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并联运行的轴流式风机防喘振的探讨

卫运钢 / 沈阳工程学院    


摘要:分析了火电厂并联运行的轴流式风机易发生喘振的原因,提出防止喘振发生的基本策略,并结合现场实例阐述防止喘振的具体做法,指出风量匹配及风压控制是基本途径。
关键词:并联轴流式风机;防喘振;安全经济运行
中图分类号:TH432.1    文献标志码:B
Study on Surge Prevention of Axial Flow Fans in Parallels
Abstract: This paper has introduced the reason of axial flow fans in parallels in thermal power plant easily occuring the surge and pointed out the preventive strategy, and illustrates the concrete practice by actual examples on site, the conclusions are drawn for surge prevention that the fundamental methods should be to coordinate the air rates and control the air pressures.
Key words: axial flow fans in parallels; surge prevention; safe and economical running
0 引言
  动叶可调的轴流式风机因其综合性能明显优于离心式[1] ,而被大型火电机组送风机、一次风机及引风机等普遍采用,一般是两台轴流式风机并联运行。但若并联的两台轴流式风机没能互相匹配,其中某台风机的工作点极易位于其“马鞍型”性能曲线的峰点之前而发生喘振,严重影响风机的安全、稳定运行;因此,并联运行的轴流式风机要特别防范喘振现象。
1 并联运行的轴流式风机易发生喘振的原因
  所谓喘振,是指轴流式风机性能与其所在的管路系统性能不协调时发生的一种气流振荡现象(即风量、风压等大幅度的纵向脉动)。实际上,轴流式风机在管路系统中的运行过程就是风机与管路两者互相协调的过程。若能协调平衡,则风机在某一位置稳定工作;一旦原有平衡被破坏,若能很快协调一致,即可继续在新的平衡位置稳定工作;若互相协调之后始终找不到平衡位置,后果就是管路中气流的来回振荡,即发生喘振。一般情况是:管路系统压力突然升高(或风机压力突然下降),此时风机以减小流量来提高压力(或管路系统压力随之降低),因此极易越过“马鞍型”曲线峰点,进入“喘振区”,发生“倒流”,使管路压力降落,风机流量增加,随之管路压力再次升高;管路压力的升高,使风机不得不与之协调,协调不一致的结果是再次越过“马鞍型”曲线峰点,进入“喘振区”,如此循环[2]
      与单风机喘振现象相比,并联运行轴流式风机的喘振实质是一样的,但此时两台风机之间没能互相匹配才是喘振的最常见诱因。所谓匹配,是指两台并联风机的几何结构、运行参数、操作等配合必须保持在合理范围内,否则不仅偏离经济区太远,而且其中某台风机极易进入“喘振区”而发生喘振。比如并联运行的两台轴流式风机动叶开度不协调,即动叶角度差值过大,将使两台并联风机输送的流量偏差拉大,以弥补压力偏差。当小流量风机流量减小到“马鞍型”曲线峰点之前时,则进入“喘振区”,喘振随之发生。
2 并联运行的轴流式风机防喘振的基本策略
  防止并联运行的轴流式风机发生喘振,首先应考虑使并联的两台风机互相匹配,控制其不进入“喘振区”,一旦某种原因发生喘振,应对两台风机协调处置,使风机由“喘振区”尽快回到“安全区”,建立起稳定平衡;因此,防喘振控制的基本策略是:把不同动叶角度下的轴流式风机性能曲线峰值点连接起来,构成“失速”极限线,同时考虑输送气体的状态,如压力、温度、密度等,以及系统风量、风压等变化引起的性能曲线变化,给予一定的安全裕量。故对应于失速极限线1,获得防“喘振”的安全操作线2,见图1。运行时,两台轴流式风机协调控制在安全操作线2的右侧区域工作,将不会发生喘振现象。从图1可知,风量与风压是防止喘振的两个重要控制参数。针对某一动叶角度,不发生喘振时都有一定的最小风量和最大风压限制。若喘振已经发生,消除喘振的基本原则是使工作点尽快回到“安全区”,此时增大风量或降低风压是最基本的方法,但要特别注意两者的相互制约。

3 并联运行的轴流式风机防喘振的具体做法
3.1 正确获得安全操作曲线

  某电厂两台送风机并联运行,某一工况下1#送风机振动增大,风量迅速降低,该风机已发生失速,随后出现喘振现象。但此时该风机工作点与厂家提供的性能曲线上的失速极限线还有较大距离。通过现场试验,根据失速时的风量、风压等数据对原失速极限线进行修正,发现现场风机的失速区域大于厂家提供的失速区域[3],因此,根据修正的失速极限线重新设定防喘振安全操作线后,实现了对风机喘振的准确防控。
3.2 并联运行轴流式风机的风量匹配
  1) 如前所述,增大风量和降低风压有利于风机离开“喘振区”。但要注意,两者是相互制约的,如增大风量的同时使得风压超限,亦会发生喘振;而此时若减小动叶开度,虽然风量有所下降,但风压也下降,即在小动叶开度下风量和风压仍可控制在安全范围内而避开“喘振区”。
  某电厂锅炉增加负荷时,两台并联运行的送风机中一台动叶失控,动叶瞬时自动全开。分析原因发现:风机投自动时,通过增大动叶开度使其流量随锅炉负荷而增大,此时风机性能曲线右移,使得工作点进入“喘振区”,由于风量没能很好匹配,结果大流量风机很快发生喘振,致使锅炉非故障跳闸。之后,该电厂采取监测风机电流偏差的方式,一旦两台并联风机电流偏差大于5%即解除自动,手动先减小动叶开度,再调整两风机风量平衡,使之与锅炉负荷相适应,再也没有出现上述事故。
  2) 管路系统阻力增大,其特性曲线上扬,使得两台并联运行风机的风量不匹配,从而发生喘振现象。见图2,两台风机并联后的工作点位于“∞”形区域时,其中某台风机的工作点将落入“喘振区”。当喘振发生时可考虑调整管路系统的性能曲线使两台并联风机的风量匹配,如管路出口风门挡板开度增大以减小管路阻力,使其性能曲线下移等。

  3) 实际运行中应考虑两台并联支路的阻力状况,尽量调整好两轴流风机的动叶开度,以使风量匹配。如,某电厂两台并联运行的引风机,发生喘振时的动叶开度范围见表1。从表中可知,两台引风机中一台风机动叶开度大于70%时,不允许其与另一台风机动叶开度相差超过30%(实际运行时,动叶角度差可控制在20%以内,以保证安全),否则两风机风量不匹配,极易发生喘振。

  再如,某电厂660MW机组两台轴流式一次风机做RB试验[4] ,机组降负荷过程中,发现B侧风机动叶开至上限,电流及风压迅速下降,判断该风机进入“喘振区”,因本次RB试验停止上层磨,导致主汽温度下降过快,锅炉手动MFT。分析原因是RB触发后,机组为快速降负荷,每隔10s停一台磨煤机,磨煤机进口冷、热风门及调整门是连锁关闭的,这使得短时间内一次风量变大,因B侧风机动叶开度较大,因此进入该支路的风量较多,管路阻力骤增,性能曲线上扬,风机进入“喘振区”。采取的主要措施是留一台磨煤机作为热备用,以降低管路系统阻力,并调整两风机动叶开度相接近(动叶角度差小于5%),以匹配风量,则RB试验再未发生上述事故。
3.3 并联运行轴流式风机的风压控制
  1) 根据实测所得的风机防喘振安全操作区域及所在管路系统的阻力构成情况,确定风机在不同负荷下的运行参数范围,特别是根据不同的风量要求,控制风机风压在适当范围内是防止喘振的有效方法。
  某电厂600MW机组两台一次风机并联运行。实际运行表明:额定工况下风机出口压力大于15kPa以上时才会发生喘振;因此,将风机出口压力控制在13kPa以下时没再出现喘振现象。当然,风机出口风压的升高是其与管路系统相协调的结果,因此经常进行相同负荷下风机出口风压与历史数据比较,可一定程度上预知风压的变化情况,进而在风机和管路两方面采取措施以防止喘振。
  2) 风机节能改造中可将变频协调控制技术应用于并联运行的风机系统。比如,某电厂两台并联运行的一次风机节能改造时,成功将变频节能与防喘振进行协调控制,获得很好的效益。取一次风机出口压力值送入“变频节能与防喘振”控制器中,由压力变送器、协调控制器、变频电机和一次风机构成闭环控制。同时该控制系统通过不断参与一次风机转速的自动调整达到稳定风机出口风压在一定范围内的目的,发挥了节能与安全的双重作用。
3.4 两台轴流式风机,一台运行,另一台并入时的防喘振措施
  某电厂两台并联运行的一次风机,一台因故障停机。重新启动并联时,喘振信号来,随即风机跳闸而不能并入。此时另一台正常运行,母管风压正常。通过分析并进行试验后,并联成功。过程如下:并联前,关闭风机动叶,同时关闭“启动”风机出口风门,否则“运行”风机的倒风将使喘振保护动作而无法启动;当启动风机达到额定转速后,打开出口风门,并逐渐打开动叶,同时将运行风机动叶角度关小,此过程注意两风机风量的匹配,既要保证系统负荷,又要防止喘振发生;最后两台风机动叶开度、电流等相同时,并联完成。需要指出,并联时单台风机工况点压力至少低于风机失速极限线压力10%,即应处于防喘振安全操作线区域,否则将发生喘振。
4 结论
  1) 将并联运行轴流式风机的运行参数,如风量、风压等控制在合理范围内,做到互相匹配是防喘振的基本原则,一旦喘振发生,以“互相匹配”为原则尽快采取措施离开喘振区域。
  2) 安全操作曲线、动叶角度、风压等需要结合现场试验准确标定;因此,掌握并联运行轴流式风机的失速测量及喘振试验方法与技术应是防喘振的基础性工作,不可忽视。
  3) 随着并联运行轴流式风机的广泛应用,将防喘振措施与节能技术相结合保证风机稳定、安全及经济运行已成为重要的研究方向。

参 考 文 献

[1] 何川, 郭立君. 泵与风机[M]. 第四版. 北京: 中国电力出版社, 2007.
[2] 周静, 盛赛斌,白俊刚,等. 轴流风机喘振机理及预防措施[J]. 电力建设, 2001 (5):58-60,63.
[3] 黄瑞意, 张书谨,黄郁明,等. 轴流风机现场失速试验及分析[J]. 发电设备, 2000 (2):25-28,47.
[4] 刘志华. RB工况中一次风机失速原因分析及预防[J]. 电站系统工程, 2010 (5):69-72.

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  评论人:西门塔尔牛   打分:0 分  发表时间:2015-3-28 22:30:46
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