循环流化床锅炉尾部烟道振动探析论文
摘 要：CFB锅炉尾部烟道的振动机理及消振措施。
关键词：低温再热器 振动 消振措施
1、概述
华电淄博热电有限公司2×135MW工程#4炉为为哈尔滨锅炉厂生产的超高压、一次中间再热自然循环单汽包循环流化床锅炉，过热蒸汽流量465t/h。锅炉采用循环流化床燃烧技术，循环物料的分离采用高温绝热分离器。锅炉采用平衡通风，主要由炉膛、高温绝热分离器、自平衡“U”型回料阀和尾部对流烟道组成。尾部对流烟道中依次布置Ⅲ级过热器、冷段再热器、Ⅰ级过热器、省煤器、空气预热器。Ⅲ级、Ⅰ级过热器、冷段再热器烟道采用包墙过热器为膜式壁结构，省煤器、空气预热器烟道采用护板结构。
总启动期间发现，当锅炉负荷超过120MW、总风量在400 KNm3/h以上时，在尾部烟道低温再热器处发生了声学振动。振动发生时，锅炉尾部及附近一定范围内可感觉到有低沉的轰鸣声，声浪使人有不适感，对周围的环境也是一种污染，且长时间振动会对振源附近的设备造成不可估量的疲劳破坏。故非常有必要了解尾部烟道的振动机理，并采取相应的消振措施来解决此问题。
2、振动机理
随着电站锅炉向大容量高参数方向的发展，炉膛尺寸不断增加，尾部烟速增高等原因，很可能在锅炉尾部受热面管束产生由于卡门涡流激励而诱发的振动。
众所周知，当流体横向流过一圆柱体的两侧，圆柱体会产生涡流，顺时针方向和逆时针方向的涡流周期性地产生和脱落，交替出现的旋涡产生一交变的静压差，在垂直气流方向产生一个交变的横向力，这就是一般所称的“卡门涡流效应”，周期性产生涡流和脱落的频率就是卡门涡流频率。
旋涡脱离的频率fk主要取决于流体的速度V和圆柱体的直径d。
fk＝St V/d(St为斯特罗哈数)
当卡门涡流频率与锅炉尾部烟道的气柱声学固有频率fn接近时，卡门涡流会激起气柱的振动，即发生共振。
气柱声学固有频率的简化公式为： 。
3．华电淄博#4炉的有关计算及消振措施
3.1低温再热器管屏组有关参数及计算：
标高28—38米；截面：11930mm×5800mm；
51×4 四绕三组，共118屏组成，材质：15CrMo；
入口烟温：设计值为510℃，实测值为507℃
出口烟温：设计值为408℃，实测值为398℃
烟 速：设计值为9.8m/s
出入口负压值：设计值为220Pa，实测值为520 Pa
总 风 量：设计值为448KNm3/h，实测值为400 KNm3/h
经计算，卡门涡流频率：fk ＝49.96 Hz
声学驻波频率（二阶波）为：44.74 Hz
3.2消振措施
通过计算可以看出，卡门涡流频率与气柱2阶驻波频率相近，可能引起共振。为了避开声学共振，可依据驻波的频率及波长将共振烟道分隔成几个较小的烟道，以提高烟道的声振频率，避开共振区。
通常防止卡门涡流激起振动的方法是在气柱振动波的波峰和波谷处加装隔板，使气柱失谐，隔板数N取N＝n+1，即安装3块隔板，一般选用3-5mm厚的钢板。
但是考虑到#4炉现场总启动紧迫的实际情况，对加隔板的`方案只能放到最后去考虑。
a.全面检查尾部烟道内、外部安装结构的准确性，内部是否有杂物，结果未发现任何异常；b.与已投产的#3炉对照，#4炉低温再热器的管排按照图纸要求排列尺寸更规范一些；c.测量一、二风机振动频率与尾部烟道各处振动频率对照，结果发现前者远大于后者；d.将三层低再管夹分别用合金钢扁钢沿宽度方向连起来以排除了机械振动的原因，振动有所减轻，但未消除振动根源；e.由于煤种的不断恶劣，运行人员不断变换烟风的总量，蒸汽参数和负荷随之不稳定而频繁变动，且炉后积灰增加；其它检查记录观察等措施。
最后，在煤质和风量基本稳定在设计范围期间，振动全面消失了。
4．结论
经过对采取的各种措施的思考，初步总结为：由于性能、布置以及生产工艺方面的要求，相同系列不同批号的锅炉尾部受热面布置大同小异；但为什么有的锅炉发生振动而有的锅炉不发生振动，认为尾部烟道的烟速以及燃煤的灰份起了重要的作用。当燃煤的灰份较大时，烟速相对降低，而灰份小时则烟速相对较高。对于不同成份的烟气，烟气中的声速不同，导致烟道的声学驻波频率也不同。以上两点对振动的发生应该说是有着直接关系的。
增加防振隔板虽然有时认为是行之有效的，但由于锅炉尾部有着大量的受热面，内部空间狭小，在现场安装比较困难，且对以后的检修也带来诸多不便，故认为这是最后才采取此措施；也有人建议，对易产生振动的锅炉尾部工厂内预装隔板之后出厂。
参考文献
【1】电站锅炉振动译丛 电站锅炉行业情报组 北京锅炉厂译
【2】锅炉管式空气预热器的振动及其消除办法 哈尔滨锅炉研究所
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