0、引言
    某發(fā)電廠(chǎng)330 MW機(jī)組所配鍋爐為東方鍋爐廠(chǎng)DG-1018/18.4-Ⅱ6亞臨界壓力一次中間再熱自然循環(huán)汽包爐，采用Ⅱ形布置、平衡通風(fēng)、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)、緊身封閉、固態(tài)排渣，燃用煙煤。制粉系統(tǒng)采用中速磨正壓直吹式系統(tǒng)，設(shè)計(jì)煤粉細(xì)度R90=20%。燃燒器為四角直流切圓燃燒，共布置5層。1臺(tái)磨煤機(jī)帶1層燃燒器，共配備5臺(tái)ZGM中速磨煤機(jī)。該機(jī)組于2007年投入運(yùn)行，2008年4月發(fā)現(xiàn)鍋爐尾部煙道55 m標(biāo)高處爐墻振動(dòng)較大，明顯可見(jiàn)爐墻晃動(dòng)，從尾部煙道上至下第3層剛性梁振動(dòng)最為明顯，煙道振動(dòng)最嚴(yán)重時(shí)將膜式受熱面撕裂，直接影響鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
    針對(duì)該鍋爐存在的問(wèn)題，2009年9月在機(jī)組小修時(shí)進(jìn)行了檢查處理，使煙道局部振動(dòng)問(wèn)題得到了明顯的改善。
1、設(shè)備狀況
1.1  省煤器
    該鍋爐爐膛寬度為14 706 mm，尾部豎井深度為9 890 mm。從給水管路來(lái)的給水由左、右兩側(cè)進(jìn)入標(biāo)高32950 mm處的省煤器進(jìn)口集箱(咖273x40，20G)，白下而上流經(jīng)單級(jí)省煤器蛇形管束，分3路引入3只省煤器中間集箱(∮273x45，20G)，再由此3只集箱各引出56根吊掛管(∮60x9，SA-210C)．用來(lái)支吊布置在尾部豎井中的低溫過(guò)熱器水平段，吊掛管穿過(guò)尾部豎井爐頂后匯人標(biāo)高62 700 mm處的省煤器出口集箱(∮273 x40，20G)，經(jīng)由12根連接管(∮159x18，20G)引入鍋筒，在鍋爐左側(cè)第2根下降管標(biāo)高23 500mm處和省煤器進(jìn)口給水管之間設(shè)置1根DN100再循環(huán)管(∮133 x16，20G)。富通新能源生產(chǎn)銷(xiāo)售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，同時(shí)我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
    單級(jí)省煤器蛇形管束布置在尾部豎井下部，共112片，每片由3根管子(∮51x6，SA-210C)繞成，分2組順列布置，每組蛇形管第1排和彎頭等易磨損處設(shè)置了防磨蓋板，在2組蛇形管組中間留有800 mm檢修空間。為防止煙氣偏流，省煤器與四周墻壁間設(shè)有阻流板。
    在省煤器進(jìn)口集箱穿過(guò)省煤器區(qū)域護(hù)板處，設(shè)置有金屬多波節(jié)波紋管圈，既可確保穿墻密封，又可自由膨脹，但在護(hù)板框架內(nèi)設(shè)有位移約束裝置。
1.2低溫過(guò)熱器
    低溫過(guò)熱器布置在尾部豎井內(nèi)，共1 12片，管子橫向節(jié)距為130 mm，縱向節(jié)距為114 mm，每片由5根管子(Ø57x7)繞成，分為垂直出口段和水平段，垂直出口段縱向節(jié)距為114mm，管材為12CrlMoVG。水平段分3組，上面2組管材為15CrMoG，下面1組管材為SA-210C，每組間留有800mm的檢修空間。低溫過(guò)熱器水平段管子的橫向節(jié)距由省煤器吊掛管懸吊并保持，縱向節(jié)距垂直段依靠2塊lCr18Ni9Ti扁鋼管夾保持，水平段依靠lCr6Si2Mo定位塊來(lái)維持，3個(gè)支承點(diǎn)，中間為固定支點(diǎn)，兩側(cè)為活動(dòng)支點(diǎn)。
1.3鋼架及爐墻
    為確保爐膛和包墻在內(nèi)壓力波動(dòng)和煤粉爆炸時(shí)不受影響，在爐膛和后豎井四周沿管壁高度方向設(shè)有多層水平剛性梁，在水平煙道區(qū)域設(shè)有2組垂直剛性梁，在水平煙道下部，爐膛與后豎井之間設(shè)有桁架結(jié)構(gòu)。剛性梁設(shè)計(jì)承壓能力為+5 800 Pa，瞬間無(wú)永久變形承壓能力為+8 700 Pa。
    省煤器和煙道區(qū)域護(hù)板爐墻采用輕質(zhì)保溫材料復(fù)合結(jié)構(gòu)，外表面設(shè)有壓型板予以保護(hù)。省煤器進(jìn)口集箱穿護(hù)板處設(shè)有金屬多波膨脹節(jié)和限位裝置。
2、鍋爐振動(dòng)成因
2.1鍋爐振動(dòng)類(lèi)型
    鍋爐振動(dòng)可分為尾部對(duì)流受熱面或尾部煙道的振動(dòng)和鍋爐爐膛的振動(dòng)。
    尾部對(duì)流受熱面或尾部煙道振動(dòng)的原因是燃燒煙氣流過(guò)尾部受熱面時(shí)，發(fā)生渦流共振。渦流的脫落頻率與結(jié)構(gòu)固有頻率或某階聲駐波頻率耦合時(shí)，將發(fā)生共振。這種共振，現(xiàn)場(chǎng)可聽(tīng)到非常刺耳的噪聲，使人無(wú)法停留，手觸摸振動(dòng)位置有觸電感。
    鍋爐爐膛振動(dòng)的原因是燃燒脈動(dòng)引起的。鍋爐燃燒并非是連續(xù)的、常壓的穩(wěn)定過(guò)程，而是一個(gè)脈動(dòng)過(guò)程。如果燃燒不合理，爐膛內(nèi)的氣流波動(dòng)就不可避免，從而誘發(fā)燃燒室局部低頻振動(dòng)。爐內(nèi)氣流波動(dòng)的幅度和范圍與燃燒器形式、爐膛結(jié)構(gòu)以及爐墻本身彈性有關(guān)，更多地與燃用的煤種、負(fù)荷、風(fēng)量調(diào)節(jié)量，甚至給水、給粉量和它們之間的配比有關(guān)。運(yùn)行條件的差異也能導(dǎo)致?tīng)t膛氣流波動(dòng)。從理論上講，燃燒引起的爐膛振動(dòng)是不可避免的。新投運(yùn)的鍋爐，運(yùn)行初期發(fā)生局部振動(dòng)是可以理解的，但通過(guò)燃燒調(diào)整、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)積累，以及各參數(shù)選擇合理后，振動(dòng)會(huì)減弱。
2.2引起鍋爐振動(dòng)的因素
    氣流誘發(fā)鍋爐振動(dòng)的因素可以分為內(nèi)部流動(dòng)和外部流動(dòng)。內(nèi)部流動(dòng)引起鍋爐管束振動(dòng)，其主要原因是管內(nèi)流動(dòng)的不穩(wěn)定性和管道的汽水沖擊現(xiàn)象。省煤器區(qū)域的振動(dòng)，可能是由于省煤器發(fā)生局部沸騰引起。外部流動(dòng)主要是空氣動(dòng)力學(xué)的不穩(wěn)定性以及旋渦誘發(fā)振動(dòng)�？諝鈩�(dòng)力學(xué)振動(dòng)一般分為：旋渦脫離、湍流顫振、流體彈性擾動(dòng)、聲駐波激振、射流轉(zhuǎn)換、射流不穩(wěn)定性、尾流擺動(dòng)。無(wú)論哪種振動(dòng)，都是由設(shè)共振引起的。
    發(fā)生在鍋爐尾部煙道的振動(dòng)是由于煙氣橫向沖刷管束時(shí)形成的卡門(mén)渦流以一定的周期脫落所產(chǎn)生的壓力波導(dǎo)致。當(dāng)激發(fā)頻率與某一煙氣柱的固有頻率或可能的諧振頻率耦合時(shí)，就引起共振，產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)和噪聲，其振動(dòng)的大小取決于阻尼的大小。
    根據(jù)式(2)，煙氣流過(guò)管束時(shí)，產(chǎn)生卡門(mén)渦流現(xiàn)象，即引起共振的激振力一直存在。煙氣流的聲駐波具有無(wú)限的諧波，只要卡門(mén)渦流引起的激振頻率與煙氣聲駐波任一諧波頻率耦合，發(fā)生共振。鍋爐煙道的寬度隨著鍋爐容量的增加而增加，造成聲駐波固有頻率減小，更容易引起振動(dòng)。鍋爐煙道是容易引起共振的結(jié)構(gòu)，因?yàn)轭l率耦合首先從低頻開(kāi)始，振動(dòng)從尾部受熱面開(kāi)始，發(fā)生振動(dòng)的頻率為30～100 Hz。
    鍋爐尾部的煙道振動(dòng)比較復(fù)雜，引起尾部煙道振動(dòng)的主要因素有煙道的駐波頻率、煙氣的卡門(mén)渦流的脫流頻率、受熱面管束的固有頻率。當(dāng)煙氣流過(guò)受熱面時(shí)，其駐波頻率和渦流的脫落頻率與設(shè)備固有頻率或某階聲駐波頻率耦合，即發(fā)生共振。
    鍋爐爐膛振動(dòng)是由于燃燒脈動(dòng)和運(yùn)行引起的，爐膛燃燒本身是一個(gè)氣流的脈動(dòng)過(guò)程，燃燒器結(jié)構(gòu)形式、爐膛結(jié)構(gòu)、爐墻的本身彈性，鍋爐配風(fēng)方式、運(yùn)行參數(shù)、煤質(zhì)、運(yùn)行氣流脈動(dòng)影響也可能導(dǎo)致鍋爐爐墻振動(dòng)。鍋爐煙道的寬度增加，聲駐波頻率減小，更易發(fā)生振動(dòng)。
3、鍋爐煙道振動(dòng)分析處理
3.1  振動(dòng)現(xiàn)象
    為保證鍋爐在一定運(yùn)行變化下其爐膛和煙道不受破壞，設(shè)計(jì)了剛性梁來(lái)加強(qiáng)煙道剛度。但剛性梁設(shè)計(jì)不足或安裝不當(dāng)，剛性梁本身受膨脹限制或剛性不足時(shí)，會(huì)導(dǎo)致鍋爐發(fā)生嚴(yán)重的振動(dòng)。
    對(duì)于局部性振動(dòng)，可通過(guò)局部加固，來(lái)改善振動(dòng)情況。
運(yùn)行觀察發(fā)現(xiàn)，爐墻晃動(dòng)主要發(fā)生在后部豎井的外側(cè)煙道，從上往下依次為第3層剛性梁晃動(dòng)幅度最大，至5層減弱，至52 m附近及尾部低溫過(guò)熱器人口煙道越來(lái)越弱。
    鍋爐后豎井后墻EL52700、56400層剛性梁從運(yùn)行以來(lái)經(jīng)常發(fā)生晃動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)該處銷(xiāo)軸和角部板開(kāi)孔的配合間隙過(guò)大，銷(xiāo)軸在開(kāi)孔中晃動(dòng)，幅度約為5～10 mm，使得該處剛性梁端部失去可靠支撐，在爐內(nèi)煙氣壓力的作用下發(fā)生晃動(dòng)。轉(zhuǎn)向室煙氣壓力值的變化為-160 Pa~+57 Pa，在這個(gè)壓力下剛性梁的變形非常小，理論計(jì)算在2 mm左右。剛性梁晃動(dòng)的主要原因是角部銷(xiāo)軸和開(kāi)孔的配合間隙過(guò)大，不能給剛性梁端部提供可靠支撐。
    各層導(dǎo)向裝置的配合間隙較大，有的達(dá)10 mm以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)要求（預(yù)留2mrri間隙），使得鍋爐膨脹處于自由狀態(tài)，導(dǎo)向裝置沒(méi)有發(fā)揮引導(dǎo)膨脹的作用。
    該鍋爐爐墻的振動(dòng)是一種局部振動(dòng)，由于該處爐墻結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使其剛性較差，同時(shí)尾部轉(zhuǎn)向室低溫過(guò)熱器人口煙道處，煙氣流過(guò)受熱面時(shí)產(chǎn)生渦流，渦流的脫落頻率與設(shè)備固有頻率或某階聲駐波頻率耦合，即發(fā)生共振。由于該處結(jié)構(gòu)剛性較差，振動(dòng)表現(xiàn)為該部位爐墻晃動(dòng)幅度增大。
3.2振動(dòng)與運(yùn)行的關(guān)系
    由于鍋爐煙道的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，煙氣流過(guò)管束時(shí)，必然產(chǎn)生卡門(mén)渦流，引起共振。為減少這種振動(dòng)，必須使振動(dòng)系統(tǒng)失諧。通常是在煙道寬度方向裝設(shè)若干隔板，把煙道分成小的氣室，使各個(gè)氣室所具有的聲駐波固有頻率大于卡門(mén)渦流的最大頻率，防止振動(dòng)發(fā)生。
    在鍋爐不同負(fù)荷、煤質(zhì)、燃燒器運(yùn)行方式下，鍋爐振動(dòng)沒(méi)有明顯的改變，鍋爐振動(dòng)現(xiàn)象一直存在。通過(guò)改變一次風(fēng)、二次風(fēng)的配比，適當(dāng)?shù)慕o水溫度、煤種、負(fù)荷等，但效果不明顯，振動(dòng)依然存在。
3.3振動(dòng)處理
    2009年9月在機(jī)組小修時(shí)對(duì)角部板間隙進(jìn)行了檢查調(diào)整，對(duì)剛性梁進(jìn)行了檢查，對(duì)振動(dòng)區(qū)域梳型板的焊接進(jìn)行了檢查補(bǔ)焊加固，對(duì)受熱面管排進(jìn)行了檢查、調(diào)整，加固了松動(dòng)的管排管夾，使振動(dòng)得到了控制。機(jī)組啟動(dòng)后，振動(dòng)明顯減小。
4、建議
    (1)進(jìn)行鍋爐燃燒調(diào)整試驗(yàn)，改變鍋爐用風(fēng)量和燃燒配風(fēng)方式，從而改善爐膛以及尾部煙道內(nèi)氣流的脈動(dòng)狀況，以減少和降低振動(dòng)。富通新能源生產(chǎn)銷(xiāo)售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶(hù)們不錯(cuò)的選擇。
    (2)在大修中對(duì)剛性梁進(jìn)行檢查，保證梳型板焊接可靠、聯(lián)結(jié)符合要求，使角部板的間隙合適，安裝符合設(shè)計(jì)要求。在滿(mǎn)足鍋爐膨脹的同時(shí)增加剛性梁剛度，減小尾部煙道的晃動(dòng)。
    (3)檢查加固受熱面管排管夾，增加阻尼，增加受熱面或煙道剛度，改變頻率即煙道寬度。
    (4)核算尾部煙道聲駐波頻率，對(duì)振動(dòng)頻率進(jìn)行測(cè)試分析，在尾部受熱面增加煙氣分隔擋板以改變聲駐波頻率，從根源上消除振動(dòng)。