谢 民

(华菱湘潭钢铁有限公司，湖南 湘潭 411101)

1.前言

湘潭钢铁有限公司动力厂2#锅炉型号：JG-130/3.82-Q，额定负荷为130t/h。它的烟气由甲、乙两台引风机(引风机型号：Y4-73-11-20D，额定转速998r/min)送入2#、4#、5#锅炉的集合烟道，再由分别位于集合烟道两端的1#、2#烟囱排出。

当2#锅炉负荷<90t/h时，只需开一台引风机，则烟道系统振动正常。当2#锅炉运行负荷＞90t/h时，甲、乙两台引风机必须同时运行，此时引风机及烟道振动较大，甲引风机风门开40%、乙引风机风门开60%以上时，肉眼可见管道有大幅摆动，多处烟道保温和耐火砖脱落，操作人员对引风机挡板开度及锅炉的运行方式进行调整，效果不明显，对系统的安全运行构成巨大威胁。

由于烟道系统振动严重超标，2#锅炉一般均只能低负荷运行，严重影响生产和节能降耗，因此急需进行振动治理。

2.振动测试内容及数据特点分析

(1)振动测试内容。

①各工况下引风机及烟道系统不同部位振动幅值测试和评价。

②各工况下引风机及烟道系统不同部位振动频谱分析及故障诊断。

③引风机及烟道系统不同部位固有频率的测试。

(2)烟道系统布置图及振动测点示意图如图1所示。

(3)振动测试工况及数据列表。

①振动测试。测试时，维持1#、4#、5#锅炉及其引风机工况不变。2#锅炉及引风机分为7个工况来进行，在每个工况下进行以上的测试内容，7个工况振动数据如表1所示。

图1 烟道系统布置图及振动测点示意图

表1 烟道振动值(只列出振幅大的位置) /μm

②烟道测点固有频率测试。

锅炉停炉时,在风机停止运行的情况下，采用敲击法分别对烟道几处振动较大位置的固有频率进行了测量，结果如表2所示。

表2 烟道各部分固有频率

3.振动数据特点分析

⑴单开2#锅炉两台引风机中的一台时(工况1～4)，烟道系统振动相对较小。

⑵2#锅炉甲乙风机同时运行时(工况5～7)，烟道系统振动较强烈，尤其是在烟道接口处及拐弯处，振动相比其他处较强烈，且可以明显看到保温护板在振动。

⑶单开甲引风机时，烟道的振动频率成分主要为8.21Hz,幅值较小。

工况1测点1的振动频谱如图2所示。

图2 工况1测点1的频谱

(4)单开乙引风机时，烟道振动频率成分主要为8.08 Hz、16.54Hz(引风机工频)，当乙引风机开度为100%时，还伴随着其他低频成分。工况2测点3的频谱如图3所示。

图3 工况2测点3的频谱

(5)两引风机同时运行时工况6时9点最大达6200μm，此时频谱图如图4所示。烟道的振动频率成分主要为10.34Hz。

图4 工况6测点9的频谱图

从以上试验测试结果可以看出：①风机及风道的振动主要频率成分主要为8.08Hz(单开乙引风机)、8.21Hz(单开甲引风机)、10.34Hz(甲乙风机同开)、16.54Hz(引风机工频)；②烟道振动已远远超过相关振动标准的规定，不宜长期运行，必须进行振动治理。

4.振动原因分析

(1)气流分布不均匀诱发气柱共振。

烟道系统结构复杂，在引风机进、出口烟道存在多个变截面通道及弯头，如从2#锅炉尾部出来的烟道先经三叉接口将烟气分为两部分分别进入两台引风机，且在进入引风机前经过了一个90°的大拐角锥形喇叭口形弯头，在引风机出口与进入烟囱的烟道连接段，有一个135°弯头，有一个变截面的扩张管接头。2#～5#锅炉烟道系统将几台锅炉的烟道并在了一起，即2#、4#、5#锅炉的烟气分别由引风机引出后进入烟气母管，再从烟气母管两端分别进入1#、2#烟囱排入大气。其复杂的结构系统和气流的分布不均匀，极易造成气流产生脉动，在甲乙风机同开和一定工况下，烟道内气流的涡动频率与烟道气柱的固有频率(10.34Hz)接近，发生了气柱共振。

气流的涡动是多方面的因素造成的：第一，主最要的方面在烟道内，流体来自不同方向，流体之间相互混合，产生了涡流形成旋涡；第二，风机入口导流器后面的二次流诱发振动。由于引风机入口导流器设计不合理，会在导流器后面形成二次流，二次流是一种附加于主流运动之上的同主流方向相垂直的流动，形成二次流的旋涡强度都比较高。二次流的特点是没有单一的脉动频率，且脉动频率不固定，随流量而变，其脉动强度在流量为风机最大流量的50%左右时最大(工况5和6)；第三，风机出口烟道进入主烟道时，由于烟道截面积的改变和流体方向的改变，形成旋涡；第四，风机旋转脱流诱发振动。从两台引风机热态振动试验结果看，烟道系统振动与烟气流量有密切的关系。当引风机进口挡板开度在小于40%范围内时，引风机和烟道系统振动很大，振动主要频率为10Hz左右，当挡板开度大于60%以上避开了旋转脱流工况区后，气流变得相对平稳，烟道振动大幅度降低。说明在进口挡板开度较小时，引风机主要存在旋转脱流现象。同时，其结构(变截面、支撑架及弯头)引起气流不均匀也是引起振动的原因。

⑵测试系统固有频率表明它远离气体的气柱固有频率，不会发生系统结构共振。

⑶由于烟道局部刚度不佳在一定程度上放大了烟道的振动。

5.治理方案

根据振动原因分析，锅炉烟道系统强振的治理，将从三方面考虑：一是改变气柱固有频率；二是减少气流涡动；三是烟道系统局部加固提高刚度。

⑴引风机治理方案。

图5 整流器结构图

①引风机入口烟道加装整流器。整流器是由空心园管及四周伸出的一些平板组成。整流器的结构和安装对消振效果和风机运行状况影响很大，结构如图5所示。

②引风机入口90°转角增装弧形板及加固。引风机口烟道90°转弯涡壳处结构复杂，截面积变化很大，烟气流动非常不平稳，产生了剧烈涡动。因此，在90°转弯处涡壳内部截面接合部加焊厚为5mm的小弧型钢板，以使气流沿弧线型钢板流过。同时，在涡壳外部平板面上沿垂直、水平方向加焊规格100mm的槽钢和规格60mm角钢加固，两台引风机进口烟道转弯处两个平面板之间自上而下用4根100mm的槽钢电焊连接，以增加其刚度、减小振动。

③阻旋板的设计和安装。阻旋板采用厚8mm的普通A3钢板现场制作，阻旋板安装于引风机入口锥型管前端中心线正下方，阻旋板与前后支撑架及锥型管底部接触边两侧均须满焊。为提高阻旋板刚性，在阻旋板中部左右两侧各焊一根φ30mm圆钢支撑。

④引风机出口设计加装导向叶片。由于引风机出口135°扩散弯头及其后面烟道的振动是涡流引起的。该弯头本身带有扩散角，气流流经弯头时，既改变流动方向，同时又进行扩散，导致转弯的近外壁和近内壁处及扩散管靠近风道壁处出现气流与管壁分离现象，以至形成涡流区。运行中涡流不断产生并促使烟道振动。

导向叶片由两片组成，中心角取45°，叶片宽度为2000mm，弧长为1400mm(半径取1680mm)。

⑤引风机出口斜烟道的加固。在两台引风机出口斜烟道第1节的四周，每一面都用60mm×60mm角铁成叉型加固，增加出口烟道刚度，从而减小振动。

(2)烟道治理方案。

①导流板的设计安装。在烟道系统中的I、J两个弯道及G、I与J间的直段等处加装导流板，每处加2块导流板，导流板侧面进行坡口处理后与烟道顶、底两壁面满焊，导流板之间采用支撑杠(φ60mm钢管)加固，以增强叶片刚度，防止其受气流的影响而变形。导流板迎风面打磨圆角，降低气体的流动阻力。

②烟道系统外侧的加固。由于烟道系统各点在热态所测振动频谱的频率较低。因此，运行中容易被引风机入口导流器后面的二次流激发振动。对检测振动较大的部位需进行加固处理。在其烟道外侧F、G、I、J等振动大的部位分别沿周向焊若干圈100的槽型钢，以增加其刚度，减小振动。每两圈槽型钢间相距500mm，同时每圈槽型钢间加焊12根槽型钢横梁，高度方向每侧焊4根，顶上焊4根。

③烟道系统内侧的加固。内部采用“井”形加固方式进行支承加固，选用φ60mm钢管加工成“井”形件焊接于烟道内壁，两支承件间相距约1.5m，共约25个。

6.方案实施及检测结果评价

根据确定的治理方案，进行了分步实施。首先在不停炉的情况下进行了烟道外部加固的实施，并检测到F、G、I 3点的振动明显减小，其他各点的振动状况变化不大。在2#锅炉停炉和切断烟道系统与其它锅炉联系的情况下，对引风机风鼓、烟道内部进行了治理。根据验收标准≤500μm，治理完成后对系统进行运行检测，烟道系统治理后的最大振动值为450μm(出现在风机入口烟道处)，满足验收标准。

[1]鄢晓忠等.130t/h锅炉烟道系统振动分析及综合治理[J].长沙理工大学学报(自然科学版)，2007(3):63-67.

[2]姚鸣.风机机壳振动原因分析与试验研究[J].江苏电机工程，2002(8):14-16.

[3]吴柏杨.大型电站锅炉尾部烟道声学振动机理及消除措施[J].锅炉技术，2000(10):23-25.