顾伟1 肖杰2
（1.铜山华润电力有限公司 江苏徐州 221000；2.江苏方天电力技术有限公司 江苏南京 211102）
摘要：铜山华润电力有限公司#5锅炉进行低温省煤器改造后，在机组负荷600MW~850MW时，低温省煤器烟道存在过大的振动与噪声。分析指出#5锅炉低温省煤器改造后存在较严重地振动问题，原因是在某个负荷段时换热管烟气绕流产生的卡门涡频率与进口烟道驻波振动频率接近，产生共振；共振产生区域在进口烟道区域。
关键词：锅炉 低温省煤器 振动 卡门涡 驻波振动 共振 噪声
1概述
铜山华润电力有限公司锅炉为上海锅炉厂有限责任公司生产的超超临界参数变压运行直流锅炉，型号为SG-3044/27.46-M535。螺旋管圈水冷壁直流炉，单炉膛、一次中间再热、采用四角切圆燃烧方式、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构、塔式、露天布置燃煤锅炉，同期建设有脱硝装置。
#5机组与某单位合作进行了综合节能改造，对引风机与增压风机进行了合一改造，在引风机出口加装了低温省煤器，低温省煤器由某单位设计，低温省煤器的外形尺寸为15000x13000x6240mm(宽x高x深)，换热管的规格是Φ50x4mm。低温省煤器为积木块式结构，一台低温省煤器由20个组件组成，沿着烟气流动方向共分为4列，沿着高度方向分为5层，组件的外形尺寸为15000x2600x860mm。低温省煤器在高度方向设置消振隔板，布置两层消振隔板，间距为3960mm、4956mm（自上向下）。
2014年底，#5锅炉低温省煤器投运后，在600MW左右负荷时出现幅度很大的振动与噪声，影响机组的正常运行。为分析#5锅炉低温省煤器产生较大振动与噪声的原因，电厂组织进行现场调查和分析。
2现场检查情况
2.1低温省煤器改造
电厂#5炉进行节能综合改造中，进行了引增合一改造，取消了增压风机，在引风机出口加装了低温省煤器。改造时对引风机出口烟道进行了布置优化，消除了引风机与低温省煤器间的直角弯头，在低温省煤器出口烟道也直接接到脱硫吸收进口，消除了直角弯。低温省煤器横截面为15000×13000，沿高度方向布置5组换热管模块，管屏水平布置；沿烟气流动方向布置4列换热管组，换热管采用Φ50x4mm规格管材。
在烟气温度145℃,烟气压力3kPa的条件下,烟气流速为5m/s左右。
2.2低温省煤器振动
电厂反映在机组负荷低于500~700MW时，#5锅炉低温省煤器区域产生很大噪声，低省进出口烟道与设备部位烟道振动很大；机组负荷低于或高于此负荷范围时，振动与噪声幅度明显降低。低温省煤器烟道疏水管因振动开裂。
2.3机组负荷840MW时振动测量值
在机组负荷840MW时对引风机出口烟道至低温省煤器出口烟道的振动进行了测试，测试位置有引风机出口、出口膨胀节后，低温省煤器进口烟道人孔门、低温省煤器区域人孔门、低温省煤器出口烟道人孔门，低温省煤器进出口烟道膨胀节法兰处。在840MW负荷时各处振动尖峰值如表1所示。
从振动测试数据分析，在机组840MW时，低温省煤器烟道振动的尖峰振幅不是很大，最大振幅为为154?m，对应频率31.5Hz；次大振幅为122?m，对应频率12.5Hz。尖峰振动频率较集中在12.5Hz与31.25、31.50与31.88Hz。其中引风机出口振动主要是频率低于12.5Hz的振动，其中#52引风机出口8.75Hz、11.25Hz频率的振动较大；在低温省煤器处烟道中12.5Hz的振动尖峰也较多，但频率在31.25~ 31.88Hz的振动尖峰振幅值更大。
2.4机组负荷700MW时振动测量值
在机组负荷700MW时，对相同的位置进行了振动测试，测试数据如表2所示。在低温省煤器区域频率29.38Hz的振动尖峰非常明显，分布很广，从风机出口烟道弯头区至低省出口烟道都存在；最大在低温省煤器进口烟道膨胀节处，最大振幅为698?m，其它该频率下较大的振幅有367?m与311?m；低省进口烟道处振动明显高于风机出口与低省出口；值得注意的是低省烟道疏水管振动很大，频率29.38Hz的振幅较大，中间固定处振幅达337?m，下层固定处达200 ?m，疏水阀门处的振幅在92?m。
在风机出口存在频率为8.73Hz、11.25Hz的较大尖峰振动，振幅分别为69?m、78?m。与840MW负荷时振幅基本相当。从二个工况振动测试数据分析，凝水管道不存在振幅大的尖峰振动。
2.5机组数据
机组负荷在700MW时，两侧引风机出口烟温分别为130.5/128.8℃，两侧引风机出口压力分别为1.29/1.35kPa；两侧空预器出口烟温分别为136.3/135.5/133.5℃，136.8/135.7/ 132.3℃。
机组负荷840MW时，低温省煤器进口烟温130.9/130.6℃，低温省煤器出口烟温出口烟温90.9/90.8℃。
2.6烟道振动频率分析
根据低温省煤器改造的烟道设计数据计算，低温省煤器进口烟道的驻波振动频率（烟气温度125℃）在高度方向为15.35Hz，在宽度方向为13.30Hz；换热管作为光管处理，根据烟气流速估算，烟气扰流卡门涡振动频率在32.5Hz。
3原因分析
根据低温省煤器区域烟道振动频率特性分析，低温省煤器区域烟道振动原因为换热管扰流脱流引起卡门涡振动，卡门涡振动频率与烟道驻波频率接近，引起烟道共振，发生共振的区域在进口烟道部分，以下具体分析。
3.1烟道驻波振动
低温省煤器进口烟道高度方向驻波振动频率15.35Hz，宽度方向驻波振动频率13.30Hz（125℃）。二倍频振动频率分别为30.75Hz与26.60Hz，其中高度方向的频率与实测烟道振动频率很接近。
烟道的气体驻波振动频率与烟温的1/2次方成正比，低负荷时驻波振动频率比高负荷时略小。实际上700MW负荷工况的频率为29.38Hz左右的振动，840MW负荷时频率为31.5Hz左右的振动都应该是烟气驻波振动。
3.2烟气绕流卡门涡振动
烟气流经管道等，尾流脱流后会产生涡流，称为卡门涡。对布置好的换热管，卡门涡频率与烟气流速成正比，即负荷低时卡门涡振动频率变低。将换热管作为光管看待时，其烟气扰流的卡门涡频率在32.5Hz（设计工况），在低负荷时频率会降低；因为换热管为鳍片管，其扰流产生的卡门涡频率会发生变化。
从烟道振动测试分析，在机组负荷500~700MW时，烟气扰流换热管产生的卡门涡频率与烟道高度方向的驻波频率接近，产生共振。
从低温省煤器区域烟道振动振幅分布分析，引风机出口与低温省煤器出口烟道频率为29.38Hz的尖峰振动振幅不大，而进口烟道处烟道频率为29.38Hz的尖峰振动振幅很大，共振主要发生在进口烟道。引风机出口与低温省煤器出口振动都是传递过去的。
从低温省煤器改造布置看，在高度方向上布置的隔振板仅布置在换热管屏区域，进口烟道未布置隔振板。也是进口烟道发生共振的前提。
3.3其他
凝水管道不存在振幅较大的振动。低温省煤器烟道疏水管振动应该是与烟道发生共振，疏水管管系的振动频率与烟道驻波振动很接近。
4 处理措施
#5锅炉低温省煤器在机组负荷500~700MW时产生较大的振动，是进口烟道发生共振导致。建议在进行烟道处理前，电厂控制机组负荷避开500~700MW负荷区域；随着季节变化，空预器出口烟温会发生变化，发生共振的负荷范围会产生偏移，电厂运行应注意振动观察，一旦出现振动过大的状况，应调整机组负荷避开振动区。在进行振动处理前建议进行以下工作。
1）低温省煤器改造设计厂家应提供机组正常运行全负荷（450~1030 MW）时，低温省煤器卡门涡频率的变化范围。不仅进口烟道还应注意计算后排几组换热管烟气绕流产生的卡门涡频率核算。
2）对进口烟道设计隔振板，改变烟道驻波振动频率，设计时最好结合烟气导流设计，起到既消除振动又减少烟气流动阻力的目的。
5结论及建议
铜山华润电力有限公司#5锅炉低温省煤器改造后存在较严重地振动问题，原因是在某个负荷段时换热管烟气绕流产生的卡门涡频率与进口烟道驻波振动频率接近，产生共振；共振产生区域在进口烟道区域。为消除烟道振动，建议采取以下措施。
1）利用机组检修机会，对低温省煤器换热管屏与进口烟道进行加装隔振板的完善改造，进口烟道的隔振板改造应与导流板改造综合考虑。
2）根据改造设计单位的振动核算资料，确定是否对出口烟道进行加装隔振板改造。
3）对低温省煤器疏水管固定进行重新设计，设计时应校核管系的振动频率，避免出现管系固有振动频率与换热管绕流卡门涡或烟道驻波频率相近的状况。
作者简介
顾伟，男，1983年02月出生，汉族，工程师，2005年毕业于江苏大学，热能与动力工程专业，现任于铜山华润电力有限公司技术支持部锅炉专工。
论文作者:顾伟1,肖杰2
论文发表刊物:《电力设备》2016年第7期
论文发表时间:2016/7/5
标签：省煤器论文; 低温论文; 烟道论文; 频率论文; 卡门论文; 负荷论文; 驻波论文; 《电力设备》2016年第7期论文;