離心式引風(fēng)機振動超標(biāo)原因分析及處理措施

董浩勤

(上海電力監(jiān)理咨詢有限公司，上海 200031)

引風(fēng)機作為燃煤電廠鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)重要的輔助機械之一，在鍋爐煙氣的排放過程中起著重要作用，煙氣經(jīng)除塵器過濾煙灰、粉塵之后，殘余煙塵和氮氧化物、硫化物等含量達到排放要求，通過引風(fēng)機對煙氣的引導(dǎo)、抽排，進入煙囪，排至大氣。引風(fēng)機的穩(wěn)定運行，關(guān)系到鍋爐的順利點火啟爐及爐膛煙氣的順利排放。本文針對泰國某燃煤機組A引風(fēng)機渦殼及進、出口煙道振動過大問題，分析了產(chǎn)生的原因，提出采用兩種消振、破渦裝置的解決措施，對引風(fēng)機結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，對渦殼內(nèi)、外進行附加改造，消除振動。

1 工程概況

泰國某燃煤機組電廠項目，為482 t/h超高壓中間再熱循環(huán)流化床鍋爐，裝機容量150 MW凝汽式汽輪發(fā)電機組。煙風(fēng)系統(tǒng)采用平衡通風(fēng)形式，設(shè)置2臺一次風(fēng)機，空氣通過管式空預(yù)器加熱后進入爐膛底部流化燃料、供氧燃燒；設(shè)置2臺二次風(fēng)機，為爐膛內(nèi)燃料提供助燃風(fēng)；設(shè)置3臺返料風(fēng)機，為分離物料重入爐膛提供動力。同時設(shè)置2臺引風(fēng)機，位于除塵器后部。煙道材質(zhì)為Q235A，煙道內(nèi)以負(fù)壓為主，各段煙道內(nèi)部壓力及溫度分布見表1。

本機組引風(fēng)機采用離心式，離心式風(fēng)機因其結(jié)構(gòu)簡潔，便于維修，對煙氣含塵量適應(yīng)性強，造價經(jīng)濟，性能可靠等優(yōu)點，適用于輸送工作條件較差，介質(zhì)溫度較高的含塵煙氣環(huán)境。引風(fēng)機型式2950F/N02，風(fēng)量139.74 m3/s，風(fēng)壓9.427 kPa，轉(zhuǎn)速980 r/min，電壓6 300 V，功率1 800 kW，質(zhì)量18.0 t。

表1 煙道設(shè)計壓力及溫度

2 問題提出

2018年3月，鍋爐吹管前準(zhǔn)備首次點火。鍋爐點火時，首先打開煙風(fēng)系統(tǒng)，調(diào)整風(fēng)機風(fēng)量，維持爐膛負(fù)壓，使床料達到流化狀態(tài)。啟動引風(fēng)機之前，對應(yīng)電機單體調(diào)試已合格并驗收，引風(fēng)機出口擋板全開，進口調(diào)節(jié)門全部關(guān)閉，以減少啟動時的電機載荷。啟動電動機，確認(rèn)各部位無異常，本機組系統(tǒng)采用變頻啟機，啟機后90 s之內(nèi)，頻率達到15 Hz，當(dāng)頻率達到40 Hz時，風(fēng)機轉(zhuǎn)速達到780 r/min，調(diào)節(jié)門開度設(shè)為5°，小負(fù)荷運轉(zhuǎn)，此時檢測振動合格。再逐漸開大調(diào)節(jié)門到10%、20%、30%、40%，控制電流不超過額定值，記錄引風(fēng)機A垂直、水平、軸向和蝸殼振幅，所測開度-振幅關(guān)系曲線見圖1。

圖1 引風(fēng)機調(diào)節(jié)門開度振幅關(guān)系曲線

從圖1中看出，當(dāng)引風(fēng)機進口調(diào)節(jié)門開度達到30%時形成拐點(虛線圓圈內(nèi))，其驅(qū)動端軸向振幅已超出DL 5190.2—2012《電力建設(shè)施工技術(shù)規(guī)范》 第2部分：鍋爐機組中要求的100 μm振幅允許偏差，且隨著調(diào)節(jié)門開度的增加，其振動幅度明顯上升，嚴(yán)重影響風(fēng)機的正常使用。

3 原因分析

根據(jù)現(xiàn)場引風(fēng)機A運行實測數(shù)據(jù)，進風(fēng)口調(diào)節(jié)門開度為30%時是風(fēng)機振動超標(biāo)的臨界點。開度小于此點時，振幅合格，開度大于此點時振幅超標(biāo)，且隨著開度的增加幾乎沿線性陡增，最大達到595 μm的振幅，而同樣參數(shù)的引風(fēng)機B卻運行正常。

引起引風(fēng)機振動的常見因素有：基礎(chǔ)或二次灌漿不牢固、結(jié)構(gòu)支撐強度不足、葉輪積灰和磨損、主軸彎曲、軸承螺栓松動、聯(lián)軸器偏心等。該機組為新建機組，在啟動階段振動超標(biāo)，不存在葉輪積灰及磨損情況，檢查基礎(chǔ)、設(shè)備安裝、單體調(diào)試等均合格。綜合考慮，造成引風(fēng)機A運行時振動超標(biāo)的原因可能是：引風(fēng)機工作時，煙道內(nèi)氣流在進入引風(fēng)機葉輪前，形成無規(guī)律紊流，對風(fēng)機渦殼和附近煙風(fēng)道產(chǎn)生擾動沖擊，引起較大振動。

除塵器出口煙道至A、B引風(fēng)機入口煙道參數(shù)不同(見表2)，煙氣正常流動狀態(tài)應(yīng)為圖2a所示的層流，當(dāng)煙氣流速較大時，氣流各流層質(zhì)點形成渦體，在流動過程中互相混摻，形成紊流形態(tài)，見圖2b。

根據(jù)表2和圖2分別對引風(fēng)機A、B前煙道布置長度和角度進行對比分析，發(fā)現(xiàn)引風(fēng)機A進口前煙道長度比引風(fēng)機B少了10 m，而轉(zhuǎn)角角度累計卻超了90°，這無形中加大了煙氣受阻，增加了通流難度，易產(chǎn)生紊流擾動，是引風(fēng)機A在調(diào)節(jié)門開度為臨界30%時，振動超標(biāo)的根本原因。

表2 除塵器出口煙道至引風(fēng)機入口煙道參數(shù)

圖2 層流與紊流對比

4 解決措施及效果

強化引風(fēng)機進風(fēng)口渦殼結(jié)構(gòu)強度。在原有風(fēng)機渦殼外部兩側(cè)固定肋的基礎(chǔ)上，再增焊120 mm×12 mm厚的鋼帶補強，組合拼接成一個整體加固框架。經(jīng)實際檢測，振幅略有下降，但無明顯改觀。經(jīng)研究決定，在進風(fēng)口渦殼內(nèi)部，沿進風(fēng)口軸向加裝破渦裝置—徑向夾角分別為60°的6塊導(dǎo)流板，導(dǎo)流板三維效果及實物見圖3。

圖3 導(dǎo)流板效果圖與安裝實物

進風(fēng)口為喇叭口漸變造型，煙氣流在此90°轉(zhuǎn)彎，強化了紊流擾動，加裝導(dǎo)流板的目的是引導(dǎo)氣流進入葉輪之前，順勢疏導(dǎo)轉(zhuǎn)換為層流，從根本上消除了振動。采取導(dǎo)流板破渦裝置后，引風(fēng)機振幅改善效果明顯，風(fēng)機調(diào)節(jié)門開度與驅(qū)動端振幅關(guān)系曲線見圖4。

圖4 改造后引風(fēng)機調(diào)節(jié)門開度與驅(qū)動端振幅關(guān)系曲線

從圖4可以看出，風(fēng)門開度為40%時，風(fēng)機振幅最大，當(dāng)開度繼續(xù)增加時，振幅開始呈降低趨勢；當(dāng)風(fēng)門開度達到80%后，振幅趨于穩(wěn)定。

5 結(jié)束語

引風(fēng)機作為燃煤電廠重要輔助機械，安全、穩(wěn)定運行至關(guān)重要。本文通過在離心式引風(fēng)機進風(fēng)口內(nèi)增設(shè)導(dǎo)流板，作為破渦裝置，解決了風(fēng)機振動超標(biāo)的問題，效果較好。對于無法消除的設(shè)計缺陷，可考慮從機械設(shè)備本身著手，進行改造優(yōu)化，此附加裝置是在原設(shè)備基礎(chǔ)上改造加裝，解決問題行之有效。