王 珂，王鵬程

（山西河坡發(fā)電有限責任公司，山西 陽泉 045000）

0 引言

山西河坡發(fā)電有限責任公司2臺鍋爐為東方鍋爐廠制造。鍋爐型號為DG1184/25.31-Ⅱ1，與350 MW超臨界汽輪發(fā)電機組配套。鍋爐為超臨界參數變壓運行直流爐，單爐膛、半露天M型布置、平衡通風、一次中間再熱、固態(tài)排渣、水冷滾筒式冷渣器、循環(huán)流化床燃燒方式，采用高溫冷卻式旋風分離器進行氣固分離，鍋爐整體為全鋼架結構，整體支吊在鍋爐鋼架上。每臺爐尾部豎井煙道安裝煙氣擋板8臺（前后各4臺），左右側水平布置，安裝在低再和低過下部，標高48 m處，擋板一端固定在煙道外與執(zhí)行器連接，另一端固定在煙道內的框架上。鍋爐主要參數見表1。

表1 鍋爐主要參數表

2臺機組于2016年1月和7月相繼通過168試驗投入商業(yè)運營，但是投產以后發(fā)現機組負荷達到300 MW以上時，鍋爐尾部煙道標高48～52 m處連帶周圍的大梁、平臺均發(fā)生振動。

1 鍋爐尾部煙道振動測量與調整

針對煙道振動的問題，采用振動儀分別對1、2號鍋爐在不同負荷下對其振動部位進行了振動幅度的測試，測試結果見表2、表3。

通過不同負荷下的試驗及現場觀察，發(fā)現在各個負荷段內，鍋爐本體，鍋爐爐膛水冷壁、旋風分離器、以及省煤器、空預器等均為運行正常，振動幅度較大的區(qū)域為煙氣擋板以上2～4 m，也就是尾部煙道標高48～52 m處。且隨著負荷的升高，振動幅值呈上升趨勢，最大幅值為0.342 mm。調整中隔墻前后的煙氣擋板，改變中隔墻前后通道的煙氣量，當過熱器側煙氣擋板開至45%，再熱器側擋板開至70時，煙道振動明顯減小。

表2 不同負荷下煙道的振動幅值（1號機組）

表3 不同負荷下煙道的振動幅值(2號機組)

綜上所述，得出3點結論：尾部煙道的振動隨著機組負荷的增大而增大；尾部煙道振動和煙氣量的大小有關，當煙氣量大到某一個值以上時煙道發(fā)生振動；通過降負荷和改變煙氣擋板的開度可以緩解煙道振動。

2 煙道振動機理分析

2.1 煙氣在煙道中產生振動的原因

鍋爐煙道振動的原因主要是由于尾部煙道內部煙氣氣流的脈動頻率fp、聲學駐波頻率fa和煙道本身固有頻率fn二者或者三者相互結合引起的共振[2]。煙道本身固有頻率fn在煙道安裝完畢后結構不發(fā)生變化就形成不變了，而煙氣氣流的脈動頻率fp、聲學駐波頻率fa是會隨著負荷和工況的變化而變化的，而尾部煙道振動又主要分為湍流顫振，旋渦脫離等幾種方式。

a） 湍流顫振：湍流是流體一種不穩(wěn)定的運動形態(tài)，由于湍流運行的不穩(wěn)定性，往往會造成流體或者存放流體容器的振動，這就叫湍流顫動。如果鍋爐尾部煙道中是穩(wěn)定的煙氣流動，也就是所說的層流狀態(tài)，那么就不會產生湍流顫動。但是實際生產中，鍋爐煙氣流動往往是紊流的狀態(tài)，當鍋爐管束受到干擾和擾動產生振動，其頻率剛好和鍋爐煙氣流體的湍流頻率相同，那么就會產生共振。

b）鍋爐內部的燃燒工況同樣也不是穩(wěn)定的一成不變的工況，有時也會產生爐膛壓力的脈動。同樣，鍋爐受熱面管子受到擾動產生振動和爐膛壓力脈動幾乎一致時，也會產生共振。

c） 旋渦脫離：當鍋爐煙氣氣流經過鍋爐受熱面管束后，由于管束的形狀影響，煙氣氣流的運動軌跡發(fā)生改變，在管束的背風面形成了旋渦。如果該旋渦以一定的頻率持續(xù)出現，就會使得受熱面管束持續(xù)地受到一個旋渦作用力，使得管束發(fā)生振動。同樣，如果旋渦頻率和管束固有頻率相同時，產生共振。共振嚴重時，可以造成受熱面管束損壞。

2.2 計算分析

根據聲學振動原理，卡門渦流頻率fs的計算公式[1]為

式中：S——斯特勞哈數；

U——氣流速度，m/s；

D——管子外徑，m。

煙道聲學駐波頻率fa計算公式為

式中：C——聲速，m/s；

n——駐波的階數；

W——煙道的寬度，m。

根據公式（1）、（2） 和鍋爐熱力計算書以及煙道結構的數據，可以計算出煙道擋板附近的駐波頻率。通過卡門渦流頻率和煙道聲學駐波頻率的比較，更進一步證明了煙道聲學共振的原因[1]。

3 改造方案的確定和實施

基于煙道振動機理及現場試驗結果，采用運行調整解決振動的辦法主要由以下兩種方法：降低機組負荷運行；通過調整煙氣擋板的開度。但是這兩種方法受負荷和運行工況調整的限制，均不能真正根治煙道振動的問題。所以想要解決問題還是要從根本上消除頻率共振。

根據理論分析計算和就地觀察確認，決定采用在鍋爐尾部煙道的左右側爐墻上加裝導流板（如圖1）。通過改變振動區(qū)域煙氣的流向，來削弱煙道振動。本方案為：在低溫再熱器與煙氣擋板之間49 m處的前、后煙道處加裝導流板，導流板采用焊接方式，縱向安裝在左右墻受熱面管間的密封上，焊后的焊縫全部打磨光滑，導流板規(guī)格為2000 mm×100 mm×6 mm， 材質為12Cr1MoVG，數量每臺爐18塊?，F場改造實施結果見圖1。

圖1 煙道加裝導流板改造實施圖

4 改造后效果

鍋爐經上述方案改造實施后，在機組高負荷段300～350 MW范圍內，對鍋爐1、2號鍋爐的之前煙道振動區(qū)域進行了振動測試，測試結果見表3。

表3 鍋爐改造前后煙道的振動幅值

測試記錄表明：煙道加裝導流板后，在高負荷運行工況下，煙道的振動大幅度下降，徹底解決了煙道的振動問題，為機組后續(xù)的安全穩(wěn)定運行奠定了基礎[2]。

5 結束語

目前，我國的電站鍋爐再熱器的調溫方式主要采用煙氣擋板來調節(jié)。煙氣在流經煙氣擋板時，由于煙氣擋板不同開度，煙氣流向會隨著煙氣擋板開度的不同而發(fā)生變化，致使煙氣擋板某一開度范圍內，煙氣會產生旋流，發(fā)生振動。當振動頻率與鍋爐煙道和支撐鋼架的本體的固有頻率接近時，煙道與支撐鋼架在煙氣周期性作用力下，發(fā)生不同程度的共振現象，從而引發(fā)煙道的振動。通過加裝導流板，改變煙道內流場分布后，經過連續(xù)半年的運行觀察，2臺爐的煙氣擋板處再未出現振動現象。從效果上看，煙道振動問題得到了徹底治理，同時采用該種改造方法，工程造價較低，施工工藝簡單，是一個比較理想的解決煙道振動的辦法。