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管式空气预热器振动原因分析及其处理方案
发布时间:2010/10/19  阅读次数:901  字体大小: 【】 【】【
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揭 钊
(茂名热电厂,广东   茂名   525011)
【摘   要】针对锅炉管式空气预热器在改造安装后,在试运行时管式空气预热器产生强烈振动,文章通过对管式空气预热器产生振动的原理进行分析,提出了三种处理方案。
【关键词】管式空气预热器;振动原因分析;处理方案
        【中图分类号】 TM621.2                           【文献标识码】 A                              【文章编号】 1008-1151(2006)02-0128-02
一、前言
茂名热电厂建于1958年,锅炉设备为两台220t/h和两台410t/h的燃油锅炉,到了20世纪末,油价不断上升,为了降低发电成本,茂名热电厂发展水煤浆应用技术,以煤代油,推广洁净燃料水煤浆燃料。于2001~2002年先后把两台220t/h燃油炉(空气预热器为管式)改为燃水煤浆、油两用炉,成为国家级水煤浆燃烧发电的示范基地。于2004年,又把#3炉为WGZ410/100-3型燃油炉改烧水煤浆,为保证锅炉的出力,进行了锅炉炉膛扩容,降低炉膛热负荷等技术改造,尾部回转式预热器改为管式预热器。炉改安装施工完,进行了锅炉的风压和冷态试验,在试验过程中,当送风机的调节档板开到40%时,管式空气预热及其入口风道出现了较为剧烈的振动,风机无法继续升负荷。随着送风机负荷的升高,管式空气预热器振动加剧,被迫进行管式空气预热器防振改造处理。
二、原因分析
本次改造的管式空气预热器结构布置分为高、低温两级,低温段又分为上、下两段,均采用错列光管束立式布置。预热器剧烈振动时,甲、乙两侧送风机调节档板开度35%,甲送风机:电流41.9A,风机出口压力1810Pa,风量18万立方米;乙送风机:电流37.2A,风机出口压力1087Pa,风量15万立方米。根据现试运情况及测试数据,振动剧烈,振动声音很大。
在管式空气预热器中,当汽流横向绕流管束时,卡门涡街的交替脱落会引起风声响效应,因为卡门涡流的交替脱落会引起空气预热器中气柱的振动。当漩涡的脱落频率(fk)与管箱的声学驻波振动频率(或称气室固有频率fK)相重合时,会诱发强烈的管箱声学驻波振动,产生很大的噪声,造成空气预热器管箱的激烈振动。
卡门涡流频率
fK=StV/d
         式中: St———斯特罗哈数
         V———空气进入空预器速度
         D———管子的直径
气室固有频率
fc=
式中:C———谐波的阶次(C=1,2,3,……)
T———气流平均温度(K)
L———气室宽度(m)
         当C=1时,气室固有频率称为基本频率,以f表示。
         管式空气预热器的声学共振过程是锅炉机组升负荷时,卡门涡流频率逐渐接近于气室固有频率,首先在锅炉低负荷时可能重合,由于激发能还不足以产生强烈的振动,随着锅炉负荷的增加,使空气预热器产生强烈的振动,并发出噪声,导致于设备疲劳破坏和锅炉机组被迫被迫降负荷运行。由于气流振动是多阶次的,卡门涡流频率和气室固有频率可能在一次阶波上重合,也可能在较高阶波上重合。
三、处理方法
         管式空气预热器的声学共振的消除方法一般有下述三种:
方法一:圆管改为流线型或螺旋肋片式管子,消除卡门涡流效应。这将引起制造成本等一系问题。
方法二:改变管子节距,使St系数增或减,从而改变卡门涡流频率。实际难以实现。
方法三:提高气室固有频率,加装消振隔板将气室分成几个空腔,提高振风量,避免声学共振。
根据茂名热电厂家#3炉安装情况,采用方法三是简易可行的。
管式空气预热的防振设计是按照气室的固有频率的基本频率(f)在所有的锅炉负荷内都大于卡门涡流频率来选择气室的宽度。故管式空气预热器的防振必要条件为:
         fc>m.·fk
式中:fc———气室固有频率
         fk———卡门涡流频率
         m———储备系数,错列管束,取1.5。
         1.现低温段下部管箱为错列布置:查得St=0.5
进入空预器速度V=7.3m/s
管子的直径d=0.04m
则:fk=0.5×7.3/0.04=91.25
m·fk=1.5×91.25=136.88
管箱宽度L=5.96m
管箱进口处:T1=273+25=298K
f1=         =            =28.96
管箱出口处:T2=273+105=378K
f2=         =               =32.62
根据以上计算,所有管箱单元均未满足管式空气预热器振动必要条件fc>m·fk,故应加装防振隔板,将气室分成几个腔,以提高气室的固有频率。
若加装隔板数为n,则应满足(n+1)·f>m·fk=136.88
对管箱进口:n1>m·fk/f1-1=136.88/28.96-1=3.72(取整数为4)
对管箱出口:n2>m·fk/f2-1=136.88/32.62-1=3.19(取整数为4)
为确保管式空气预热器的防振必要条件fc>m·fk,采用n=5;即低温段下部两组多加装防振板5块,加装隔板须取掉部分钢管,排烟温度有所提高,经计算会造成锅炉效率下降0.03%,影响较小。
         1.现低温段上部管箱为错列布置:查得St=0.5
进入空预器速度V=5.9m/s
管子的直径d=0.04m
则fk=0.5×5.9/0.04=73.75
m·fk=1.5×73.75=110.63
管箱宽度:L=5.96m
管箱进口处:T1=273+105=378K
         f1=            =            =32.62
         管箱出口处:T2=273+183=456K
         f2=            =            =35.83
根据以上计算,所有管箱单元均未满足管式预热器的防振必要条件fc>m·fk,故应加装防振板,将气室分几个腔,以提高气室的固有频率。
若加装隔板数为n,则应满足(n+1)·f>m·fk=110.63
对管箱进口:n1>m·fk/f1-1=110.63/32.62-1=2.39(取整数为3)
对管箱出口:n2>m·fk/f2-1=110.63/35.83-1=2.09 (取整数为3)
为确保管式空气预热器的防振必要条件fc>m·fk,采用n=3,即低温段上部管箱加装防振隔板3块。
         2.高温段管箱为错列布置;查得St=0.5
进入空预热速度v=8.1m/s
         管子的直径d=0.04m
则fk=0.5×8.1/0.04=101.25
m·fk=1.5×101.25=151.88
管箱宽度L=5.96m.
管箱进口处;T1=273+183=456K
f1=         =            =35.83
管箱出口处;T2=273+339=612K
f2=            =               = 41.51
         根据以上计算,所有管箱单元均未满足管式空气预热器的防振必要条件fc>m·fk,故应加装防振板,将气室分成几个腔,以提高气室的固有频率。
         若加装隔板数为n,则应满足(n+1)·f>m·fk=151.88
         对管箱进口:n1>m·fk/f1-1=151.88-1=3.24(取整数4)
         对管箱出中:n2>m·fk/f2-1=151.88/41.51-1=2.66(取整数为3)
         为确保管式空气预热器的防振必要条件 fc>m·fk,采用n=4,即加装防振隔板4块。
         根据计算结果,在空气预热器低温段下部每组加装防防振板5块,低温段上部加装防振板3块,高温段每组加装防振板4块。改造后启动风机试,风机档板开度100%,管式空
气预热器振动及噪音正常,达到预期效果。
四、结语
1.卡门涡流是产生管式预热器振动的主要原因。
2.为消除管式预热器的振动,加装防振隔板的处理方法是十分必要的,也是可行的。改造成功至今已一年多了,期间运行正常,效果非常好,为机组安全、多发电作出了贡献。
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