匯合煙道振動分析及優化解決方案

魏敏

南京中電環保科技有限公司 江蘇南京 210012

1 情況介紹

合肥某熱電公司現有四臺鍋爐，采用“SNCR+SCR+COA+電除塵器+半干法脫硫+布袋除塵器+煙氣脫白”進行超低排放改造。1#、2#鍋爐煙氣經過處理后，經引風機匯入1#、2#母管頂部及側部；3#、4#鍋爐煙氣經過處理后，經引風機分別引出匯入3#、4#母管；1#、2#母管與3#、4#母管從煙囪兩側進入排入大氣，布置圖如圖1。1#、2#爐匯合母管煙道在兩臺爐同時運行時，下部支架振動劇烈；3#、4#爐匯合母管煙道運行正常。

圖1 煙道布置圖

2 振動測試

3#、4#煙道匯合由于場地較大，由4#煙道擴口后3#煙道匯入，煙道流場相對較好并未發生振動現象，現著重對1#、2#爐煙氣振動情況進行測試分析。

工況一：1#爐80%負荷，2#爐20%負荷，振動響聲明顯變小；工況二：1#爐20%負荷，2#爐80%負荷，振動響聲稍微大點；工況三：1#爐50%負荷，2#爐50%負荷，振動劇烈。用振動頻率測試儀測1、2、3、4號柱振動頻率，3號柱振動頻率大于1號柱，其次大于2號柱。

3 振動原因分析

3.1 煙道連接復雜導致氣流分布不均

由于場地限制，1#、2#鍋爐煙氣分別從頂部、側部匯入1#、2#母管煙道，煙道結構復雜。1#、2#煙道匯合[1]時存在多個變徑截面、彎頭，容易出現氣流分布不均勻的現象。氣流經過彎道時，容易出現截面速度不均的情況。彎道處的內外側壓力不同，從而導致氣流流速不同，氣流此時出現了雙螺旋形式的二次流，在彎道前后形成渦流區。同時，1#側部匯入，2#頂部匯入，在負荷相當時容易出現對沖現象，從而導致振動劇烈。

3.2 煙道加固肋強度不夠

煙道加固肋設計間距過大，一般情況對于方形煙道，間距超過1200mm可能會引起煙道局部振動。

3.3 煙道內支撐產生的渦流

設計時煙道壁板厚度為5mm，煙道加固采用外加固肋+內支撐管的形式。內支撐管對氣流產生干擾，氣流經過內支撐時產生旋渦[2]，引起煙道振動[3]。

3.4 安裝精度不高

設備安裝精度不高，引風機或者換熱器安裝精度存在問題的話，也會引起附近煙道或者支架長生振動現象。

4 解決方案

4.1 CFD流場模擬

為了了解匯合煙道煙氣流場情況，用軟件CFD[4]進行模擬。通過速度流線（如圖2）可以看出，1#，2#引風機煙道匯合處煙氣亂流現象較為嚴重，出現此問題的原因有兩種因素。第一，1#引風機出口煙道距離煙道匯合處較近，且無煙氣導流措施；第二，匯合處設計不合理，導致煙氣串流，亂流現象。

4.2 增加導流板

在1#煙道兩處水平彎頭處增設導流板[5]；2#煙道三個方向轉向，在三處彎頭處增設導流板；1#、2#匯合處增設隔板防止氣流干擾出現；進入換熱器前增設水平導流板，詳見圖3。增加導流板使氣流分布均勻，煙氣流動穩定。

圖2 速度流線立面云圖

圖3 導流板增設圖

4.3 加固肋加強

針對煙道加固肋間距較大地方采取增設加固肋方式，增加煙道整體強度和剛度，提高煙道抗振動性能。

5 結語

通過對振動煙道原因分析，采用CFD進行煙道流場模擬，進行三種措施消除振動，達到了很好的效果。運行后，煙道不再產生振動，消除了安全隱患，保證了設備穩定運行。