關于一臺220 t/h 級別空預器振動原因的分析與解決

張利珍

（太原鍋爐集團有限公司，山西 太原 030021）

引言

空預器作為煙氣與空氣熱交換的設備，由于其間有流體流動，且速度較快，比較容易產生共振現象，產生振動后，會使材料產生疲勞破壞，減少管子使用壽命。而且更主要的是振動會產生極嚴重的噪音污染，對檢修人員造成傷害。

太原鍋爐集團有限公司在山東某電廠安裝的1臺220 t/h 高溫超高壓循環流化床鍋爐，配置的空預器采用立管式空預器，布置有上中下三級，每層管箱又分為一次風和二次風管箱，中間為二次風管箱，兩側為一次風管箱，一二次冷風分別從下級管箱進入，熱風從上級管箱引出后通過一次風室和二次環形風箱進入鍋爐。

從鍋爐投運起，空預器即發生劇烈的振動，尤其是負荷較高時，人站到近處，會聽到一股股的“嘯叫”聲，空預器外部手感振動明顯，帶動周圍平臺全部顫動。用戶與太原鍋爐集團有限公司技術人員開始著手查找振動源時，從鼓風機開始查起，包括冷風道布置，熱風道布置，并對冷風道和熱風道進行了加固，但振動并沒有消除。后經技術人員現場仔細分析判斷，基本確定振動源來自空預器管箱內部。然后通過計算，判斷是由于空預器卡門渦流頻率與聲駐波頻率接近而產生的共振現象[1-2]。

1 振動原因

立式空預器管外壁為空氣，當空氣流體經過管子時，在每個管子的后面分離，形成穩定的、旋轉方向相反的交替渦流，該渦流在學術上被命名為卡門渦流。卡門渦流在管子后不斷生成、脫落，有一定的頻率，根據研究表明，卡門渦流頻率n 與管子直徑d成反比，與流體的速度v 成正比，即：

式中：S 為試驗數據，與管束的橫向節距與縱向節距有關，一般取0.5。

另外一種振源是空預器內部的聲學駐波頻率，聲駐波頻率與工況下的聲速成正比，與所在通道的寬度與反比，另外，駐波頻率為多階的，用公式表式為：

式中：C 為工況（根據溫度壓力修正）下的聲速；L 為管箱寬度；i 為駐波階次，i=1 為一階駐波，i=2 為二階駐波，依此類推。

空預器發生振動的原因即卡門渦流頻率與聲駐波頻率的某階接近而產生耦合，從而產生共振現象。

根據以上理論分析，結合結構設計，分別選擇了計算點，對空預器入口、出口、下級平均、中級平均、上級平均五個點進行卡門渦流頻率和聲駐波頻率的計算，計算結果如表1 所示。

表1 卡門渦流頻率和聲駐波頻率的計算

從以上計算可以看出，卡門渦流頻率與一階駐波非常接近，這是造成空預器振動的根本原因。

2 解決方法

分析認為，卡門渦流與管子直徑、流體速度相關，一般情況變化不大，而聲駐波頻率與聲速、管箱寬度有關，這其中聲速變化不大，可變的也是最易從結構上實現的管箱寬度。所以在空預器管箱空度之間增加隔板成為解決共振的有效措施，當在每組管箱之間增加隔板后，相當于將氣室寬度減少一半，即將每階聲駐波頻率增加一倍，使卡門渦流頻率遠小于一階駐波頻率，從而解決振動問題。

在本案例中，需要在每級空預器管箱中都插入一個防振隔板（每級4 個，三級共12 個，每個防振隔板需要分為數塊能夠通過人孔門進入），由于立式空預器管子布置時較為緊密，在具體增加防振隔板時，需將上下管板割開，去掉一排管子，然后加入防振隔板，放入后防振隔板與上管板或下管板可焊處焊接，最后現場恢復，包括恢復每級空預器上部澆注料，工程巨大，施工難度較大，施工10 d 左右才完全完畢。再啟爐運行后，振動完全消失。

3 結論

1）空預器振動的原因，多數是由于卡門渦流頻率與聲駐波頻率過于接近，發生耦合而產生強烈振動。

2）解決空預器振動的最有效方法是增加防振隔板，通過防振隔板的設置使卡門渦流頻率遠小于一階駐波頻率。