锅炉送风机失速机理分析及防控策略在超临界机组中的应用

引言

超临界机组对燃烧稳定性要求极高，送风机作为关键辅机，其运行状态直接影响锅炉效率与安全性。近年来，多起因送风机失速导致的非计划停运事件暴露出传统防控手段的局限性。研究其失速机理并制定科学对策，已成为保障机组长周期安全运行的重要课题。基于此，本文聚焦送风机失速机理，旨在提升送风系统的智能化与可靠性水平。

1 超临界机组运行特点

超临界机组运行具有参数高、效率优、控制复杂等特点，其主蒸汽压力通常超过22.1MPa、温度达538℃以上，实现更高热效率与更低排放。运行中对燃料、风量、汽温等参数响应灵敏，控制系统需实时协调燃烧、汽水与辅机运行状态。由于工质物性变化剧烈，设备启停过程易出现热应力波动，对送风机等关键辅机的稳定性要求极高。因此，超临界机组更依赖精细化运行管理与智能化监控手段，以保障安全、经济、环保运行。

2 送风机的作用

锅炉是火力发电机组的核心热力设备，具有高温高压、大容量、强耦合等特点。其运行参数高如超临界机组主汽压＞22.1MPa、温度＞538℃，燃烧系统复杂，对风、煤、水等多变量协同控制要求严苛。同时，锅炉结构庞大、热惯性大，启停过程易产生热应力，需精细调节以保障安全稳定运行，是影响机组效率与环保指标的关键环节。送风机是锅炉燃烧系统的核心辅机，负责将空气输送至炉膛，为燃料燃烧提供必要氧气，确保燃烧充分、稳定。其风量与风压直接影响锅炉热效率、NOx 排放及炉膛压力控制。在超临界机组中，送风系统需适应宽负荷运行工况，保持风煤比动态平衡，防止因风量不足导致不完全燃烧或风量过剩造成能耗增加。同时，送风机运行稳定性直接关系到锅炉安全性和机组整体经济性，是保障燃烧系统高效、环保、可靠运行的关键设备。

3 超临界机组送风机失速机理分析

从气动特性看，送风机在Q-P 如风量-风压特性曲线的驼峰区运行时，工作点易进入不稳定区。当风量低于临界值如设计风量的 70%80% ，风机效率骤降，压力波动加剧，此时微小扰动即引发气流分离与失速。某600MW机组送风机在风量12000m³/h 以下、风压1500Pa 以上时，性能曲线呈现明显驼峰，极易触发失速，表明其运行区间需避开此不稳区域以保障稳定供风。运行工况因素是送风机失速的常见诱因。当机组负荷在 50%～70%|× 间波动时，风量需求变化频繁，若风门调节滞后如响应时间 >3 秒，易导致风压突变；同时，风道积灰或挡板开度异常使阻力系数增加 10%～20% ，风机工作点移入不稳定区。超临界机组在低负荷下风门调节滞后超过2 秒时，失速概率提升至 65% ，凸显运行工况动态匹配对风机稳定运行的关键作用。设备状态劣化是诱发送风机失速的结构性诱因。叶轮磨损使叶片前缘厚度减少15%以上，气动性能下降；动平衡失调导致振动幅值＞4.5mm/s 时，易引发喘振；轴承劣化如游隙增大至 0.1mm 以上加剧轴系刚度变化，降低系统稳定性。某机组送风机因叶轮腐蚀与轴承老化，失速临界风量下降 20% ，表明定期检测与状态评估对预防失速至关重要。控制系统响应延迟易使送风机偏离稳定工况。变频器调节死区大于0.5Hz 或PID 参数未优化时，风量响应滞后＞2 秒，无法及时匹配负荷变化；同时，风压传感器反馈延迟 >1.5 秒，导致控制逻辑误判，引发风压波动。机组因风压反馈延时达2.1秒，风机在低负荷下频繁进入不稳定区，失速风险提升 40% ，凸显控制精度与响应速度对送风系统稳定性的关键作用。

4 超临界机组中防控策略的应用

4.1 预防性维护

预防性维护是防控送风机失速的基础措施。应定期开展叶轮状态检测，通过红外测温与振动频谱分析，发现叶片磨损如厚度减少 > 10%或裂纹等缺陷； 每季度校准风门执行机构，确保开度误差 6pm2% ，响应时间＜1.5秒，避免因风门卡涩或反馈偏差导致风量失控。 结合在线监测数据建立设备健康档案，实现从“故障维修”向“状态预判”的转变，显著降低失速风险，保障超临界机组送风系统长期稳定运行。

4.2 控制优化

控制优化是提升送风机运行稳定性的关键手段。通过引入自适应智能PID 算法，动态调整比例、积分、微分参数如 Kp=1.2~2.0，Ki=0.3~0.8，Kd=0.1~0.5，可使风压响应时间缩短至 1.5 秒以内，超调量控制在±3%以内。结合风压传感器实时反馈如采样频率≥10Hz，实现闭环动态调节，避免因负荷波动或风道阻力变化引发失速。该策略在超临界机组中使风机失速发生率下降 60% ，显著增强系统鲁棒性与运行安全性。

4.3 在线监测

在线监测通过部署振动如加速度传感器，量程 ±50g ，采样频率≥1kHz、压力如精度±0.5%FS 与电流如精度±0.2%多维传感器，实时采集送风机运行数据。结合机器学习算法构建失速预警模型，设定振动幅值＞4.5mm/s、风压波动率＞8%/min、电流波动 >5%; 为阈值触发预警。该系统可在失速发生前30~60 秒准确识别异常趋势，提前报警并联动调节，使送风机失速事件响应效率提升 70% ，实现从被动处理向主动防控的转变。

4.4 运行管理

运行管理是预防送风机失速的重要环节。针对超临界机组低负荷如 30% ~50%额定负荷运行时风量小、工况易进入不稳定区的问题，应制定专项规程：严禁长时间 >2 小时在风量低于设计值70%的工况下运行；设定最小稳定风量阈值如10000m³/h，低于此值时自动启动备用风机或调整燃烧策略；同时优化风门调节逻辑，避免频繁微调导致扰动累积。执行该规程后，某600MW 机组送风机失速次数由月均 3 次降至 0.5AA ，显著提升低负荷运行安全性与经济性。

结束语

总之，送风机失速问题本质是气动性能与运行控制耦合失衡的结果。通过精准识别机理、构建多维预警体系与实施闭环调控，可有效规避风险。在超临界机组中表明，融合智能监测、控制优化与运维管理的综合策略具有显著成效。未来应进一步推进数字化与 AI 技术应用，实现失速早期识别与自适应调节，推动火电辅机系统向本质安全型演进，助力新型电力系统高质量发展。

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