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循環(huán)流化床鍋爐尾部煙道振動探析論文
摘 要：CFB鍋爐尾部煙道的振動機(jī)理及消振措施。
關(guān)鍵詞：低溫再熱器 振動 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”型回料閥和尾部對流煙道組成。尾部對流煙道中依次布置Ⅲ級過熱器、冷段再熱器、Ⅰ級過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器。Ⅲ級、Ⅰ級過熱器、冷段再熱器煙道采用包墻過熱器為膜式壁結(jié)構(gòu)，省煤器、空氣預(yù)熱器煙道采用護(hù)板結(jié)構(gòu)。
總啟動期間發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鍋爐負(fù)荷超過120MW、總風(fēng)量在400 KNm3/h以上時，在尾部煙道低溫再熱器處發(fā)生了聲學(xué)振動。振動發(fā)生時，鍋爐尾部及附近一定范圍內(nèi)可感覺到有低沉的轟鳴聲，聲浪使人有不適感，對周圍的環(huán)境也是一種污染，且長時間振動會對振源附近的設(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機(jī)理，并采取相應(yīng)的消振措施來解決此問題。
2、振動機(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而誘發(fā)的振動。
眾所周知，當(dāng)流體橫向流過一圓柱體的兩側(cè)，圓柱體會產(chǎn)生渦流，順時針方向和逆時針方向的渦流周期性地產(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，卡門渦流會激起氣柱的振動，即發(fā)生共振。
氣柱聲學(xué)固有頻率的簡化公式為： 。
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)測值為507℃
出口煙溫：設(shè)計(jì)值為408℃，實(shí)測值為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)測值為520 Pa
總 風(fēng) 量：設(shè)計(jì)值為448KNm3/h，實(shí)測值為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)駐波的頻率及波長將共振煙道分隔成幾個較小的煙道，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的方法是在氣柱振動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)場總啟動緊迫的實(shí)際情況，對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爐對照，#4爐低溫再熱器的管排按照圖紙要求排列尺寸更規(guī)范一些；c.測量一、二風(fēng)機(jī)振動頻率與尾部煙道各處振動頻率對照，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以排除了機(jī)械振動的原因，振動有所減輕，但未消除振動根源；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，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，振動全面消失了。
4．結(jié)論
經(jīng)過對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)生振動而有的鍋爐不發(fā)生振動，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，煙速相對降低，而灰份小時則煙速相對較高。對于不同成份的煙氣，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)對振動的發(fā)生應(yīng)該說是有著直接關(guān)系的。
增加防振隔板雖然有時認(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)場安裝比較困難，且對以后的檢修也帶來諸多不便，故認(rèn)為這是最后才采取此措施；也有人建議，對易產(chǎn)生振動的鍋爐尾部工廠內(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)熱器的振動及其消除辦法 哈爾濱鍋爐研究所
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