髼l件和鍋爐熱力計算及管道散熱等計算出。(4)風機入口介質(zhì)密度風機入口介質(zhì)密度按當?shù)貧庀髼l件和介質(zhì)(濕空氣、濕煙氣、)的標準密度及入口介質(zhì)溫度計算。這由選型設(shè)計工程師進行，業(yè)主(電廠或設(shè)計院)只提氣象條件及介質(zhì)溫度和標準密度。因為風機入口靜壓與風機入口動壓(即風機入口面積)有關(guān)，而風機未選出型號前不能確定該動壓大小。(5)風機轉(zhuǎn)速風機轉(zhuǎn)速通常由風機選型設(shè)計工程師選定。一般情況下，一次風機宜選取4極電機(1485r/min)；二次風機宜選用4極或6級電機(1485r/min或980r/min)；引風機的轉(zhuǎn)速宜選用6級以上電機(即最高980r/min)3.4風機型式及大小的確定3.4.1風機型式選擇原則可用作電站鍋爐的風機型式有：離心式、靜葉調(diào)節(jié)軸流式(子午加速、標準軸流)、動葉調(diào)節(jié)軸流式、多級離心式及羅茨鼓風機。風機型式選擇原則上應(yīng)按比轉(zhuǎn)速確定(即先按TB工況參數(shù)計算出所需風機的比轉(zhuǎn)速，然后選取比轉(zhuǎn)速最接近的風機型式)?；蛳劝础按蠡鹨?guī)”進行初步選擇，再按比轉(zhuǎn)速確定。風機比轉(zhuǎn)速ns的定義式為：

式中：

n－風機轉(zhuǎn)速，r/min；qv－風機入口容積流量，m3/s；pF－風機壓力，Pa；ρ1－風機入口氣體密度，kg/m3；kp－氣體壓縮修正系數(shù)。若風機進口氣體密度為1.2kg/m3的標準進氣狀態(tài)時，比轉(zhuǎn)速的公式為：上速比轉(zhuǎn)速的定義是指單級、單吸入時的比轉(zhuǎn)速，因而：對雙吸離心式風機，比轉(zhuǎn)速公式寫成：對雙級軸流和雙級離心式風機，比轉(zhuǎn)速公式寫成：不同類型的大型電站鍋爐風機比轉(zhuǎn)速的范圍大致如下：離心式風機：ns=18～80靜調(diào)子午加速軸流式風機：ns=80～120動調(diào)和靜調(diào)標準軸流式風機：ns=100～500大型CFB鍋爐的高壓流化風機和脫硫系統(tǒng)的氧化風機的比轉(zhuǎn)速一般在10以下，己屬鼓風機范疇。宜選用多級離心式風機。對于小容量循環(huán)流化床鍋爐可采用羅茨鼓風機比轉(zhuǎn)速介于兩類型風機之間時，則根據(jù)現(xiàn)場安裝條件、機組負荷率及選用調(diào)節(jié)方式綜合比較確定。3.4.2選擇風機型號大小方法選取原則為選擇到合適的風機型式和型號，首先要有風機所在系統(tǒng)的阻力特性，即發(fā)電機組在各種負荷工況及可能的異常工況(如上節(jié)所列)下運行時該系統(tǒng)的流量和阻力。其次要了解機組的負荷特性(即負荷率)。選型時，首先按TB工況參數(shù)選取風機型式和型號大小，然后將系統(tǒng)阻力特性(換算到所要選擇的風機特性曲線相同的狀態(tài))畫到所選的風機性能特性曲線圖上，觀查所要選的風機是否能滿足安全穩(wěn)定運行的需要。即阻力線要完全落在風機穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)且失速裕度足夠。在滿足安全運行需要后，再按機組負荷率進行計算比較，選擇年耗電量最小的風機型號。但在確定風機型式(離心、靜調(diào)軸流)時，還要考慮風機設(shè)備費、年維護費、基礎(chǔ)費、占地大小及運行可靠性等進行技術(shù)經(jīng)濟比較后再最終確定。具體方法如下：離心風機型號的選取1)據(jù)TB工況參數(shù)計算風機比轉(zhuǎn)速ns；2)由ns值查相應(yīng)風機的無因次特對曲線，得出風機的流量系數(shù)φ、壓力系數(shù)ψ和風機效率η；3)由下二式計算風機直徑D2并圓整；此二式計算結(jié)果應(yīng)相等或很接近，否則就是計算錯誤或查曲線錯誤，或者無因次曲線本身有誤。應(yīng)查明原因予以排除。軸流式風機型號的選取1)據(jù)TB工況參數(shù)計算風機比轉(zhuǎn)速ns；2)按下式計算在設(shè)計ns值下不同流量系數(shù)φ值對應(yīng)的壓力系數(shù)ψ值。然后，在軸流式風機無因次特性曲線圖上繪制出該比轉(zhuǎn)速的ψ-φ曲線；此曲線應(yīng)通過所選軸流式風機無因次特性曲線的最高效率區(qū)，否則所選型式不合理，應(yīng)更換風機型式。風機設(shè)計工作點在這條曲線上選取，選取原則是：在滿足TB工況前提下，風機經(jīng)常運工況的效率最高，還必須滿足DL/T468-2004《電站風機選型和使用導則》7.1.2條關(guān)于失速裕度的規(guī)定。3)TB工況點的流量和壓力系數(shù)φ和ψ確定后，風機直徑的確定方法與離心式相同。3.4.3風機調(diào)節(jié)方式的選擇(1)現(xiàn)有電站風機調(diào)節(jié)方式初步比較電站鍋爐風機最好的調(diào)節(jié)方法為無級變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，其次是雙速(電機)靜葉調(diào)節(jié)軸流式風機(若低速運行可滿足機組ECR工況需要)，以下依次是雙速離心式風機(低速運行可滿足機組ECR工況需要)、單速的靜葉調(diào)節(jié)軸流式風機、入口導葉調(diào)節(jié)離心風機、采用進風箱進口百葉窗式擋板調(diào)節(jié)的離心式風機、排粉風機用進口節(jié)流調(diào)節(jié)最差。無級變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)在我國電廠中成功應(yīng)用的主要有：調(diào)速型液力耦合器和變頻器。(2)風機調(diào)節(jié)方式選取原則風機調(diào)節(jié)方式選取的原則顯然是：在滿足安全可靠條件下，長期運行的經(jīng)濟性最好。

大型離心式一次風機，特別是CFB鍋爐的一、二次風機，(因壓力高都選用離心式風機)，若裕量大。建議采用變頻調(diào)速或調(diào)速型液力耦合器。引風機如選用離心式，亦宜選用變頻調(diào)速。但考慮到其功率較大，變頻器價格較高，若機組低負荷運行時間較短，則選擇調(diào)速型液力耦合器調(diào)速更現(xiàn)實些。如選用靜葉調(diào)節(jié)亦或雙級動葉調(diào)節(jié)軸流式引風機，則可不用變速調(diào)節(jié)。如果負荷率很低選用靜調(diào)軸流式風機時亦可考慮變速調(diào)節(jié)3.5關(guān)于我國300MWCFB鍋爐一次風機的富裕量(1)我國己投運300MWCFB鍋爐一次風機的富裕量我國引進300MWCFB鍋爐機組示范工程和幾個國產(chǎn)化300MWCFB鍋爐機組的一次風機選型參數(shù)如下表。項目白馬示范電廠大唐紅河電廠小龍譚電廠秦皇島熱電廠BMCR工況TB工況BMCR工況TB工況BMCR工況TB工況BMCR工況TB工況風機入口流量m3/s58.0683.5665.0080.0051.6863.662.5676.27風機總阻力kPa23.529.823.70031.8521.4030.224.2035.70風機進風溫度℃17.541.120.020.019.819.820.030.0進口氣體密度kg/m31.1291.061.061.061.061.221.18電機功率kW3100300028003700TB工況風量裕量%43.923.023.021.9TB工況風壓裕量%26.834.4041.1047.52可見，各300MWCFB鍋爐機組TB工況相對于BMCR工況的風量裕量基本相同(白馬初設(shè)的風量風壓裕量分別為22%和25%，表列為實配風機參數(shù))。風壓裕量相差較大。白馬選取的風壓裕量最低，而其余3個工程均是引進相同技術(shù)、國內(nèi)制造的鍋爐，，但所選取的風壓都遠遠超過示范工程。(2)選型參數(shù)對一次風機運行經(jīng)濟性的影響由于300MWCFB鍋爐機組的一次風機壓力很高，風機比轉(zhuǎn)速較低，均需采用離心式風機才能滿足要求。對于采用風門(無論是軸向門還是進風箱進口百葉窗)調(diào)節(jié)的離心式風機，如果富裕量太大，對整個機組運行的經(jīng)濟性和安全性均十分不利。對于離心風機來說，設(shè)計工況點應(yīng)盡可能靠近所選風機調(diào)節(jié)門全開時的最高效率點，以獲得最好的經(jīng)濟效益。若風機出力富裕量過大，為適應(yīng)鍋爐實際需要的風量和風壓，勢必造成風機入口調(diào)節(jié)門關(guān)得很小，此時風機運行效率將很低。特別是對300MWCFB鍋爐機組的一次風機，由于其壓力高，耗功量大，運行效率的高低對廠用電(經(jīng)濟性)影響更顯著。上圖示出了典型高壓離心風機的典型性能曲線。圖中設(shè)計點TB的效率達83%，若選用22%的風量裕量和48%的風壓裕量，造成鍋爐BMCR工況時的風門開度僅20%左右，運行效率只有60%。我國目前在建的300MWCFB鍋爐機組在BMCR工況下的一次風機氣體功率(有效功率)約為1350～1880kW。若風機運行效率為80%，則所需軸功率為1687.5～2350.0kW；若風機運行效率降低至60%，則所需軸功率為2250～3133kW。即每小時將多耗562.5～783.0kW·h的電量。同時為滿足TB工況需要，與風機配套的電動機功率將遠遠超過BMCR工況所需軸功率，上述工程一次風機的電動機功率約在3500kW。(3)選型參數(shù)過大對風機運行安全性的影響風機選型參數(shù)即富裕量過大，將對風機及系統(tǒng)運行的安全性帶來隱患。因為離心風機，特別是高壓離心風機在調(diào)節(jié)門開度較小下運行時，由于在葉輪內(nèi)附面層分離造成渦流，其氣流很不穩(wěn)定，氣流壓力脈動大。若此氣流脈動頻率與風機葉輪某構(gòu)件、機殼和進出口管道的自振頻率合拍或成倍數(shù)關(guān)系，則將發(fā)生共振或諧振，造成風機機殼及進出口管道激烈振動、噪聲高，風機葉輪被振裂等情況。

我國近年來已發(fā)生多起此類事故或異常，如新疆某電廠200MW機組一次風機調(diào)節(jié)門開度在20%左右運行，造成前盤撕裂；華東和西北各有一電廠的300MW機組一次風機調(diào)節(jié)門開度在30%左右運行，引起噪音高及風機機殼和管道激烈振動并造成管道裂紋；其中一電廠還在運行中發(fā)生多次失速(喘振)。因此在我國電力行業(yè)標準DL/T468-2004《電站鍋爐風機選型和使用導則》7.3條中有：“離心風機應(yīng)避免調(diào)節(jié)門開度在30%以下長期運行”的規(guī)定。從上述分析可見：風機選型參數(shù)過大，表面上看保險程度高些，其實適得其反，會給機組的安全運行帶來隱患，經(jīng)濟性上更不合算(事故或故障多帶來的損失更大)。國產(chǎn)化300MWCFB鍋爐

一次風機富裕量的選取

下表為己投運的300CFB鍋爐的運行參數(shù)。項目單位白馬引進示范大唐紅河電廠秦皇島熱電廠日期07.05.1106.07.1907.05.20電負荷MW293300299.1床溫℃904/903858/833880/891一次風機開度%45/4966.3/46.319/16一次風機電流A277/281254.5/245.6320/一次風機出口壓力kPa26.2/25.722.0/22.022.68/22.62預熱器后一次風壓力kPa23.222.420.12進風室閥門開度%47/4938.8/40.058/40風室壓力kPa17.6/18.915.51/14.5314.45/14.37二次風機開度%53/4682.5/87.578/78二次風機電流A140/143234.5/230.5138/147二次風機出口壓力kPa10.7/10.712.1/12.39.68/9.57上二次風門開度%43/3251/30.146/45下二次風門開度%46/5252.8/50.646/45引風機開度%100/9854.1/62.381/85引風機電流A229/243243.8/243.5231/223引風機入口負壓kPa-5.906/-5.931-4.89/4.82-5.91/-5.82從一次風機調(diào)節(jié)門開度可見：1)一次風機裕量均偏大，尤其是秦皇島熱電廠；2)鍋爐風室圧力在(14.5～19)kPa范圍內(nèi)；3)當風室前兩室調(diào)節(jié)門開度在40%～50%時，一次風機出口壓力在(22～26)kPa范圍內(nèi)。比BMCR工況的設(shè)計值略高，但遠低于TB工況設(shè)計值，說明風壓裕量除白馬外均偏大許多。還有一個問題影響雙床CFB鍋爐一次風機壓力的選取。就是曾經(jīng)在白馬、紅河、秦皇島投運初期出現(xiàn)過的所謂“翻床”現(xiàn)象，出現(xiàn)“翻床”時如不用高風室壓力將流化變差的床料吹回去，將造成不可逆的擴散過程，且該過程十分迅速，使鍋爐無法運行。據(jù)以上電廠出現(xiàn)“翻床”現(xiàn)象處理時所見，此時需一次風機壓力高達36kPa以上。因此，有人主張一次風機的壓力裕量應(yīng)能滿足此要求。顯然這違背一次風機經(jīng)濟可靠運行原則?！裾_的做法是改進自動控制系統(tǒng)，更嚴格控制兩風室及兩床的壓力差，使之不會出現(xiàn)“翻床”現(xiàn)象。●據(jù)說，白馬和紅河己通過熱控系統(tǒng)的改進解決了“翻床”現(xiàn)象的發(fā)生。根據(jù)以上實際調(diào)查和CFB鍋爐一次風系統(tǒng)阻力的構(gòu)成分析，我們認為：

300MWCFB鍋爐一次風機風量裕量取20%，風壓裕量取25%，能夠滿足運行要求，是合適的。四、電站風機節(jié)能途徑與方法4.1電站風機節(jié)能途徑(1)合理的選型(包括型式、尺寸大小、)；(2)合理選取風機的調(diào)節(jié)方式；(3)改造低效運行的風機；(4)改造不合理的風機進、出口管道布置；(5)提高風機運行的可靠性。4.2西安熱工院電站風機改造的經(jīng)驗和方法。西安熱工研究院在總結(jié)國內(nèi)電廠風機改造的經(jīng)驗教訓之后，提出了風機改造的新思路。即注重發(fā)揮改造的整體效益，而不是片面追求風機本身的最高效率。將改造低效運行風機提高運行效率和提高風機本身運行可靠性結(jié)合起來；將降低風機運行電耗同盡量節(jié)省改造費用結(jié)合起來；在進行風機本身改造的同時，充分考慮管路系統(tǒng)特性、布置合理性及運行方式等，使節(jié)能改造效果更顯著。熱工院風機改造的具體步驟和主要方法(1)改前試驗通過改前風機運行性能試驗得出系統(tǒng)阻力特性；確定合理的風機設(shè)計參數(shù)；評價風機進、出口管道布置的合理性；以及在風機改造的同時有無必要改造系統(tǒng)中的其它設(shè)備和管道。(2)確定風機改造范圍這是最關(guān)鍵的一步

根據(jù)改前試驗結(jié)果，進行風機選型設(shè)計，并盡可能利用原風機設(shè)備部件(如電機、基礎(chǔ)、傳動組、等盡可能不換，機殼盡量少改或不改)，減少改造工作量和成本。(3)進行結(jié)構(gòu)設(shè)計采用先進的有限元法對葉輪整體應(yīng)力進行計算，合理選用材料及其厚度；對引風機及排粉機應(yīng)采取有效防磨措施；對大型離心風機優(yōu)先采用雙吸雙支撐結(jié)構(gòu)，并采用棘形(鋸齒刑)中盤，以減輕葉輪重量、減輕磨損；對采用入口軸向葉片調(diào)節(jié)的大型離心風機，在其后的集流噐中加裝中心渦消旋器，以避免調(diào)節(jié)門在50%左右開度時風機及進、出口管道劇烈振動。最終達到提高風機運行穩(wěn)定性和可靠性的目的。

(4)選擇合適的調(diào)節(jié)方式經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟分析，選擇調(diào)節(jié)效率和可靠性高的調(diào)節(jié)裝置。(5)改造不合理的進出口管道布置

在改造風機的同時，改造不合理的風機進出口管道布置，或在不合理的彎道處加裝導流葉片。以改善風機工作條件、降低系統(tǒng)阻力，從而達到多節(jié)電的目的。(6)嚴把制造安裝質(zhì)量；(7)重視風機啟動調(diào)試特別要注意需并聯(lián)運行風機在各種可能并列工況下的并車情況，防止槍風現(xiàn)象發(fā)生。并制定風機合理的運行操作方式。改造實例一臺350MW燃煤機組一次風機綜合改造

1)概況

一臺350MW機組的兩臺一次風機為G9-36№24D型離心式風機，其設(shè)計規(guī)范如下表。自機組投運以后，一直存在著運行操作中易發(fā)生喘振現(xiàn)象、風機出口管道振動大、噪音高和電耗大等問題。曾經(jīng)進行過更換葉輪改造，但未取得成功。為此，電廠委托西安熱工院對該一次風機進行改造。熱工院經(jīng)試驗研究后，提出了對該風機的綜合改造方案。實施后，取得了顯著的節(jié)電效果、消除了風機喘振現(xiàn)象。振動和噪聲也明顯降低。一次風機設(shè)計規(guī)范名稱項目單位TB點MCR一次風機型式G9-36-1№24D數(shù)量臺2風機直徑mm2400風機轉(zhuǎn)速R/min990進口流量m3/h287892179640風機靜壓升Pa1438611066進口溫度℃4020進口密度Kg/m31.1211.197風機效率%8265風機軸功率kW1439880電動機型號YFKK630—6容量kW1600電壓V6000電流A182.5轉(zhuǎn)數(shù)r/min994數(shù)量臺22)改前試驗結(jié)果及分析

改前風機性能曲線及試驗結(jié)果

見下圖

從上圖可見：風機實際運行在小開度低流量的低效區(qū)域，該型風機與實際的一次風系統(tǒng)不匹配，有必要對風機進行改造?！耧L機出口風道振動測量結(jié)果：最大振動部位在緊結(jié)冷風聯(lián)絡(luò)管后，振動速度達18mm/s-32mm/s之間，主頻率為41Hz-50Hz之間，約為風機轉(zhuǎn)速頻率16.5Hz的2.5倍，是較典型的風機入口中心渦引氣的氣流壓力脈動激振的結(jié)果。●噪聲測量結(jié)果：風機噪聲隨負荷而增大，當機組負荷從180MW增加到350MW時，風機噪聲由96dB增加到98dB以上，雖然風機進口已裝有消音器，但噪聲仍超標，需進一步治理。3)選型參數(shù)的確定

風量確定：在機組滿負荷實測參數(shù)的基礎(chǔ)上考慮鍋爐負荷的修正，即從實驗負荷按一次方關(guān)系修正到BMCR工況流量。同時可根據(jù)實測的鍋爐有關(guān)參數(shù)按磨煤機通風量及預熱器一次風漏風量計算結(jié)果進行比較，分析實測數(shù)據(jù)的可信度，在得到實測數(shù)據(jù)可信基礎(chǔ)上，以實測數(shù)據(jù)為依據(jù)，再留出適當裕量確定出選型量。本次實測并修正到BMCR的風量為51.659m3/s，取5%的裕量并沿整后取為54.0m3/s。風壓確定：根據(jù)實測的風機壓力和一次系統(tǒng)阻力特性換算至選型風量下的系統(tǒng)阻力，再留適當裕量確定出實際需要的風機壓力，然后再換算到標準進口狀態(tài)(介質(zhì)密度為1.2kg/m3)下確定出選型風壓。

本次測試得出，當風量為48.665m3/s時，一次風系統(tǒng)阻力為12169pa，且系統(tǒng)阻力隨風量成0.7871方次變化。選取10%岡壓裕量后，最終選型風壓為14500Pa。4)風機選型結(jié)果序號名稱符號單位方案1方案21設(shè)計流量qvm3/h54.054.02設(shè)計全壓ptP計轉(zhuǎn)速nr/min9909904濕空氣標準密度ρ0kg/m31.28581.28585風機入口靜壓Pst1Pa-600-6006風機入口絕對壓力P1Pa1006001006007設(shè)計風機入口介質(zhì)密度ρ1kg/m31.21.28壓縮修正系數(shù)kp0.952340.952349比轉(zhuǎn)速ns31.6431.6410選擇風機型式G6-34G5-2911流量系數(shù)φ0.07550.0558312壓力系數(shù)ψ0.640.521513功率系數(shù)λ0.06050.03914風機內(nèi)效率ηin%82.585.815風機直徑D2qm2.5772.87516風機直徑D2pm2.5872.86617選定風機直徑D2m2.62.918計算風機流量q1m3/h55.45655.4319計算風機全壓pt0Pa139501414120壓縮修正系數(shù)kp0.951970.9513321實際產(chǎn)生全壓ptPa146531486522需電機功率Pdkw11631295.4從上表計算結(jié)果看，選用G6-34№26D型風機代替G9-36№24D型風機比較合理。該型風機是熱工院研制出的高效板型后彎葉片風機，具有效率高、結(jié)構(gòu)強度好、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲低的特點。其直徑雖由2.4m增加到2.6m，但因葉輪窄葉輪重量反比原葉輪輕。其基礎(chǔ)、軸承、電動機及傳動組不需更換。只需更換葉輪、機殼和集流器三件。

另外，由于新風機機殼較窄，需在進口調(diào)節(jié)門后加180mm的短圓管。風機出口也需換一過度段以彌補機殼變窄及出口中心與出口管段中心的不一致。5)其它改造措施為防止中心渦流進入葉輪，引發(fā)風機氣流壓力的較大波動，激發(fā)風機機殼及出口管道的大振動，風機改造時在軸向進口調(diào)節(jié)門后加裝一圖示的反渦流裝置。

為降低風機噪聲，采用雙層機殼，并在兩層機殼中間充填NOVIPET環(huán)保吸音隔熱綿。在風機進、出口管道外敷設(shè)同樣吸音材料。6)改造結(jié)果改造前后熱態(tài)運行性能試驗結(jié)果見下表和下圖序號項目單位改造前改造后№1№2№1№21機組負荷MW3503492鍋爐蒸發(fā)量kg/s302.5299.03表盤擋板開度％44421001004風機電流A115.0109.2102.398.35實測風機流量m3/s50.546.956.355.46實測風機壓力Pa12250.412088.513384.913507.97介質(zhì)密度m3/kg1.15711.16301.24961.23918風機耗功kW960.0957.8856.3847.29風機效率％66.6261.4285.8085.8210效率平均提高值％22.4211節(jié)能量（改后條件下）ｋW353.6312換算到設(shè)計條件下ρ=1.2m3/kg13風機壓力Pa12589.213130.714風機流量m3/s97.33111.7轉(zhuǎn)速n=990r/min介質(zhì)密度ρ=1.2kg/m335.006.007.008.009.0010.0011.0012.0013.0014.0015.0016.0017.0020253035404550556065707580流量q

效率η×10F壓力pFkPa7)結(jié)論通過對G9-36№24D型風機綜合改造為G6-34№26D型風機后，當機組滿負荷運行時，風機運行效率由原64%提高到85%。在一次風系統(tǒng)阻力和風量均有所增加的情況下，風機運行電流還下降了11A-13A，兩臺風機耗功下降214kW以上。一次風機喘振現(xiàn)象徹底消除；管道振動和噪音有顯著降低，改造效果滿意。(2)某電廠一臺1004t/h媒粉鍋爐兩臺靜葉可調(diào)軸流式風機改造。項目單位數(shù)值型號/AN30e6工況/BMCR工況TB工況風壓Pa38954868比壓能Nm/kg48996347風量m3/h(m3/s)1004400(279)1185480(329.3)靜葉調(diào)整范圍/-75°～﹢30°介質(zhì)溫度℃120120.6介質(zhì)密度kg/m30.7950.767風機軸功率kW12781880風機效率﹪86.887電機型號/YFKK800－8電機功率kW2240該引風機自投運以后，一直存存電耗高的問題，由熱工院對該型引風機進行熱態(tài)運行性能試驗的結(jié)果示于下圖從上圖可見，該型風機與與鍋爐煙氣系統(tǒng)極不匹配，風機出力富裕量過大。在機組滿負荷（335MW）時，平均每臺引風機風量為274.4m3/s，風壓2619Pa。分別為風機設(shè)計工況（TB）的1.2倍和1.86倍造成兩臺風機入口調(diào)節(jié)門開度在45%(調(diào)節(jié)葉片角度在-30°)以下運行。因而運行效率低，電耗高。對此風機，熱工院提出了兩個改方案進行比較。一是改變頻調(diào)節(jié)，二是將電機轉(zhuǎn)速由740r/min降至596r/min，同時更換風機葉輪，將葉片數(shù)由19片降至13片、變成AN30e6(V13+4)型風機AN30e6(V19+4)型風機采用變頻器進行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)后，其風機性能如下圖所示。由圖5可見，當采用變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)后，風機運行效率有很大提高，其節(jié)電量計算如下表名稱符號單位計算公式或來源工況1工況2工況3工況4機組負荷EMW控制室顯示值335290240190風機煙氣量qvM3/s實際測量值274．4237.4217,85181.1風機壓力pFPa實際測量值2619211517521122.1風機空氣功率PukWPU=qv*pF/1000718．6502.2381,7203.2定速風機葉輪效率ηR%查圖83.776.061.036.5變速風機葉輪效率ηrb%查圖86.486.586.7586.5定速風機軸效率ηa%ηa=0.98*ηR82．074.4859.835.8變速風機軸效率ηab%ηab=0.98*ηRb84.6784.7785.0284.77變頻器效率ηb%變頻器廠提供959595.095電機效率ηe%假設(shè)949494.094定速電機輸入功率PtkWPt=Pu/ηa/ηe932.3717.3679.0603.8變速電機輸入功率PtbkWPtb=Pu/ηab/ηe/ηb950.46663.4502.5268.4年運行小時Hh電廠提供2400120024001200定速運行年耗電量NMWhN=Pt*H2237.5860.81629.6724.6變速運行年耗電量NbMWhNB=PTb*H2281.1796.11206.0322.0定速年總耗電量NeMWhNe=∑N5452.5變速年總耗電量NebMWhNeb=∑Nb4605.2用變頻年總節(jié)電量NJkWhNJ=Ne-Neb847300從表2可見，該風機改變頻調(diào)速的節(jié)電率可達15%，若按0.212/kWh的電價計算，一年只能節(jié)約17.96萬元。而要加裝2240kW的高壓變頻裝置系統(tǒng)，卻需250萬元以上。不計投資利息也需14年才能回收改造成本。因此，此方案不宜采用。該風機雖然出力過大，與系統(tǒng)特性極不匹配。但采用變頻調(diào)速經(jīng)濟上仍不合算。究其原因：一是該型風機為靜葉調(diào)節(jié)軸流風機，調(diào)節(jié)性能較好，因此在機組滿負荷運行時，原風機效率與變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)效率相差很小，加上變頻器自身的損耗，反而多耗電；二是低負荷變頻調(diào)速運行時，風機效率雖比定速運行高出很多(190MW負荷高出50個百分點)，但低負荷時風機空氣功率大大減小，節(jié)電量有限；三是變頻裝置價格過于昂貴，節(jié)電量雖大，但靠節(jié)電量不足以償還初投資。AN30e6(V19+4)型引風機降速并將葉輪更換為

AN30e6(V13+4)型風機葉輪后，其性能曲線示于圖6。由圖6可見，該引風機在596r/min轉(zhuǎn)速下運行時，完全可以滿足引風機在BMCR工況下的需要，因此，決定將原746r/min的引風機電機改造為具有746r/min和596r/min兩種轉(zhuǎn)速的雙速電機，并更換葉輪。當電機在低速596r/min運行時，電機功率為1400kw，對應(yīng)風機最大軸功率仍有1.6倍的安全系數(shù)，完全滿足電動機功率的選型要求。并且由于電機基礎(chǔ)保持不變，減小了很大工作量。按圖6可得改造后的風機運行效率，節(jié)電計算見表。名稱符號單位計算公式或來源工況1工況2工況3工況4機組負荷EMW控制室顯示值335290240190風機煙氣量qvM3/s實際測量值274．4237.45217.85181.1風機壓力pFPa實際測量值2619211517521122.1風機空氣功率PukWPU=qv*pF/1000718．65502.2381.7203.2風機葉輪效率ηR%查圖48786.58566.0風機軸效率ηa%ηa=0.98*ηR85.2684.7783.364.68電機效率ηe%假設(shè)94949494電機輸入功率PtkWPt=Pu/ηa/ηe896.7630.2487.5334.2年運行小時Hh電廠提供2400120024001200年耗電量NMWhN=Pt*H2152.1756.241169.9401.0年總耗電量NeMWhNe=∑N4479.2改前牟總耗電量NeMWh查表25452.5年總節(jié)電量NJkWhNJ=Ne-Neb973300從上表可見，改造后的風機運行效率與變頻改造的風機效率相當。但由于沒有變頻裝置自身的損耗，其節(jié)電量比改變頻還多。葉輪改造后，實測335MW、290MW和240MW三工況的風機運行軸效率分別達到由85.8%、83%和77.5%。實測三工況電動機輸入功率分別為885kW、637kW和532kW。與表3的計算值基本吻合。一臺風機的改造成本為42萬元(電機改雙速20萬元，更換新葉輪22萬元)。按實測風機電機的耗功計算，改后一臺風機年節(jié)電量為973300kWh，按0.212元/kWh的電價計算，一年節(jié)約20.6萬元，約二年可回收成本。結(jié)論引風機通過降速和葉輪改造后，風機裕量過大的問題已解決，風機運行效率大幅度提高，由改前的58.5%提高到84.1%，節(jié)電效果十分顯著。風機運行穩(wěn)定，噪音明顯下降。達到了節(jié)能降耗目的。五電站軸流式風機的失速(喘振)與防治5.1軸流風機的失速與喘振現(xiàn)象軸流式風機當調(diào)節(jié)葉片(動葉調(diào)節(jié)風機為動葉片，靜葉調(diào)節(jié)風機為入口調(diào)節(jié)葉片)角度固定在某一位置時，在正常工作區(qū)域內(nèi)，風機的壓力隨風機流量的減小而增加，當流量減小到某一值時壓力達到最大、當流量進一步減小時，風機壓力和運行電流突然降低，振動和噪音增大，這一現(xiàn)象被稱為風機失速。風機失速后有兩種不同表現(xiàn)：一是風機仍能穩(wěn)定運行，即壓力、風量、電流保持相對穩(wěn)定，但噪音增加；風機及其進、出口氣流壓力承呈周期性脈動；風機振動常常比正常運行高。這種現(xiàn)象稱之為旋轉(zhuǎn)失速。另一是風機即壓力、風量、電流大幅度波動，噪音異常之大，風機不能穩(wěn)定運行，風機可能很快遭受毀滅性損壞，這種現(xiàn)象稱之為喘振。5.2失速喘振機理軸流風機是據(jù)機翼理論進行氣動設(shè)計的，葉型上的壓升取決于翼型的升力，而翼型的升力除與翼型的形狀有關(guān)外，主要取決于沖角α，當葉型確定后，翼型的升力隨著沖角的增加開始成正比的增長，直到臨界沖角值αk時壓力達到最大值。若沖角繼續(xù)增大，升力會突然下降。這是由于氣流氣流突然脫離葉型的凸面(吸力面)，產(chǎn)生很大旋渦所致。見圖1。圖1機翼失速原理圖5.3軸流風機壓力特性曲線的由來軸流風機壓力特性為馬鞍形狀。這是因為軸流風機的壓力遵循機翼升力理論的緣故。如圖2所示。軸流式風機動葉片的沖角隨流量的減小而增大。圖2軸流風機壓力特性形成機理5.4軸流風機的旋轉(zhuǎn)失速

由于軸流風機葉柵中各葉片的形線總是有些差異，安裝角度也不可能完全一致。因此，一般不是所有葉片都同時失速，而是一個或多個葉片組成的一個或多個失速區(qū)先失速。且失速區(qū)不是靜止不動的，而是沿著葉片移動，如圖3所示。圖3軸流風機旋轉(zhuǎn)失速原理如圖3所示，若葉片2、3或4失速，則在這些葉片間的空氣流動減少或完全停止。隨之造成在這些區(qū)域里沒有壓升，這會造成向風機葉輪進口測的逆向流。從而在這些葉片的周圍形成一個氣流變化很大的區(qū)域。這個區(qū)域就是圖上的陰影區(qū)。葉片5在進入這區(qū)域后沖角α將增加，隨之葉片失速。相反葉片2的α角將減少，這樣會造成這個葉片脫離失速。這種現(xiàn)象稱之為旋轉(zhuǎn)失速。由于失速區(qū)在葉輪內(nèi)環(huán)繞移動的速度總是小于葉片的移動速度，因而相對于定子來說，失速區(qū)的移動方向與風機的旋轉(zhuǎn)方向相同。由于失速區(qū)的不穩(wěn)定，風機的運行點也不穩(wěn)定，可能在圖2中的c和c，間移動。如果流量繼續(xù)減小，則失速區(qū)將增加，直到所有葉片頂部都失速，風機運行在圖2中的D點。如果流量再繼續(xù)減少，那么失速區(qū)的徑向范圍將增加(即失速區(qū)從葉片頂部向根部發(fā)展)，直到全部葉片都失速時，風機運行在0流量的E點。5.5失速的危害1)失速可導至風機損壞由上可知軸流風機失速后，通常表現(xiàn)為旋轉(zhuǎn)失速。由于旋轉(zhuǎn)失速使風機各葉片受到周期性力的作用，若風機在失速區(qū)內(nèi)運行相當長的時間(或失速頻率與葉片自振頻率相當時的短時間內(nèi))，會造成葉片斷裂，葉輪的其它機械元件也可能會損害。2)失速可能導至喘振若管道系統(tǒng)的容積與阻力適當，在風機發(fā)生失速壓力降低時，出口管道內(nèi)的壓力會高于風機產(chǎn)生的壓力而使氣流發(fā)生倒流，同時管道內(nèi)壓力迅速降低，風機又向管道輸送氣體，但因流量小風機又失速，氣流又倒流。這種現(xiàn)象循環(huán)發(fā)生，稱為喘振。伴隨喘振的發(fā)生，風機電流也大幅度波動，噪聲驚人。風機發(fā)生喘振的破壞性很大，可在很短時間內(nèi)損壞風機，必須立即停止風機運行?？梢?，失速與喘振是兩個不同概念。失速是喘振的必要條件，但不是充分條件。3)失速可能造成并列運行風機間相互“搶風”給發(fā)電機組安全運行帶來威脅。兩臺并列運行的風機中的一臺發(fā)生失速后，兩臺風機間可能出現(xiàn)相互“搶風”現(xiàn)象而無法并列運行；或雖兩臺風機能并列運行，但兩臺風機的總出力可能達不到需要值而影響其帶負荷能力。5.6軸流風機的失速報警裝置由于軸流風機的失速區(qū)域大，當風機選型不當，或所在風(煙)系統(tǒng)阻力增加較多和漏風變化較大時，很可能落入風機失速區(qū)運行。為保護風機自身安全，目前電站軸流式風機的制造廠都配有失速報警保護裝置。當風機發(fā)生失速時，讓運行人員及時知曉，并立即進行調(diào)整，避免長期在失速狀態(tài)下運行。圖4NOVENCO失速報警裝置圖5失速探針壓力的圖6TLT失速報警裝置圖7KKK靜調(diào)軸流風機失速報警裝置(5000Pa報警)5.7運行中如何判斷風機失速安裝有失速報警保護裝置的風機，應(yīng)保持其管路暢通，裝置動作準確。若該裝置失靈，戓未裝失速報警裝置，則2)在運行調(diào)整過程中，若發(fā)現(xiàn)一臺風機的電流、壓力有突然大輻度的變化，則該風機失速；3)兩臺風機并列運行時，并未進行調(diào)節(jié)而一臺風機的電流等參數(shù)突然大幅度降低，則該風機失速。4)兩臺風機并聯(lián)運行時，兩臺風機的開度和電流應(yīng)基本相同，若未進行調(diào)整操作，而兩臺風機的電流卻相差較大，且調(diào)整電流小的風機出力不起作用，則該風機失速。5.8如何防止軸流風機的失速風機選型設(shè)計時留足失速裕量；按電力行業(yè)標準DL/T468-2004《電站鍋爐風機選型和使用導則》規(guī)定，軸流風機的失速安全系數(shù)k>1.3。

K=pk/p(q/qk)2式中：p、q為設(shè)計工況點的壓力和流量。

pk、qk為對應(yīng)致計點風機開度下的失速界線點壓力和流量。在軸流風機的進出口之間加旁路再循環(huán)風(煙)道；當風機失速時，打開旁路風道門，使一部分風(煙)量從風機出口流向風機入口，即使一部分風(煙)量在風機內(nèi)循環(huán)，以增加風機的風(煙)量，使風機脫離失速區(qū)運行。但這增加了風機的耗功，是很不經(jīng)濟的。加裝防失速裝置為消除軸流風機的失速，多年來學者們進行了大量的研究和實驗工作，并提出了一些能把失速區(qū)向小風量方向推移，戓者把壓力曲線上的波谷減弱直到完全消除的辦法。但戓因結(jié)構(gòu)復雜，戓因?qū)︼L機效率影響大，或噪音問題而未能得到廣泛應(yīng)用。直到1974年原蘇聯(lián)伊萬諾夫提出了一種簡單有效的裝置—空氣分流器來消除旋轉(zhuǎn)失速，并在礦井局扇上獲得廣泛應(yīng)用。取得了美、英、法、原西德、印度、丹麥等多國專利后，在軸流風機上加裝防失速裝置才在靜調(diào)軸流風機上得到較廣泛使用。如德國kkk公司的KSE、我國淮南煤碳學院和西安熱工院均成功地設(shè)計出了類似的防失速裝置并分別應(yīng)用到礦井和電站軸流風機上。下面以西安熱工院開發(fā)的該型防失速裝置

為例進行介紹當葉片表面發(fā)生邊界層分離阻塞流道時，葉輪葉片進口處壓力升高，其擾動氣流將進入裝置的環(huán)形通道，并在環(huán)形通道內(nèi)導葉的作用下消除旋轉(zhuǎn)，再無干擾的引回葉輪前的的主氣流中。從而防止失速擴展，達到大大縮小軸風機失速區(qū)域的目的。圖7加裝防失速裝置的軸流風機示意圖圖8軸流風機防失速裝置圖9軸流風機有無防失速裝置性能曲線比較5.9防止運行中軸流風機失速措施1)運行人員應(yīng)了解風機所在系統(tǒng)的阻力構(gòu)成，特別是那些阻力較大又易于堵塞的設(shè)備（如預熱器、暖風器、消聲器等）的正常阻力范圍。2)在實際運行中若這些設(shè)備阻力超出了范圍可能導致風機失速時，應(yīng)控制該風機的出力，并及時采取措施消除堵塞。3)加裝風機運行點監(jiān)視裝置，使運行人員能看見風機運行在性能曲線上的位置。六、電站風機采用變頻調(diào)速應(yīng)注意的問題電站鍋爐風機采用變頻調(diào)速是較理想的節(jié)能措施，過去受價格、可靠性以及容量等因素的限制，在電站鍋爐風機上未能得到廣泛應(yīng)用。近年來，隨著電力電子器件、控制理論和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，大容量高壓變頻器的逐步完善，變頻器的價格不斷下降，可靠性不斷增強，高壓大容量變頻器已經(jīng)在我國電站鍋爐風機上形成推廣趨勢。但應(yīng)注意以下問題。

6.1在所選風機與管網(wǎng)系統(tǒng)匹配的前提下，再選變速調(diào)節(jié)裝置；6.2變頻器設(shè)備本身的可靠性

變頻器是一個復雜的大功率電力電子裝置，變頻器存在著本身故障或被外界因素誘發(fā)跳閘的問題。因此選擇變頻器一定要慎重，必須選擇經(jīng)實際運行考驗，可靠性指標可接受的變頻器廠家生產(chǎn)的品牌變頻器。6.3可靠和適用的自動切換系統(tǒng)由于變頻器本身故障或或被外界因素誘發(fā)跳閘而導致鍋爐爐膛滅火或降低機組出力的情況并不鮮見。完全依賴變頻器本身提高可靠性來保證機組的安全運行還不現(xiàn)實。因此如何使變頻器跳閘后既能自動恢復風機工頻供電而又能保持發(fā)電機組運行工況穩(wěn)定的措施非常重要。當變頻器故障或其它原因引起變頻器跳閘時能自動將風機電機切換至工頻下運行，且更重要的是在切換過程中能保恃風機的風壓、風量相對穩(wěn)定，以保恃鍋爐燃燒穩(wěn)定。

我院在上世紀90年代初就已經(jīng)開發(fā)出滿足鍋爐風機變頻調(diào)速自動切換要求的自動切換裝置，現(xiàn)在電廠均配有先進的DCS系統(tǒng)，更易實現(xiàn)此種切換功能。6.3.1問題的提出由于變頻器是一個復雜的大功率電力電子裝置，要想達到目前工頻運行方式下的可靠性還有一段差距，就目前運行情況看，變頻器都多多少少出現(xiàn)過變頻器本身故障或或被外界因素誘發(fā)跳閘的情況。對此有兩種做法：

一是當變頻器跳閘時，對應(yīng)風機也停運(入口調(diào)節(jié)門全關(guān))，機組自動進入RB方式運行。然后將風機切換到工頻電網(wǎng)，重新啟動該臺風機，用調(diào)節(jié)門調(diào)節(jié)至到機組帶到變頻器跳閘前的負荷。這不但要求機組進入RB工況可靠，且要損失發(fā)電量。另一做法是：當變頻器發(fā)生故障時，拖動電機自動切換到工頻電網(wǎng)以額定轉(zhuǎn)速運行。但是當風機調(diào)速運行時，其調(diào)節(jié)門處于全開位置，低于額定轉(zhuǎn)速運行。若將風機從調(diào)速運行突然改變?yōu)轭~定轉(zhuǎn)速運行，則轉(zhuǎn)速會突然增大，尤其是當調(diào)速范圍較大時，風機的風量會突然增大很多，若送風機變頻器故障，將使爐膛處于正壓；若引風機變頻器故障，將使爐膛負壓突熱然增大，嚴重時會造成爐膛滅火，MFT動作而停機。因此，為解決電站鍋爐風機采用變頻調(diào)速后機組的安全穩(wěn)定運行問題，需解決兩個問題：一是自動切換如何實現(xiàn)；二是切換過程中如何使風量變化幅度最小，以滿足鍋爐穩(wěn)定燃燒的需要。這就需設(shè)計變頻器自動切換系統(tǒng)來解決。6.3.2對自動切換系統(tǒng)的基本技術(shù)要求鍋爐風機變頻調(diào)速自動切換系統(tǒng)必須滿足：當變頻器發(fā)生故障時，能及時將電動機自動切換至工頻電網(wǎng)，使風機以額定轉(zhuǎn)速運行，同時風機入口調(diào)節(jié)門自動關(guān)小調(diào)節(jié)風量，保證鍋爐燃燒穩(wěn)定當變頻器故障排除后，可在運行中將風機從定速運行切換至調(diào)速運行；同一電動機的定速、變速運行開關(guān)要相互閉鎖。即變速運行時，定速合不上；反之亦然；當電動機由變頻器向工頻電網(wǎng)切換時，定速運行開關(guān)需延時數(shù)秒后再合閘，以免電動機剩磁電壓與電網(wǎng)電壓疊加，造成電機過電壓。6.3.3切換系統(tǒng)原理

為實現(xiàn)上述要求，需對原電器系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)進行改造。下面以吸風機為例進行簡要說明。自動切換系統(tǒng)原理圖如下。(1)變頻器除設(shè)進、出口開關(guān)外，心須設(shè)旁路開關(guān)。其電氣聯(lián)鎖及操作基本原則如下(具體實施應(yīng)據(jù)電廠實際情況而定)：變頻器入口開關(guān)、旁路開關(guān)分別設(shè)操作保險，用同一個事故按鈕的兩對不同接點同時跳入口開關(guān)和旁路開關(guān)。出口開關(guān)不設(shè)事故按鈕；變頻器故障時，變頻器柜內(nèi)提供一組干接點直接跳變頻器入口開關(guān)，由電氣聯(lián)鎖實現(xiàn)；變頻器出口開關(guān)和旁路開關(guān)互相閉鎖，不準同時合入，由電氣聯(lián)鎖實現(xiàn)。(2)熱工聯(lián)鎖及操作原則：1)變頻器啟動條件：a）變頻器入口開關(guān)已合；b）變頻器出口開關(guān)已合；c）變頻器柜內(nèi)“允許啟動”信號有效；d）變頻器柜上轉(zhuǎn)速指令在“遠方”位置。2)變頻器出口開關(guān)和旁路開關(guān)互相閉鎖，不能同時合入。3)變頻器出口開關(guān)“合閘“的條件：a）變頻器旁路開關(guān)在“斷開”位置；b）變頻器在“停止”狀態(tài)。4)變頻器運行時，變頻器出口開關(guān)禁止“斷開”；變頻器出口開關(guān)“斷開“的條件是變頻器在“停止”狀態(tài)。5)變頻器旁路開關(guān)“合閘”的條件是變頻器出口開關(guān)在“斷開”位置。6)“變頻器故障”時；同時跳變頻器入口開關(guān)和出口開關(guān)；同時要求有事故報警；7)“變頻器回路跳閘”：是指變頻器故障或變頻器入口開關(guān)、出口開關(guān)任一跳閘視為“變頻器回路跳閘”。當發(fā)出“變頻器回路跳閘”，且“電機故障”報警信號不發(fā)出時：a）吸風檔板自動關(guān)至一定位置（位置在調(diào)節(jié)門自動調(diào)整問題中說明）；b）經(jīng)一定延時后（延時時間現(xiàn)場調(diào)試確定），自動合入旁路開關(guān)，吸風機轉(zhuǎn)“工頻”運行，爐膛負壓由DCS操作吸風檔板進行調(diào)節(jié)。8)吸風機跳閘”：是指變頻器回路和旁路開關(guān)均跳閘視為“甲吸風機跳閘”。“電機故障”報警信號發(fā)出，跳入口開關(guān)，跳出口開關(guān)，旁路開關(guān)不自動合入；吸風機擋板自動全關(guān)；10)鍋爐原有聯(lián)鎖邏輯、鍋爐保護邏輯不變；聯(lián)鎖、保護動作考慮適當延時；11)爐膛負壓自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)增加變頻器調(diào)速為調(diào)節(jié)手段的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)；12)鍋爐保留吸風機調(diào)節(jié)門遠方操作功能，正常使用時為全開狀態(tài)；(3)調(diào)節(jié)門自動調(diào)整問題轉(zhuǎn)速給定信號與風量是線性關(guān)系，但調(diào)節(jié)門開度與風機風量則是非線性關(guān)系。因此，當變頻器跳閘時，DCS系統(tǒng)要用當時轉(zhuǎn)速給定信號控制風機調(diào)節(jié)門開度，還需要根據(jù)風機調(diào)節(jié)門開度與流量的關(guān)系曲線變換輸入至風機調(diào)節(jié)門執(zhí)行器的給定信號，方能使自動切換前后的風量相等。調(diào)節(jié)門開度與風機風量的關(guān)系曲線需在現(xiàn)場試驗測定。另一辦法是：直接在現(xiàn)場測量風機調(diào)節(jié)門開度與風機轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線，將其輸入DCS系統(tǒng)內(nèi)，則當變頻器跳閘時，風機調(diào)節(jié)門可實現(xiàn)根據(jù)跳閘前變頻器的轉(zhuǎn)速自動調(diào)節(jié)到需要的位置，保證切換前后的風量相等。(4)風機調(diào)節(jié)門動作速度問題在風機變頻改造中，風機調(diào)節(jié)門的動作速度對鍋爐的影響很重要，特別是當轉(zhuǎn)速較低時。前面己提到，為防止電機過電壓，從變頻器故障到旁路開關(guān)合閘需設(shè)延時時間，電機進入全速運轉(zhuǎn)還需幾秒時間(視當時轉(zhuǎn)速和電機功率富裕量大小而定)，為了抵消由于電機速度增加而帶來的風量增加，調(diào)節(jié)門應(yīng)在幾乎相同的時間內(nèi)關(guān)到預定位置。因此要求調(diào)節(jié)門的動作速度要快些為好。為了實現(xiàn)風機檔板的故障時快速動作和非變速運行時調(diào)整操作的穩(wěn)定，對風機檔板執(zhí)行機構(gòu)動作的要求是故障狀態(tài)時動作速度快，正常操作時動作速度慢，以符合運行人員的調(diào)整要求。為此最好選擇雙速的執(zhí)行機構(gòu)，變頻器投入運行時，置于快速擋。也可只用單速執(zhí)行機構(gòu)，動作速度宜快些，但不可過快，以免引起控制系統(tǒng)振蕩。(5)關(guān)于DCS系統(tǒng)的改造

據(jù)我院自控專業(yè)人員介紹，只要將邏輯關(guān)系搞清楚，DCS系統(tǒng)容易滿足變頻器改造的要求，實現(xiàn)并不難。下面是一實例：某電廠一臺鍋爐兩臺離心式一次風機和兩臺靜葉調(diào)節(jié)軸流式引風機自今年5月改為變頻調(diào)速后，四臺變頻器各發(fā)生一次故障跳閘，其中兩臺引風機均實現(xiàn)了自動切換至工頻運行，且切換過程爐膛負壓波動很小，切換過程十分平穩(wěn)，未影響機阻的負荷和穩(wěn)定運行。而兩臺一次風機均因變頻器故障時頂?shù)袅松霞?6kV)開關(guān)而自動切換失敗，一次是在機組啟動過程中未對鍋爐和機組帶來擴大性影響，檢查后手動合上總開關(guān)在工頻電源下啟動風機并列成功。而另一次則造成機組RB工況，但也順利恢復了雙一次風機并列運行。一次風機自動切換失敗原因電廠正在分析查找，據(jù)說可能與變頻器電源接入位置有關(guān)，但機組一直在運行，無法實施改進措施。以上說明了自動切換系統(tǒng)對保證機組安全穩(wěn)定運行的必要性，從引風機的成功自動切換也說明：

仔細設(shè)計自動切換系統(tǒng)是可行的。6.4風機采用變頻調(diào)速運行后自身的安全可靠