關于一臺220 t/h 級別空預器振動原因的分析與解決

張利珍

（太原鍋爐集團有限公司，山西 太原 030021）

引言

空預器作為煙氣與空氣熱交換的設備，由于其間有流體流動，且速度較快，比較容易產(chǎn)生共振現(xiàn)象，產(chǎn)生振動后，會使材料產(chǎn)生疲勞破壞，減少管子使用壽命。而且更主要的是振動會產(chǎn)生極嚴重的噪音污染，對檢修人員造成傷害。

太原鍋爐集團有限公司在山東某電廠安裝的1臺220 t/h 高溫超高壓循環(huán)流化床鍋爐，配置的空預器采用立管式空預器，布置有上中下三級，每層管箱又分為一次風和二次風管箱，中間為二次風管箱，兩側為一次風管箱，一二次冷風分別從下級管箱進入，熱風從上級管箱引出后通過一次風室和二次環(huán)形風箱進入鍋爐。

從鍋爐投運起，空預器即發(fā)生劇烈的振動，尤其是負荷較高時，人站到近處，會聽到一股股的“嘯叫”聲，空預器外部手感振動明顯，帶動周圍平臺全部顫動。用戶與太原鍋爐集團有限公司技術人員開始著手查找振動源時，從鼓風機開始查起，包括冷風道布置，熱風道布置，并對冷風道和熱風道進行了加固，但振動并沒有消除。后經(jīng)技術人員現(xiàn)場仔細分析判斷，基本確定振動源來自空預器管箱內(nèi)部。然后通過計算，判斷是由于空預器卡門渦流頻率與聲駐波頻率接近而產(chǎn)生的共振現(xiàn)象[1-2]。

1 振動原因

立式空預器管外壁為空氣，當空氣流體經(jīng)過管子時，在每個管子的后面分離，形成穩(wěn)定的、旋轉(zhuǎn)方向相反的交替渦流，該渦流在學術上被命名為卡門渦流?？ㄩT渦流在管子后不斷生成、脫落，有一定的頻率，根據(jù)研究表明，卡門渦流頻率n 與管子直徑d成反比，與流體的速度v 成正比，即：

式中：S 為試驗數(shù)據(jù)，與管束的橫向節(jié)距與縱向節(jié)距有關，一般取0.5。

另外一種振源是空預器內(nèi)部的聲學駐波頻率，聲駐波頻率與工況下的聲速成正比，與所在通道的寬度與反比，另外，駐波頻率為多階的，用公式表式為：

式中：C 為工況（根據(jù)溫度壓力修正）下的聲速；L 為管箱寬度；i 為駐波階次，i=1 為一階駐波，i=2 為二階駐波，依此類推。

空預器發(fā)生振動的原因即卡門渦流頻率與聲駐波頻率的某階接近而產(chǎn)生耦合，從而產(chǎn)生共振現(xiàn)象。

根據(jù)以上理論分析，結合結構設計，分別選擇了計算點，對空預器入口、出口、下級平均、中級平均、上級平均五個點進行卡門渦流頻率和聲駐波頻率的計算，計算結果如表1 所示。

表1 卡門渦流頻率和聲駐波頻率的計算

從以上計算可以看出，卡門渦流頻率與一階駐波非常接近，這是造成空預器振動的根本原因。

2 解決方法

分析認為，卡門渦流與管子直徑、流體速度相關，一般情況變化不大，而聲駐波頻率與聲速、管箱寬度有關，這其中聲速變化不大，可變的也是最易從結構上實現(xiàn)的管箱寬度。所以在空預器管箱空度之間增加隔板成為解決共振的有效措施，當在每組管箱之間增加隔板后，相當于將氣室寬度減少一半，即將每階聲駐波頻率增加一倍，使卡門渦流頻率遠小于一階駐波頻率，從而解決振動問題。

在本案例中，需要在每級空預器管箱中都插入一個防振隔板（每級4 個，三級共12 個，每個防振隔板需要分為數(shù)塊能夠通過人孔門進入），由于立式空預器管子布置時較為緊密，在具體增加防振隔板時，需將上下管板割開，去掉一排管子，然后加入防振隔板，放入后防振隔板與上管板或下管板可焊處焊接，最后現(xiàn)場恢復，包括恢復每級空預器上部澆注料，工程巨大，施工難度較大，施工10 d 左右才完全完畢。再啟爐運行后，振動完全消失。

3 結論

1）空預器振動的原因，多數(shù)是由于卡門渦流頻率與聲駐波頻率過于接近，發(fā)生耦合而產(chǎn)生強烈振動。

2）解決空預器振動的最有效方法是增加防振隔板，通過防振隔板的設置使卡門渦流頻率遠小于一階駐波頻率。