燒結煙氣治理系統(tǒng)振動分析及優(yōu)化措施

摘要：某燒結煙氣治理項目主抽風機出口煙道及冷凝器煙道于運行期間出現了不同程度的間歇性振動。引起這些振動的原因錯綜復雜，根據系統(tǒng)運行情況及煙氣流場的調查分析結果對系統(tǒng)設備及生產工藝實施整改，實現了振動狀況消除并保障了燒結煙氣治理系統(tǒng)的正常運行，使燒結產量達到了設計值，可為類似項目提供參考。

關鍵詞：燒結；主抽風機；振動

中圖分類號：X757 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）09-00-03

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Vibration Analysis and Optimization Measures of Sintering Flue Gas Treatment System

ZHENG Haibin

（Fujian Longking Co.， Ltd.， Longyan 364000， China）

Abstract： In the operation of a sintering flue gas treatment project， the outlet flue of the main extraction fan and the condenser flue appear different degrees of intermittent vibration， and the causes of these vibrations were complex. Based on the investigation and analysis results of the system operation and smoke flow field， the system equipment and production process were rectified to eliminate the vibration condition and ensure the normal operation of the sintering flue gas treatment system. The sintering yield has reached the design value， which provides reference for similar projects.

Keywords： sintering; main extraction fan; vibration

隨著鋼鐵行業(yè)實施煙氣超低排放改造工程，大批燒結項目針對煙氣脫硫脫硝及除塵系統(tǒng)進行新建或改造，部分項目投運后出現了管網或設備振動的現象。引起振動的原因包括煙道走向復雜、流場失衡、工藝操作不當以及設備設計缺陷等。本研究分析各類復雜因素疊加導致的振動問題，并探討優(yōu)化措施。

1 項目概述

某項目新建面積為360 m2的燒結機及配套的煙氣治理系統(tǒng)，燒結機采用雙煙道（1#煙道21個風箱，2#煙道20個風箱）形式配備2臺主抽風機（變頻啟動，工頻運行）。兩臺主抽風機的出口煙氣經分煙道匯合后，進入脫硫脫硝進口總煙道，隨后進行脫硫脫硝。煙氣治理系統(tǒng)末端設1臺增壓風機減少或消除脫硫脫硝系統(tǒng)的阻力損失。

主抽風機啟動邏輯如下：調整1#主抽風機進口擋板門為3%～5%開度，通過變頻器啟動1號主抽風機，當1號主抽風機以50 Hz頻率轉入工頻運行后，再通過變頻器啟動2號主抽風機，待其轉入工頻運行后斷開變頻器。啟動2號主抽風機的過程中，同步適當調整兩臺主抽風機進口的擋板門開度，控制兩臺主抽風機運行電流等參數在合理范圍內。在主抽風機啟動、調整的過程中，同步調節(jié)增壓風機的開度，控制脫硫脫硝進口總煙道靜壓值保持在±500 Pa范圍。

2 運行情況

項目投運后，在風機不進行調節(jié)操作時，主抽風機、脫硫脫硝進口總煙道、濕式電除塵器以及煙氣冷凝器經常發(fā)生間歇振動。其振幅和振頻無明顯規(guī)律，具體表現如下。

一是振動從主抽風機消音器產生，主要發(fā)生在脫硫脫硝進口總煙道、濕式電除塵器灰斗及煙氣冷凝器中，當冷凝器出口煙道出現氣浪后振動消失，歷時約10 s。

二是燒結工況波動，兩個大煙道溫度相差30 ℃，主抽風機受振動影響僅能中低頻率運行，燒結機無法實現滿負荷生產（燒結臺車料層設計厚度為830 mm，實際運行僅能達到700 mm）。

三是主抽風機運行電流波動大，電流波動范圍為70～400 A。

四是主抽風機進口煙道壓力值波動達±2 000 Pa，后端的脫硫脫硝系統(tǒng)壓力值隨之產生波動。

五是主抽風機進口調節(jié)風門擋板抖動，主抽風機振動過大報警，風機外殼加強筋板開裂。

六是在主抽風機進口壓力值、運行電流基本一致的情況下，1號主抽風機進口調節(jié)風門開度比2號大20%以上。

3 振動原因分析

3.1 氣流分布不均

通過模擬脫硫進口煙道氣流發(fā)現，兩側氣流存在對沖干擾，氣流在彎頭內側和導流板背風面形成渦流，導流板兩側形成150 Pa左右的壓強差，越靠近“Y”型導流板連接處的壓強差越大。此外，由于分煙道與進口總煙道的截面積及煙氣方向急劇變化，在總煙道三通處形成大范圍渦流，分煙道的兩股煙氣在總煙道匯合過程中互相干擾，造成煙道內流量失衡。

3.2 流體誘發(fā)振動

流體誘發(fā)冷凝器振動的主要成因包括卡門旋渦、湍流抖動、流體彈性不穩(wěn)定。當煙氣流經受熱面時，其聲學駐波頻率與卡門渦流脫落頻率、氣流渦動頻率、管束固有頻率中某兩種或兩種以上頻率耦合時，即發(fā)生共振[1-2]。從冷凝器氣流模擬結果分析，冷凝器進口喇叭上部導流板附近形成的渦流可能在管排處瀉落。受燒結煙氣工況波動影響，某工況時段形成的駐波與渦流消失頻率耦合，產生聲學共振。同時，根據《熱交換器》（GB/T 151—2014）計算判定，在振型n為1時，可能發(fā)生湍流抖動，從而引起聲學共振，另外可能由管束固有頻率誘發(fā)共振。冷凝器流場分布流線如圖1所示。

3.3 工況波動及生產操作

本項目風箱采用支管交叉式，隨著燒結過程的進行，不同風箱中的煙氣流量、負壓及溫度并不完全相同。因此，兩條煙道中的煙氣流量、負壓及溫度可能存在偏差[3]。項目投產初期，操作人員經驗不足，沒有根據燒結臺車的料層燃燒速度和燒結終點溫度，及時且合理地調整風箱的開閉數量和各風箱的風門開度，造成燒結工況波動，兩個煙道流量偏差較大，溫度相差30 ℃。

受部分爐篦條堵塞影響，兩個燒結煙道風量不一致、波動大。根據風量平衡定律，管路中與某一點相連的分支風量發(fā)生變化，會造成同一節(jié)點上其他分支的風量發(fā)生變化。風流在管道中流動時遵循風量風壓平衡定律和阻力定律[4]，燒結過程中原料的水分發(fā)生變化，導致燒結工況劇烈波動，料層的阻力發(fā)生變化。同時，爐篦條堵塞降低了燒結的有效風量，影響臺車面風量分布的均勻性及流動的穩(wěn)定性，加劇了風量波動。這些問題導致主抽風機工作點出現偏移，造成風量不穩(wěn)定和運行電流波動。另外，本項目主抽風機工況點偏移時僅能通過風機進口擋板門進行調整，調節(jié)手段單一、滯后，導致風機不能按計劃合理有效運轉和穩(wěn)定運行。

3.4 并聯風機“搶風”

通常，兩臺相同型號風機并聯運行時，要求二者運行狀況一致，以形成相近的通風量，確保兩臺風機均有較高的工作效率。本項目兩個燒結煙道的長度和風箱數量不同，為保證煙氣壓力一致，其中一臺主抽風機需要更大的出力。在燒結工況隨著原料的燒結程度發(fā)生變化、波動的過程中，若未及時調整風箱，極易引起風機的風量突然大幅變化，造成其中一臺主抽風機的風量較大，而另一臺主軸風機風量較小，被“搶風”的風機則會出現劇烈的電流波動，造成風機喘振?，F場主煙道匯合段的振動最嚴重，兩臺主抽風機出口匯合處的氣流在三通位置出現“搶風”、互相干擾，引起煙道振動。同時，由于此處風量、風向急劇變化，造成導流板兩側瞬時壓差過大，出現了局部撕裂情況。

4 優(yōu)化措施

煙道自身引發(fā)的振動是由煙道內部氣流的脈動頻率、聲學駐波頻率和煙道固有頻率二者或三者的頻率相互結合而引起的。消除共振的方法是改變設備其中一個或兩個振動頻率，使其頻率或倍頻不再出現耦合。一方面，變更設備、增加設備荷載，改變設備固有頻率；另一方面，優(yōu)化導流板布置，改善煙氣流場均勻性，消除渦流，避免因氣流分布不均誘發(fā)氣柱共振。

4.1 煙道設備改進

調整脫硫進口煙道導流板，增加分煙道彎頭處導流板并將匯合煙道的隔板延長至脫硫塔進口，避免煙氣在匯合段“搶風”。通過優(yōu)化設計導流板，煙道局部最高風速由30 m/s降至25 m/s，導流板兩側的壓強差也降低至70 Pa，提高了流場均勻性，并消除了渦流。同時，加固煙道、煙道支座、冷凝器，增加煙道加強筋及隔板，改變脫硫進口煙道的固有頻率，使其與聲學駐波頻率偏離。脫硫塔進口導流板優(yōu)化后流場分布流線如圖2所示。

4.2 燒結設備及生產操作改進

本項目采用厚料層燒結技術，對料層的透氣性要求較高。將燒結臺車爐篦條間隙由5 mm增加到8 mm，避免了爐篦條堵塞，有效地增加了燒結料層的透氣性，改善了料層燒結過程的穩(wěn)定性，大大提高了臺車面風量分布的均勻性。

改造并增加燒結機2號煙道，使它的長度、風箱數量與1號煙道一致，實現兩個煙道風量和溫度的平衡，主抽風機運行工況一致。同時，加強操作人員的培訓。首先，根據燒結溫度控制，嚴格控制風箱的開閉；其次，保證燒結大煙道溫度、負壓值盡量一致；最后，控制好燒結臺車行走速度及燒結終點溫度。

5 優(yōu)化效果

經過調整優(yōu)化后，兩個煙道溫度和兩臺主抽風機的風門開度一致，兩臺主抽風機運行電流沒有出現大范圍波動。燒結系統(tǒng)穩(wěn)定后，下游的脫硫脫硝系統(tǒng)壓力也隨之保持穩(wěn)定，脫硫塔進口煙道靜壓值穩(wěn)定在±500 Pa的合理范圍。煙道及冷凝器的振動問題得到解決，燒結機產量達到設計值。

6 結論

燒結機煙氣治理系統(tǒng)受設計缺陷和工藝操作的影響產生振動。對于復雜工況造成的振動，通過優(yōu)化煙道結構、調整燒結設備、規(guī)范燒結操作工藝進行解決。在設計上應提高煙道導流板的合理性，煙道變徑、匯合區(qū)域應設置平緩適宜的過渡段，避免煙道流通截面發(fā)生大幅變化。在工藝控制上，應加強燒結工藝學習，及時調整設備的適應燒結工況的波動，保障各項生產指標正常。此外，并聯主抽風機的穩(wěn)定運行直接影響著整個燒結及后端煙氣治理系統(tǒng)的運行狀態(tài)，在實際工作中，應加強燒結系統(tǒng)、主抽風機系統(tǒng)及后端煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)之間的配合，實現各工藝環(huán)節(jié)的信息共享和同步。

參考文獻

1 魏新華.大型電站鍋爐尾部煙道的聲學振動[J].鍋爐技術，1993（1）：1-10.

2 章華熔，林 翔，葉興聯，等.流場優(yōu)化消除煙道振動研究[J].電力科技與環(huán)保，2018（2）：33-35.

3 譚 誠，王兆才，周曉青，等.燒結主抽風機出口煙道振動分析及控制措施[J].燒結球團，2024（3）：40-47.

4 孫 星，陳 香.多風機并聯運轉的干擾分析及預防[C]//2009年山東省制冷空調學術年會“煙臺冰輪杯”優(yōu)秀論文評選，2009.