關博文

（神華國華廣投發(fā)電有限責任公司，廣西 柳州 545000）

低溫省煤器振動機理分析及優(yōu)化措施

關博文

（神華國華廣投發(fā)電有限責任公司，廣西 柳州 545000）

針對某300 MW亞臨界機組低溫省煤器，改造投運后發(fā)生受熱面振動現(xiàn)象，通過數(shù)值模擬方法研究煙氣流場和計算受熱面共振頻率，研究低溫省煤器產(chǎn)生振動的原因，并提出消除振動的措施。采用在低溫省煤器入口煙道加裝煙氣導流板的方法，可有效解決低溫省煤器受熱面振動問題。

受熱面振動；低溫省煤器；治理措施；共振頻率

低溫省煤器利用鍋爐排煙余熱加熱低壓凝結水，是節(jié)約能源的有效措施之一。低溫省煤器的汽水側連接汽輪機回熱系統(tǒng)的低壓部分［1］，由于內(nèi)部工質是低溫凝結水，所以稱為低溫省煤器［2－3］。通過在空氣預熱器出口設置低溫省煤器，由凝結水吸收熱量，降低排煙溫度，而自身被加熱，溫度升高后再返回加熱器系統(tǒng)［4－5］。由于外界進入凝結水回熱系統(tǒng)，汽輪機低壓抽汽量減少，更多的蒸汽在汽輪機低壓缸內(nèi)做功。因此，在汽輪機進汽量不變的情況下，可以降低汽輪機熱耗，提高機組效益，如使排煙溫度降低35℃，汽輪機熱耗降低0.5%。

低溫省煤器的工作環(huán)境極其惡劣，其出口煙溫一般低于100℃，低于煙氣酸露點溫度，為了避免煙氣對受熱面腐蝕，傳熱端差很小，造成對流傳熱系數(shù)較小，一般情況下為20～28 W／（m2·℃），需設置較大的受熱面積才能滿足換熱需要，使布置難度增加，煙氣流場難以控制，若結構設計不合理，會導致受熱面堵灰、磨損、振動等問題。

本文以300 MW某電廠亞臨界機組為例，在改造過程中增加了低溫省煤器以提高機組運行經(jīng)濟性，低溫省煤器布置在除塵器下游出口匯流水平煙道內(nèi)，將除塵器出口煙氣溫度降至90℃，回收空氣預熱器排煙余熱，低溫省煤器受熱面在鍋爐負荷超過270 MW時，發(fā)生強烈振動，被迫降低機組負荷。因此必須找出受熱面振動的原因，并制定消除受熱面振動方案。

1 低溫省煤器布置

低溫省煤器為煙—水換熱器，受熱面采用H型鰭片管型式，光管規(guī)格D38×4 mm，鰭片高度155 mm，鰭片寬度75 mm，鰭片厚度2 mm，受熱面橫向間距80 mm，縱向間距80 mm，管組順流布置，受熱面沿煙氣流動方向布置52排，分前后2組受熱面，2組受熱面之間布置吹灰器，換熱器總長度5 470 mm，總寬度8 000 mm，低溫省煤器在煙道內(nèi)的布置情況如圖1所示。

圖1 低溫省煤器平面布置

2 振動機理分析

2.1 入口煙氣流場均勻性

煙氣由除塵器出口的2臺引風機抽出后，分別向上流動進入?yún)R流煙道（煙道橫截面為9 500 mm× 5 000 mm），然后進入低溫省煤器所在煙道（煙道橫截面為7 500 mm×5 000 mm），通過煙道擴口進入低溫省煤器換熱。低溫省煤器受原機組結構限制，其前部煙道較為復雜，入口處的煙道擴口擴散角過大，導致低溫省煤器入口流場不均勻性較大。在低溫省煤器煙氣入口平均選擇40個點，通過數(shù)值模擬方法，對煙氣流場進行均勻性計算，得到數(shù)據(jù)如圖2所示。寬度方向的偏差大于高度方向的偏差，同一高度位置沿寬度方向測點最大偏差接近80%，同一寬度位置沿高度方向測點最大偏差接近27%。通過在低溫省煤器入口加裝導流板，可有效解決入口流場煙氣流動的不均勻影響。

圖2 低溫省煤器入口煙道流速分布

低溫省煤器入口煙道結構復雜，水平匯流煙道與進口煙道截面變化較大，省煤器進口擴口角度較大，煙氣流速偏差較大，煙氣在低溫省煤器入口處形成二次回流，在低溫省煤器入口形成漩渦，影響煙氣流動的均勻性。

2.2 受熱面共振頻率

由于受熱面在某些特定條件下能產(chǎn)生強烈的聲學共振，這種聲學共振產(chǎn)生的原因是煙氣流過管束時在管子背后形成小旋渦，稱之為卡門渦流。此種在受熱面管子背面的旋渦不斷產(chǎn)生，不斷脫落的頻率稱為卡門渦流頻率，當卡門渦流頻率與受熱面固有的駐波頻率呈高階次耦合時就會產(chǎn)生強烈的聲學共振。影響受熱面聲學的主要因素有聲學駐波頻率、卡門渦流脫落頻率及受熱面管子固有頻率。當卡門渦流脫落頻率與煙道聲學駐波頻率接近時，會發(fā)生共振現(xiàn)象。

煙道聲學駐波頻率公式為

式中：fn為駐波頻率，Hz；n為駐波階數(shù)；T為煙道絕對溫度，℃；L為煙道壁面距離，mm。

卡門渦流脫落頻率公式為

式中：fs為渦流脫落頻率，Hz；Str為斯特勞哈爾數(shù)；v為受熱面煙氣流速，m／s；d為受熱面管子當量直徑，mm。

低溫省煤器入口煙氣溫度為130℃，出口煙氣溫度為90℃，平均煙氣溫度為110℃，受熱面煙氣流速為12 m／s，因雷諾數(shù)大于1 000，Str＝0.21，受熱面管子外徑為38 mm。經(jīng)計算，煙道一階駐波頻率為f1＝54.37 Hz，卡門渦流脫落頻率為fs＝38.89 Hz。

3 消除振動措施與效果

當渦流脫落頻率在某階駐波頻率20%范圍內(nèi)時（0.8≤fs／fn≤1.2），易發(fā)生聲學共振現(xiàn)象，受熱面卡門渦流脫落頻率是煙道駐波固有頻率的0.715倍，不在聲學共振區(qū)，且受熱面采用H型鰭片管，有較強的消除渦流作用，受熱面基本上不產(chǎn)生渦流，低溫省煤器振動現(xiàn)象不屬于聲學共振現(xiàn)象。

由流場均勻性計算可知，低溫省煤器入口煙氣流速不均勻是引起受熱面振動的主要原因，通過在入口處加裝導流板，消除復雜煙道結構對煙氣流場的影響，減少受熱面入口漩渦生成量，可有效避免受熱面發(fā)生振動現(xiàn)象，受熱面進口煙道采用大擴口結構如圖3所示。圖4為加裝導流板前后低溫省煤器煙道速度流線圖，同一高度位置沿寬度方向的測點最大偏差降至20.25%（原設計偏差最大80%），同一寬度位置沿高度方向的測點最大偏差降至13.01%（原設計偏差最大27%），煙氣流場得到明顯改善，在任何負荷下，均不會發(fā)生振動現(xiàn)象。

圖3 低溫省煤器入口煙道及導流板示意圖

圖4 低溫省煤器入口煙道速度流線

4 結束語

某電廠低溫省煤器振動影響機組安全性，其原因為受熱面前入口煙道結構復雜，煙氣流動均勻性較差，煙氣在入口產(chǎn)生大量漩渦，使煙氣不能順利通過受熱面，煙氣產(chǎn)生較強的二次流效應。加裝煙氣導流板后，煙氣流動均勻，解決了低溫省煤器受熱面振動問題，為其他低溫省煤器設計中避免同類問題發(fā)生提供一定借鑒。

［1］易勇智.350 MW燃煤機組低溫省煤器振動機理分析及對策［J］.廣東電力，2015，28（7）：34－36.

［2］徐 鋼，許 誠，楊勇平，等.電站鍋爐余熱深度利用及尾部受熱面綜合優(yōu)化［J］.中國電機工程學報，2013，33（14）：1－2.

［3］宋景慧，李永毅，徐齊勝，等.電站低溫省煤器變工況特性分析與運行優(yōu)化［J］.電站系統(tǒng)工程，2015，31（6）：17－18.

［4］王政先，張 敏.低壓省煤器經(jīng)濟性對比試驗研究［J］.東北電力技術，2014，35（2）：25－26.

［5］李曉輝，張國新.近零排放機組加裝低溫省煤器運行及效果分析［J］.東北電力技術，2015，36（5）：57－59.

Analysis and Optimized Measures on Vibration Mechanism of Low Temperature Economizer

GUAN Bo?wen
（Shenhua Guohua Guangtou Power Generation Co.，Ltd.，Liuzhou，Guangxi 545000，China）

The heating surface of low temperature economizer have vibration phenomenon after operation for given 300 MW subcritical power unit.In order to eliminate vibration，numerical simulation is adopted to analyze the gas flow field and frequency of sympathetic vibration is calculated for heating surface，the reason of vibration of low temperature economizer is studied.The countermeasures are ob?tained that guide plate in entrance gas flue channel of low temperature economizer，it is able to totally solve the problem of vibration for heating surface.

Vibration of heating surface；Low temperature economizer；Countermeasures；Frequency of sympathetic vibration

TK621

A

1004－7913（2016）09－0035－03

關博文（1989—），男，學士，工程師，從事火電廠集控運行及調(diào)試檢修工作。

2016－05－20）