335MW燃煤机组锅炉低温省煤器振动分析及处理

335MW燃煤机组锅炉低温省煤器振动分析及处理

刘希海王继松

(华电章丘发电有限公司山东省济南市250216)

摘要：随着火电机组节能潜力的挖掘，在烟道内加装低温省煤器，回收排烟热损失，是当前火电机组回收热量、提高机组效率的重要途径，华电章丘发电有限公司335MW机组4号锅炉2016年新增了低温省煤器系统，该系统采用高温段、低温段两级换热系统，回收烟气热量，在运行初期，引风机后水平烟道加装的低温段省煤器系统在机组负荷达260MW负荷时，存在烟道振动大，严重限制机组出力的问题，华电章丘发电有限公司工程技术人员通过采用实地测量和理论分析相结合的研究方法，解决了烟道振动的问题。

关键词：低温省煤器烟道振动频率消振措施

引言

华电章丘发电有限公司（以下简称章丘公司）4号锅炉为上海锅炉厂生产的SG—1025/17.50—M885型锅炉，为亚临界一次再热控制循环汽包炉，单炉膛平衡通风、∏型露天布置、四角切圆燃烧、固态排渣方式，全钢架悬吊结构，采用双进双出正压直吹式制粉系统。2016年4月，章丘公司对4号锅炉尾部烟道内加装了低温省煤器系统，低温省煤器系统利用凝结水采用两级换热回收烟气余热，分别为高温段和低温段，其中高温段又分为两级，分别为高温Ⅰ段和高温Ⅱ段。

一、低温省煤器高温Ⅱ段及低温段换热器在烟道内的布置

高温Ⅱ段及低温段换热器位于转弯烟道后面的水平烟道，烟气流通截面尺寸（高x宽）8.2mx10m。高温Ⅱ段换热器前面的转弯烟道由垂直烟道转向水平烟道，进口尺寸（长x宽）4.5mx10m；出口尺寸（高x宽）8.2mx10m。其受热面均采用双螺旋翅片管，高温Ⅱ段传热管材料为ND钢和2205，比例为2：1，传热管规格：Φ38x4。低温段材料全部为2205，传热管规格：Φ38x3.5，满负荷设计管间烟气流速最大值10m/s。高温Ⅱ段及低温段换热器沿烟气流向总长度为4500mm，弯头烟道内设计有导流板，将垂直烟道内的烟气通过导流板使得烟气均匀换向，烟气通过导流板后由垂直转向为水平，烟道扩容，烟气流速变缓，满负荷时烟道内烟气流速由12m/s左右降低到5.3m/s左右。

2.实地检测振动

2.1机组运行期间，在机组负荷升至260MW时,烟道开始振动，负荷进一步上升,烟道振动加剧，同时伴有类似拖拉机发动的振动噪音，总风量进一步加大时，噪音明显加大。当机组负荷下降至250MW以下时，振动和噪音消失，振动时，入口弯头与烟道同步振动，低温段后烟道振动较弱，烟道弯头和高温Ⅱ段区域烟道振动剧烈。引风机出口烟道不振动。

2.2振动发生时，站在换热器入口烟道的顶护板上，烟道板抖动，噪音加强，噪音沿烟道深度方向，从前到后逐渐减弱。噪音在烟道宽度方向，音量不存在差异，噪音在烟道高度方向，音量存在差异，有明显的变化。

2.3站在换热器附近的平台上，噪音很大，第一组换热器的烟道板高频抖动，第二、三组省煤器的烟道板抖动稍弱。

3.振动机理分析

3.1振动原因分析

通过对章丘公司4号锅炉新增低温省煤器处烟道振动进行分析，该处烟道为新加工烟道，施工期间对与其相连接的旧烟道进行了检查，内部支撑、烟道环型筋板完好，烟道强度完全满足要求，可以排除因机械干扰造成的烟道振动。因此初步认定该处烟道振动为流体诱发的振动，同时由于对该处烟气入口弯头进行过流场模拟和计算，基本排除了因流场产生强涡流区造成的烟道振动。

3.2烟道振动频率计算

3.2.1烟道声学驻波频率计算

当机组负荷变化时，烟气温度和烟气流速发生变化，烟道的声学驻波频率发生变化。

3.2.2卡门涡流脱落频率

流体绕过圆柱会产生旋涡，在不同的雷诺数下会有不同的流动线型，在一定的雷诺数下旋涡就会有脱落现象，这种旋涡称为卡门涡流。当卡门涡流脱落频率与烟道声学驻波频率接近时，卡门涡流会激起气柱的振动，即发生共振。

卡门涡流的脱落频率fs与气流速度和圆柱体直径有关，即

Fs=SU/D

式中：Fs—卡门涡流振动频率；

S—常数，当雷诺数大于1000后，此常数取值0.21；

U—流速，10m/s;

D—管径，0.038米。

计算后得到卡门涡流振动频率为55，Fn/Fs=25/55=0.455<1.5,从计算结果看，烟道声学驻波频率小于卡门涡流振动频率，容易发生共振现象。因此得出结论：章丘公司4号锅炉新增低温省煤器处烟道振动为声学振动。

4.消除振动的措施及效果

随着负荷的变化，烟道内的烟速随之变化，共振就可能在具有半波长倍数的烟道宽度内都会发生。最有效的去掉烟道共振的方法是每隔一定间隔放置与烟气平行的隔板。由于随着烟道宽度的增加，烟道声学驻波频率的固有频率减小，极易发生声学振动，在烟道内设置防振隔板后，将烟道分割成若干个气室，使每一个气室所具有的烟道声学驻波频率大于卡门涡流的最大频率，使共振不会发生。

通过以上计算和分析，要解决新增低温省煤器高温Ⅱ段及低温段烟道发生的振动，最有效的办法是进行施工改造，在换热器模块管排间加装隔振板，提高烟道声学驻波频率。

5.结束语

章丘公司新增低温省煤器高温Ⅱ段及低温段烟道振动是由于卡门涡流频率与烟道声学固有频率共振引起。通过加装隔振板改变烟道声学驻波频率，消除了共振，彻底解决了高负荷下烟道振动大的缺陷，为同类机组低温省煤器振动故障处理提供借鉴。

作者简介：刘希海（1970年11月份出生），男，山东省淄博市桓台县人，华电章丘发电有限公司生产技术部副主任兼生产支部书记，1991年参加工作，主要从事火力发电厂锅炉检修、机组生产管理、技术监督等工作。2004年获得工程师职称，2013年作为主要技术人员参与的电站锅炉纯氧点火技术与应用项目和电站锅炉深度降烟温余热利用两个项目，分别获得中国华电集团科学技术进步二等奖，论文《球磨机开式齿轮连续给油润滑系统的应用》在2016年（第三届）电力科技管理论坛论文评选中获得二等奖，累计获得专利7项。

王继松（1981年4月生），男，山东省莱芜市人，华电章丘发电有限公司生产技术部锅炉专工，2004年参加工作。2016年参与电站锅炉深度降烟温余热利用项目获得中国华电集团科学技术进步二等奖。

参考文献：

《锅炉烟道系统振动分析及改造研究》杨威

《锅炉尾部烟道的振动计算》黄革