管式空气预热器振动原因分析及其处理方案

管式空气预热器振动原因分析及其处理方案

揭钊

（茂名热电厂，广东茂名525011）

【摘要】针对锅炉管式空气预热器在改造安装后，在试运行时管式空气预热器产生强烈振动，文章通过对管式空气预热器产生振动的原理进行分析，提出了三种处理方案。

【关键词】管式空气预热器；振动原因分析；处理方案

【中图分类号】TM621.2 【文献标识码】A 【文章编号】1008-1151(2006)02-0128-02

一、前言

茂名热电厂建于1958年，锅炉设备为两台220t/h和两台410t/h的燃油锅炉，到了20世纪末，油价不断上升，为了降低发电成本，茂名热电厂发展水煤浆应用技术，以煤代油，推广洁净燃料水煤浆燃料。于2001～2002年先后把两台220t/h燃油炉（空气预热器为管式）改为燃水煤浆、油两用炉，成为国家级水煤浆燃烧发电的示范基地。于2004年，又把#3炉为WGZ410/100-3型燃油炉改烧水煤浆，为保证锅炉的出力，进行了锅炉炉膛扩容，降低炉膛热负荷等技术改造，尾部回转式预热器改为管式预热器。炉改安装施工完，进行了锅炉的风压和冷态试验，在试验过程中，当送风机的调节档板开到40%时，管式空气预热及其入口风道出现了较为剧烈的振动，风机无法继续升负荷。随着送风机负荷的升高，管式空气预热器振动加剧，被迫进行管式空气预热器防振改造处理。

二、原因分析

本次改造的管式空气预热器结构布置分为高、低温两级，低温段又分为上、下两段，均采用错列光管束立式布置。预热器剧烈振动时，甲、乙两侧送风机调节档板开度35%，甲送风机：电流41.9A,风机出口压力1810Pa,风量18万立方米；乙送风机：电流37.2A,风机出口压力1087Pa，风量15万立方米。根据现试运情况及测试数据，振动剧烈，振动声音很大。在管式空气预热器中，当汽流横向绕流管束时，卡门涡街的交替脱落会引起风声响效应，因为卡门涡流的交替脱落会引起空气预热器中气柱的振动。当漩涡的脱落频率（fk）与管箱的声学驻波振动频率（或称气室固有频率fK）相重合时，会诱发强烈的管箱声学驻波振动，产生很大的噪声，造成空气预热器管箱的激烈振动。

卡门涡流频率

fK=StV/d

式中：St———斯特罗哈数

V———空气进入空预器速度

D———管子的直径

气室固有频率

fc=

式中：C———谐波的阶次（C=1，2，3，……）

T———气流平均温度（K）

L———气室宽度（m）

当C=1时，气室固有频率称为基本频率，以f表示。

管式空气预热器的声学共振过程是锅炉机组升负荷时，卡门涡流频率逐渐接近于气室固有频率，首先在锅炉低负荷时可能重合，由于激发能还不足以产生强烈的振动，随着锅炉负荷的增加，使空气预热器产生强烈的振动，并发出噪声，导致于设备疲劳破坏和锅炉机组被迫被迫降负荷运行。由于气流振动是多阶次的，卡门涡流频率和气室固有频率可能在一次阶波上重合，也可能在较高阶波上重合。

三、处理方法

管式空气预热器的声学共振的消除方法一般有下述三种：

方法一：圆管改为流线型或螺旋肋片式管子，消除卡门涡流效应。这将引起制造成本等一系问题。

方法二：改变管子节距，使St系数增或减，从而改变卡门涡流频率。实际难以实现。

方法三：提高气室固有频率，加装消振隔板将气室分成几个空腔，提高振风量，避免声学共振。

根据茂名热电厂家#3炉安装情况，采用方法三是简易可行的。

管式空气预热的防振设计是按照气室的固有频率的基本频率（f）在所有的锅炉负荷内都大于卡门涡流频率来选择气室的宽度。故管式空气预热器的防振必要条件为: fc＞m.·fk

式中：fc———气室固有频率

fk———卡门涡流频率

m———储备系数，错列管束，取1.5。

1.现低温段下部管箱为错列布置：查得St=0.5

进入空预器速度V=7.3m/s

管子的直径d=0.04m

则：fk=0.5×7.3／0.04=91.25

m·fk=1.5×91.25=136.88

管箱宽度L=5.96m

管箱进口处：T1=273+25=298K

f1= = =28.96

管箱出口处：T2=273+105=378K

f2= = =32.62

根据以上计算,所有管箱单元均未满足管式空气预热器振动必要条件fc＞m·fk,故应加装防振隔板,将气室分成几个腔,以提高气室的固有频率。

若加装隔板数为n，则应满足（n+1）·f＞m·fk=136.88

对管箱进口：n1＞m·fk／f1－1=136.88／28.96－1=3.72（取整数为4）

对管箱出口：n2＞m·fk／f2－1=136.88／32.62－1=3.19（取整数为4）

为确保管式空气预热器的防振必要条件fc＞m·fk，采用n=5；即低温段下部两组多加装防振板5块，加装隔板须取掉部分钢管，排烟温度有所提高，经计算会造成锅炉效率下降0.03%，影响较小。

1.现低温段上部管箱为错列布置：查得St=0.5

进入空预器速度V=5.9m／s

管子的直径d=0.04m

则fk=0.5×5.9／0.04=73.75

m·fk=1.5×73.75=110.63

管箱宽度：L=5.96m

管箱进口处：T1=273+105=378K

f1= = =32.62

管箱出口处：T2=273+183=456K

f2= = =35.83

根据以上计算,所有管箱单元均未满足管式预热器的防振必要条件fc＞m·fk,故应加装防振板,将气室分几个腔，以提高气室的固有频率。

若加装隔板数为n,则应满足（n+1）·f＞m·fk=110.63