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330MW机组锅炉尾部烟道振动分析
发布时间：2013-09-26 08:58 来源：未知
0、引言
某发电厂330 MW机组所配锅炉为东方锅炉厂DG-1018/18.4-Ⅱ6亚临界压力一次中间再热自然循环汽包炉，采用Ⅱ形布置、平衡通风、全钢架悬吊结构、紧身封闭、固态排渣，燃用烟煤。制粉系统采用中速磨正压直吹式系统，设计煤粉细度R90=20%。燃烧器为四角直流切圆燃烧，共布置5层。1台磨煤机带1层燃烧器，共配备5台ZGM中速磨煤机。该机组于2007年投入运行，2008年4月发现锅炉尾部烟道55 m标高处炉墙振动较大，明显可见炉墙晃动，从尾部烟道上至下第3层刚性梁振动最为明显，烟道振动最严重时将膜式受热面撕裂，直接影响锅炉的安全稳定运行。
针对该锅炉存在的问题，2009年9月在机组小修时进行了检查处理，使烟道局部振动问题得到了明显的改善。
1、设备状况
1.1 省煤器
该锅炉炉膛宽度为14 706 mm，尾部竖井深度为9 890 mm。从给水管路来的给水由左、右两侧进入标高32950 mm处的省煤器进口集箱(咖273x40，20G)，白下而上流经单级省煤器蛇形管束，分3路引入3只省煤器中间集箱(∮273x45，20G)，再由此3只集箱各引出56根吊挂管(∮60x9，SA-210C)．用来支吊布置在尾部竖井中的低温过热器水平段，吊挂管穿过尾部竖井炉顶后汇人标高62 700 mm处的省煤器出口集箱(∮273 x40，20G)，经由12根连接管(∮159x18，20G)引入锅筒，在锅炉左侧第2根下降管标高23 500mm处和省煤器进口给水管之间设置1根DN100再循环管(∮133 x16，20G)。富通新能源生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧颗�；�、木屑颗�；怪频纳镏士帕Ｈ剂�，同时我们还有大量的杨木木屑颗粒燃料和玉米秸秆颗粒燃料出售。
单级省煤器蛇形管束布置在尾部竖井下部，共112片，每片由3根管子(∮51x6，SA-210C)绕成，分2组顺列布置，每组蛇形管第1排和弯头等易磨损处设置了防磨盖板，在2组蛇形管组中间留有800 mm检修空间。为防止烟气偏流，省煤器与四周墙壁间设有阻流板。
在省煤器进口集箱穿过省煤器区域护板处，设置有金属多波节波纹管圈，既可确保穿墙密封，又可自由膨胀，但在护板框架内设有位移约束装置。
1.2低温过热器
低温过热器布置在尾部竖井内，共1 12片，管子横向节距为130 mm，纵向节距为114 mm，每片由5根管子(Ø57x7)绕成，分为垂直出口段和水平段，垂直出口段纵向节距为114mm，管材为12CrlMoVG。水平段分3组，上面2组管材为15CrMoG，下面1组管材为SA-210C，每组间留有800mm的检修空间。低温过热器水平段管子的横向节距由省煤器吊挂管悬吊并保持，纵向节距垂直段依靠2块lCr18Ni9Ti扁钢管夹保持，水平段依靠lCr6Si2Mo定位块来维持，3个支承点，中间为固定支点，两侧为活动支点。
1.3钢架及炉墙
为确保炉膛和包墙在内压力波动和煤粉爆炸时不受影响，在炉膛和后竖井四周沿管壁高度方向设有多层水平刚性梁，在水平烟道区域设有2组垂直刚性梁，在水平烟道下部，炉膛与后竖井之间设有桁架结构。刚性梁设计承压能力为+5 800 Pa，瞬间无永久变形承压能力为+8 700 Pa。
省煤器和烟道区域护板炉墙采用轻质保温材料复合结构，外表面设有压型板予以保护。省煤器进口集箱穿护板处设有金属多波膨胀节和限位装置。
2、锅炉振动成因
2.1锅炉振动类型
锅炉振动可分为尾部对流受热面或尾部烟道的振动和锅炉炉膛的振动。
尾部对流受热面或尾部烟道振动的原因是燃烧烟气流过尾部受热面时，发生涡流共振。涡流的脱落频率与结构固有频率或某阶声驻波频率耦合时，将发生共振。这种共振，现场可听到非常刺耳的噪声，使人无法停留，手触摸振动位置有触电感。
锅炉炉膛振动的原因是燃烧脉动引起的。锅炉燃烧并非是连续的、常压的稳定过程，而是一个脉动过程。如果燃烧不合理，炉膛内的气流波动就不可避免，从而诱发燃烧室局部低频振动。炉内气流波动的幅度和范围与燃烧器形式、炉膛结构以及炉墙本身弹性有关，更多地与燃用的煤种、负荷、风量调节量，甚至给水、给粉量和它们之间的配比有关。运行条件的差异也能导致炉膛气流波动。从理论上讲，燃烧引起的炉膛振动是不可避免的。新投运的锅炉，运行初期发生局部振动是可以理解的，但通过燃烧调整、运行经验积累，以及各参数选择合理后，振动会减弱。
2.2引起锅炉振动的因素
气流诱发锅炉振动的因素可以分为内部流动和外部流动。内部流动引起锅炉管束振动，其主要原因是管内流动的不稳定性和管道的汽水冲击现象。省煤器区域的振动，可能是由于省煤器发生局部沸腾引起。外部流动主要是空气动力学的不稳定性以及旋涡诱发振动。空气动力学振动一般分为：旋涡脱离、湍流颤振、流体弹性扰动、声驻波激振、射流转换、射流不稳定性、尾流摆动。无论哪种振动，都是由设共振引起的。
发生在锅炉尾部烟道的振动是由于烟气横向冲刷管束时形成的卡门涡流以一定的周期脱落所产生的压力波导致。当激发频率与某一烟气柱的固有频率或可能的谐振频率耦合时，就引起共振，产生强烈的振动和噪声，其振动的大小取决于阻尼的大小。
根据式(2)，烟气流过管束时，产生卡门涡流现象，即引起共振的激振力一直存在。烟气流的声驻波具有无限的谐波，只要卡门涡流引起的激振频率与烟气声驻波任一谐波频率耦合，发生共振。锅炉烟道的宽度随着锅炉容量的增加而增加，造成声驻波固有频率减小，更容易引起振动。锅炉烟道是容易引起共振的结构，因为频率耦合首先从低频开始，振动从尾部受热面开始，发生振动的频率为30～100 Hz。
锅炉尾部的烟道振动比较复杂，引起尾部烟道振动的主要因素有烟道的驻波频率、烟气的卡门涡流的脱流频率、受热面管束的固有频率。当烟气流过受热面时，其驻波频率和涡流的脱落频率与设备固有频率或某阶声驻波频率耦合，即发生共振。
锅炉炉膛振动是由于燃烧脉动和运行引起的，炉膛燃烧本身是一个气流的脉动过程，燃烧器结构形式、炉膛结构、炉墙的本身弹性，锅炉配风方式、运行参数、煤质、运行气流脉动影响也可能导致锅炉炉墙振动。锅炉烟道的宽度增加，声驻波频率减小，更易发生振动。
3、锅炉烟道振动分析处理
3.1 振动现象
为保证锅炉在一定运行变化下其炉膛和烟道不受破坏，设计了刚性梁来加强烟道刚度。但刚性梁设计不足或安装不当，刚性梁本身受膨胀限制或刚性不足时，会导致锅炉发生严重的振动。
对于局部性振动，可通过局部加固，来改善振动情况。
运行观察发现，炉墙晃动主要发生在后部竖井的外侧烟道，从上往下依次为第3层刚性梁晃动幅度最大，至5层减弱，至52 m附近及尾部低温过热器人口烟道越来越弱。
锅炉后竖井后墙EL52700、56400层刚性梁从运行以来经常发生晃动，现场检查发现该处销轴和角部板开孔的配合间隙过大，销轴在开孔中晃动，幅度约为5～10 mm，使得该处刚性梁端部失去可靠支撑，在炉内烟气压力的作用下发生晃动。转向室烟气压力值的变化为-160 Pa~+57 Pa，在这个压力下刚性梁的变形非常小，理论计算在2 mm左右。刚性梁晃动的主要原因是角部销轴和开孔的配合间隙过大，不能给刚性梁端部提供可靠支撑。
各层导向装置的配合间隙较大，有的达10 mm以上，远远大于设计要求（预留2mrri间隙），使得锅炉膨胀处于自由状态，导向装置没有发挥引导膨胀的作用。
该锅炉炉墙的振动是一种局部振动，由于该处炉墙结构特点，使其刚性较差，同时尾部转向室低温过热器人口烟道处，烟气流过受热面时产生涡流，涡流的脱落频率与设备固有频率或某阶声驻波频率耦合，即发生共振。由于该处结构刚性较差，振动表现为该部位炉墙晃动幅度增大。
3.2振动与运行的关系
由于锅炉烟道的结构特点，烟气流过管束时，必然产生卡门涡流，引起共振。为减少这种振动，必须使振动系统失谐。通常是在烟道宽度方向装设若干隔板，把烟道分成小的气室，使各个气室所具有的声驻波固有频率大于卡门涡流的最大频率，防止振动发生。
在锅炉不同负荷、煤质、燃烧器运行方式下，锅炉振动没有明显的改变，锅炉振动现象一直存在。通过改变一次风、二次风的配比，适当的给水温度、煤种、负荷等，但效果不明显，振动依然存在。
3.3振动处理
2009年9月在机组小修时对角部板间隙进行了检查调整，对刚性梁进行了检查，对振动区域梳型板的焊接进行了检查补焊加固，对受热面管排进行了检查、调整，加固了松动的管排管夹，使振动得到了控制�；槠舳螅穸飨约跣�。
4、建议
(1)进行锅炉燃烧调整试验，改变锅炉用风量和燃烧配风方式，从而改善炉膛以及尾部烟道内气流的脉动状况，以减少和降低振动。富通新能源生产销售的生物质锅炉以及木屑颗�；怪频纳镏士帕Ｈ剂鲜强突遣淮淼难≡�。
(2)在大修中对刚性梁进行检查，保证梳型板焊接可靠、联结符合要求，使角部板的间隙合适，安装符合设计要求。在满足锅炉膨胀的同时增加刚性梁刚度，减小尾部烟道的晃动。
(3)检查加固受热面管排管夹，增加阻尼，增加受热面或烟道刚度，改变频率即烟道宽度。
(4)核算尾部烟道声驻波频率，对振动频率进行测试分析，在尾部受热面增加烟气分隔挡板以改变声驻波频率，从根源上消除振动。
