锅炉风道振动研究及对策

锅炉风道振动研究及对策

　攀钢发电厂机组自1993年投入运行以来，锅炉送风机从扩压管以后的风道异常振动，特别是异形分流通90度转向弯头空气预热器进口处风道振动特别急剧，振动幅值最高300，振动频率高达310HZ，风道同时伴有间隙轰鸣声；风道振动在风道管壁上产生剧烈的高频交变应力，使风道管壁产生高周疲劳损伤，多次出现风道管壁破裂，引起风道漏风，导致锅炉高负荷运行时风量不足，影响机组接带负荷能力。曾出现因风道撕裂大量漏风而停机的事故；同时，振动产生的噪声极大，经测定风机附近区域噪声级高达10348人，高于国家工业企业噪声卫生标准〉中对于新建电厂和改建的工业企业，厂房内噪声等效声强值不得超过85dBA的规定。

　　1振动原因分析由于锅炉风道振动对生产影响极大，电厂技术人员对风道振动问进行了长期观察分析，并经过多对比实验发现风道内部的静压脉动及涡流的产生是引涡流入口风箱涡流和出入口风箱流体特性有着极其密切的关系。

　　1.1风机进气箱风机进气箱尾部是进气箱的最低部，对于采用入口导叶调节的大型离心风机，很容易在进气箱尾部产生入口锥体涡流，涡流经高压风机破碎后，形成高频脉冲涡流，从而在风道管壁上产生高频振动和噪音。

　　1.2入口导叶调节器对于入口导叶调节的后弯式离心通风机，风机入口导叶片数和风机叶片数对于振动影响极大，有关资料明叶轮叶片数和入口导叶数不应相等，两者叶片数应成奇偶数搭配或正负差1片最为恰当，其目的是使其共振频率降至最低。而电厂风机入导叶数目设计恰恰忽视这点，风机轮毂上安装有12片后弯式叶片，而风机入口调节器导叶也恰好为12片。

　　1.3扩压管电厂风机风门出口设计的扩压管不存在大的工艺问，扩压角为10度，扩压方向为顺风向，基本满足扩压角为89度的设计要求，因此，扩压管不存在较大的问。

　　1.4风道弯头电厂规划设计由于过多考虑场地空间因素，出口风箱往往布置得较为紧凑，很少考虑风道流体特性，这不可避免具有弯头多，弯头旋转强度高，风道通流面变化多等特点，这是影响电厂风道振动的最主要因素。

　　异形分流通可以设想为两个90弯头背靠背焊接而成的数据模型进行分析气流在弯头内流动时，高速气流在离心力的作用下，弯管外侧流体的压力比起风道振动的主要原因而静压脉动主要与入口锥体形成涡流；因弯管内外侧存在压力差，处于管中心的内侧高，同时，气流在弯管内外两侧将与边界分离而气流以主流方向轴向流动为主高速流动，而管壁附近的气流速度较低，在内外侧差压作用下，便沿管壁从外侧向内侧流动，管中心则出现回流，形成双旋涡形式的次流动，次流与主流叠加呈现以主流方向为主的螺旋状流动，螺旋状流动在风道管壁上附加周期性作用力，风道水平管壁在周期性附加力自身重力金属弹性力的综合作用下形成沿管壁平衡位置为中心的弹性振动。弯管旋转强度越高，气流速度越高，管壁振动现象越大。衡量弯管旋转强度的指标是弯管的宽度b与其曲率半径R比值，比值越大，旋转强度越高，气流越容易脱速，涡流损失越大。异形分流通90弯管的宽度与曲率半径比值高达1.14，说明气流在此处弯头内旋转强度较高；同时异形分流通90弯管存在中部宽1800，进出口两端窄1600的状况，高压气流在这样突扩突缩型弯管内流动时，由于流体通流截面积变化，从而在风道风产生的风压脉动。

　　出口风箱空预器进口90弯管的宽度与曲率半径比尺比值更大，高达1.33，说明此弯管旋转强度更高，螺旋状流动引起的振动更大；此外，此90弯管后脉动效应更强烈，产生的振动更大；空预器进口风箱设计的风道形状导流作用较小，两台风机的高压气流很容易在此处形成直接对撞后再进入空预器，这也加剧了出口风箱空预器处的振动和噪声。

　　1.5空气预热器电厂锅炉为管式空气预热器，烟气在直管内流动，空气在管外流动，由于气体与气体间换热系数较小，为达到预期的换热效果，采用较大的换热面积。

　　因此空气预热器的管束较密，气体阻力较大，对风道内高速气体的流动产生巨大的影响，对此，进行了验证性实验开启旁通空气预热器的次风冷却风门，流过异形通至空气预热器之间空气流量减少，风道振动相应减小；关闭旁通空气预热器的次风冷却风门，流过异形通至空气预热器之间空气流量增加，风道振动随着增加。说明空气预热器受热面管束阻力确实较大。

　　1.6风道管壁设计强度风道管壁厚度选择时应考虑足够的设计强度，防止因振动撕裂风道。电厂出口风箱是采用4的6的扁钢框加架加固，内部用少量，60的钢管内支撑，出口风箱在强烈振动下经常被撕裂，说明风箱管壁选用强度不够。

　　2解决风道振动的对策为了消除入口风箱涡流对振动的影响，在入口调节风门前尾部进气风箱处加装分裂板。分裂板在入口风箱底部沿风机风门轴中心线加装个分裂板，分裂板高度与轴中心线平齐，分裂板使入口风分布均匀，能消除风机入口风箱的弯头产生的涡流，但由于分裂板与风门进口调节门轴心线平齐，当风机处于低负荷时，入口风门调节导叶方向与入口风问，因为对入口导叶调节的风机来说，当风机处于低负荷时，入口风速与调节导叶本来就不致。当高负荷时，入口导叶与分裂板平齐，能保持入口气流进入叶片的冲击角度，因此，对提高风机效率促进作用。

　　钢板焊接而成风箱外侧采用间距为6，mm的7，X常，对于消除入口锥体涡流采用在入口导叶和风轮采用入口导叶调节风机，入口导叶的旋转角度不同，风机进气通流面积不同，必然存在入口气流与风轮叶片流向不致的现象，当风机处于中低负荷时，经过入口导叶的气流必然会在风轮进口部形成入口锥体涡流，导致风机产生强烈的风压脉冲，风压脉动值可以达到250500严重者甚至达到1250，入口锥体涡流振动与入口导叶的旋转角度相关，当入口导叶开度小于30时，振动是较轻微的，当入口导叶旋转角度为50时，振动急剧增加并达到峰值，当入口导叶旋转角度超过50时，振动又趋于正间加装6片机翼脊鳍。机翼脊鳍2.

　　采用等间隔法安装异形通弯头和90弯头处导流板，加装导流板后，导流板将流道分隔成几个流道，保证了气体在各个流道内的均匀性，减少了气体在各流道内流动脱速产生的涡流，同时，减少了流道截面变化量相对减少，相应就降低了压力脉动量，对于改善风道振动状况有极大的作用。

　　为了解决空预器进口弯头后截面剧变引起的压力波动，加强空预器进口风箱导流作用，避免两台风机高压风在空预器进口风箱中部直接对撞，均在合适的位置加装了梳形导流板，同时弯头处导流板可以改善弯头后的压力脉冲现象。4为导流板安装。在风机入口调节门后轴上安装了6片固定式径向脊鳍，脊鳍能极大对改善气流进入风轮的进气状况，达到消除入口锥体涡流的目的。但脊鳍径向高度对风机效率影响很大，径向高度太高，会使风机效率降低，脊鳍径向高度240是入口调节导叶高度的13，这样对风机效率影响不大，脊鳍加工3.

　　对于解决异形分流通和空预器进口弯头处涡流振动的问，采用了在异形通弯头空预器进口弯头空预器进气箱等处加装了导流板方案，在查阅了大量参考文献资料后，采用以下公式计算弯头导流个数。

　　其中导流板数量为1.4Xd1的整数值。

　　异形弯头导流板数为空预器进口弯头导流板数为由于风道截面尺寸变化对于导流板安装间距导流板方面具有导流作用，另方面增加风道荷重，可以改善风道共振现象；整个风道荷重增加，势必增加支吊架负重，在风箱底部采用63号槽钢角形支撑架加固处理。

　　3结论此方案在发电厂3台锅炉的冷风道上实施后，锅炉风道振动均得到明显改善，特别是中低负荷时，基本上解决了风道振动问，完全能满足运行要求。

　　考虑单台风机特殊运行对风道单向推力因素，空预器进口处导流板的长度过短和数量少，因此，锅炉在高负荷运行时，冷风道空预器进口处仍存在噪声大和间隙的共鸣声的问。