王 珂，王鵬程

（山西河坡發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 陽泉 045000）

0 引言

山西河坡發(fā)電有限責(zé)任公司2臺鍋爐為東方鍋爐廠制造。鍋爐型號為DG1184/25.31-Ⅱ1，與350 MW超臨界汽輪發(fā)電機(jī)組配套。鍋爐為超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行直流爐，單爐膛、半露天M型布置、平衡通風(fēng)、一次中間再熱、固態(tài)排渣、水冷滾筒式冷渣器、循環(huán)流化床燃燒方式，采用高溫冷卻式旋風(fēng)分離器進(jìn)行氣固分離，鍋爐整體為全鋼架結(jié)構(gòu)，整體支吊在鍋爐鋼架上。每臺爐尾部豎井煙道安裝煙氣擋板8臺（前后各4臺），左右側(cè)水平布置，安裝在低再和低過下部，標(biāo)高48 m處，擋板一端固定在煙道外與執(zhí)行器連接，另一端固定在煙道內(nèi)的框架上。鍋爐主要參數(shù)見表1。

表1 鍋爐主要參數(shù)表

2臺機(jī)組于2016年1月和7月相繼通過168試驗(yàn)投入商業(yè)運(yùn)營，但是投產(chǎn)以后發(fā)現(xiàn)機(jī)組負(fù)荷達(dá)到300 MW以上時，鍋爐尾部煙道標(biāo)高48～52 m處連帶周圍的大梁、平臺均發(fā)生振動。

1 鍋爐尾部煙道振動測量與調(diào)整

針對煙道振動的問題，采用振動儀分別對1、2號鍋爐在不同負(fù)荷下對其振動部位進(jìn)行了振動幅度的測試，測試結(jié)果見表2、表3。

通過不同負(fù)荷下的試驗(yàn)及現(xiàn)場觀察，發(fā)現(xiàn)在各個負(fù)荷段內(nèi)，鍋爐本體，鍋爐爐膛水冷壁、旋風(fēng)分離器、以及省煤器、空預(yù)器等均為運(yùn)行正常，振動幅度較大的區(qū)域?yàn)闊煔鈸醢逡陨?～4 m，也就是尾部煙道標(biāo)高48～52 m處。且隨著負(fù)荷的升高，振動幅值呈上升趨勢，最大幅值為0.342 mm。調(diào)整中隔墻前后的煙氣擋板，改變中隔墻前后通道的煙氣量，當(dāng)過熱器側(cè)煙氣擋板開至45%，再熱器側(cè)擋板開至70時，煙道振動明顯減小。

表2 不同負(fù)荷下煙道的振動幅值（1號機(jī)組）

表3 不同負(fù)荷下煙道的振動幅值(2號機(jī)組)

綜上所述，得出3點(diǎn)結(jié)論：尾部煙道的振動隨著機(jī)組負(fù)荷的增大而增大；尾部煙道振動和煙氣量的大小有關(guān)，當(dāng)煙氣量大到某一個值以上時煙道發(fā)生振動；通過降負(fù)荷和改變煙氣擋板的開度可以緩解煙道振動。

2 煙道振動機(jī)理分析

2.1 煙氣在煙道中產(chǎn)生振動的原因

鍋爐煙道振動的原因主要是由于尾部煙道內(nèi)部煙氣氣流的脈動頻率fp、聲學(xué)駐波頻率fa和煙道本身固有頻率fn二者或者三者相互結(jié)合引起的共振[2]。煙道本身固有頻率fn在煙道安裝完畢后結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化就形成不變了，而煙氣氣流的脈動頻率fp、聲學(xué)駐波頻率fa是會隨著負(fù)荷和工況的變化而變化的，而尾部煙道振動又主要分為湍流顫振，旋渦脫離等幾種方式。

a） 湍流顫振：湍流是流體一種不穩(wěn)定的運(yùn)動形態(tài)，由于湍流運(yùn)行的不穩(wěn)定性，往往會造成流體或者存放流體容器的振動，這就叫湍流顫動。如果鍋爐尾部煙道中是穩(wěn)定的煙氣流動，也就是所說的層流狀態(tài)，那么就不會產(chǎn)生湍流顫動。但是實(shí)際生產(chǎn)中，鍋爐煙氣流動往往是紊流的狀態(tài)，當(dāng)鍋爐管束受到干擾和擾動產(chǎn)生振動，其頻率剛好和鍋爐煙氣流體的湍流頻率相同，那么就會產(chǎn)生共振。

b）鍋爐內(nèi)部的燃燒工況同樣也不是穩(wěn)定的一成不變的工況，有時也會產(chǎn)生爐膛壓力的脈動。同樣，鍋爐受熱面管子受到擾動產(chǎn)生振動和爐膛壓力脈動幾乎一致時，也會產(chǎn)生共振。

c） 旋渦脫離：當(dāng)鍋爐煙氣氣流經(jīng)過鍋爐受熱面管束后，由于管束的形狀影響，煙氣氣流的運(yùn)動軌跡發(fā)生改變，在管束的背風(fēng)面形成了旋渦。如果該旋渦以一定的頻率持續(xù)出現(xiàn)，就會使得受熱面管束持續(xù)地受到一個旋渦作用力，使得管束發(fā)生振動。同樣，如果旋渦頻率和管束固有頻率相同時，產(chǎn)生共振。共振嚴(yán)重時，可以造成受熱面管束損壞。

2.2 計(jì)算分析

根據(jù)聲學(xué)振動原理，卡門渦流頻率fs的計(jì)算公式[1]為

式中：S——斯特勞哈數(shù)；

U——?dú)饬魉俣?，m/s；

D——管子外徑，m。

煙道聲學(xué)駐波頻率fa計(jì)算公式為

式中：C——聲速，m/s；

n——駐波的階數(shù)；

W——煙道的寬度，m。

根據(jù)公式（1）、（2） 和鍋爐熱力計(jì)算書以及煙道結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出煙道擋板附近的駐波頻率。通過卡門渦流頻率和煙道聲學(xué)駐波頻率的比較，更進(jìn)一步證明了煙道聲學(xué)共振的原因[1]。

3 改造方案的確定和實(shí)施

基于煙道振動機(jī)理及現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果，采用運(yùn)行調(diào)整解決振動的辦法主要由以下兩種方法：降低機(jī)組負(fù)荷運(yùn)行；通過調(diào)整煙氣擋板的開度。但是這兩種方法受負(fù)荷和運(yùn)行工況調(diào)整的限制，均不能真正根治煙道振動的問題。所以想要解決問題還是要從根本上消除頻率共振。

根據(jù)理論分析計(jì)算和就地觀察確認(rèn)，決定采用在鍋爐尾部煙道的左右側(cè)爐墻上加裝導(dǎo)流板（如圖1）。通過改變振動區(qū)域煙氣的流向，來削弱煙道振動。本方案為：在低溫再熱器與煙氣擋板之間49 m處的前、后煙道處加裝導(dǎo)流板，導(dǎo)流板采用焊接方式，縱向安裝在左右墻受熱面管間的密封上，焊后的焊縫全部打磨光滑，導(dǎo)流板規(guī)格為2000 mm×100 mm×6 mm， 材質(zhì)為12Cr1MoVG，數(shù)量每臺爐18塊。現(xiàn)場改造實(shí)施結(jié)果見圖1。

圖1 煙道加裝導(dǎo)流板改造實(shí)施圖

4 改造后效果

鍋爐經(jīng)上述方案改造實(shí)施后，在機(jī)組高負(fù)荷段300～350 MW范圍內(nèi)，對鍋爐1、2號鍋爐的之前煙道振動區(qū)域進(jìn)行了振動測試，測試結(jié)果見表3。

表3 鍋爐改造前后煙道的振動幅值

測試記錄表明：煙道加裝導(dǎo)流板后，在高負(fù)荷運(yùn)行工況下，煙道的振動大幅度下降，徹底解決了煙道的振動問題，為機(jī)組后續(xù)的安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)[2]。

5 結(jié)束語

目前，我國的電站鍋爐再熱器的調(diào)溫方式主要采用煙氣擋板來調(diào)節(jié)。煙氣在流經(jīng)煙氣擋板時，由于煙氣擋板不同開度，煙氣流向會隨著煙氣擋板開度的不同而發(fā)生變化，致使煙氣擋板某一開度范圍內(nèi)，煙氣會產(chǎn)生旋流，發(fā)生振動。當(dāng)振動頻率與鍋爐煙道和支撐鋼架的本體的固有頻率接近時，煙道與支撐鋼架在煙氣周期性作用力下，發(fā)生不同程度的共振現(xiàn)象，從而引發(fā)煙道的振動。通過加裝導(dǎo)流板，改變煙道內(nèi)流場分布后，經(jīng)過連續(xù)半年的運(yùn)行觀察，2臺爐的煙氣擋板處再未出現(xiàn)振動現(xiàn)象。從效果上看，煙道振動問題得到了徹底治理，同時采用該種改造方法，工程造價較低，施工工藝簡單，是一個比較理想的解決煙道振動的辦法。