（大唐西安鄠邑热电有限责任公司 陕西鄠邑 710302）
摘要：现阶段运行的电站锅炉普遍存在振动现象。目前各发电机组进行大量的节能、环保改造和配煤掺烧，改造的同时，也带来了锅炉结构和燃烧方式的变化，由于燃烧配风方式和锅炉结构的变化，锅炉振动也随之增大。锅炉振动，是危及锅炉设备安全运行的最大的隐患之一，锅炉振动对锅炉本体及人员的人身安全造成极大的威胁，因此预防和处理锅炉振动就显得非常重要。
关键词：锅炉振动；原因分析；处理
1前言
大唐西安鄠邑热电有限责任公司2×300MW机组锅炉由哈尔滨锅炉厂制造，型号为HG－1025/17.5－YM，锅炉为亚临界、自然循环、单炉膛、一次中间再热、露天布置、全钢构架、平衡通风、直流摆动燃烧器、固态排渣燃煤汽包炉。2号炉于2005年12月投产，投产后炉墙轻微振动。自2013年低氮燃烧器改造后，锅炉炉膛35.8米处两侧墙、47.1-55.7米水平烟道两侧墙、后烟道竖井30米-55.7米区域包墙处的炉墙及水平刚性梁振动明显增大，且锅炉振动随负荷大小而波动。当机组电负荷在250MW～280MW时，每分钟振动约10～8次，振动幅度约为20毫米。炉墙长期振动，对锅炉的刚性梁等构件会产生较大的疲劳应力，同时对炉墙水冷壁管、包墙管等受热面也会带来应力破坏，严重时会造成焊缝拉裂爆管，加之该厂2号炉由于基建安装焊缝质量原因，近年来2号炉的炉管焊缝已拉裂5次，直接影响机组的安全运行。
2锅炉钢结构设计特点
锅炉钢架采用全钢结构、栓焊相结合的连接结构。锅炉钢结构的主要构件，包括立柱、横梁、垂直和水平支撑、大板梁等。锅炉钢构除承受锅炉本体载荷及外部载荷外，还承受锅炉范围内的各种汽水管道、烟风道、吹灰器等的载荷。锅炉设计时，设有膨胀中心和膨胀导向装置，实现以膨胀中心为零点的三维膨胀。
锅炉钢构架的布置为网状布置，刚性梁是沿着锅炉炉膛和竖井四周布置的结构系统，对炉墙起箍紧和提高刚度的作用，保护炉墙使其在锅炉最大瞬时允许应力作用下不产生永久性变形。刚性梁有足够的刚度和强度，刚性梁与炉墙之间能自由滑动，炉墙四周角部连接能自由转动，始终成拉紧状态，但不影响炉墙的膨胀，在正常运行中，刚性梁不会发生明显振动。
刚性梁工作原理：以两侧墙为例来说明，以下图所示，传力路径为：侧墙炉内压力—炉墙—张力板—连接件—刚性梁—连杆式角部连接—前后墙张力板。前后方向的荷载—炉墙—张力板—连接件—刚性梁—导向装置—钢结构。由此可见，在无外力作用下，锅炉刚性梁正常作用下，炉内压力是自身平衡的，是不会向锅炉以外的结构传递的。
3.锅炉炉墙振动原因分析
锅炉的炉墙振动是由于燃烧脉动引起的。燃烧波动的频率与炉墙固有频率接近时，将引起锅炉振动。炉膛内气流波动是不可避免的，将诱发燃烧室及尾部烟道振动。锅炉燃烧并非是连续的、常压的、稳定的过程，而是一个脉动的过程。炉内气流波动的幅度和范围与燃烧器的型式、炉膛的结构及炉墙本身的弹性有关，更多的与运行的煤种、负荷、风量之间的配比有关。各种运行条件下的差异也可能导致炉内气流的波动，从而引起炉墙振动。尾部受热面炉墙振动，大多是因为烟气通过尾部受热面时，产生的涡流，当涡流的脱落频率与结构的固有频率耦合时，将发生共振。
大唐西安鄠邑热电有限责任公司2号炉于2005年12月投产，自投产后炉墙轻微振动，自2013年低氮燃烧器改造后，锅炉炉墙35.8米炉膛两侧墙、47.1-55.7米水平烟道两侧墙、后烟道竖井30米-55.7米区域包墙处振动明显增大，且锅炉振动随负荷大小而波动。每分钟振动约10～8次，振动幅度约为20毫米。
对此振动问题，主要结合锅炉运行原理、振动来源、结构设计特点及振动位置来进行分析。振动原因主要有以下几点：
1）经检查炉外垂直钢性梁与水平钢性梁的连接处，基建安装时不符合设计要求，垂直刚性梁与水平刚性梁连接处间隙过大，水平刚性梁无法传力，水平刚性梁失去限位和固定作用，致使水平刚性梁起不到固定炉墙刚度的作用，进而产生炉墙振动。如果锅炉炉膛负压发生较大变化时，刚性梁将不起作用，管墙将产生严重变形及损坏。
2）锅炉水平刚性梁角部连接部位，水平刚性梁方形垫板没有与水平刚性梁焊接，无法约束角部销轴，造成铰链销子磨损，起不到固定水平刚性梁的作用，导致水平刚性梁晃动严重以及整个后竖井两侧墙晃动严重。
3）锅炉炉膛水平刚性梁与后烟道水平刚性梁连接处，未安装连接钢板，使炉膛与尾部烟道没有组成有机的整体，水平刚性梁起不到固定炉墙的作用。
4）锅炉运行方面：炉膛负压波动频率与振动频率相吻合。当锅炉运行中，由于燃料量、风量的变化，引起炉膛负压变化和波动；而压力的波动频率与炉膛及水平烟道的固有振动频率相接近，从而造成锅炉振动。由于2013年低氮燃烧器改造，增加6层高位SOFA风，原有锅炉的配风方式发生变化，炉膛内燃烧推迟，呈现低氧燃烧；在6层高位SOFA风投入后，再次燃烧，造成着火点在炉内跳动的现象。试验中，尝试改变锅炉配风，增加一次风量，适当减小高位SOFA风，尾部烟道振动明显减小。
4.锅炉炉墙振动处理方案
锅炉的炉墙振动是由于燃烧脉动引起的。燃烧波动的频率与炉墙固有频率接近时，发生共振，引起锅炉振动。根据振动原理，只有改变炉内压力波动的频率或炉墙的固有频率才能有效的减小锅炉振动。结合该厂实际和存在的问题，从以下几方面入手，解决炉墙的振动问题。
1）停炉期间，对炉本体水平刚性梁与垂直刚性梁连接处的间隙进行调整。根据现场实际间隙，在垂直刚性梁上重新焊接新圆钢，保证导向间隙1-2mm。槽钢勾与垂直刚性梁连接间隙过大处，重新焊接槽钢勾，保证导向间隙1-2mm。
2）停炉期间，在炉膛水平刚性梁与后烟道水平刚性梁连接处，安装连接钢板，此钢板一端与炉膛水平刚性梁焊接，另一端与后烟道水平刚性梁连接。保证炉前、炉后水平刚性梁可靠连接，成为有机的整体。
3）停炉期间，依据锅炉安装图纸，对于水平刚性梁角部连接进行检查处理。保证连接板预偏值，对个角部连接的方形垫板进行调整。一方面保证角部连接的自由转动，另一方面保证在刚性梁的角部连杆始终处于预紧状态，保证炉墙的压力平衡。
4）锅炉运行方面：当锅炉运行中，及时根据负荷、煤质、燃料量和风量的变化，合理的调节风煤配比，并控制一次风的刚度；在NOx控制范围内，尽可能少量的投入高位SOFA风，避免着火点在炉内跳动和炉膛负压波动的现象。
5.结束语
通过以上措施的实施，解决了锅炉炉墙的振动问题，提高了刚性梁对炉墙的保护作用，防止受热面管道因为频繁的晃动，局部产生疲劳而引起爆管事故的发生，提高了锅炉炉墙及炉外管道的安全运行系数，保证了锅炉的安全稳定运行，在保障锅炉安全稳定运行方面效果突出。
为了防止锅炉发生较大的恶性事故，更好地维持锅炉的安全稳定运行，有如下建议：
1）在锅炉安装过程中，必须按照锅炉厂提供的安装图施工，保
证安装正确，设计人员应到现场指导安装。技术人员应认真严格监督，并按照安装图纸进行验收。
2）对现有锅炉进行改造时，应充分与原设计单位进行沟通，确
保改造后对锅炉钢架和燃烧系统无较大影响。
3）当锅炉运行中，根据负荷、煤质的变化，合理的调节风煤配
比；并控制一次风的刚度；在NOx控制范围内，尽可能少量的投入高位SOFA风，避免着火点在炉内跳动和炉膛负压波动的现象。
参考文献：
[1] 《锅炉刚性梁的设计与结构》电站系统工程，1993.9（5）:1-10
[2] DLT 5210[1].2-2009 《电力建设施工质量验收及评价规程》 第2部分：锅炉机组
[3] DL-T5047-95《电力建设施工及验收技术规范》(锅炉机组篇)
作者简介：
杜言徐，从事发电厂集控运行5年，发电厂锅炉检修13年，擅长发电厂锅炉检修及运行技术研究及应用。
论文作者:杜言徐
论文发表刊物:《电力设备》2017年第35期
论文发表时间:2018/4/28
标签：锅炉论文; 刚性论文; 炉膛论文; 水平论文; 频率论文; 烟道论文; 刚度论文; 《电力设备》2017年第35期论文;