风烟系统培训教材

风烟系统培训教材

第一节风烟系统总的介绍

一、概述

锅炉风烟系统是锅炉重要的辅助系统。它的作用是连续

不断的给锅炉燃烧提供空气，并按燃烧的要求分配风量，同

时使燃烧生成的含尘烟气流经各受热面和烟气净化装置后，

最终由烟囱及时的排至大气。

锅炉风烟系统按平衡通风设计，系统的平衡点发生在炉

膛中，因此，所有燃烧空气侧的系统部件设计正压运行，烟

气侧所有部件设计负压运行。平衡通风方式使炉膛和风道的

漏风量不会太大，保证了锅炉较高的经济性，能防止炉内高

温烟气外冒，对运行人员的安全和锅炉房的环境均有一定的

好处。

二次风系统供给燃烧所需的空气，设有2台50%容量的

动叶可调轴流式送风机，在风机出口挡板后设有联络风管以

平衡送风机出口风压。在送风机的出口风道上设有暖风器装

置，当环境温度较低时，可以投入暖风器，以提高进入空气

预热器的空气温度，防止空气预热器冷端积灰和腐蚀。

烟气系统是将炉膛中的烟气抽出，经尾部受热面、空预

器、除尘器和烟囱排向大气。在除尘器后设有2台50%容量

的动叶可调的轴流式引风机。为使除尘器前后的烟气压力平

衡，使进入除尘器的烟气分配均匀，在两台除尘器进口烟道

处设有联络管。为防止烟气倒流入引风机，在引风机出口处

装有严密的烟气挡板。

风烟系统主要由下列设备和装置组成，其运行参数也就

决定了风烟系统的运行参数：

1）两台动叶可调轴流式送风机

2）两台动叶可调双级轴流式一次风机

3）两台动叶可调双级轴流式引风机

4）两台容克式三分仓空气预热器

5）暖风器系统

6）两台布袋除尘器

7）两台火检冷却风机

8）两台密封风机

9）连接管道、挡板或闸门

风烟系统其实是两个平行的供风系统，有共同的炉膛、

受热面烟道和两台引风机构成的风烟系统。输送至炉膛的空

气，其作用是：

1）提供燃料燃烧所需要的二次风、燃烬风，由送风机

提供。

2）提供输送和干燥煤粉的一次风，由一次风机提供。

3）提供火检探测器的冷却风，由火检冷却风机提供，

直接取自大气。

4）磨煤机的密封风由一次风机出口经密封风机升压后

提供。

5）燃烧器上部的燃烬风口的作用是补充燃料后期燃烧

所需的空气，同时实现分级燃烧，降低炉内的温度水平，抑

制JNOX的生成。

无论是密封风还是冷却空气，最终均进入炉膛，是燃烧

所需的空气的组成部分。

二、二次风系统

为了使燃料在炉内的燃烧正常进行，必须向炉膛内送入

燃料燃烧所需要的空气，用送风机克服烟气侧的空气预热

器、风道和燃烧器的流动阻力，并提供燃料燃烧所需的氧气。

二次风的流程：大气经滤网、消声器、暖风器，垂直进

入两台轴流式送风机，由送风机提压后，经二次风道进入两

台容克式三分仓空气预热器的二次风分仓中预热，热二次风

经热二次风道送至二次风箱和燃烧器进入炉膛。

每台空气预热器对应一组送风机和引风机。两台空气预

热器的进出口风道横向交叉连接在总风道上，用来平衡两侧

二次风压，在锅炉低负荷期间，可以只投入一组风机（送、

引风机各一台）运行。

加热后的二次风，经热二次风总管分配到炉膛的各墙的

燃烧器二次风箱后：一是通过一次风喷咀周边入炉的周界

风；二是通过燃烧器顶部燃尽喷咀的燃烬风。

在燃烧器风箱内流向各个喷咀的通道上设有调节挡板，

用以完成各股风量的分配。

三、一次风系统

一次风的作用是用来输送和干燥煤粉，并供给燃料燃烧

初期所需的空气。

大气经滤网、消声器、暖风器，垂直进入两台轴流式一

次风机，经一次风机提压后分成两路；一路进入磨煤机前的

冷一次风管；另一路经空气预热器的一次风分仓，加热后进

入磨煤机前的热一次风管，热风和冷风在磨煤机前混合。在

冷一次风和热一次风管出口处都设有调节挡板来控制冷热

风的风量，保证磨煤机总的风量要求和合适的出口温度。合

格的煤粉经煤粉管道由一次风送至炉膛燃烧。

一次风机的流量主要取决于燃烧系统所需的一次风量

和空气预热器的漏风量。密封风机风源来自冷一次风，最终

进入磨煤机。一次风的压头主要取决于煤粉流的阻力及风

道、空气预热器、挡板、磨煤机的流动阻力。其压头是随锅

炉需粉量的变化而变化，可以通过调节动叶的倾角来改变风

量，维持风道一次风的压力，适应不同负荷的变化。

四、烟气系统

烟气系统的作用是将燃料燃烧生成的烟气经各受热面

传热后连续并及时地排至大气，以维持锅炉正常运行。

锅炉烟气系统主要由两台动叶可调轴流式引风机、两台

容克式空气预热器和两台布袋除尘器构成。锅炉采用平衡通

风，炉膛保持一定的负压。负压是通过调节引风机动叶的角

度，改变风机的流量实现的。

引风机的进口压力与锅炉负荷、烟道通流阻力有关。其

流量决定于炉内燃烧产物的容积及炉膛出口后所有漏入的

空气量。

两台空气预热器出口有各自独立的通道与两台除尘器

相连接，除尘器的两室出口有共同的通道与引风机连接。在

引风机的进出口有电动挡板，满足任一台引风机停运检修时

的隔离需要。

第二节单级轴流式风机

风机是把机械能转化为气体的势能和动能的设备，风机

可以分为轴流式和离心式两种形式。轴流风机和离心风机比

较：

1）动叶调节轴流风机的变工况性能好，工作范围大。

因为动叶片安装角可随着锅炉负荷的改变而改变，既可调节

流量又可保持风机在高效区运行。

2）轴流风机对风道系统风量变化的适应性优于离心风

机。由于外界条件变化使所需风机的风量、风压发生变化，

离心风机就有可能使机组达不到额定出力，而轴流风机可以

通过动叶片关小或开大动叶的角度来适应变化，同时由于轴

流风机调节方式和离心风机的调节方式不同，决定了轴流风

机的效率较高。

3）轴流风机重量轻、飞轮效应值小，使得启动力矩大

大减小。

4）与离心式风机比较，轴流风机结构复杂、旋转部件

多，制造精度高，材质要求高。

二期工程锅炉送风机、引风机和一次风机每炉均为两

台，采用液压、动叶可调轴流式风机，送风机和一次风机由

上海鼓风机厂有限公司生产，引风机是由成都凯凯凯电站风

机有限公司生产。

一、轴流风机的工作原理

流体沿轴向流入叶片通道，当叶轮在电机的驱动下旋转

时，旋转的叶片给绕流流体一个沿轴向的推力（叶片中的流

体绕流叶片时，根据流体力学原理，流体对叶片作用有一个

升力，同时由作用力和反作用力相等的原理，叶片也作用给

流体一个与升力大小相等方向相反的力，即推力），此叶片

的推力对流体做功，使流体的能量增加并沿轴向排出。叶片

连续旋转即形成轴流式风机的连续工作。

假设一较长的圆柱体静止，气流自左向右作平行流动，

不计气体的粘性（即气体流动的阻力），那么气体会均匀的

分上下绕流圆柱体。气流在圆柱体上的速度及压力分布完全

对称，流体对柱体的总的作用力为0,如图4—2—1所示。

这种流动叫平流绕圆柱体流动。

若圆柱体作顺时针的旋转运动，则圆柱体周围的气体也一起

旋转，产生环流运动。这时圆柱体上、下速度及压力分布亦

完全对称，流体对柱体的总的作用力为0,如图4—2—2所

示，这种运动为环流运动。

图4-2-1平行绕圆柱体流动图4-2-2环流运动

图4—2—3机翼的升力原理

若流体作平行运动，圆柱体作顺时针旋转，这两种流动

叠加在一起是：圆柱体上部平流与环流方向一致，流速加快;

圆柱体下部平流与环流方向相反，流速减慢。根据能量方程

原理，圆柱体上部与圆柱体下部的总能量相等，而圆柱体上

部动能大，压力小，下部动能小，压力大。于是流体对圆柱

体产生一个自下而上的压力差，这个压差就是升力。

机翼上升力产生的原理与圆柱体上升力的原理相同。如

图4—2—3示。机翼上有一个顺时针方向的环流运动，由于

机翼向前运动，流体对于机翼来说是作平流运动。机翼上部

平流与环流叠加流速加快，压力降低，机翼下部平流与环流

叠加流速减小，压力升高。此时就产生一个升力Po同时在

流动过程中有流动阻力，机翼也受到阻力。

轴流风机的叶轮是由数个相同的机翼组成的一个环型

叶栅，如图4—2—4所示。若将叶轮以同一半径展开，如图

4一2-5示，当叶轮旋转时，叶栅以速度u向前运动，气流

相对于叶栅产生沿机翼表面的流动，机翼有一个升力P,而

机翼对流体有一个反作用力R,R力可以分解为Rm和Ru,

力Rm使气体获得沿轴向流动的能量，力Ru使气体产生旋

转运动，所以气流经过叶轮做功后，作绕轴的沿轴向运动。

图4—2—4轴流风机的叶轮

Rm

图4-2-5环形叶栅中机翼与流体相互作用力分析图

二、型式和参数

1）型式

引风机：动叶可调轴流式HU27050-22风量:

2270050m3/h出口全压：8.50kpa

送风机：动叶可调轴流式FAF26.6-14-1风量:

996500m3/h出口全压：4.45kpa

一次风机：动叶可调轴流式PAF19-13.3-2风量：

434016m3/h出口全压：14.894kpa

2）设计参数（见表4—2—1）

三、结构简介

图4-2-6,为送风机的结构图，送风机是单级动叶可

调轴流风机。

图4—2—6送风机的结构图

入口箱

图4—2—7单级轴流风机结构

图4—2—8风机的叶轮

单级轴流风机结构如图4一2一7所示。

送风机和引风机由以下部件组成：驱动电机、联轴器、

主轴承、轴承润滑油系统、消声器、进气箱以及连接管道、

风机轴、轴流叶片、液压供油系统、液压缸、调节杆、失速

探针等。每台送风机均有润滑油系统，主轴承的润滑油是由

位于轴承座上的油槽提供。当主轴承温度超过90℃时，将会

报警，运行人员需监视该温度并分析产生的原因，其原因可

能为润滑油中断、冷却水系统故障。如温度继续升高达HOC

时必须立即停机。

送风机和引风机均采用挠性联轴器，即在电动机与风机

之间装有一段中间轴，在它们的连接处装有数片弹簧片，其

具有尺寸小，自动对中，适应性强的特点。一次风机主轴承

采用滚柱轴承并带有一个焊接轴承箱，可承受转子全部的载

荷。主轴、轴承箱和动叶调节的液压缸全部位于风机的芯筒

内。

图4—2—9风机叶片的轮毂

每台风机均有扩压器，将动能转变成静压能，降低涡流

损失，提高风机的效率，同时使空气流更加均匀，风机的出

口过渡段允许扩压器和风道相连接。扩压器的出口和过渡段

进口的连接均为挠性连接，可以减少风机传给风道的振动。

表4—2-1送风机、引风机及一次风机设计参数表

a、送风机设备规范（技术协议数据）

设备名称单位T・BBMCRBRL

风机型式轴流动调

风风机型号FAF26.6-14-1

机

风机入口重量流量kg/S298.262.253.

958977

276.243.234.

风机入口容积流量m3/S

814297

风机全压Pa445037103655

风机入口温度℃202020

24.723.823.7

风机出口温度℃

548

转速r/min985

85.488.088.1

效率%

269

轴功率k/p>

风机总重量kg25000

风机的第一临界转速r/min1280.5

叶轮直径mm2660

叶片数量片14

轴材质42CrMo

机壳及叶轮（包括主轴）材

15MnV/12

质/厚度

风机轴承型式滚动

轴承润滑型式稀油

轴承冷却方式油冷+空冷

轴承冷却水量t/h4

轴承使用寿命h50000

叶片及调节叶片的使用寿命h50000

联轴器形式钢挠性膜片

液压及润滑油的压力MPa3.5

液压及润滑油的油量125L/MIN

距离风机机壳1米处噪声dB(A)85

电动机型号YKK630-6

额定功率Kw1600

电

机

额定电压V10000

同步转速r/min1000

频率Hz50

效率%94

功率因数0.85

堵转转矩（倍）

0.6

堵转电流（倍）6.5

最大转矩（倍）1.8

绝缘等级级F

防护等级IP54

起动电流/额定电流6.5

起动时间S10

重量Kg9700

冷却方式IC611

b、吸风机设备规范（技术协议数据）

单

设备名称T-BBMCRBRL

位

风机型式动叶可调轴流

机

风机型号HU27050-22

kg/177741506614604

风机入口重量流量

h498874

m,7227001924218628

风机入口容积流量

h505050

风机全压Pa850068006750

风机入口温度℃119119119

风机出口温度℃126.3124123.8

r/m

转速745745745

in

效率%86.085.686.4

轴功率kW608041743974

风机总重量75000

kg

安装隔声包敷层后w

距离风机机壳1米处噪声dB(

A)85

风机的第一临界转速r/m>970

in

叶轮直径mm3546

叶片数量片2X22

轴材质

35CrMo

机壳：Q235/22,叶片：

机壳及叶轮（包括主轴）材

Q345D,轮毂：42CrMo,

质/厚度

主轴：35CrMo

风机轴承型式滚动轴承

循环油+油池

轴承润滑型式

循环油+油池+风冷

轴承冷却方式

/

轴承冷却水量t/h

正常工况下三50000

轴承使用寿命h

叶片及调节叶片的使用寿正常工况下三50000

h

命

膜片式

联轴器形式

液压：4.2,润滑：0.18

液压及润滑油的压力MPa

1/m液压：126,润滑：17

液压及润滑油的油量

in

电动机型号YKK1120-8

额定功率7200kW

额定电压10000

同步转速750r/min

频率50Hz

效率>90%

功率因数>0.8%

电（倍

机

堵转转矩0.6

）

（倍

堵转电流6.5

）

（倍

最大转矩1.8

）

绝缘等级F

防护等级IP54

起动电压8000或4800V

起动时间W25s

重量

冷却方式IC611

C、一次风机设备规范（技术协议数据）

设备名称单位T-BBMCRBRL

风机型式动口-卜可调轴流

风机型号PAF19-13.3-2

137.95.191.6

风机入口重量流量kg/S

6125

127.88.084.8

风风机入口容积流量m3/S

4276

机

147510931050

风机全压Pa

000

风机入口温度℃202020

风机出口温度℃35.431.030.3

837

转速r/min1470

83.588.087.1

效率

236

轴功率kW21301049951

风机尺寸mm1884

风机总重量kg14000

风机的第一临界转速r/min1911

叶轮直径mm1884

叶片数量片24

轴材质35CrMo

机壳及叶轮（包括主轴）材

Q235A/10

质/厚度

风机轴承型式滚动

轴承润滑型式稀油

轴承冷却方式强制油循环

轴承冷却水量t/h4t/h

叶片及调节叶片的使用寿命h50000

联轴器形式钢挠性膜片

液压及润滑油的压力MPa3.53

液压及润滑油的油量125

距离风机机壳1米处噪声dB(A)85

电动机型号YKK710-4

额定功率2200

额定电压10000

同步转速1470

频率50

电

机

效率95

功率因数0.86

堵转转矩（倍）0.5

堵转电流（倍）6.0

最大转矩（倍）2.0

绝缘等级F

防护等级IP54

电加热器电压和功率380V/2.4KW（一台

电机一路电源）

起动电压^80%Un

起动时间20s

重量16500Kg

四、技术特点

1）叶轮

叶轮是轴流风机的主要部件之一。气流通过旋转的叶

轮，才能得到能量，并沿轴做螺旋的轴向流动。图4—2—8、

4-2-9为风机的叶轮图，它由动叶、轮毂、叶柄、叶柄轴

承、平衡重等组成。叶轮为焊接结构，重量轻，惯性矩小。

叶片和叶柄等组装件的离心力通过推力球轴承传递至承载

环上。

2）液压润滑装置

液压油站由油箱、油泵装置、滤油器、冷却器、仪表、

管道和阀门等组成，其结构为整体式。工作时，油由齿轮泵

从油箱中吸出，经单向阀，双筒过滤器送给叶片调节装置，

由于其压力较高，故称为压力油。另一路油经压力调节阀，

单向阀、冷却器、节流阀、流量继电器等供轴承润滑。

为了风机的运行可靠，油站中大部分器件均为两套，设

两台齿轮油泵，一用一备，正常时工作油泵运行，遇有意外

时，压力开关发信号启动备用泵，保证继续供油。油泵的出

口压力由安全阀来调定，一般在3.5Mpa。滤油器为双套结构,

一只工作，一只备用，当工作滤芯需要清洗或更换时，只要

扳动三通阀即可实现。当冷油器发生意外需清洗或调换时，

可以切换三通阀来进行旁路。电加热器用于加热油液，使得

油保持一定的粘度。

3）中间轴和联轴器

风机的转子通过风机侧的半联轴器、电动机侧的半联轴

器和中间轴同电机相连。

五、风机的运行和维护

1）风机的启动

A.启动前的检查。检查与风机启动有关的润滑油系统、

冷却水系统、液压油系统、一些保护和联锁装置、监测装置

投入运行。

B.风机启动可以采用就地、遥控和程控的方式启动，但

是在风机检修后试转时，一般采用就地近控启动，现场有专

人检查风机的转向是否符合要求，检查风机的升速和运转情

况，以便在异常工况下及时分析处理。同时监测风机的电流

和启动时间，并进行风量的调节。风机试转时应确认系统内

无积粉，以避免大量的可燃物进入炉膛，以防炉膛爆炸或烟

道内可燃物再燃烧。

C.为保证风机的安全，风机应在最小负载下启动，即风

机的动叶角度为0,出口挡板关闭，这是因为轴流风机的轴

功率N是随着风量Q的增加而减小。如图4—2—10为带有

动叶调节的送风机性能曲线，从图中可以知道动叶角度越

小、风量越大时风机的轴功率将越小。

D.风机启动后逐渐开启动叶，同时注意避开喘振区。启

动正常后应全面检查风机的运行工况，包括：电动机及机械

部分的振动、轴承温度、电流、风量风压、电机线圈和铁芯

温度、转动部件有无卡涩和金属摩擦声以及各附属设备及系

统（润滑油系统、冷却水系统等）的运行情况。

2）风机的停止

A.风机的停用应考虑风机联锁的动作范围，并应将机组

的负荷减小，开启有关的连通风门；

B.逐渐关闭需停运送风机的动叶，将需停用风机的负荷

逐步转移至另一台风机；

C.关闭送风机出口挡板；

D.打开二次风联络门；

E.停止送风机；

F.根据情况停止风机油系统。

3）风机正常运行时的注意事项

A.调节送风机负荷时，二台风机的负荷偏差不应过大,

防止风机进入不稳定工况运行。

B.定期将冷油器切换运行。切换时先对备用冷油器充油

放气，结束后开启备用冷油器出油门和冷却水进、出口门，

正常后再停运原运行的冷油器。

C.当油系统滤网差压过大时，及时切换至备用滤网运行,

通知维护人员清理。

D.发现风机各处油位低时，及时联系加油。

E.风机正常运行监视点。风机的电流是风机负荷的标志,

同时也是一些异常事故的预报。风机的进出口风压反映了风

机的运行工况，还反映了锅炉及所属系统的漏风或受热面的

积灰和积渣情况，需要经常分析。运行时需检查风机及电机

的轴承温度、振动、润滑油流量、情况及各系统和转动部分

4）轴流风机的调节

轴流式风机的运行调节有四种方式：动叶调节、节流调

节、变速调节和入口静叶调节。

动叶调节是通过改变风机叶片的角度，使风机的曲线发

生改变，来实现改变风机的运行工作点和调节风量。这种调

节经济性和安全性较好，每一个叶片角度对应一条曲线，且

叶片角度的变化几乎和风量成线性关系。

节流调节的经济性很差，所以轴流式风机不采用这种调

节方式。

变速调节是最经济的调节方式，但需要配置电机变频装

置或液力偶合器，电气谐波问题很突出，综合造价和运行维

护费用也不低，故现在运行也并不多。

入口静叶调节时系统阻力不变，风量随风机特性曲线的

改变而改变，风机的工作点易进入不稳定工况区域。

六、故障分析和处理

表4—6-1送风机、引风机、一次风机常见故障分析

故障现故障原因检查项目

象

主轴承1、润滑油流量不足1、适当调整溢流增加油压

温度过2、冷却器的冷却水量2、检查冷却水量，冷却水

高不足管是否堵塞

3、冷却器内粘附污物3、清洗水冷管内外部

故障现故障原因检查项目

象

4、轴承内有异物4、检查轴承，有异声则更

换

系统油1、油泵故障1、检查维修

压低2、油泵吸入口不充满2、检查是否吸入口带空气

3、油箱油位过低3、加油并检查管路是否漏

4、溢流阀失灵油

5、液压缸阀芯间隙过4、调整或拆开检查

大或工作状况不良5、检查阀芯处间隙并调整

（排油量大）液压缸

系统油1、溢流阀工作异常1、调整或拆开检查

压过高2、溢流阀卸荷管路堵2、检查并维修

塞

备用油1、电气故障1、检查电路

泵不运2、叶片被异物卡住2、检查修理

行

异常噪主1、风机内有异物1、检查修理

声机2、旋转件与静止2、检查修理

件相干涉3、减小动叶开度使风机退

3、喘振出喘振区。

故障现故障原因检查项目

象

油1、油泵内有空气1、排出空气

泵2、产生空蚀现象2、清洗吸入口

振动1、风机未对中1、调正风机中心

2、主轴承故障2、检查轴承，若异常则更

3、转子不平衡换

4、喘振3、检查异常磨损、裂纹或

5、风筒支板或底座板粉尘粘附情况。检查有无

开焊螺栓、螺母脱落

4、减小动叶开度使风机退

出喘振区

5、补焊

主轴承1、润滑油油量大1、检查润滑油进油管上的

处漏油2、密封圈或密封片损溢流阀

坏2、更换

3、润滑油回油阻塞或3、检查修理

空气闭塞

动叶滞1、轮毂内部调节机械1、修理更换

卡损坏2、修理更换

2、操作机构滞卡3、换润滑油和动叶支撑轴

3、动叶支撑轴缺油承

故障现故障原因检查项目

象

动叶角1、较接管接头和阀芯、1、更换磨损件

度调节阀套磨损2、更换

异常2、活塞环和齿型密封3、更换

损坏。4、按动叶滞卡的故障处理

3、挠性软管损坏（漏

油）

4、动叶滞卡

第三节双级轴流式风机

一次风机为双级动叶可调轴流风机，引风机的结构和一

次风机相类似，都是双级动叶可调轴流风机。一次风机的结

构如图4-3-1所示，一次风机的叶轮如图4-3-2所示。

中间段入口箱

图4—3—1一次风机的结构图

图4一3一2一次风机的叶轮图

双级轴流式风机的工作原理、运行维护和单机轴流式风

机相同。这里不再阐述。具体本章第二节相关内容。

第四节风机的失速和喘振

一、失速

由流体力学知，当速度为V的直线平行流以某一冲角（翼

弦与来流方向的夹角）绕流二元孤立翼型（机翼）时，由于

沿气流流动方向的两侧不对称，使得翼型上部区域的流线变

密，流速增加，翼型下部区域的流线变稀，流速减小。因此,

流体作用在翼型下部表面上的压力将大于流体作用在翼型

上部表面的压力，结果在翼型上形成一个向上的作用力。如

果绕流体是理想流体，则这个力和来流方向垂直，称为升力,

其大小由儒可夫斯基升力公式确定：

FL=puoor

r一速度环量P一绕流流体的密度

其方向是在来流速度方向沿速度环量的反方向转90°

来确定。

轴流风机叶片前后的压差，在其它都不变的情况下，其

压差的大小决定于动叶冲角的大小，在临界冲角值以内，上

述压差大致与叶片的冲角成比例，不同的叶片叶型有不同的

临界冲角值。翼型的冲角超过临界值，气流会离开叶片凸面

发生边界层分离现象，产生大面积的涡流，此时风机的全压

下降，这种情况称为“失速现象”。如图4—4—1。

b、风机脱流工况时的气体流动状况

图4—4—1风机正常工况与脱流工况的气流状况对比

泵与风机进入不稳定工况区，其叶片上将产生旋转脱

流，可能使叶片发生共振，造成叶片疲劳断裂。现以轴流式

风机为例说明旋转脱流及其引起的振动。当风机处于正常工

况工作时，冲角等于零，绕翼型的气流保持其流线形状，如

图示：当气流与叶片进口形成正冲角时，随着冲角的增大，

在叶片后缘点附近产生涡流，而且气流开始从上表面分离。

当正冲角超过某一临界值时，气流在叶片背部的流动遭到破

坏，升力减小，阻力却急剧增加，这种现象称为“旋转脱流”

或“失速”。如果脱流现象发生在风机的叶道内，则脱流将

对叶道造成堵塞，使叶道内的阻力增大，同时风压也随之而

迅速降低。

风机的叶片由于加工及安装等原因不可能有完全相同

的形状和安装角，同时流体的来流流向也不完全均匀。因此

当运行工况变化而使流动方向发生偏离时，在各个叶片进口

的冲角就不可能完全相同，如果某一叶片进口处的冲角达到

临界值时，就首先在该叶片上发生脱流，而不会所有叶片都

同时发生脱流。如图4—4—2示：假设在叶道2首先由于脱

流而出现气流阻塞现象，叶道受堵塞后，通过的流量减少，

在该叶道前形成低速停滞区，于是原来进入叶道2的气流只

能分流进入叶道1和30这两股分流来的气流又与原来进入

叶道1和3的气流汇合，从而改变了原来的气流方向，使流

入叶道1的气流冲角减小，而流入叶道3的冲角增大，由

此可知，分流的结果将使叶道1内的绕流情况有所改善，脱

流的可能性减小，甚至消失，而叶道3内部却因冲角增大而

促使发生脱流，叶道3内发生脱流后又形成堵塞，使叶道3

前的气流发生分流，其结果又促使叶道4内发生脱流和堵塞,

这种现象继续下去，使脱流现象所造成的堵塞区沿着与叶轮

旋转相反的方向移动。试验表明，脱流的传播相对速度W1

远小于叶轮本身旋转角速度W因此，在绝对运动中，可以观

察到脱流区以W—W1的速度旋转，方向与叶轮转向相同。

3

图4-4-2动叶中旋转脱流的形成

风机进入不稳定工况区运行，叶轮内将产生一个到数个

旋转脱流区，叶片依次经过脱流区要受到交变应力的作用，

这种交变应力会使叶片产生疲劳。叶片每经过一次脱流区将

受到一次激振力的作用，此激振力的作用频率与旋转脱流的

速度成正比，当脱流区的数目2、3……时，则作用于每个叶

片的激振力频率也作2倍、3倍……的变化。如果这一激振

力的作用频率与叶片的固有频率成整数倍关系，或者等于、

接近于叶片的固有频率时，叶片将发生共振。此时，叶片的

动应力显著增加，甚至可达数十倍以上，使叶片产生断裂。

一旦有一个叶片疲劳断裂，将会将全部叶片打断，因此，应

尽量避免泵与风机在不稳定工况区运行。

图4—4-3在轴流风机Q—H性能曲线中，全压的峰值

点左侧为不稳定区，是旋转脱流区。从峰值点开始向小流量

方向移动，旋转脱流从此开始，到流量等于零的整个区间，

始终存在着脱流。

(

X

)

因

<H

并联运行时的阻力曲线

单台风机运行时的阻力曲线

»锅炉的设计点

•锅炉50%负荷点

•锅炉100%贪荷点

.容积流量（％）

图4-4-3轴流风机的Q-H性能曲线

图4—4—4轴流风机失速探头安装位置示意图

△.4

DB

△.

图4—4—5轴流风机失速探头性能图

旋转脱流对风机性能的影响不一定很显著，虽然脱流区

的气流是不稳定的，但风机中流过的流量基本稳定，压力和

功率亦基本稳定，风机在发生旋转脱流的情况下尚可维持运

行，因此，风机的工作点如落在脱流区内，运行人员较难从

感觉上进行判断。

因为旋转脱流不易被操作人员觉察，风机进入脱流区工

作对风机安全始终构成威胁，所以一般大容量轴流风机都装

有失速探头以帮助运行人员及时发现危险工况。如图4-4

—4所示：失速探头由两根相隔约3mm的测压管所组成，安

装于叶轮叶片的进口前，测压管中间用厚3mm高（突出机

壳的距离）3mm隔片分开。风机在正常工作区域内运行时，

叶轮进口的气流较均匀地从进气室沿轴向流入，失速探头之

间的压力差等于或略大于零。图4-4-5中的为两测压

管的压力差。

当风机的工作点落在旋转脱流区，叶轮前的气流除了轴

向流动之外，还有脱流区流道阻塞成气流所形成的圆周方向

分量。于是，叶轮旋转时先遇到的测压孔，即隔片前的测压

孔压力高，而隔片后的测压孔的气流压力低，产生了压力差。

一般失速探头产生的压力差达245〜392Pa时报警。风机的

流量越小，失速探头的压差越大，如图4-4-5中的BCD

段曲线。.当差压达到设定值时，失速探头发信号报警，提醒

运行人员进行干预消除危险工况。

失速探头装好以后，通过调试予以标定，调整探头中心

线的角度，使测压管在风机正常运转的差压为最小。

二、喘振

轴流风机性能曲线的左半部具有一个马鞍形的区域，在

此区段运行有时会出现风机的流量、压头和功率的大幅度脉

动，风机及管道会产生强烈的振动，噪声显著增高等不正常

工况，一般称为“喘振”，这一不稳定工况区称为喘振区。

实际上，喘振仅仅是不稳定工况区内可能遇到的现象，而在

该区域内必然要出现的则是旋转脱流或称旋转失速现象。这

两种工况是不同的，但是它们又有一定的关系。如图4—4

—6所示：轴流风机Q—H性能曲线，若用节流调节方法减

少风机的流量，如风机工作点在K点右侧，则风机工作是稳

定的。当风机的流量QvQK时，这时风机所产生的最大压

头将随之下降，并小于管路中的压力，因为风道系统容量较

大，在这一瞬间风道中的压力仍为HK,因此风道中的压力

大于风机所产生的压头使气流开始反方向倒流，由风道倒入

风机中，工作点由K点迅速移至C点。但是气流倒流使风道

系统中的风量减小，因而风道中压力迅速下降，工作点沿着

CD线迅速下降至流量Q=0时的D点，此时风机供给的风量

为零。由于风机在继续运转，所以当风道中的压力降低倒相

应的D点时，风机又开始输出流量，为了与风道中压力相

平衡，工况点又从D跳至相应工况点F。只要外界所需的流

量保持小于QK,上述过程又重复出现。如果风机的工作状

态按F-K-C-D-F周而复始地进行，这种循环的频率如

与风机系统的振荡频率合拍时，就会引起共振，风机发生了

喘振。

风机在喘振区工作时，流量急剧波动，产生气流的撞击,

使风机发生强烈的振动，噪声增大，而且风压不断晃动，风

机的容量与压头越大，则喘振的危害性越大。故风机产生喘

振应具备下述条件：

a）风机的工作点落在具有驼峰形Q-H性能曲线的不稳

定区域内；

b）风道系统具有足够大的容积，它与风机组成一个弹

性的空气动力系统；

c）整个循环的频率与系统的气流振荡频率合拍时，产生

共振。

图4-4-6轴流风机的Q-H性能曲线

旋转脱流与喘振的发生都是在Q—H性能曲线左侧的不

稳定区域，所以它们是密切相关

的，但是旋转脱流与喘振有着本质的区别。旋转脱流发生在

图4-4-6所示的风机Q-H性能曲线峰值以左的整个不稳

定区域;而喘振只发生在Q-H性能曲线向右上方倾斜部分。

旋转脱流的发生只决定叶轮本身叶片结构性能、气流情况等

因素，与风道系统的容量、形状等无关。旋转对风机的正常

运转影响不如喘振这样严重。

风机在运行时发生喘振，情况就不相同。喘振时，风机

的流量、全压和功率产生脉动或大幅度的脉动，同时伴有明

显的噪声，有时甚至是高分贝的噪声。喘振时的振动有时是

很剧烈的，损坏风机与管道系统。所以喘振发生时，风机无

法运行。

轴流风机在叶轮进口处装置喘振报警装置，该装置是由

一根皮托管布置在叶轮的前方，皮托管的开口对着叶轮的旋

转方向，如图4—4—7示。皮托管是将一根直管的端部弯成

90o（将皮托管的开口对着气流方向），用一U形管与皮托管

相连，则U形管（压力表）的读数应该为气流的动能（动压）

与静压之和（全压）。在正常情况下，皮托管所测到的气流

压力为负值，因为它测到的是叶轮前的压力。但是当风机进

入喘振区工作时，由于气流压力产生大幅度波动，所以皮托

管测到的压力亦是一个波动的值。为了使皮托管发送的脉冲

压力能通过压力开关发出报警信号，皮托管的报警值是这样

规定的：当动叶片处于最小角度位置（一30°）用一U形

管测得风机叶轮前的压力再加上2000Pa压力，作为喘振报

警装置的报警整定值。当运行工况超过喘振极限时，通过皮

托管与差压开关，利用声光向控制台发出报警信号，要求运

行人员及时处理，使风机返回正常工况运行。

为防止轴流风机在运行时工作点落在旋转脱流、喘振区

内，在选择轴流风机时应仔细核实风机的经常工作点是否落

在稳定区内，同时在选择调节方法时，需注意工作点的变化

情况，动叶可调轴流风机由于改变动叶的安装角进行调节，

所以当风机减少流量时，小风量使轴向速度降低而造成的气

流冲角的改变，恰好由动叶安装角的改变得以补偿，使气流

的冲角不至于增大，于是风机不会产生旋转脱流，更不会产

生喘振。动叶安装角减小时，风机不稳定区越来越小，这对

风机的稳定运行是非常有利的。

防止喘振的具体措施：

1）使泵或风机的流量恒大于QK。如果系统中所需要的

流量小于QK时，可装设再循环管或自动排出阀门，使风机

的排出流量恒大于QK.

图4—4—7喘振报警装置

2）如果管路性能曲线不经过坐标原点时，改变风机的

转速，也可能得到稳定的运行工况。通过风机各种转速下性

能曲线中最高压力点的抛物线，将风机的性能曲线分割为两

部分，右边为稳定工作区，左边为不稳定工作区，当管路性

能曲线经过坐标原点时，改变转速并无效果，此时各转速下

的工作点均是相似工况点。

3）对轴流式风机采用可调叶片调节。当系统需要的流

量减小时，则减小其安装角，性能曲线下移，临界点向左下

方移动，输出流量也相应减小。

4）最根本的措施是尽量避免采用具有驼峰形性能曲线

的风机，而采用性能曲线平直向下倾斜的风机。

失速和喘振是两种不同的概念，失速是叶片结构特性造

成的一种流体动力现象，它的一些基本特性，例如：失速区

的旋转速度、脱流的起始点、消失点等，都有它自己的规律,

不受风机系统的容积和形状的影响。

喘振是风机性能与管道装置耦合后振荡特性的一种表

现形式，它的振幅、频率等基本特性受风机管道系统容积的

支配，其流量、压力功率的波动是由不稳定工况区造成的，

但是试验研究表明，喘振现象的出现总是与叶道内气流的脱

流密切相关，而冲角的增大也与流量的减小有关。所以，在

出现喘振的不稳定工况区内必定会出现旋转脱流。

第五节空气预热器

空气预热器是利用锅炉尾部烟气热量来加热燃烧所需

要空气的一种热交换装置，由于它工作在烟气温度较低的区

域，回收了烟气热量，降低了排烟温度，因而提高了锅炉效

率。同时由于燃烧空气温度的提高，有利于燃料着火和燃烧,

减少了不完全燃烧损失。

现代高参数大容量火力发电机组都采用具有多级回热

的朗肯循环，利用汽轮机多级抽汽加热凝结水，所以进入锅

炉的给水温度已相当高。例如亚临界压力机组，进入省煤器

的给水温度达280C左右。因此应用省煤器已无法将烟气冷

却到合乎经济要求的温度。而冷空气温度很低，所以可通过

应用空气预热器吸收烟气热量，加热空气，达到降低排烟温

度的目的。空气预热器不仅能降低排烟温度，提高锅炉效率,

而且经过预热的空气参加燃烧能改善燃料的着火和燃烧条

件，减少燃料的不完全燃烧损失，进一步提高锅炉效率。这

对于难着火的燃料尤为重要。例如燃用无烟煤时，要求热空

气温度高达380〜420℃。其次，预热空气助燃可以提高炉内

火焰温度，强化炉膛内辐射换热。空气预热器已成为现代锅

炉的重要受热面。

一、空气预热器的类型及特点

空气预热器按传热方式分可以分为传热式和蓄热式（再

生式）两种。前者是将热量连续通过传热面由烟气传给空气,

烟气和空气有各自的通道。后者是烟气和空气交替地通过受

热面，热量由烟气传给受热面金属，被金属积蓄起来，然后

空气通过受热面，将热量传给空气，依靠这样连续不断地循

环加热。

随着电厂锅炉蒸汽参数和机组容量的加大，管式空气预

热器由于受热面的加大而使体积和高度增加，给锅炉布置带

来影响。因此现在大机组都采用结构紧凑、重量轻的回转式

空气预热器。

管式空预器和回转式空预器两者相比较各有以下特点：

1）回转式空气预热器由于其受热面密度高达500m2,

因而结构紧凑，占地小，体积为同容量管式预热器的1/10；

2）重量轻因管式预热器的管子壁厚1.5mm,而回转预

热器的蓄热板厚度为0.5—1.25mm,布置相当紧凑，所以回

转式预热器金属耗量约为同容量管式预热器的1/3；

3）回转式预热器布置灵活方便，在锅炉本体更容易得

到合理的布置；

4）在相同的外界条件下，回转式空气预热器因受热面

金属温度较高，低温腐蚀的危险较管式预热器轻些；

5）回转式空气预热器的漏风量比较大，一般管式预热

器不超过5%,而回转式预热器在状态好时为8%—10%,

密封不良时可达20%-30%；

6）回转空气预热器的结构比较复杂，制造工艺要求高,

运行维护工作多，检修也较复杂。

回转式空气预热器有两种布置形式：垂直轴和水平轴布

置。垂直轴布置的空气预热器又可分为受热面转动和风罩转

动。通常使用的受热面转动的是容克式回转空气预热器，而

风罩转动的是罗特缪勒（Rothemuhle）式回转预热器。这两

种预热器均被采用，但较多的是受热面转动的回转式空气预

热器。

按进风仓的数量分类，容克式空气预热器可以分为二分

仓和三分仓两种，由圆筒形的转子和固定的圆筒形外壳、烟

风道以及传动装置组成。受热面装在可转动的转子上，转子

被分成若干扇形仓格，每个仓格装满了由波浪形金属薄板制

成的蓄热板。圆筒形外壳的顶部和底部上下对应分隔成烟气

流通区、空气流通区和密封区（过渡区）三部分（如图4—5

-Do烟气流通区与烟道相连，空气流通区与风道相连，密

封区中既不流通烟气，又不流通空气，所以烟气和空气不相

混合。装有受热面的转子由电机通过传动装置带动旋转，因

此受热面不断地交替通过烟气和空气流通区，从而完成热交

换。每转动一周就完成一次热交换过程。另外由于烟气的流

通量比较大，故烟气的流通面积大约占转子总截面的50%左

右，空气流通面积占30%—40%左右，其余部分为密封区（图

4—5—2）。

图4—5—1空气预热器外观图

由封扇形板

RadialSealing

Plate

径向密封片

Radial

Seals

轴向由封片

AxialSeals

轴向京封板

AxialSealing

Plate

图4—5—2空气预热器密封区

二、回转式空气预热器的结构

空气预热器结构（如图4—5—3）。

支承端轴

图4—5—3回转式空气预热器结构部件

外壳

回转式空气预热器壳体呈圆柱形，由两块主壳体板、一

块侧座架体护板、两块转子外壳组件和一块一次风座架组

成。（如图4—5—4）

主壳体板分别与下梁及上梁连接，通过主壳体板的四个

立柱，将预热器的绝大部分重量传给锅炉构架。主壳体板内

侧设有弧形的轴向密封装置，外侧有调节装置对轴向密封装

置进行调整。侧座架体护板与上梁连接，并有两个立柱承受

空气预热器部分重量。转子外壳组件沿圆周方向分成两部

分。

图4—5—4空气预热器的壳体

转子

转子是装载传热元件（波纹板）并可旋转的圆筒形部件。

为减轻重量便于运输及有利于提高制造、安装的工艺质量，

采用转子组合式结构，主要有转轴、扇形模块框架及传热元

件等组成。

轴承

空气预热器轴承有导向轴承和支撑轴承两种（如图4-5

—5）o导向轴承采用双列向心滚子球面轴承，导向轴承固定

在热端中心桁架上，导向轴承装置可随转子热胀和冷缩而上

下滑动，并能带动扇形板内侧上下移动，从而保证扇形板内

侧的密封间隙保持恒定。导向轴承结构简单，更换、检修方

便，配有润滑油冷却水系统，并有温度传感器接口。空气予

热器的支承轴承采用向心球面滚子推力轴承，支承轴承装在

冷端中心桁架上，使用可靠，维护简单，更换容易，配有润

滑油冷却水系统。支承轴承和导向轴承均采用油浴润滑。另

外引起油温不正常升高的一般原因是：

1、导向轴承周围空气流动空间有限；

2、油位太低;

3、油装的太满；

4、油受到污染；

5、油的粘度不合适。

图4-5-5空预器支持与导向轴承

二期工程空气预热器是采用三分仓容克式回转空气预

热器，其传热元件按烟气流动方向可以分为热端、中层、和

冷端层。传热元件盒均制成较小的组件，检修时热端传热元

件盒、中间层传热元件盒、冷端传热元件盒全部抽屉式从侧

面检修门孔处抽出，安装、更换非常方便。

传动装置是驱动转子转动的部件，由电动机、液力耦合

器、减速器、传动齿轮、传动装置支承。空气预热器的传动

采用中心传动。中心传动装置包括主电机和备用电机各一

台，主电机通过联轴器及换向器同减速机相连。备用电机通

过联轴器及超速离合器以及换向器同减速机相连。电机分为

高速与低速及检修档三档，其中高速档为正常工作档，低速

档为清洗空预器时使用。高速档时，减速机正常输出轴转速:

0.8转/分；转子正常转速0.8转/分；采用变频调速慢速档

转子转速0.23转/分。启动系统之前应先确定高、低速档（速

度切换主令开关），按启动按钮，电机将慢速启动，约需60

秒系统达到设定频率，电机达到额定转速。当主电机出现故

障时，系统可以自动启动另一台电机。

在任何情况下，当主传动故障，辅助电动机能自动提供

驱动力。整个传动装置具有电气联锁、自动切换功能。三个

传动系统在减速前各自独立，在减速箱中合为一体。在减速

器高速输入轴上装有超速离合器，保证各系统之间互不干

扰。由于减速器结构较复杂，共有三个相互垂直的轴，一个

向