180 t/h锅炉系统振动问题分析及解决
张本峰，吴 培，张宝珠，张广瑞
（河南心连心化肥有限公司，河南 新乡453731）
［摘 要］对180 t/h锅炉系统不同振动部位的振动情况进行分析，据分析结果进行改进，最终解决了由小流量、卡门涡流、涡流、二次流等原因引起的振动，保证了系统的正常平稳运行。
［关键词］ 锅炉系统；锅炉给水泵；空气预热器；引风机进口烟道；振动；解决措施
［中图分类号］ TK 227 ［文献标志码］ B ［文章编号］1004-9932（2015）05-0065-02
我公司锅炉系统180 t/h锅炉运行过程中辅助设备及管道存在异常振动的情况，其中，第一处为锅炉高压给水泵喘振；第二处为空气预热器振动；第三处为引风机进口烟道振动。我们针对振动情况进行分析并采取了处理措施。
1 锅炉系统振动问题分析
锅炉高压给水泵在流量30～85 t/h时发生喘振，主要原因是锅炉给水泵的额定流量是240 t/h，在流量过小的情况下，离心泵处于失速区，引起了泵的振动。喘振发生时，泵产生噪音、振动，泵的流量、扬程和效率急剧下降而无法正常运行；同时，泵内高频的水力冲击使泵内过流零件表面疲劳、剥落，出现大面积的麻坑，严重时短时间内叶轮就被损坏。
我公司锅炉空气预热器为立式管板换热器，烟气从管内进入，空气横向流过管束，当空气高速横向冲刷过管束时, 在管束的后面就会由于气流脱离管壁而产生旋涡, 称为卡门旋涡，在一定条件下, 卡门旋涡会激起烟道左右两墙之间的某阶驻波，这种驻波在管束段的平行炉墙之间来回反射, 不往外传播能量, 而卡门旋涡能量不断输入, 当驻波频率和卡门旋涡频率耦合时, 烟道就会产生强烈的共振而发出噪声。
我公司锅炉引风机进口烟道消除振动的方法是在烟道内增加支撑杆，即烟道内用57 mm、壁厚3 mm的钢管以间距700～800 mm沿烟道中心线支撑烟道两个平行面，并在烟道外侧用角钢制成矩形横向加固肋。由于烟道现场位置限制，以及烟道介质流速不合理等，加固后的烟道壁面固有频率fa、脉动频率fp、声学驻波频率fm之间差值并不大，在锅炉负荷变化时，fa与fp、fa与fm差值大时自然不会有烟道振动，差值小时再次加固肋筋也无法使振动消失。用φ57 mm、壁厚为3 mm的钢管在烟道内作支撑杆，钢管间距过大起不到减振的作用；间距太小，将增加流动阻力，造成能量损失，还会引起卡门涡街振动。
2 应对措施
2.1 锅炉给水泵喘振的解决方法
我公司四分厂锅炉高压给水泵配置有最小流量阀和最小流量管线，最小流量阀采用设定值自动控制，目前设定值为58 t/h，锅炉给水泵的最小流量应不低于58 t/h，所以不存在锅炉给水泵流量在30～58 t/h的工况；对于流量在58～85 t/h的工况，锅炉给水泵发生振动主要还是因为给水泵的流量太小引起喘振，可以将锅炉给水泵的最小流量阀设定值由58 t/h改为85 t/h（如果设定值无法修改，可以更换最小流量阀），这样就不存在流量小于85 t/h的工况了，但会增加离心泵的能耗。然而根据目前实际运行情况，四分厂锅炉用水量一般在300 t/h以上，采用2台离心泵供水，每台泵的流量在150 t/h以上，只有开停车或者在不正常工况下才会出现流量低于85 t/h的工况，所以将最小流量阀的设定值改为85 t/h，对实际消耗的影响不是太大，却可以避免离心泵发生喘振，延长其使用寿命。
2.2 空气预热器振动的解决措施
依据目前实际运行情况进行计算，以确定是否为卡门旋涡引起的空气预热器振动，如果是，则下一步在空气预热器内增加防振隔板，以解决空气预热器在高负荷下振动的问题。
据管排横向绕流旋涡脱落频率(卡门涡流频率，fs)的计算公式fs=S·U／D（S—斯特劳哈数；U—气流速度，m／s；D—管子外径，m）及f=nC／(2L)（C—声速，m/s；n—驻波的阶数；L—烟道宽度，m），结合四分厂锅炉空气预热器的实际情况，可计算出空气预热器进口的驻波和空气预热器进口卡门涡流频率，结果见表1。
更多内容请见《中氮肥》2015年第5期