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循環(huán)流化床鍋爐尾部煙道振動(dòng)探析論文
摘 要：CFB鍋爐尾部煙道的振動(dòng)機(jī)理及消振措施。
關(guān)鍵詞：低溫再熱器 振動(dòng) 消振措施
1、概述
華電淄博熱電有限公司2×135MW工程#4爐為為哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的超高壓、一次中間再熱自然循環(huán)單汽包循環(huán)流化床鍋爐，過(guò)熱蒸汽流量465t/h。鍋爐采用循環(huán)流化床燃燒技術(shù)，循環(huán)物料的分離采用高溫絕熱分離器。鍋爐采用平衡通風(fēng)，主要由爐膛、高溫絕熱分離器、自平衡“U”型回料閥和尾部對(duì)流煙道組成。尾部對(duì)流煙道中依次布置Ⅲ級(jí)過(guò)熱器、冷段再熱器、Ⅰ級(jí)過(guò)熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器。Ⅲ級(jí)、Ⅰ級(jí)過(guò)熱器、冷段再熱器煙道采用包墻過(guò)熱器為膜式壁結(jié)構(gòu)，省煤器、空氣預(yù)熱器煙道采用護(hù)板結(jié)構(gòu)。
總啟動(dòng)期間發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鍋爐負(fù)荷超過(guò)120MW、總風(fēng)量在400 KNm3/h以上時(shí)，在尾部煙道低溫再熱器處發(fā)生了聲學(xué)振動(dòng)。振動(dòng)發(fā)生時(shí)，鍋爐尾部及附近一定范圍內(nèi)可感覺(jué)到有低沉的轟鳴聲，聲浪使人有不適感，對(duì)周圍的環(huán)境也是一種污染，且長(zhǎng)時(shí)間振動(dòng)會(huì)對(duì)振源附近的設(shè)備造成不可估量的疲勞破壞。故非常有必要了解尾部煙道的振動(dòng)機(jī)理，并采取相應(yīng)的消振措施來(lái)解決此問(wèn)題。
2、振動(dòng)機(jī)理
隨著電站鍋爐向大容量高參數(shù)方向的發(fā)展，爐膛尺寸不斷增加，尾部煙速增高等原因，很可能在鍋爐尾部受熱面管束產(chǎn)生由于卡門渦流激勵(lì)而誘發(fā)的振動(dòng)。
眾所周知，當(dāng)流體橫向流過(guò)一圓柱體的兩側(cè)，圓柱體會(huì)產(chǎn)生渦流，順時(shí)針?lè)较蚝湍鏁r(shí)針?lè)较虻臏u流周期性地產(chǎn)生和脫落，交替出現(xiàn)的旋渦產(chǎn)生一交變的靜壓差，在垂直氣流方向產(chǎn)生一個(gè)交變的橫向力，這就是一般所稱的“卡門渦流效應(yīng)”，周期性產(chǎn)生渦流和脫落的頻率就是卡門渦流頻率。
旋渦脫離的頻率fk主要取決于流體的速度V和圓柱體的直徑d。
fk＝St V/d(St為斯特羅哈數(shù))
當(dāng)卡門渦流頻率與鍋爐尾部煙道的氣柱聲學(xué)固有頻率fn接近時(shí)，卡門渦流會(huì)激起氣柱的振動(dòng)，即發(fā)生共振。
氣柱聲學(xué)固有頻率的簡(jiǎn)化公式為： 。
3．華電淄博#4爐的有關(guān)計(jì)算及消振措施
3.1低溫再熱器管屏組有關(guān)參數(shù)及計(jì)算：
標(biāo)高28—38米；截面：11930mm×5800mm；
51×4 四繞三組，共118屏組成，材質(zhì)：15CrMo；
入口煙溫：設(shè)計(jì)值為510℃，實(shí)測(cè)值為507℃
出口煙溫：設(shè)計(jì)值為408℃，實(shí)測(cè)值為398℃
煙 速：設(shè)計(jì)值為9.8m/s
出入口負(fù)壓值：設(shè)計(jì)值為220Pa，實(shí)測(cè)值為520 Pa
總 風(fēng) 量：設(shè)計(jì)值為448KNm3/h，實(shí)測(cè)值為400 KNm3/h
經(jīng)計(jì)算，卡門渦流頻率：fk ＝49.96 Hz
聲學(xué)駐波頻率（二階波）為：44.74 Hz
3.2消振措施
通過(guò)計(jì)算可以看出，卡門渦流頻率與氣柱2階駐波頻率相近，可能引起共振。為了避開聲學(xué)共振，可依據(jù)駐波的頻率及波長(zhǎng)將共振煙道分隔成幾個(gè)較小的煙道，以提高煙道的聲振頻率，避開共振區(qū)。
通常防止卡門渦流激起振動(dòng)的方法是在氣柱振動(dòng)波的波峰和波谷處加裝隔板，使氣柱失諧，隔板數(shù)N取N＝n+1，即安裝3塊隔板，一般選用3-5mm厚的鋼板。
但是考慮到#4爐現(xiàn)場(chǎng)總啟動(dòng)緊迫的實(shí)際情況，對(duì)加隔板的方案只能放到最后去考慮。
a.全面檢查尾部煙道內(nèi)、外部安裝結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性，內(nèi)部是否有雜物，結(jié)果未發(fā)現(xiàn)任何異常；b.與已投產(chǎn)的#3爐對(duì)照，#4爐低溫再熱器的管排按照?qǐng)D紙要求排列尺寸更規(guī)范一些；c.測(cè)量一、二風(fēng)機(jī)振動(dòng)頻率與尾部煙道各處振動(dòng)頻率對(duì)照，結(jié)果發(fā)現(xiàn)前者遠(yuǎn)大于后者；d.將三層低再管夾分別用合金鋼扁鋼沿寬度方向連起來(lái)以排除了機(jī)械振動(dòng)的原因，振動(dòng)有所減輕，但未消除振動(dòng)根源；e.由于煤種的不斷惡劣，運(yùn)行人員不斷變換煙風(fēng)的總量，蒸汽參數(shù)和負(fù)荷隨之不穩(wěn)定而頻繁變動(dòng)，且爐后積灰增加；其它檢查記錄觀察等措施。
最后，在煤質(zhì)和風(fēng)量基本穩(wěn)定在設(shè)計(jì)范圍期間，振動(dòng)全面消失了。
4．結(jié)論
經(jīng)過(guò)對(duì)采取的各種措施的思考，初步總結(jié)為：由于性能、布置以及生產(chǎn)工藝方面的要求，相同系列不同批號(hào)的鍋爐尾部受熱面布置大同小異；但為什么有的鍋爐發(fā)生振動(dòng)而有的鍋爐不發(fā)生振動(dòng)，認(rèn)為尾部煙道的煙速以及燃煤的灰份起了重要的作用。當(dāng)燃煤的灰份較大時(shí)，煙速相對(duì)降低，而灰份小時(shí)則煙速相對(duì)較高。對(duì)于不同成份的煙氣，煙氣中的聲速不同，導(dǎo)致煙道的聲學(xué)駐波頻率也不同。以上兩點(diǎn)對(duì)振動(dòng)的發(fā)生應(yīng)該說(shuō)是有著直接關(guān)系的。
增加防振隔板雖然有時(shí)認(rèn)為是行之有效的，但由于鍋爐尾部有著大量的受熱面，內(nèi)部空間狹小，在現(xiàn)場(chǎng)安裝比較困難，且對(duì)以后的檢修也帶來(lái)諸多不便，故認(rèn)為這是最后才采取此措施；也有人建議，對(duì)易產(chǎn)生振動(dòng)的鍋爐尾部工廠內(nèi)預(yù)裝隔板之后出廠。
參考文獻(xiàn)
【1】電站鍋爐振動(dòng)譯叢 電站鍋爐行業(yè)情報(bào)組 北京鍋爐廠譯
【2】鍋爐管式空氣預(yù)熱器的振動(dòng)及其消除辦法 哈爾濱鍋爐研究所
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