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0、引言
    某發(fā)電廠330 MW機組所配鍋爐為東方鍋爐廠DG-1018/18.4-Ⅱ6亞臨界壓力一次中間再熱自然循環(huán)汽包爐，采用Ⅱ形布置、平衡通風(fēng)、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)、緊身封閉、固態(tài)排渣，燃用煙煤。制粉系統(tǒng)采用中速磨正壓直吹式系統(tǒng)，設(shè)計煤粉細(xì)度R90=20%。燃燒器為四角直流切圓燃燒，共布置5層。1臺磨煤機帶1層燃燒器，共配備5臺ZGM中速磨煤機。該機組于2007年投入運行，2008年4月發(fā)現(xiàn)鍋爐尾部煙道55 m標(biāo)高處爐墻振動較大，明顯可見爐墻晃動，從尾部煙道上至下第3層剛性梁振動最為明顯，煙道振動最嚴(yán)重時將膜式受熱面撕裂，直接影響鍋爐的安全穩(wěn)定運行。
    針對該鍋爐存在的問題，2009年9月在機組小修時進(jìn)行了檢查處理，使煙道局部振動問題得到了明顯的改善。
1、設(shè)備狀況
1.1  省煤器
    該鍋爐爐膛寬度為14 706 mm，尾部豎井深度為9 890 mm。從給水管路來的給水由左、右兩側(cè)進(jìn)入標(biāo)高32950 mm處的省煤器進(jìn)口集箱(咖273x40，20G)，白下而上流經(jīng)單級省煤器蛇形管束，分3路引入3只省煤器中間集箱(∮273x45，20G)，再由此3只集箱各引出56根吊掛管(∮60x9，SA-210C)．用來支吊布置在尾部豎井中的低溫過熱器水平段，吊掛管穿過尾部豎井爐頂后匯人標(biāo)高62 700 mm處的省煤器出口集箱(∮273 x40，20G)，經(jīng)由12根連接管(∮159x18，20G)引入鍋筒，在鍋爐左側(cè)第2根下降管標(biāo)高23 500mm處和省煤器進(jìn)口給水管之間設(shè)置1根DN100再循環(huán)管(∮133 x16，20G)。富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，同時我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
    單級省煤器蛇形管束布置在尾部豎井下部，共112片，每片由3根管子(∮51x6，SA-210C)繞成，分2組順列布置，每組蛇形管第1排和彎頭等易磨損處設(shè)置了防磨蓋板，在2組蛇形管組中間留有800 mm檢修空間。為防止煙氣偏流，省煤器與四周墻壁間設(shè)有阻流板。
    在省煤器進(jìn)口集箱穿過省煤器區(qū)域護板處，設(shè)置有金屬多波節(jié)波紋管圈，既可確保穿墻密封，又可自由膨脹，但在護板框架內(nèi)設(shè)有位移約束裝置。
1.2低溫過熱器
    低溫過熱器布置在尾部豎井內(nèi)，共1 12片，管子橫向節(jié)距為130 mm，縱向節(jié)距為114 mm，每片由5根管子(Ø57x7)繞成，分為垂直出口段和水平段，垂直出口段縱向節(jié)距為114mm，管材為12CrlMoVG。水平段分3組，上面2組管材為15CrMoG，下面1組管材為SA-210C，每組間留有800mm的檢修空間。低溫過熱器水平段管子的橫向節(jié)距由省煤器吊掛管懸吊并保持，縱向節(jié)距垂直段依靠2塊lCr18Ni9Ti扁鋼管夾保持，水平段依靠lCr6Si2Mo定位塊來維持，3個支承點，中間為固定支點，兩側(cè)為活動支點。
1.3鋼架及爐墻
    為確保爐膛和包墻在內(nèi)壓力波動和煤粉爆炸時不受影響，在爐膛和后豎井四周沿管壁高度方向設(shè)有多層水平剛性梁，在水平煙道區(qū)域設(shè)有2組垂直剛性梁，在水平煙道下部，爐膛與后豎井之間設(shè)有桁架結(jié)構(gòu)。剛性梁設(shè)計承壓能力為+5 800 Pa，瞬間無永久變形承壓能力為+8 700 Pa。
    省煤器和煙道區(qū)域護板爐墻采用輕質(zhì)保溫材料復(fù)合結(jié)構(gòu)，外表面設(shè)有壓型板予以保護。省煤器進(jìn)口集箱穿護板處設(shè)有金屬多波膨脹節(jié)和限位裝置。
2、鍋爐振動成因
2.1鍋爐振動類型
    鍋爐振動可分為尾部對流受熱面或尾部煙道的振動和鍋爐爐膛的振動。
    尾部對流受熱面或尾部煙道振動的原因是燃燒煙氣流過尾部受熱面時，發(fā)生渦流共振。渦流的脫落頻率與結(jié)構(gòu)固有頻率或某階聲駐波頻率耦合時，將發(fā)生共振。這種共振，現(xiàn)場可聽到非常刺耳的噪聲，使人無法停留，手觸摸振動位置有觸電感。
    鍋爐爐膛振動的原因是燃燒脈動引起的。鍋爐燃燒并非是連續(xù)的、常壓的穩(wěn)定過程，而是一個脈動過程。如果燃燒不合理，爐膛內(nèi)的氣流波動就不可避免，從而誘發(fā)燃燒室局部低頻振動。爐內(nèi)氣流波動的幅度和范圍與燃燒器形式、爐膛結(jié)構(gòu)以及爐墻本身彈性有關(guān)，更多地與燃用的煤種、負(fù)荷、風(fēng)量調(diào)節(jié)量，甚至給水、給粉量和它們之間的配比有關(guān)。運行條件的差異也能導(dǎo)致爐膛氣流波動。從理論上講，燃燒引起的爐膛振動是不可避免的。新投運的鍋爐，運行初期發(fā)生局部振動是可以理解的，但通過燃燒調(diào)整、運行經(jīng)驗積累，以及各參數(shù)選擇合理后，振動會減弱。
2.2引起鍋爐振動的因素
    氣流誘發(fā)鍋爐振動的因素可以分為內(nèi)部流動和外部流動。內(nèi)部流動引起鍋爐管束振動，其主要原因是管內(nèi)流動的不穩(wěn)定性和管道的汽水沖擊現(xiàn)象。省煤器區(qū)域的振動，可能是由于省煤器發(fā)生局部沸騰引起。外部流動主要是空氣動力學(xué)的不穩(wěn)定性以及旋渦誘發(fā)振動。空氣動力學(xué)振動一般分為：旋渦脫離、湍流顫振、流體彈性擾動、聲駐波激振、射流轉(zhuǎn)換、射流不穩(wěn)定性、尾流擺動。無論哪種振動，都是由設(shè)共振引起的。
    發(fā)生在鍋爐尾部煙道的振動是由于煙氣橫向沖刷管束時形成的卡門渦流以一定的周期脫落所產(chǎn)生的壓力波導(dǎo)致。當(dāng)激發(fā)頻率與某一煙氣柱的固有頻率或可能的諧振頻率耦合時，就引起共振，產(chǎn)生強烈的振動和噪聲，其振動的大小取決于阻尼的大小。
    根據(jù)式(2)，煙氣流過管束時，產(chǎn)生卡門渦流現(xiàn)象，即引起共振的激振力一直存在。煙氣流的聲駐波具有無限的諧波，只要卡門渦流引起的激振頻率與煙氣聲駐波任一諧波頻率耦合，發(fā)生共振。鍋爐煙道的寬度隨著鍋爐容量的增加而增加，造成聲駐波固有頻率減小，更容易引起振動。鍋爐煙道是容易引起共振的結(jié)構(gòu)，因為頻率耦合首先從低頻開始，振動從尾部受熱面開始，發(fā)生振動的頻率為30～100 Hz。
    鍋爐尾部的煙道振動比較復(fù)雜，引起尾部煙道振動的主要因素有煙道的駐波頻率、煙氣的卡門渦流的脫流頻率、受熱面管束的固有頻率。當(dāng)煙氣流過受熱面時，其駐波頻率和渦流的脫落頻率與設(shè)備固有頻率或某階聲駐波頻率耦合，即發(fā)生共振。
    鍋爐爐膛振動是由于燃燒脈動和運行引起的，爐膛燃燒本身是一個氣流的脈動過程，燃燒器結(jié)構(gòu)形式、爐膛結(jié)構(gòu)、爐墻的本身彈性，鍋爐配風(fēng)方式、運行參數(shù)、煤質(zhì)、運行氣流脈動影響也可能導(dǎo)致鍋爐爐墻振動。鍋爐煙道的寬度增加，聲駐波頻率減小，更易發(fā)生振動。
3、鍋爐煙道振動分析處理
3.1  振動現(xiàn)象
    為保證鍋爐在一定運行變化下其爐膛和煙道不受破壞，設(shè)計了剛性梁來加強煙道剛度。但剛性梁設(shè)計不足或安裝不當(dāng)，剛性梁本身受膨脹限制或剛性不足時，會導(dǎo)致鍋爐發(fā)生嚴(yán)重的振動。
    對于局部性振動，可通過局部加固，來改善振動情況。
運行觀察發(fā)現(xiàn)，爐墻晃動主要發(fā)生在后部豎井的外側(cè)煙道，從上往下依次為第3層剛性梁晃動幅度最大，至5層減弱，至52 m附近及尾部低溫過熱器人口煙道越來越弱。
    鍋爐后豎井后墻EL52700、56400層剛性梁從運行以來經(jīng)常發(fā)生晃動，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)該處銷軸和角部板開孔的配合間隙過大，銷軸在開孔中晃動，幅度約為5～10 mm，使得該處剛性梁端部失去可靠支撐，在爐內(nèi)煙氣壓力的作用下發(fā)生晃動。轉(zhuǎn)向室煙氣壓力值的變化為-160 Pa~+57 Pa，在這個壓力下剛性梁的變形非常小，理論計算在2 mm左右。剛性梁晃動的主要原因是角部銷軸和開孔的配合間隙過大，不能給剛性梁端部提供可靠支撐。
    各層導(dǎo)向裝置的配合間隙較大，有的達(dá)10 mm以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計要求（預(yù)留2mrri間隙），使得鍋爐膨脹處于自由狀態(tài)，導(dǎo)向裝置沒有發(fā)揮引導(dǎo)膨脹的作用。
    該鍋爐爐墻的振動是一種局部振動，由于該處爐墻結(jié)構(gòu)特點，使其剛性較差，同時尾部轉(zhuǎn)向室低溫過熱器人口煙道處，煙氣流過受熱面時產(chǎn)生渦流，渦流的脫落頻率與設(shè)備固有頻率或某階聲駐波頻率耦合，即發(fā)生共振。由于該處結(jié)構(gòu)剛性較差，振動表現(xiàn)為該部位爐墻晃動幅度增大。
3.2振動與運行的關(guān)系
    由于鍋爐煙道的結(jié)構(gòu)特點，煙氣流過管束時，必然產(chǎn)生卡門渦流，引起共振。為減少這種振動，必須使振動系統(tǒng)失諧。通常是在煙道寬度方向裝設(shè)若干隔板，把煙道分成小的氣室，使各個氣室所具有的聲駐波固有頻率大于卡門渦流的最大頻率，防止振動發(fā)生。
    在鍋爐不同負(fù)荷、煤質(zhì)、燃燒器運行方式下，鍋爐振動沒有明顯的改變，鍋爐振動現(xiàn)象一直存在。通過改變一次風(fēng)、二次風(fēng)的配比，適當(dāng)?shù)慕o水溫度、煤種、負(fù)荷等，但效果不明顯，振動依然存在。
3.3振動處理
    2009年9月在機組小修時對角部板間隙進(jìn)行了檢查調(diào)整，對剛性梁進(jìn)行了檢查，對振動區(qū)域梳型板的焊接進(jìn)行了檢查補焊加固，對受熱面管排進(jìn)行了檢查、調(diào)整，加固了松動的管排管夾，使振動得到了控制。機組啟動后，振動明顯減小。
4、建議
    (1)進(jìn)行鍋爐燃燒調(diào)整試驗，改變鍋爐用風(fēng)量和燃燒配風(fēng)方式，從而改善爐膛以及尾部煙道內(nèi)氣流的脈動狀況，以減少和降低振動。富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。
    (2)在大修中對剛性梁進(jìn)行檢查，保證梳型板焊接可靠、聯(lián)結(jié)符合要求，使角部板的間隙合適，安裝符合設(shè)計要求。在滿足鍋爐膨脹的同時增加剛性梁剛度，減小尾部煙道的晃動。
    (3)檢查加固受熱面管排管夾，增加阻尼，增加受熱面或煙道剛度，改變頻率即煙道寬度。
    (4)核算尾部煙道聲駐波頻率，對振動頻率進(jìn)行測試分析，在尾部受熱面增加煙氣分隔擋板以改變聲駐波頻率，從根源上消除振動。