鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)振動(dòng)問題的設(shè)計(jì)優(yōu)化探析

李哲

【摘??要】煙風(fēng)系統(tǒng)是鍋爐的重要結(jié)構(gòu)組成部分，對(duì)于鍋爐運(yùn)行有著重要的影響意義。煙道系統(tǒng)振動(dòng)的原因非常復(fù)雜，引起振動(dòng)的原因也是多方面的，如煙道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、機(jī)械干擾、流體本身運(yùn)動(dòng)的不穩(wěn)定性等都會(huì)誘發(fā)振動(dòng)。本文就鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)振動(dòng)問題的設(shè)計(jì)優(yōu)化展開探討。

【關(guān)鍵詞】鍋爐;煙風(fēng)系統(tǒng);振動(dòng)問題;設(shè)計(jì)優(yōu)化

引言

鍋爐作為現(xiàn)代建筑項(xiàng)目中必不可少的建筑功能保障體系，對(duì)于建筑工程項(xiàng)目有著重要意義，而煙風(fēng)系統(tǒng)作為鍋爐結(jié)構(gòu)的主要組成部分，是鍋爐工作中主要的煙風(fēng)通道，煙風(fēng)系統(tǒng)的質(zhì)量也直接決定了鍋爐是否能夠滿負(fù)荷運(yùn)行，是鍋爐運(yùn)行實(shí)效的直接影響因素。而振動(dòng)問題是鍋爐運(yùn)營(yíng)中煙風(fēng)系統(tǒng)常見的問題之一，煙風(fēng)系統(tǒng)會(huì)由于振動(dòng)問題，給鍋爐運(yùn)行造成嚴(yán)重的不利影響。

1振動(dòng)原因分析

1.1風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)脫流誘發(fā)的振動(dòng)

當(dāng)風(fēng)機(jī)在低流量下運(yùn)行時(shí)，由于進(jìn)入風(fēng)機(jī)葉片的氣流攻角太大，造成氣流在葉片上的負(fù)壓面發(fā)生分離，造成該流道的堵塞，使本來應(yīng)該流入該葉道的氣流被排擠到相鄰的葉道中去，脫流造成的阻塞從一個(gè)葉片沿著與葉輪旋轉(zhuǎn)相反的方向傳到下一個(gè)葉片上，這種移動(dòng)是以比葉輪本身旋轉(zhuǎn)速度小的相對(duì)速度沿著和葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)的同一方向旋轉(zhuǎn)，即為旋轉(zhuǎn)脫流。

1.2鍋爐燃用煤的介質(zhì)差異變化較大，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)出力變化較大

風(fēng)機(jī)出力問題是導(dǎo)致煙風(fēng)管道系統(tǒng)出現(xiàn)振動(dòng)問題的主要原因之一，而一旦鍋爐的燃用煤介質(zhì)差異較大，就會(huì)使鍋爐風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的出力出現(xiàn)過大或出力不足的情況，進(jìn)而造成煙風(fēng)系統(tǒng)振動(dòng)問題的發(fā)生。

1.3氣流分布不均勻誘發(fā)的振動(dòng)

煙道系統(tǒng)是將幾臺(tái)鍋爐的煙道并在了一起，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煙道系統(tǒng)中存在多個(gè)變截面通道和彎頭。當(dāng)氣流流過彎道時(shí)，必然出現(xiàn)斷面速度分布不均勻的現(xiàn)象，在彎道處由于內(nèi)側(cè)壓力與外側(cè)壓力不同，必然使內(nèi)、外側(cè)氣流流速不同，使氣流出現(xiàn)雙螺旋流形式的二次流和在彎頭前后出現(xiàn)局部的渦流區(qū)。一方面，不均勻的氣流分布會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)葉輪在不均勻的氣流中工作，從而引起通過葉輪后氣流的脈動(dòng)。另一方面，當(dāng)氣流流過具有較大擴(kuò)張角的煙道時(shí)，會(huì)在有擴(kuò)張角的壁面附近形成旋渦，旋渦中有一個(gè)低壓區(qū)，旋渦的不斷發(fā)生和脫落會(huì)使和流體接觸的固體壁面受到交變力的作用，從而產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)。特別是當(dāng)其脈動(dòng)頻率與系統(tǒng)固有頻率或氣體的聲學(xué)固有頻率相近時(shí)會(huì)發(fā)生共振。

2鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)振動(dòng)問題的危害

煙風(fēng)系統(tǒng)作為鍋爐的重要結(jié)構(gòu)組成部分，一旦煙風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)振動(dòng)的情況，就會(huì)給鍋爐系統(tǒng)整體造成嚴(yán)重的危害與不利影響，不僅會(huì)影響鍋爐的運(yùn)行實(shí)效，更會(huì)導(dǎo)致鍋爐系統(tǒng)的使用壽命嚴(yán)重下降，使建筑工程項(xiàng)目的功能發(fā)揮受限。鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)振動(dòng)問題的危害主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先，鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)振動(dòng)問題會(huì)導(dǎo)致鍋爐運(yùn)行的噪音增大。鍋爐運(yùn)行過程中煙風(fēng)系統(tǒng)發(fā)生振動(dòng)問題時(shí)，首要的危害就是會(huì)導(dǎo)致鍋爐運(yùn)行時(shí)的噪音增加，進(jìn)而使鍋爐房?jī)?nèi)的噪音污染問題擴(kuò)大，會(huì)對(duì)鍋爐運(yùn)行人員以及鍋爐房周邊的建筑住宅產(chǎn)生嚴(yán)重的噪音影響，給周圍居民的正常工作生活造成嚴(yán)重的噪音困擾。與此同時(shí)，噪音的增加也會(huì)導(dǎo)致鍋爐運(yùn)行警報(bào)系統(tǒng)的警報(bào)提示音被覆蓋，不利于鍋爐的安全運(yùn)行。其次，鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)振動(dòng)問題會(huì)導(dǎo)致鍋爐的運(yùn)行成本增加。在鍋爐運(yùn)行過程中，一旦煙風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)振動(dòng)問題，就會(huì)導(dǎo)致鍋爐煙風(fēng)通道出現(xiàn)保溫層脫落的情況，甚至?xí)捎谡駝?dòng)力的影響，造成鍋爐煙風(fēng)通道出現(xiàn)斷裂的情況，進(jìn)而必須對(duì)鍋爐系統(tǒng)進(jìn)行維修，而由于振動(dòng)問題導(dǎo)致的鍋爐煙風(fēng)通道損耗過快的問題就會(huì)導(dǎo)致維修成本的大量增加。再次，鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)振動(dòng)問題會(huì)導(dǎo)致鍋爐的使用周期下降。使用周期直接決定了建筑鍋爐系統(tǒng)的建設(shè)投入運(yùn)用的實(shí)效性，而鍋爐煙道作為鍋爐系統(tǒng)的重要結(jié)構(gòu)組成部分，一旦發(fā)生煙風(fēng)系統(tǒng)振動(dòng)問題時(shí)，就會(huì)由于振動(dòng)原因?qū)﹀仩t系統(tǒng)的整體產(chǎn)生不利影響，導(dǎo)致鍋爐運(yùn)行過程中的損耗不斷增加，最終導(dǎo)致鍋爐系統(tǒng)的使用周期下降，給建筑工程項(xiàng)目帶來嚴(yán)重的不利影響。最后，鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)振動(dòng)問題會(huì)導(dǎo)致鍋爐運(yùn)行耗能增加。鍋爐運(yùn)行過程中，一旦出現(xiàn)煙風(fēng)系統(tǒng)振動(dòng)問題，就表示煙風(fēng)系統(tǒng)中存在著一定的問題，既可能是風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的問題也可能是煙風(fēng)管道的設(shè)計(jì)問題，但是不論是哪種原因所導(dǎo)致的振動(dòng)問題發(fā)生，都會(huì)造成鍋爐運(yùn)行過程中的能耗增加，導(dǎo)致建筑工程項(xiàng)目的使用成本增加。

3設(shè)計(jì)優(yōu)化鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)振動(dòng)問題

3.1合理進(jìn)行風(fēng)機(jī)選型

選擇與鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)相匹配的風(fēng)機(jī)型式與容量。合理選取風(fēng)量裕量和壓力裕量。另外，風(fēng)機(jī)選型時(shí)應(yīng)考慮低負(fù)荷參數(shù)時(shí)的運(yùn)行工況點(diǎn)軸流式風(fēng)機(jī)應(yīng)避免運(yùn)行工況點(diǎn)落人失速區(qū)，離心式風(fēng)機(jī)應(yīng)避免使調(diào)節(jié)風(fēng)門開度長(zhǎng)期在30%以下運(yùn)行。

3.2鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中對(duì)風(fēng)機(jī)的葉輪進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓控制

鍋爐風(fēng)機(jī)的風(fēng)量與風(fēng)壓?jiǎn)栴}也是導(dǎo)致煙風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)振動(dòng)問題的主要因素之一，因此在鍋爐系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，要通過對(duì)風(fēng)機(jī)性能參數(shù)的控制來調(diào)節(jié)鍋爐風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓，通過對(duì)風(fēng)機(jī)葉片角度、葉片形式的改變，再加之對(duì)風(fēng)機(jī)葉輪直徑大小的設(shè)計(jì)優(yōu)化，就能夠改變風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓，繼而降低鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)振動(dòng)問題的發(fā)生概率。

3.3對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)出口管道形式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)

風(fēng)機(jī)進(jìn)口管道以平直管段為最佳，一般要求進(jìn)口直管段為進(jìn)口管道當(dāng)量直徑的2.5倍上;風(fēng)機(jī)出口管道以平直段為最佳，一般要求出口直管段長(zhǎng)度為3一5倍出口管道當(dāng)量直徑;若不滿足，可在進(jìn)出口管道或者不合理彎道處上加裝導(dǎo)流板，以降低煙風(fēng)道系統(tǒng)阻力，改善風(fēng)機(jī)運(yùn)行條件對(duì)風(fēng)機(jī)人口風(fēng)箱處氣流的不合理，可通過加寬風(fēng)機(jī)進(jìn)口風(fēng)箱的人口寬度，達(dá)到降低人口風(fēng)速的目的也可通過改造煙風(fēng)道內(nèi)支撐桿型式和材料，來降低煙風(fēng)道阻力，這些都是通過改變管網(wǎng)特性來改善振動(dòng)的方法。

3.4鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中保證煙風(fēng)系統(tǒng)管道設(shè)計(jì)的科學(xué)性

管道作為煙風(fēng)系統(tǒng)的核心結(jié)構(gòu)組成部分，煙風(fēng)管道設(shè)計(jì)的科學(xué)性直接關(guān)系到了煙風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，因此在設(shè)計(jì)過程中，必須保障煙風(fēng)管道管道設(shè)計(jì)的科學(xué)性，避免管道設(shè)計(jì)不科學(xué)而造成煙風(fēng)系統(tǒng)振動(dòng)問題的發(fā)生。

3.5對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行變速控制

變速調(diào)節(jié)是通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來改變風(fēng)機(jī)的特性曲線，主要包括變頻控制和調(diào)速型液力藕合器目前，電廠CFB鍋爐應(yīng)用較為廣泛，其一、二次風(fēng)機(jī)多采用離心式，此類型風(fēng)機(jī)裕量較大，適合通過變頻控制調(diào)節(jié)調(diào)速型液力藕合器相對(duì)具有價(jià)格低廉，操作簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。多數(shù)熱電廠運(yùn)行以熱定電，而熱負(fù)荷的發(fā)展是一個(gè)長(zhǎng)期而漸進(jìn)的過程，在熱負(fù)荷未達(dá)到設(shè)計(jì)熱負(fù)荷之前或者熱負(fù)荷季節(jié)性的降低，鍋爐必須低負(fù)荷運(yùn)行。此時(shí)通過變速調(diào)節(jié)，風(fēng)機(jī)能重新調(diào)整在高效區(qū)內(nèi)運(yùn)行，避免落人不安全區(qū)而出現(xiàn)振動(dòng)，滿足鍋爐在低負(fù)荷工況下的穩(wěn)定運(yùn)行此外，當(dāng)風(fēng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，風(fēng)機(jī)效率基本不受影響，而風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)消耗的功率將顯著降低，節(jié)能效果明顯。

結(jié)語

煙風(fēng)系統(tǒng)作為鍋爐結(jié)構(gòu)的重要組成部分，在設(shè)計(jì)過程中，要對(duì)煙風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，保證煙風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的科學(xué)性以及風(fēng)機(jī)選型的科學(xué)性，降低煙風(fēng)系統(tǒng)振動(dòng)問題的發(fā)生概率。

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（作者單位：河南省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院）