某型鍋爐冷風(fēng)管道的減振方案及分析

何曉亮

(赤峰市特種設(shè)備檢驗所，內(nèi)蒙古 赤峰 024000)

0 概 述

鍋爐是發(fā)電廠的關(guān)鍵設(shè)備之一，鍋爐冷風(fēng)管道的結(jié)構(gòu)及布置狀態(tài)，將直接影響機組的穩(wěn)定運行。目前，某些運行多年的鍋爐及送風(fēng)機出口冷風(fēng)管道存在不同程度的振動，特別是在縱進橫出的冷風(fēng)管道系統(tǒng)中，因風(fēng)道彎頭的死角太多，在風(fēng)道聯(lián)箱中會形成渦流，使管道中的實際風(fēng)速過高，風(fēng)道被頻繁撕裂，常需停爐補焊風(fēng)道。因此，研究電廠鍋爐冷風(fēng)管道系統(tǒng)的振動問題，分析引起管道振動的主要因素，掌握振動機理，是確保機組平穩(wěn)運行及降低發(fā)電成本的關(guān)鍵。

1 送風(fēng)設(shè)備及冷風(fēng)管道

某型機組鍋爐配備2臺送風(fēng)機，通過2條冷風(fēng)管道給鍋爐送風(fēng)，空氣吸入口距送風(fēng)機30 m，無轉(zhuǎn)角。在送風(fēng)機出口處，有1個90°轉(zhuǎn)角，然后經(jīng)過2個90°轉(zhuǎn)角分為兩股風(fēng)，這兩股風(fēng)再經(jīng)過2個90°的轉(zhuǎn)角，對沖后被送入空氣預(yù)熱器。冷風(fēng)道的總長度，約為50 m，在滿負(fù)荷工況下，冷風(fēng)管道內(nèi)的空氣流速，約為18 m/s。

2 管道振動時存在的問題

該鍋爐冷風(fēng)管道的轉(zhuǎn)角較多，特別是在左右側(cè)的冷風(fēng)道中，因空氣流的對沖，致使冷風(fēng)管道內(nèi)產(chǎn)生了強烈渦流，引發(fā)鍋爐冷風(fēng)管道的劇烈振動。由于管道的振幅較大，在機組運行中，頻繁發(fā)生冷風(fēng)管道焊縫的脫焊或開裂，甚至有整塊鋼板脫落的情況。因鍋爐漏風(fēng)量的劇增，機組被迫降負(fù)荷運行后，再對冷風(fēng)道進行補焊。漏風(fēng)嚴(yán)重時，不得不停爐進行處理。經(jīng)多年運行后，該鍋爐冷風(fēng)管道已被多處補焊，成為機組運行時的薄弱環(huán)節(jié)。鍋爐冷風(fēng)道管的振動問題，已成為制約安全運行的重要因素。僅在2017年內(nèi)，因冷風(fēng)管道的開裂漏風(fēng)，造成機組降負(fù)荷運行的次數(shù)，有7次，被迫停爐1次，給該機組的安全運行，帶來了極為不利地影響。

3 振動起因及分析

據(jù)了解，該機組在規(guī)劃設(shè)計時，較多地考慮了場地空間等因素，對于鍋爐出口風(fēng)箱的布置顯得較為緊湊，較少考慮風(fēng)道內(nèi)流體的流動特性。在鍋爐冷風(fēng)管道的布置上呈現(xiàn)了彎頭多、彎頭旋轉(zhuǎn)角度大、風(fēng)道通流面多變等特點，因此，風(fēng)道內(nèi)的渦流特別強烈，進而造成了鍋爐冷風(fēng)管道的劇烈振動。根據(jù)實測，風(fēng)機出口至空氣預(yù)熱器入口段風(fēng)道的振幅最大。當(dāng)鍋爐滿負(fù)荷運行時，鍋爐冷風(fēng)管道振幅值有6處超過2 mm，有12處超過0.5 mm，有19處超過0.3 mm，還有38個點的振幅超過0.2 mm。在如此劇烈振動的工況條件下，不可避免的在風(fēng)道壁上產(chǎn)生高頻交變應(yīng)力，經(jīng)長期運行后，必然使風(fēng)道管壁承受著疲勞損傷。因此，機組運行某時間段后，冷風(fēng)道必然會因金屬疲勞發(fā)生開裂或脫焊等現(xiàn)象，造成冷風(fēng)管道的損壞。

此外，在鍋爐空氣預(yù)熱器入口聯(lián)箱處，氣體流動為縱進橫出的流動方式，氣體的流動狀態(tài)不佳。1號風(fēng)機送出的氣流，為從左向右，而2號送風(fēng)機送出的氣流，為從右向左。按鍋爐冷風(fēng)管道的設(shè)計方案進行分析，兩股氣流交匯于中間位置，并發(fā)生強烈碰撞，碰撞后氣流的軸向速度為零，在此區(qū)域形成1個較大的渦旋區(qū)，而在實際運行中，2個風(fēng)機的運行工況不可能完全相同，因此，最高靜壓區(qū)就會在中部位置左右擺動，由此對矩形風(fēng)道壁面產(chǎn)生較大的交變載荷，從而形成了振源，引發(fā)了空氣預(yù)熱器聯(lián)箱的強烈振動，并沿風(fēng)道擴展至整個矩形風(fēng)道。當(dāng)氣流與風(fēng)道的振動頻率相同時，就會形成共振，對鍋爐冷風(fēng)管道造成了更嚴(yán)重的損壞。所以，對冷風(fēng)管道的減振治理，應(yīng)著重減少風(fēng)機出口至空氣預(yù)熱器入口段風(fēng)道的振幅值。

4 改造方案

針對風(fēng)機出口至空氣預(yù)熱器入口段風(fēng)道振動，主要可從兩方面著手。一是對冷風(fēng)道外壁的加強筋進行改造，增大冷風(fēng)管道的剛度，增強抗振能力。在煙道、風(fēng)道外側(cè)面增設(shè)角鋼、扁鋼，制成矩形橫向加固肋筋，加強固定進行消振處理；二是在冷風(fēng)道管中的適當(dāng)位置，加入導(dǎo)流板，改善整個流場的均勻性，防止產(chǎn)生渦流，消除振源。 在改造方案中，采取了多個方面的減振措施。

(1)在現(xiàn)有的矩形風(fēng)道壁面上，用8號角鋼添加三道縱向加強筋，并將原壁面上的扁鋼換成8號角鋼，形成了500 mm×500 mm的井字形加強筋網(wǎng)格，提高管道的抗振強度。

(2)將空氣預(yù)熱器聯(lián)箱隔斷，并在聯(lián)箱內(nèi)加裝均流導(dǎo)風(fēng)板，使風(fēng)道內(nèi)的氣流較為均勻，減少了流體間的碰撞，消除空氣預(yù)熱器入口聯(lián)箱處的渦旋區(qū)，解決空氣預(yù)熱器入口處氣流不均的問題。

(3)在進入三通的左右兩側(cè)，分別增設(shè)了1塊導(dǎo)流板，并在三通入口處加裝分流板。

(4)為消除2臺風(fēng)機并聯(lián)運行時形成的交變振源，在2個聯(lián)箱的交匯處，用弧形板隔斷，將原有各聯(lián)箱入口處的突擴形狀，改為大圓弧的漸擴形狀。

5 結(jié) 語

實施改造方案后，顯著降低了風(fēng)機出口至空氣預(yù)熱器入口段風(fēng)道的振幅值。當(dāng)機組滿負(fù)荷運行時，在原測點所測的振幅值，遠低于改造前的數(shù)值，有效地解決了冷風(fēng)管道振幅過大的問題。不但解決了因冷風(fēng)道振動造成的頻繁降負(fù)荷、停爐等問題，還減小了冷風(fēng)管道的通風(fēng)阻力，強化了尾部受熱面的換熱，降低了排煙溫度。經(jīng)計算，僅因降低排煙溫度和送風(fēng)機節(jié)電所產(chǎn)生的節(jié)能效益，就可達100萬元/年。