锅炉尾部烟道振动原因分析及处理.pdf

第 3 5卷第 4 期 2 0 1 2年 8月 四 川 电 力 技 术 S i c h u a n El e c t r i c Po we r Te c h n o l o g y Vo 1 3 5， No 4 Au g ， 2 01 2 锅炉尾部烟道振动原 因分析及处理 楼杰 ， 蒋建伟 ( 广东粤电靖海发电有限公司， 广东 揭 阳5 1 5 2 2 3 ) 摘要： 广东惠来电厂2号 D G 1 9 0 0 2 5 4 1 7 2型超临界锅炉出现了尾部烟道振动问题。经试验、 分析、 计算， 认为主 要原因是由卡门涡流脱落频率接近设备的声学驻波频率而使设备产生高频共振所致。通过采取加装防振 隔板的措 施 ， 振动 问题得 以解 决， 取得 了满意的效果。 关键词： 6 0 0 MW超临界锅炉； 尾部烟道振动； 卡门涡流( 涡街) ；防振隔板 Ab s t r a c t ： T h e p h e n o me n o n a b o u t t h e v i b r a t i o n o f c o n v e c t i o n fl u e g a s p a s s i n No 2 DG1 9 0 0 2 5 4172 s u p e r c r l t i c a l b o i l e r o f Gu a n g d o n Hui l a i P o we r P l a n t a r e i n t r o d u c e dAf t e r t he t e s t s，a n a l y s e s a nd c a l c u l a t i o ns，t he ma i n c a u s e s o f t h e v i b r a t i o n a r e o b t a i n e d t h a t i s c a u s e d b y h i g h一e q u e n c y r e s o n a n c e d u e t o Ka r ma n v o e x s h e d d i n g fr e q u e n c y B e i n g c l o s e t o t h e a c o u s t i c s t a n d i n gw a v e f r e q u e n c y o f t h e e q u i p me n t S o me me a s u r e s s u c h a s i n s t a l l i n g t h e a n t i v i b r a t i o n b a f fl e a r e p r o p o s e d t o s o l v e t h e v i b r a t i o n p r o b l e m，w h i c h me e t s wi t h s a t i s f a c t o r y r e s u l t s Ke y w o r d s ： 6 0 0 M W s u p e r c r i t i c a l b o i l e r ；v i b r a t i o n o f c o n v e c t i o n fl u e g a s p a s s ；K a r m a n v o e x( K a r m a n v o e x s t r e e t )； a nt i v i b r a t i o n ba f fle 中图分类号 ： T K 2 2 7 文献标志码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 3 6 9 5 4( 2 0 1 2 ) 0 3 0 0 9 1 0 4 0 引 言 某电厂 6 0 0 MW 机组 ， 锅炉为东方锅炉厂生产 的 D G 1 9 0 0 2 5 4一 H2型超临界参数变压直流炉 ， 一 次再热 、 单炉膛 、 双尾部烟道、 平衡通风 、 露天布置 、 固态排渣 、 全钢构架、 全悬 吊结构 n型锅炉。锅炉 主要技术参数如表 1所示。 表 1 锅炉主要技术参数 1 尾部烟道振动情况 2号锅炉从 2 0 0 9年 6月大修后 ， 开始发生尾部 烟道振动情况 。振动主要发生在尾部后烟道省煤器 和低温再热器 区域， 标高 4 4 5 8 n l ( 如 图 1灰色区 域所示) ， 发生振动时 ， 尾部烟道可听到类似拖拉机 马达低沉的轰鸣声。经现场试验 ， 发现振动情况跟 负荷有关 ， 振动主要发生在 6 0 0 MW 负荷下 ， 其余负 荷 未 见 明显振动 。 在6 0 0 MW负荷下 ， 振动 又 与烟 浆 翻 摄动 发 生 区 域 省煤器； 炉膛 ； 低温过热器； 屏式过热器； 末级过热器； 低温再热器 ； 高温再热器； 汽水分离 器； 储水罐 图 1 2号锅炉尾 部烟道振动发生区域示意图 91 第 3 5卷第 4期 2 0 1 2年 8月 四 川 电 力 技 术 S i c h u a n El e c t ric P o w e r T e c h n o l o g y Vo 1 3 5， No 4 Au g ， 2 01 2 气挡板的开 度有关 ， 再 热器烟 气挡板 开度 3 0 3 5 ， 以及 4 5 7 0 的区间范 围内， 尾部烟道都 会发生振动 ， 其 中， 当再热器烟气挡板开度在 3 2 和 5 5 两个位置时， 振动最为剧烈 。 为了确认振源 ， 保持 6 0 0 MW 负荷 ， 手动改变过 热器、 再热器烟气挡板门的开度， 利用动平衡仪的测 振功能 ， 对尾部烟道的振动频率进行了测量。经试 验和测量， 发现振动发生在省煤器区域 ， 而且主要发 生在再 热器 烟气 挡板 门开 度为 3 0 3 5 以及 4 5 7 0 两个区间， 其中以3 2 和 5 5 两个开度 振幅最大 ， 分别为 3 4 2 5 m和 3 6 8 8 t x m。发生振 动的同一个 区间 内， 振 动频率一 致 ， 分别为 3 i 2 5 H z 和 2 5 2 5 Hz 。而再热挡板开度在这两个 区问之 外 ， 不会发生明显的振动。测量结果如表 2 。 表 2 尾部烟道振动测量结果 挡板门开度的改变 ， 主要是引起 了烟气流速的 改变 ， 由此推断振动与烟气流速有关。 2 振动原因分析 经过查阅相关资料和计算 ， 可以确定该锅炉尾 部烟道振动的是 由声学共振引起 。 2 1 烟道声学共振机理 ( 1 ) 卡门涡流 ( 见 图 2) ： 烟气流经一个 圆柱型 管子的前缘时 ， 烟气受到阻滞 ， 按伯努力定理 ， 其动 能转变为压力能， 在前缘附近形成了高压区， 促使紧 贴圆柱体表面的附面层向后侧延伸。在管子最宽截 面处 的附近 ， 气流附面层从管子表面的两侧脱开 ， 并 形成两个在流动中向尾部拖拽的剪切层。因为 自由 剪切层的最内层比最外层行移动要慢得多 ， 于是在 尾流 中就形成 了一个规则的旋涡流动。当旋涡交替 产生脱落时 ， 其 两侧的流体流速和静压是不 同的。 旋涡形成与长大的一侧流速慢 ， 静压高， 而另一侧 由 于流速快 ， 静压较低 ， 因此在静压较高的一侧产生 了 92 一 个垂直于流 向的推力。由于旋 涡交替从两侧 脱 落 ， 在管子上就激发起周期性的力 ， 使管子在与烟气 流动方 向相垂直的方向上产生激振 。上面所说的旋 涡脱落频率就是卡门涡流频率。 图 2卡门涡流示意 图 ( 2 ) 烟道驻波 ： 周期和振幅相同的波相相对进 行 ， 互相干涉 ， 形成所谓驻波。当低密度的流体稳定 地横向流过管束时， 可能产生一个既垂直于管子又 垂直于流动方向的声学驻波， 尾部烟道满足驻波发 生条件 。驻波是一种纵波 ， 波的传递速度与驻波所 在介质 的声速相同。由于烟道 内的声波可以与反射 回来的声波叠加 ， 因此 ， 烟道的驻波有 阶， N=1 ， 2， 3 ， 也称 次谐波。 ( 3 ) 声学共振 的判定 ： 当卡门涡流频率 与烟道 某阶谐波频率之 比为 0 8 K1 2， 也就是频率相 差不超过 2 0 时 ， 就可以引发声学共振 。 2 2 频率计算和验证 根据卡门涡流频率公式 、 驻波公式、 锅炉热力计 算书、 锅炉说明书 ， 对上述频率进行了计算。 ( 1 ) 卡门涡流频率计算 管排横 向绕 流旋涡 的脱落频 率 ( 卡门涡 流频 率) 的计算公式为 =S U D 式 中， s为斯特劳哈数 ， 可以顺列管子的纵向横 向节 距 比， 从 图 3中查得 ； U为气流速度， m s ； D为管子 外径 ， m。 图 3 顺 列管排 中管子纵 向横 向节距 比与 斯特罗哈数 的关 系曲线 第 3 5卷第 4期 2 0 1 2年 8月 四 川 电 力 技 术 S i c hu a n El e c t r i c P o we r Te c h n o l o g y Vo 1 3 5， No 4 Au g ， 2 0 1 2 ( 2 ) 烟道驻波频率计算 烟道驻波频率通用计算公式中， 假如存在驻波 ， 则其波长和烟道净宽 之间必然有一定 的关系 ， 基 本波( 1阶谐波) 波长是烟道净宽 的两倍 ； 2阶谐波 中， 波长等于烟道净宽 ； 3阶谐波的波长为净宽的 2 3 。 驻波频率计算公式为-厂=n C 2 W 式 中， C为某一温度下烟气介质中的声速 ； n=1 ， 2 ， 3 ； W为烟道宽 。 声速可 由下式求出 ： C= ， 式 中 K为绝热 指数 ； R为气体常数 ； T为气体绝对温度 。计算结果 如表 3所示。 表 3 惠来电厂 2号锅炉省煤器烟道驻波计算数据 数据项 目 数 值 机组负荷 MW 省煤器进 口烟温 省煤器 出口烟温 省煤器进 口烟速 u , ( m s ) 省煤器 出 口烟速 u 2 ( m s ) 卡 门涡流计算 省煤器管子外径 D m 管排 的横 向节距 S 1 m 怂 管排的纵向节距 s m 斯特劳哈数 S ( 顺列管束) 省煤器人口旋涡脱流 纵 省 煤 言 脱 流 频率 H z F 烟道宽度 W m 绝热指数( 烟气) K 气体常数( 烟气) R ( J k g K ) 省煤器进 12气体 绝对温度 T K 省煤器出口气体 恫 绝对温度 T K 省煤器入 口驻波 驻 ， ( 1阶) H z 波 省煤器人12驻波 f 2阶) H z 省煤器入 12驻波 算 f( 3阶) Hz 省煤器出口驻波 1阶) H z 省煤器出 口驻波 f( 2阶 ) Hz 省煤器出口驻波 f( 3阶 ) H z 6 0 0 4 8 0 3 0 0 57 7 50 7 46 7 3 57 3 05 271 9 2 4 9 31 8 4 0 2 2 7 0 0 50 8 0 0 50 8 0 0 50 8 01 1 4 3 01 l 4 3 0 1 1 4 3 0 1 5 2 0 1 5 2 0 1 5 2 0 1 76 9 01 76 9 01 76 9 3 2 0 4 1 7 1 0 8 2 7 8 6 1 3 9 9 4 2 21 6 2 21 6 2 21 6 1 3 3 1 3 3 1 3 3 2 83 2 83 28 3 8 5 0 7 80 8 40 6 3 0 5 78 5 54 1 2 9 2 l 2 3 8 1 2 0 6 2 5 8 5 2 4 7 6 2 41 2 3 8 7 7 3 71 4 3 61 8 l 1 1 3 1 0 6 6 1 0 3 4 2 2 2 5 21 3 2 2 0 68 3 3 3 8 31 9 7 31 0 2 从表 3计算结果可以看 出： 6 0 0 MW 负荷时 ， 省 煤器入 口卡门涡流频率与省煤器出 口3阶驻波频率 之 比值为 0 9 6 ； 省煤器出口卡 门涡流频率与省煤器 进 口2阶驻波频率之 比为 1 0 8 ， 两个 比值均在 0 8 1 2范围内， 且很接近 1 ， 因此从理论上可以判断， 振动是 由于声学共振引起。而现场实测的烟道振动 频率 2 5 2 5 H z 、 3 1 2 5 H z 分别与计算 出来 的出 口 3 阶和入 口2阶驻波频率非常接近 ， 又进一步证 明了 前面计算结果是正确的， 由此断定， 2号炉尾部烟道 的振动是由于声学共振引起 。 3 振动处理 解决该类声学振动常用的方法是在烟道 内装设 消除共振的隔板 。根据机械工程手册 ， 烟道 内加装 隔板 的依据如表 4 。 表 4烟道 加装 隔板依据 谐波阶数 隔板数 6 N =n N ：n+1 另外 ， 考 虑 到 ： 三 次谐 波 的频 率 为 烟道 宽 度的 2 3 ； 根据东方锅炉厂 的经验 ， 在宽度小 于 6 7 11 3的烟道 中几乎未发生过振 动案例 。基 于以 上两点 ， 最后决定采取 比机械工程 手册多一 列 隔 板 ， 即 5列 防振 隔板 的方 案 ， 防振 隔板 由东 方锅 炉厂设 计制造 。 由于尾部烟道分为前后两个烟道 ， 每个烟道受 热面又分为上 、 中、 下三层。因此采取 了加装 53 2共 3 0块隔板 的方案。图 4是防振隔板和安装 位置的示意图。隔板的位置避开烟道宽度 2 3节距 位置 ， 左右隔板呈不对称布置。 2 0 1 1年 2 _3月 ， 利用 2号炉 B级检修机会 ， 该 电厂将防振隔板进行 了安装。 4 防振效果检验 该锅炉 B级检修后开机运行至今 ， 锅炉尾部烟 道未再发生振动现象 。为了检验防振效果 ， 再次到 现场进行了振动测量 。测量结果如表 5 。 93 第 3 5卷第 4期 2 0 1 2年 8月 四 川 电 力 技 术 S i c h u a n E l e c t r i c P o we r T e c h n o l o g y Vo 1 3 5。 No 4 A ug 。 2 01 2 左 健 包 墙 中 心 线 5 S 9 3 7 3 2 0 0 4 2 0 5 7 4 l I l l l 41 1 4 8 2 2 8 6 4 90 7 9 图 4防振隔板安装位置示意图 盎 诬 包 墙 中 心 绞 表5 尾部烟道振动测量结果 大得多时 ， 就可以完全避免共振的发生。 结果表明， 防振隔板加装后 ， 尾部烟道已不再有 振动现象。 5 结论 ( 3 ) 该锅炉安装的防振隔板共 3 0块 ， 总重约 1 0 t ， 耗材并不多。在检修期间安装 ， 由于零件较多， 检 修空间受限， 安装相对 比较 困难。建议类似型号参 数的锅炉在出厂时设计好 防振隔板 ， 受热面安装时 直接装上。 参考文