針對鍋爐煙風系統(tǒng)振動問題的設計優(yōu)化

馬愛香 張 娜

（陜西大唐新能電力設計有限公司，陜西 西安 710032）

針對鍋爐煙風系統(tǒng)振動問題的設計優(yōu)化

馬愛香1張 娜2

（陜西大唐新能電力設計有限公司，陜西 西安 710032）

本文針對鍋爐煙風系統(tǒng)振動的問題，提出了工藝設計優(yōu)化方案，通過對風機選型參數(shù)和運行工況點的合理選取，對風機進出口管道的合理布局，對葉輪的改造，對風機進行變速調節(jié)，在風機出口裝設再循環(huán)風門等改造后，可以改善或避免由于設計不合理而引起的振動。

鍋爐煙風系統(tǒng) 風機 振動 優(yōu)化設計

1 引言

電廠在運行初期經(jīng)常出現(xiàn)煙風系統(tǒng)振動大，噪音大的問題，尤其是一次冷風系統(tǒng)，一次風機本體及進風箱振動嚴重，風道被撕裂，造成鍋爐不能滿負荷運行。另一方面，電廠受到當?shù)責嶝摵砂l(fā)展的制約，在某一階段鍋爐無法滿負荷運行，一次風機入口風門開度很小，使風機不能在安全區(qū)內運行，這又加劇了一次風道的噪音和振動。且由于煙風系統(tǒng)一般壓力過高，振動經(jīng)常導致煙風道出現(xiàn)焊口開裂現(xiàn)象，從而導致大量漏風和鍋爐出力不足。這些不僅使電廠不能經(jīng)濟運行，還對電廠工作人員造成了嚴重的噪音危害。

2 振動原因分析及其在設計過程中的優(yōu)化

鍋爐煙風系統(tǒng)振動的原因分析：⑴風機選型參數(shù)確定不準確，運行工況參數(shù)選取不當；⑵風機選型不當，預留壓力與風量裕量過大；⑶燃用煤質變化差異太大，風機出力不足或過大；⑷機組負荷率過低；⑸由于場地受限，煙風管道布置不暢，風機進出口管道設計不合理。

前四項可歸結為風機容量相對過大，運行工況點選取過高，屬于風機性能因素。風機選型過大，風機不能在高效區(qū)或安全區(qū)內運行，會導致離心風機及其進出口管道的劇烈振動和軸流風機失速（喘振）等不安全現(xiàn)象。第五項屬于管網(wǎng)系統(tǒng)因素。風機進出口管道布置不合理，會破壞出入口氣流均勻性，使得風機出力和效率降低。不僅增加電耗，還嚴重影響風機性能。

根據(jù)流體力學原理，風機特性與其工作的管網(wǎng)特性相匹配，風機才能高效安全運行。因此，確定好風機運行工況參數(shù)，與管道系統(tǒng)特性相匹配，是避免煙風系統(tǒng)振動的關鍵。從工藝設計的角度，可通過以下幾方面進行優(yōu)化設計。

2.1合理進行風機選型

選擇與鍋爐煙風系統(tǒng)相匹配的風機型式與容量。合理選取風量裕量和壓力裕量。另外，風機選型時應考慮低負荷參數(shù)時的運行工況點。軸流式風機應避免運行工況點落入失速區(qū)，離心式風機應避免使調節(jié)風門開度長期在30%以下運行。

2.2 對風機進行變速控制

變速調節(jié)是通過調節(jié)風機轉速來改變風機的特性曲線，主要包括變頻控制和調速型液力耦合器。目前，電廠CFB鍋爐應用較為廣泛，其一、二次風機多采用離心式，此類型風機裕量較大，適合通過變頻控制調節(jié)。調速型液力耦合器相對具有價格低廉，操作簡單，使用壽命長的優(yōu)點。

多數(shù)熱電廠運行以熱定電，而熱負荷的發(fā)展是一個長期而漸進的過程，在熱負荷未達到設計熱負荷之前或者熱負荷季節(jié)性的降低，鍋爐必須低負荷運行。此時通過變速調節(jié)，風機能重新調整在高效區(qū)內運行，避免落入不安全區(qū)而出現(xiàn)振動，滿足鍋爐在低負荷工況下的穩(wěn)定運行。此外，當風機電機轉速降低時，風機效率基本不受影響，而風機電動機消耗的功率將顯著降低，節(jié)能效果明顯。

2.3改造風機葉輪改造來改變風機性能參數(shù)

通過調整葉片角度、改變葉片形式以及葉輪直徑大小，可改變風機風量和風壓，從而達到對風機性能參數(shù)的改變。此改造方法對風量和壓力的調節(jié)范圍有限。

2.4 在風機出口裝設再循環(huán)風門

當風機出力過小時，通過設置運行再循環(huán)風門，可以保證風機工作在安全區(qū)內。此方法適合機組短期內的低負荷運行情況，系統(tǒng)簡單，投資省。

2.5 對風機進出口管道形式進行優(yōu)化設計

風機進口管道以平直管段為最佳，一般要求進口直管段為進口管道當量直徑的2.5倍上；風機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 倍出口管道當量直徑；若不滿足，可在進出口管道或者不合理彎道處上加裝導流板，以降低煙風道系統(tǒng)阻力，改善風機運行條件。對風機入口風箱處氣流的不合理，可通過加寬風機進口風箱的入口寬度，達到降低入口風速的目的。也可通過改造煙風道內支撐桿型式和材料，來降低煙風道阻力。這些都是通過改變管網(wǎng)特性來改善振動的方法。

3 改造實例效果

我公司曾對某電廠 2×50MW+2×260t/hCFB機組風道系統(tǒng)進行改造。本項目在運行初期，一次冷風系統(tǒng)振動非常嚴重，鍋爐不能滿負荷運行，在負荷為40%～50%時尚能維持，隨著負荷的進一步提高，振動變得十分嚴重，甚至引起運轉層平臺的振動，且隨后發(fā)生風道撕裂漏風現(xiàn)象。

調查知，原項目設計煤質為優(yōu)質煤與煤矸石混燒，而實際燃燒的僅為優(yōu)質煤，且原設計選型中預留的一次風機風量與壓力裕量量也偏大很多。第一次改造，對風機進行變頻調節(jié)控制，發(fā)現(xiàn)鍋爐負荷能夠提高，風機振動問題有所改善，但仍有振動問題，且鍋爐不能滿負荷運行。分析是由于風機進出口管道布置不暢，局部阻力過大所致。

第二次改造，首先對入口風箱進行加寬處理，如圖1所示，加寬后進口風箱的流通截面將增大，從而降低了風機進口風箱處氣流的入口流速，減少了風機入口壓力損失，對應電機功率也相應減少。

圖1 風機進口風箱改造示意圖；

其次對出口管段進行改造。此一次風機為離心式，出口形式為逆90°，由于空氣預熱器一次風入口較低，這就導致風機出口擴散管段過短，再加上90°急彎，使空氣流動在此處過急，形成局部渦流（圖 2左）。對此，在利用原有風機機殼和風機基礎的前提下，對風機主體進行轉向，改為逆135°（圖2右），進而延長了風機出風口擴散段型線，并在此基礎上加裝風機出口導流板，改善風機出口段流線，來降低風道局部阻力。

圖2 改變風機主體轉向的示意圖

二次改造后，機組基本能滿負荷運行，一次風系統(tǒng)振動明顯改善，目前電廠運行平穩(wěn)。

4 結論

電廠鍋爐煙風系統(tǒng)振動原因諸多，工藝設計中主要是由于風機參數(shù)選取過大，風道因布置不暢而局部阻力過高，風機特性與管網(wǎng)特性不匹配引起的。應在風機選型、工藝設計中進行優(yōu)化，通過對進出口風道改造，通過變速調節(jié)，葉輪改造，合理選取風機運行工況點，合理選取風機壓力余量，均能避免或改善風機振動的問題，并且達到節(jié)能降噪的目的。

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[2]張曄.電站鍋爐風機振動故障原因分析及措施.西北電力技術[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，工程師，研究方向：電廠熱能與動力工程。