某型鍋爐冷風管道的減振方案及分析

何曉亮

(赤峰市特種設備檢驗所，內蒙古 赤峰 024000)

0 概 述

鍋爐是發電廠的關鍵設備之一，鍋爐冷風管道的結構及布置狀態，將直接影響機組的穩定運行。目前，某些運行多年的鍋爐及送風機出口冷風管道存在不同程度的振動，特別是在縱進橫出的冷風管道系統中，因風道彎頭的死角太多，在風道聯箱中會形成渦流，使管道中的實際風速過高，風道被頻繁撕裂，常需停爐補焊風道。因此，研究電廠鍋爐冷風管道系統的振動問題，分析引起管道振動的主要因素，掌握振動機理，是確保機組平穩運行及降低發電成本的關鍵。

1 送風設備及冷風管道

某型機組鍋爐配備2臺送風機，通過2條冷風管道給鍋爐送風，空氣吸入口距送風機30 m，無轉角。在送風機出口處，有1個90°轉角，然后經過2個90°轉角分為兩股風，這兩股風再經過2個90°的轉角，對沖后被送入空氣預熱器。冷風道的總長度，約為50 m，在滿負荷工況下，冷風管道內的空氣流速，約為18 m/s。

2 管道振動時存在的問題

該鍋爐冷風管道的轉角較多，特別是在左右側的冷風道中，因空氣流的對沖，致使冷風管道內產生了強烈渦流，引發鍋爐冷風管道的劇烈振動。由于管道的振幅較大，在機組運行中，頻繁發生冷風管道焊縫的脫焊或開裂，甚至有整塊鋼板脫落的情況。因鍋爐漏風量的劇增，機組被迫降負荷運行后，再對冷風道進行補焊。漏風嚴重時，不得不停爐進行處理。經多年運行后，該鍋爐冷風管道已被多處補焊，成為機組運行時的薄弱環節。鍋爐冷風道管的振動問題，已成為制約安全運行的重要因素。僅在2017年內，因冷風管道的開裂漏風，造成機組降負荷運行的次數，有7次，被迫停爐1次，給該機組的安全運行，帶來了極為不利地影響。

3 振動起因及分析

據了解，該機組在規劃設計時，較多地考慮了場地空間等因素，對于鍋爐出口風箱的布置顯得較為緊湊，較少考慮風道內流體的流動特性。在鍋爐冷風管道的布置上呈現了彎頭多、彎頭旋轉角度大、風道通流面多變等特點，因此，風道內的渦流特別強烈，進而造成了鍋爐冷風管道的劇烈振動。根據實測，風機出口至空氣預熱器入口段風道的振幅最大。當鍋爐滿負荷運行時，鍋爐冷風管道振幅值有6處超過2 mm，有12處超過0.5 mm，有19處超過0.3 mm，還有38個點的振幅超過0.2 mm。在如此劇烈振動的工況條件下，不可避免的在風道壁上產生高頻交變應力，經長期運行后，必然使風道管壁承受著疲勞損傷。因此，機組運行某時間段后，冷風道必然會因金屬疲勞發生開裂或脫焊等現象，造成冷風管道的損壞。

此外，在鍋爐空氣預熱器入口聯箱處，氣體流動為縱進橫出的流動方式，氣體的流動狀態不佳。1號風機送出的氣流，為從左向右，而2號送風機送出的氣流，為從右向左。按鍋爐冷風管道的設計方案進行分析，兩股氣流交匯于中間位置，并發生強烈碰撞，碰撞后氣流的軸向速度為零，在此區域形成1個較大的渦旋區，而在實際運行中，2個風機的運行工況不可能完全相同，因此，最高靜壓區就會在中部位置左右擺動，由此對矩形風道壁面產生較大的交變載荷，從而形成了振源，引發了空氣預熱器聯箱的強烈振動，并沿風道擴展至整個矩形風道。當氣流與風道的振動頻率相同時，就會形成共振，對鍋爐冷風管道造成了更嚴重的損壞。所以，對冷風管道的減振治理，應著重減少風機出口至空氣預熱器入口段風道的振幅值。

4 改造方案

針對風機出口至空氣預熱器入口段風道振動，主要可從兩方面著手。一是對冷風道外壁的加強筋進行改造，增大冷風管道的剛度，增強抗振能力。在煙道、風道外側面增設角鋼、扁鋼，制成矩形橫向加固肋筋，加強固定進行消振處理；二是在冷風道管中的適當位置，加入導流板，改善整個流場的均勻性，防止產生渦流，消除振源。 在改造方案中，采取了多個方面的減振措施。

(1)在現有的矩形風道壁面上，用8號角鋼添加三道縱向加強筋，并將原壁面上的扁鋼換成8號角鋼，形成了500 mm×500 mm的井字形加強筋網格，提高管道的抗振強度。

(2)將空氣預熱器聯箱隔斷，并在聯箱內加裝均流導風板，使風道內的氣流較為均勻，減少了流體間的碰撞，消除空氣預熱器入口聯箱處的渦旋區，解決空氣預熱器入口處氣流不均的問題。

(3)在進入三通的左右兩側，分別增設了1塊導流板，并在三通入口處加裝分流板。

(4)為消除2臺風機并聯運行時形成的交變振源，在2個聯箱的交匯處，用弧形板隔斷，將原有各聯箱入口處的突擴形狀，改為大圓弧的漸擴形狀。

5 結 語

實施改造方案后，顯著降低了風機出口至空氣預熱器入口段風道的振幅值。當機組滿負荷運行時，在原測點所測的振幅值，遠低于改造前的數值，有效地解決了冷風管道振幅過大的問題。不但解決了因冷風道振動造成的頻繁降負荷、停爐等問題，還減小了冷風管道的通風阻力，強化了尾部受熱面的換熱，降低了排煙溫度。經計算，僅因降低排煙溫度和送風機節電所產生的節能效益，就可達100萬元/年。