馬愛香 張 娜

（陜西大唐新能電力設(shè)計(jì)有限公司，陜西 西安 710032）

針對(duì)鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)振動(dòng)問題的設(shè)計(jì)優(yōu)化

馬愛香1張 娜2

（陜西大唐新能電力設(shè)計(jì)有限公司，陜西 西安 710032）

本文針對(duì)鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)振動(dòng)的問題，提出了工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，通過對(duì)風(fēng)機(jī)選型參數(shù)和運(yùn)行工況點(diǎn)的合理選取，對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)出口管道的合理布局，對(duì)葉輪的改造，對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行變速調(diào)節(jié)，在風(fēng)機(jī)出口裝設(shè)再循環(huán)風(fēng)門等改造后，可以改善或避免由于設(shè)計(jì)不合理而引起的振動(dòng)。

鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng) 風(fēng)機(jī) 振動(dòng) 優(yōu)化設(shè)計(jì)

1 引言

電廠在運(yùn)行初期經(jīng)常出現(xiàn)煙風(fēng)系統(tǒng)振動(dòng)大，噪音大的問題，尤其是一次冷風(fēng)系統(tǒng)，一次風(fēng)機(jī)本體及進(jìn)風(fēng)箱振動(dòng)嚴(yán)重，風(fēng)道被撕裂，造成鍋爐不能滿負(fù)荷運(yùn)行。另一方面，電廠受到當(dāng)?shù)責(zé)嶝?fù)荷發(fā)展的制約，在某一階段鍋爐無法滿負(fù)荷運(yùn)行，一次風(fēng)機(jī)入口風(fēng)門開度很小，使風(fēng)機(jī)不能在安全區(qū)內(nèi)運(yùn)行，這又加劇了一次風(fēng)道的噪音和振動(dòng)。且由于煙風(fēng)系統(tǒng)一般壓力過高，振動(dòng)經(jīng)常導(dǎo)致煙風(fēng)道出現(xiàn)焊口開裂現(xiàn)象，從而導(dǎo)致大量漏風(fēng)和鍋爐出力不足。這些不僅使電廠不能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，還對(duì)電廠工作人員造成了嚴(yán)重的噪音危害。

2 振動(dòng)原因分析及其在設(shè)計(jì)過程中的優(yōu)化

鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)振動(dòng)的原因分析：⑴風(fēng)機(jī)選型參數(shù)確定不準(zhǔn)確，運(yùn)行工況參數(shù)選取不當(dāng)；⑵風(fēng)機(jī)選型不當(dāng)，預(yù)留壓力與風(fēng)量裕量過大；⑶燃用煤質(zhì)變化差異太大，風(fēng)機(jī)出力不足或過大；⑷機(jī)組負(fù)荷率過低；⑸由于場(chǎng)地受限，煙風(fēng)管道布置不暢，風(fēng)機(jī)進(jìn)出口管道設(shè)計(jì)不合理。

前四項(xiàng)可歸結(jié)為風(fēng)機(jī)容量相對(duì)過大，運(yùn)行工況點(diǎn)選取過高，屬于風(fēng)機(jī)性能因素。風(fēng)機(jī)選型過大，風(fēng)機(jī)不能在高效區(qū)或安全區(qū)內(nèi)運(yùn)行，會(huì)導(dǎo)致離心風(fēng)機(jī)及其進(jìn)出口管道的劇烈振動(dòng)和軸流風(fēng)機(jī)失速（喘振）等不安全現(xiàn)象。第五項(xiàng)屬于管網(wǎng)系統(tǒng)因素。風(fēng)機(jī)進(jìn)出口管道布置不合理，會(huì)破壞出入口氣流均勻性，使得風(fēng)機(jī)出力和效率降低。不僅增加電耗，還嚴(yán)重影響風(fēng)機(jī)性能。

根據(jù)流體力學(xué)原理，風(fēng)機(jī)特性與其工作的管網(wǎng)特性相匹配，風(fēng)機(jī)才能高效安全運(yùn)行。因此，確定好風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況參數(shù)，與管道系統(tǒng)特性相匹配，是避免煙風(fēng)系統(tǒng)振動(dòng)的關(guān)鍵。從工藝設(shè)計(jì)的角度，可通過以下幾方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.1合理進(jìn)行風(fēng)機(jī)選型

選擇與鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)相匹配的風(fēng)機(jī)型式與容量。合理選取風(fēng)量裕量和壓力裕量。另外，風(fēng)機(jī)選型時(shí)應(yīng)考慮低負(fù)荷參數(shù)時(shí)的運(yùn)行工況點(diǎn)。軸流式風(fēng)機(jī)應(yīng)避免運(yùn)行工況點(diǎn)落入失速區(qū)，離心式風(fēng)機(jī)應(yīng)避免使調(diào)節(jié)風(fēng)門開度長期在30%以下運(yùn)行。

2.2 對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行變速控制

變速調(diào)節(jié)是通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來改變風(fēng)機(jī)的特性曲線，主要包括變頻控制和調(diào)速型液力耦合器。目前，電廠CFB鍋爐應(yīng)用較為廣泛，其一、二次風(fēng)機(jī)多采用離心式，此類型風(fēng)機(jī)裕量較大，適合通過變頻控制調(diào)節(jié)。調(diào)速型液力耦合器相對(duì)具有價(jià)格低廉，操作簡單，使用壽命長的優(yōu)點(diǎn)。

多數(shù)熱電廠運(yùn)行以熱定電，而熱負(fù)荷的發(fā)展是一個(gè)長期而漸進(jìn)的過程，在熱負(fù)荷未達(dá)到設(shè)計(jì)熱負(fù)荷之前或者熱負(fù)荷季節(jié)性的降低，鍋爐必須低負(fù)荷運(yùn)行。此時(shí)通過變速調(diào)節(jié)，風(fēng)機(jī)能重新調(diào)整在高效區(qū)內(nèi)運(yùn)行，避免落入不安全區(qū)而出現(xiàn)振動(dòng)，滿足鍋爐在低負(fù)荷工況下的穩(wěn)定運(yùn)行。此外，當(dāng)風(fēng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，風(fēng)機(jī)效率基本不受影響，而風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)消耗的功率將顯著降低，節(jié)能效果明顯。

2.3改造風(fēng)機(jī)葉輪改造來改變風(fēng)機(jī)性能參數(shù)

通過調(diào)整葉片角度、改變?nèi)~片形式以及葉輪直徑大小，可改變風(fēng)機(jī)風(fēng)量和風(fēng)壓，從而達(dá)到對(duì)風(fēng)機(jī)性能參數(shù)的改變。此改造方法對(duì)風(fēng)量和壓力的調(diào)節(jié)范圍有限。

2.4 在風(fēng)機(jī)出口裝設(shè)再循環(huán)風(fēng)門

當(dāng)風(fēng)機(jī)出力過小時(shí)，通過設(shè)置運(yùn)行再循環(huán)風(fēng)門，可以保證風(fēng)機(jī)工作在安全區(qū)內(nèi)。此方法適合機(jī)組短期內(nèi)的低負(fù)荷運(yùn)行情況，系統(tǒng)簡單，投資省。

2.5 對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)出口管道形式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)

風(fēng)機(jī)進(jìn)口管道以平直管段為最佳，一般要求進(jìn)口直管段為進(jìn)口管道當(dāng)量直徑的2.5倍上；風(fēng)機(jī)出口管道以平直段為最佳,一般要求出口直管段長度為3～5 倍出口管道當(dāng)量直徑；若不滿足，可在進(jìn)出口管道或者不合理彎道處上加裝導(dǎo)流板，以降低煙風(fēng)道系統(tǒng)阻力，改善風(fēng)機(jī)運(yùn)行條件。對(duì)風(fēng)機(jī)入口風(fēng)箱處氣流的不合理，可通過加寬風(fēng)機(jī)進(jìn)口風(fēng)箱的入口寬度，達(dá)到降低入口風(fēng)速的目的。也可通過改造煙風(fēng)道內(nèi)支撐桿型式和材料，來降低煙風(fēng)道阻力。這些都是通過改變管網(wǎng)特性來改善振動(dòng)的方法。

3 改造實(shí)例效果

我公司曾對(duì)某電廠 2×50MW+2×260t/hCFB機(jī)組風(fēng)道系統(tǒng)進(jìn)行改造。本項(xiàng)目在運(yùn)行初期，一次冷風(fēng)系統(tǒng)振動(dòng)非常嚴(yán)重，鍋爐不能滿負(fù)荷運(yùn)行，在負(fù)荷為40%～50%時(shí)尚能維持，隨著負(fù)荷的進(jìn)一步提高，振動(dòng)變得十分嚴(yán)重，甚至引起運(yùn)轉(zhuǎn)層平臺(tái)的振動(dòng)，且隨后發(fā)生風(fēng)道撕裂漏風(fēng)現(xiàn)象。

調(diào)查知，原項(xiàng)目設(shè)計(jì)煤質(zhì)為優(yōu)質(zhì)煤與煤矸石混燒，而實(shí)際燃燒的僅為優(yōu)質(zhì)煤，且原設(shè)計(jì)選型中預(yù)留的一次風(fēng)機(jī)風(fēng)量與壓力裕量量也偏大很多。第一次改造，對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)控制，發(fā)現(xiàn)鍋爐負(fù)荷能夠提高，風(fēng)機(jī)振動(dòng)問題有所改善，但仍有振動(dòng)問題，且鍋爐不能滿負(fù)荷運(yùn)行。分析是由于風(fēng)機(jī)進(jìn)出口管道布置不暢，局部阻力過大所致。

第二次改造，首先對(duì)入口風(fēng)箱進(jìn)行加寬處理，如圖1所示，加寬后進(jìn)口風(fēng)箱的流通截面將增大，從而降低了風(fēng)機(jī)進(jìn)口風(fēng)箱處氣流的入口流速，減少了風(fēng)機(jī)入口壓力損失，對(duì)應(yīng)電機(jī)功率也相應(yīng)減少。

圖1 風(fēng)機(jī)進(jìn)口風(fēng)箱改造示意圖；

其次對(duì)出口管段進(jìn)行改造。此一次風(fēng)機(jī)為離心式，出口形式為逆90°，由于空氣預(yù)熱器一次風(fēng)入口較低，這就導(dǎo)致風(fēng)機(jī)出口擴(kuò)散管段過短，再加上90°急彎，使空氣流動(dòng)在此處過急，形成局部渦流（圖 2左）。對(duì)此，在利用原有風(fēng)機(jī)機(jī)殼和風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的前提下，對(duì)風(fēng)機(jī)主體進(jìn)行轉(zhuǎn)向，改為逆135°（圖2右），進(jìn)而延長了風(fēng)機(jī)出風(fēng)口擴(kuò)散段型線，并在此基礎(chǔ)上加裝風(fēng)機(jī)出口導(dǎo)流板，改善風(fēng)機(jī)出口段流線，來降低風(fēng)道局部阻力。

圖2 改變風(fēng)機(jī)主體轉(zhuǎn)向的示意圖

二次改造后，機(jī)組基本能滿負(fù)荷運(yùn)行，一次風(fēng)系統(tǒng)振動(dòng)明顯改善，目前電廠運(yùn)行平穩(wěn)。

4 結(jié)論

電廠鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)振動(dòng)原因諸多，工藝設(shè)計(jì)中主要是由于風(fēng)機(jī)參數(shù)選取過大，風(fēng)道因布置不暢而局部阻力過高，風(fēng)機(jī)特性與管網(wǎng)特性不匹配引起的。應(yīng)在風(fēng)機(jī)選型、工藝設(shè)計(jì)中進(jìn)行優(yōu)化，通過對(duì)進(jìn)出口風(fēng)道改造，通過變速調(diào)節(jié)，葉輪改造，合理選取風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況點(diǎn)，合理選取風(fēng)機(jī)壓力余量，均能避免或改善風(fēng)機(jī)振動(dòng)的問題，并且達(dá)到節(jié)能降噪的目的。

[1]虞曉林.電廠風(fēng)機(jī)節(jié)能研究與改造[J].《水利電力機(jī)械》,2007,(10).

[2]張曄.電站鍋爐風(fēng)機(jī)振動(dòng)故障原因分析及措施.西北電力技術(shù)[J].2006(1)50∶52.

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1007-6344（2015）03-0342-01

馬愛香（1982—），女，陜西渭南人，碩士研究生，畢業(yè)于西安交通大學(xué)，工程師，研究方向：電廠熱能與動(dòng)力工程。