鍋爐振動分析及解決方案SEPCOIII10thSeptember2013摘要、關(guān)鍵詞摘要：本文通過沙特某電站燃油鍋爐振動原因分析及改造方案，為解決類似鍋爐振動問題提供借鑒。關(guān)鍵詞：鍋爐振動、熱聲振動、燃燒自激振動、渦脫落23-Mar-23鍋爐震動分析及解決方案鍋爐、燃燒器簡介23-Mar-23鍋爐震動分析及解決方案

沙特某電站共兩臺660MW燃油機(jī)組，鍋爐是亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)燃油鍋爐。燃燒器前后墻對沖布置，一次中間再熱，再熱蒸汽溫度采用煙氣再循環(huán)調(diào)節(jié)，平衡通風(fēng)，單爐膛背靠背露天布置，全鋼架汽包鍋爐。鍋爐燃用沙特380CST重油。鍋爐、燃燒器簡介

燃燒器均勻分布在各層大風(fēng)箱內(nèi)。從空氣預(yù)熱器來的熱風(fēng)從燃燒器的尾部，進(jìn)入圓柱形燃燒器，熱風(fēng)在燃燒器內(nèi)部沿圓柱的周向分為兩股風(fēng)，外圓周部分為二次風(fēng)，內(nèi)圓周部份為一次風(fēng)。在一次風(fēng)出口處還布置有一次風(fēng)的穩(wěn)燃環(huán)，其作用主要用于重油的著火與穩(wěn)定燃燒。燃燒器的一次風(fēng)、二次風(fēng)的比例和穩(wěn)燃器的位置設(shè)計(jì)為固定式。23-Mar-23鍋爐震動分析及解決方案鍋爐、燃燒器簡介23-Mar-23鍋爐震動分析及解決方案鍋爐初次振動過程簡述1#機(jī)組負(fù)荷緩慢升至420MW時（重油壓力從1.18MPa提升至1.2MPa），鍋爐發(fā)生強(qiáng)烈振動，采取降低油壓，減負(fù)荷等措施，鍋爐振動消失；其后，采取調(diào)整氧量和風(fēng)量等措施鍋爐仍然存在劇烈振動，后停爐檢查；檢查未發(fā)現(xiàn)異常。23-Mar-23鍋爐震動分析及解決方案鍋爐初次振動過程簡述

對鍋爐振動根源認(rèn)知是從淺到深，逐漸清晰的過程；在初期，鍋爐振動時，尾部豎井與空預(yù)器連接的水平煙道也發(fā)生振動；認(rèn)為是因水平煙道振動引起的鍋爐振動；同時也認(rèn)為重油槍噴嘴出力未達(dá)到設(shè)計(jì)值也是引起爐膛振動的原因。

在煙道內(nèi)安裝隔板和導(dǎo)流板后解決了煙道振動，同時也更換了新型噴嘴，但發(fā)現(xiàn)鍋爐本身振動并未消除，反而有愈演愈烈的趨勢。后通過大量實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)、資料收集，經(jīng)分析與計(jì)算，引起鍋爐振動根本原因可歸納為熱驅(qū)動型熱聲振動和燃燒自激型熱聲振動。23-Mar-23鍋爐震動分析及解決方案鍋爐振動頻率檢測與分析

爐膛內(nèi)聲學(xué)分析：鍋爐振動時對爐膛內(nèi)聲音進(jìn)行采集和FFT(FastFourierTransform)分析，鍋爐振動時爐膛內(nèi)聲學(xué)頻率為29.53Hz。

23-Mar-23鍋爐震動分析及解決方案鍋爐振動頻率檢測與分析電站鍋爐中，考慮爐膛聲學(xué)特性時，將其簡化為如下圖所示模型[1]。23-Mar-23鍋爐震動分析及解決方案鍋爐振動頻率檢測與分析儀器測量值：通過儀器對鍋爐固有聲學(xué)頻率進(jìn)行檢測：23-Mar-23鍋爐震動分析及解決方案鍋爐振動頻率檢測與分析鍋爐振動時爐膛水冷壁振動頻率如下圖：23-Mar-23鍋爐震動分析及解決方案熱驅(qū)動型熱聲振動在燃燒器-爐膛系統(tǒng)中，由于燃燒器和爐膛內(nèi)氣體存在較大溫度梯度，該系統(tǒng)易受熱驅(qū)動型熱聲不穩(wěn)定的影響。根據(jù)ASME相關(guān)文獻(xiàn)[2-3]的表明，在電站鍋爐的燃燒器/爐膛系統(tǒng)中，爐膛內(nèi)煙氣溫度較高（1400-1600℃），而燃燒器內(nèi)空氣溫度較低（80-300℃），同時有持續(xù)的大量熱量輸入系統(tǒng)，因此，爐膛和燃燒器構(gòu)成的系統(tǒng)溫度梯度較大，存在熱聲不穩(wěn)定的驅(qū)動力，系統(tǒng)易受到熱聲振動的影響。系統(tǒng)熱驅(qū)動型熱聲不穩(wěn)定發(fā)生的判斷準(zhǔn)則是：1）Rijke或Sondhauss聲波頻率及燃燒器-爐膛系統(tǒng)的頻率和聲波及爐膛氣體的聲學(xué)模態(tài)發(fā)生協(xié)同；2）由穩(wěn)定曲線定義的Rijke或Sondhauss聲波處于不穩(wěn)定區(qū)域。其中條件2是誘發(fā)振蕩的根本原因。23-Mar-23鍋爐震動分析及解決方案熱驅(qū)動型熱聲振動ASME文獻(xiàn)中熱聲振動在本項(xiàng)目證實(shí):通過降低油溫，增大OFA開度，增大GRF風(fēng)量等方法，將爐內(nèi)溫度降低，熱量往爐膛上部轉(zhuǎn)移的方法，鍋爐能在不振動的條件下提高負(fù)荷運(yùn)行，這更進(jìn)一步證明了鍋爐的振動與爐膛中溫度的水平有很大的關(guān)系。即爐膛溫度越高，超容易振動。這也就更加證明了振動原因之一確實(shí)如AMSE文獻(xiàn)中所講的熱聲振動。23-Mar-23鍋爐震動分析及解決方案熱驅(qū)動型熱聲振動熱驅(qū)動型熱聲振動解決采取的方案:在燃燒器和燃盡風(fēng)筒體內(nèi)增加長度、大小不一的阻尼管，以打亂爐膛內(nèi)聲波的傳播。燃燒器和燃盡風(fēng)進(jìn)風(fēng)口改造。從原來的尾部進(jìn)風(fēng)方案，改為從筒體側(cè)面進(jìn)入，并將進(jìn)風(fēng)口的位置前移，以徹底將消除熱聲振動。燃燒器和燃盡風(fēng)增加反射罩。在進(jìn)風(fēng)口的尾部設(shè)了錐形的一個反射罩，以打亂聲波的反射。在每一層的大風(fēng)箱中增設(shè)了用于反射聲波的橢圓形多孔板，并在孔板內(nèi)增加吸音材料，打亂聲波的反射。23-Mar-23鍋爐震動分析及解決方案熱驅(qū)動型熱聲振動23-Mar-23鍋爐震動分析及解決方案燃燒自激熱聲振動燃燒自激熱聲振動的證實(shí)熱驅(qū)動型熱聲振動受爐膛溫度/空氣溫度影響大。但通過轉(zhuǎn)油槍的火焰溫度測試表明：沒有火焰分割板Baffle，火焰溫度升高了，但帶負(fù)荷能力反而上升?？諝忸A(yù)熱器擋板門打開，則后墻的空氣溫度更低，爐膛溫度/空氣溫度的比值更大，如果是單純的熱驅(qū)動型熱聲振動，則此時更易振動，但實(shí)際上負(fù)荷有所提高而不發(fā)生振動。無論是熱驅(qū)動型熱聲不穩(wěn)定，還是燃燒過程自激熱聲不穩(wěn)定，火焰的燃燒過程均是產(chǎn)生振動的主要能量來源，對于熱驅(qū)動型熱聲不穩(wěn)定，只有當(dāng)燃燒器內(nèi)空氣和爐膛內(nèi)煙氣間溫度梯度達(dá)到一臨界值，才有可能發(fā)生振動，燃燒自激熱聲不穩(wěn)定中，當(dāng)不穩(wěn)定的熱釋放和聲場之間關(guān)系符合瑞利準(zhǔn)則發(fā)生耦合時，引發(fā)爐膛大幅振動。而本項(xiàng)目鍋爐爐膛在不同的負(fù)荷均產(chǎn)生過振動。23-Mar-23鍋爐震動分析及解決方案燃燒自激熱聲振動

解決燃燒自激熱聲振動采取的方案拆除燃燒器出口的baffle。將燃燒器火焰面板上的6塊Baffle拆除，以防止燃燒器出口在baffle后面產(chǎn)生的渦流。割除燃燒器一次風(fēng)穩(wěn)燃器的ring，以減少渦脫落引起的振動。將油槍與穩(wěn)燃器向前推進(jìn)30mm左右，另外設(shè)置了拉桿，以便對穩(wěn)燃器進(jìn)行調(diào)節(jié)。增設(shè)一次風(fēng)可調(diào)節(jié)檔板，以調(diào)節(jié)每一只燃燒器一、二次風(fēng)的風(fēng)量分配。23-Mar-23鍋爐震動分析及解決方案燃燒自激熱聲振動上述措施全部實(shí)施完后，鍋爐振動完全消除，至今未發(fā)生振動。23-Mar-23鍋爐震動分析及解決方案測試情況爐膛，燃燒器風(fēng)箱入口風(fēng)道（包括OFA風(fēng)箱），各層燃燒器之間，在各種工況下同一位置處均存在30Hz左右的主峰頻率；而在其他位置處布置的測點(diǎn)，包括送風(fēng)機(jī)出口風(fēng)道，省煤器出口煙道，空預(yù)器旁路風(fēng)道和出口風(fēng)道，再循環(huán)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)風(fēng)道，以及高再、高過出口水冷壁處，均不存在30Hz左右的主峰頻率。前文中曾經(jīng)指出，造成鍋爐振動的原因包括很多方面，如送風(fēng)系統(tǒng)中氣流的脈動、煙氣再循環(huán)系統(tǒng)中煙氣的脈動、燃油系統(tǒng)內(nèi)油壓的脈動、霧化蒸汽系統(tǒng)中蒸汽壓力的脈動、燃燒器內(nèi)空氣溫度與高溫爐膛之間由于溫度差產(chǎn)生的熱聲振動以及由于卡門渦街使燃燒脈動與爐膛形成的聲學(xué)激振等等，非常復(fù)雜。但是經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)，只有爐膛內(nèi)部以及燃燒器系統(tǒng)中的氣流脈動產(chǎn)生了30Hz左右的峰值，其它位置基本上沒有30Hz左右的脈動，這說明爐膛內(nèi)的熱聲振動自激型的熱聲振動占主導(dǎo)。上述解決方案正確。23-Mar-23鍋爐震動分析