中/EN

鍋爐

超临界鍋爐尾部烟道振动分析及治理

  • 来源: 中国大唐集团科学技术研究院有限公司华...
  • 作者: 李有信
  • 发布时间: 2018-04-02

超临界鍋爐尾部烟道振动分析及治理

李有信

(中国大唐集团科学技术研究院有限公司华中分公司,郑州 450000)

摘要:某电厂超临界II1型鍋爐检修后尾部烟道出现振动。经分析、计算、试验,认为振源在低温过热器区域,引起振动的主要原因是卡门涡流脱落频率接近烟道的声学驻波频率而使设备产生高频共振所致。通过在低温过热器区域加装防振隔板,振动问题得以解决,取得了满意的效果。

關鍵詞:尾部煙道;振動;卡門渦流;隔板

中圖分类号:TK 227.7       文献标识码:B

 

0 引言

某发电公司#1鍋爐从2015年检修后尾部烟道时常发生振动,振动跟负荷有关,主要发生在600MW负荷以上,随着负荷的继续增加,振动也逐渐增强,600MW负荷以下未见明显振动。600MW负荷以上振动又与烟气挡板开度有关,过热器挡板在100%,再热器挡板在30%以下时易发生振动。发生振动时调节再热烟气挡板至50%时,减小过热侧的烟气量和流速,振动消除。然而,再热烟气挡板开度在30%以上时需开再热器减温水控制再热汽温,影响鍋爐经济性。

1 設備概況

该鍋爐是东方鍋爐股份有限公司制造的DG2060/26.15-II1型国产超超临界变压本生直流鍋爐。一次再热、单炉膛、前后墙对冲燃烧、尾部双烟道结构、采用烟气挡板调节再热汽温、固态排渣、平衡通风、全钢结构、露天布置、全悬吊结构Π型炉,主要技术见表1。

表1  鍋爐主要参数

项     目

最大出力(BMCR)

額定出力(BRL)

主蒸汽流量/ (t·h-1)

2060

1956

主蒸汽壓力/MPa

26.15

26.03

主蒸汽溫度/℃

605

605

再热蒸汽流量/ (t·h-1)

1659

1572

再熱器進/出口蒸汽溫度/℃

365/603

359/603

再熱器進/出口蒸汽壓力/MPa

5.33/5.12

5.05/4.85

給水溫度/℃

297

293

給水壓力/MPa

30.25

29.83

排煙溫度(修正後)/℃

125

123

鍋爐保证效率/%

93.52

93.59

其尾部爲雙煙道結構,通過中隔牆分爲前後兩個煙道。前側煙道爲低溫再熱器,由三段水平管組組成;後側煙道上部爲低溫過熱器,單段水平管組,下部布置省煤器,由2段水平管組組成,見圖1。前後煙道各有煙氣擋板,調節過熱器和再熱器的汽溫。

1 尾部煙道布置

2 振動原因分析

高負荷時,過熱器煙氣擋板爲全開狀態,再熱器的煙氣擋板保持較小開度,所以低溫過熱器側的煙氣流速較大,低溫再熱器側的煙氣流速較小。並且尾部煙道振動情況下調節再熱煙氣擋板至50%,減小了過熱側的煙氣量和流速,振動消除。說明該振動與煙氣流速有關。比較振動發生前後入爐煤煤質,熱值明顯下降;隨著燃煤熱值的下降,同樣工況下煙氣量增加,低溫過熱器區域的流速增加,也表明該振動與煙氣流速存在關系。

尾部煙道中,隨著煙氣向後流動,溫度逐漸降低,煙氣流速也隨著溫度的降低而減小,所以在尾部煙道中,低溫過熱器區域的流速最高。

經以上分析,認爲該振動是煙氣流經低溫過熱器水平段管排産生的卡門渦流所引起的聲學型振動。煙氣在管束中流動時,在管後的尾流呈現一種順時針方向和逆時針方向交替旋轉的漩渦。這些漩渦交替地從管子兩側脫落,脫落頻率與來流速度成正比。卡門渦流的脫落使管子後方産生了垂直于管子和氣流方向的氣壓脈動。如果管束中卡門渦流的脫落頻率與管束間煙氣柱聲駐波的固有頻率耦合,就會激發起煙氣柱發生強烈的自激振動,繼而引起尾部煙道的振動。

2.1  卡門渦流頻率

卡門渦流脫落頻率f的計算式爲:

式中:u爲煙氣速度,m/s;d爲受熱面管子外徑,m;S是一個與雷諾數有關的無因次量。

設L爲管排的縱向節距,m;T爲橫向節距,m;則順列管排的S爲:

根据机组设计资料,低温过热器水平段绕组的纵向节距为0.1520m,横向节距为0.1143m,管子外径为0. 0510m。在600MW进行了鍋爐烟气量测量,计算低温过热器烟气平均流速是9.5m/s。将相关参数带入脱落频率f的计算式后,求得f为37.46Hz。

2.2  煙道駐波頻率

周期和振幅相同的波向順列管束間傳播時互相幹涉,形成駐波。當低密度的流體穩定地橫向流過管束時,可能産生一個既垂直于管子、又垂直于流動方向的聲學駐波,尾部煙道滿足駐波發生條件。駐波是一種縱波,波的傳遞速度與駐波所在介質的聲速相同。由于煙道內的聲波可以與反射回來的聲波疊加,因此煙道的駐波有n階(n=1,2,3……),也稱n次諧波。

假如煙道內存在駐波,則其波長和煙道寬度W之間必然有一定的關系,基波(一階諧波)波長是煙道寬度的兩倍;二階諧波波長等于煙道寬度;三階諧波波長爲煙道寬度的2/3……駐波頻率fz計算公式爲:

式中:c爲某一溫度下煙氣介質中的聲速;n=1,2,3……;W爲煙道寬度,m。

某一溫度下的聲速可由下式求出:

式中:烟气绝热指数K=1.333;烟气气体常数R=276J/kg·K;T为气体热力学温度, K。

低温过热器所在位置的烟道宽度W为23.5318m。在600MW工况,低温过热器水平段烟气平均温度为636 ℃。将相关参数带入驻波频率fz的计算式后,求得当n=3时,fz为36.86Hz。

2.3  聲學共振的判定

当卡門渦流頻率与烟道某阶谐波频率之比k符合条件:0.8<k<1.2时,也就是频率相差不超过20%时,就可以引发声学共振。低温过热器水平段的卡門渦流頻率与烟道三阶谐波的比值是1.016,满足发生声学共振的条件。

2.4 振動測試

为验证对振源的判断和振动频率的计算,对尾部烟道的振幅和频率进行了试验测试。测试在机组600MW负荷,尾部烟道振动时进行。测试位置选择在尾部烟道分段管组中间区域,测点布置在检修人孔处,见圖2,测试数据见表2。

表2 振动测量结果

測量位置

頻率(Hz)

振幅(?m)

1

6.3

7.9

2

7.5

13.0

3

6.9

15.5

4

36.9

28.8

5

13.1

36.8

6

9.4

16.7

7

36.9

43.9

8

36.9

71.0

9

36.9

13.2

10

36.9

15.3

11

36.9

45.8

12

36.9

28.1

圖2 振动測量位置

由试验测量结果可以看出,低温过热器出口区域振幅最大,并且振动频率为36.9Hz,簣D扑阒捣浅O嘟。判断低温过热器区域为振源区域。

3 治理方案

鍋爐烟道是一个易发生共振的结构。一方面,烟气流过管束时,卡门涡流必然产生,故引起共振的激振力总是存在。另一方面,烟气流的声驻波具有无限的谐波,只要卡门涡流引起的激振频率与烟气柱声驻波的任一谐波频率相耦合,共振都会发生。

要抑制这种气体的振动,必须使振动系统失谐。为达到此目的,可以在烟道的宽度方向装设若干隔板。隔板可以将低温过热器所在的尾部烟道分为多个较小的隔间,使各个隔间的声驻波固有频率大于卡门涡流的最大频率。根据相关资料,一般把隔间的固有频率提高到 100Hz以上。

隔板在振源区域低温过热器处安装,沿尾部烟道宽度方向共布置 8 组,每组安装位置见表3,每组有 5 片钢板。每组隔板由 5 片装设在同一平面、高 2650 mm、宽 1550 mm 的矩形钢板组成,见圖3,由于低温过热器管卡布置原因,5片隔板错列布置,并使其能够将贯通管排纵向节距的气柱完全隔断。

圖3  隔板位置示意

表3  隔板安装位置表

隔板序號

隔板中心線與後豎井左側包牆中心線的距離/mm

1

2507.6

2

5250.8

3

7651.1

4

10508.6

5

13023.2

6

15880.7

7

18281

8

21024.2

鍋爐对称中心线一侧的隔板间距互不相同,使得不同隔间的声驻波频率不同。即使在管组的某一部分发生共振,其它部分由于它们的固有频率不同而保持平静。因此共振是局部的,整个管组不会发生总体振动。而且这种局部的振动也很轻微,因为所有相邻的其它气柱由于惯性作用而对这一振动起阻尼作用。

圖4  隔板安装

4 結束語

2016年6月按此方案对低温过热器布置隔板,见圖4,鍋爐再次启动,无论高低负荷未再发生尾部烟道振动。

鍋爐尾部烟道振动受鍋爐性能、结构、生产工艺等方面的影响,在运行中也受入炉煤质,运行控制等影响。所以在鍋爐的设计、制造中要进行充分的考虑、核算,需要的话在工厂预装隔板后出厂。

參考文獻:

[1]孫籠.工程流體力學[M].北京:水利電力出版社.1992.

[2]丁立新.电厂鍋爐原理[M].北京:中国电力出版社.2008.

[3]董坤.卡门涡旋流对电站鍋爐安全性的影响及治理措施[J].热力发电,2008, 37(10):31-34.

作者簡介:

李有信(1981—),男,河南方城人,工程師,從事電廠試驗及調試方面的工作(E-mail:94660172@qq.com)。

電話:18537116917,郵編:450000,通信地址:河南省鄭州市高新區蓮花街55號威科姆大廈A座1218室


 博久线上官网网址:http://www.139szl.com 京ICP备15041663 网站技术服务:iWing