针对锅炉烟风系统振动问题的设计优化

马爱香 张 娜

（陕西大唐新能电力设计有限公司，陕西 西安 710032）

针对锅炉烟风系统振动问题的设计优化

马爱香1张 娜2

（陕西大唐新能电力设计有限公司，陕西 西安 710032）

本文针对锅炉烟风系统振动的问题，提出了工艺设计优化方案，通过对风机选型参数和运行工况点的合理选取，对风机进出口管道的合理布局，对叶轮的改造，对风机进行变速调节，在风机出口装设再循环风门等改造后，可以改善或避免由于设计不合理而引起的振动。

锅炉烟风系统 风机 振动 优化设计

1 引言

电厂在运行初期经常出现烟风系统振动大，噪音大的问题，尤其是一次冷风系统，一次风机本体及进风箱振动严重，风道被撕裂，造成锅炉不能满负荷运行。另一方面，电厂受到当地热负荷发展的制约，在某一阶段锅炉无法满负荷运行，一次风机入口风门开度很小，使风机不能在安全区内运行，这又加剧了一次风道的噪音和振动。且由于烟风系统一般压力过高，振动经常导致烟风道出现焊口开裂现象，从而导致大量漏风和锅炉出力不足。这些不仅使电厂不能经济运行，还对电厂工作人员造成了严重的噪音危害。

2 振动原因分析及其在设计过程中的优化

锅炉烟风系统振动的原因分析：⑴风机选型参数确定不准确，运行工况参数选取不当；⑵风机选型不当，预留压力与风量裕量过大；⑶燃用煤质变化差异太大，风机出力不足或过大；⑷机组负荷率过低；⑸由于场地受限，烟风管道布置不畅，风机进出口管道设计不合理。

前四项可归结为风机容量相对过大，运行工况点选取过高，属于风机性能因素。风机选型过大，风机不能在高效区或安全区内运行，会导致离心风机及其进出口管道的剧烈振动和轴流风机失速（喘振）等不安全现象。第五项属于管网系统因素。风机进出口管道布置不合理，会破坏出入口气流均匀性，使得风机出力和效率降低。不仅增加电耗，还严重影响风机性能。

根据流体力学原理，风机特性与其工作的管网特性相匹配，风机才能高效安全运行。因此，确定好风机运行工况参数，与管道系统特性相匹配，是避免烟风系统振动的关键。从工艺设计的角度，可通过以下几方面进行优化设计。

2.1合理进行风机选型

选择与锅炉烟风系统相匹配的风机型式与容量。合理选取风量裕量和压力裕量。另外，风机选型时应考虑低负荷参数时的运行工况点。轴流式风机应避免运行工况点落入失速区，离心式风机应避免使调节风门开度长期在30%以下运行。

2.2 对风机进行变速控制

变速调节是通过调节风机转速来改变风机的特性曲线，主要包括变频控制和调速型液力耦合器。目前，电厂CFB锅炉应用较为广泛，其一、二次风机多采用离心式，此类型风机裕量较大，适合通过变频控制调节。调速型液力耦合器相对具有价格低廉，操作简单，使用寿命长的优点。

多数热电厂运行以热定电，而热负荷的发展是一个长期而渐进的过程，在热负荷未达到设计热负荷之前或者热负荷季节性的降低，锅炉必须低负荷运行。此时通过变速调节，风机能重新调整在高效区内运行，避免落入不安全区而出现振动，满足锅炉在低负荷工况下的稳定运行。此外，当风机电机转速降低时，风机效率基本不受影响，而风机电动机消耗的功率将显著降低，节能效果明显。

2.3改造风机叶轮改造来改变风机性能参数

通过调整叶片角度、改变叶片形式以及叶轮直径大小，可改变风机风量和风压，从而达到对风机性能参数的改变。此改造方法对风量和压力的调节范围有限。

2.4 在风机出口装设再循环风门

当风机出力过小时，通过设置运行再循环风门，可以保证风机工作在安全区内。此方法适合机组短期内的低负荷运行情况，系统简单，投资省。

2.5 对风机进出口管道形式进行优化设计

风机进口管道以平直管段为最佳，一般要求进口直管段为进口管道当量直径的2.5倍上；风机出口管道以平直段为最佳,一般要求出口直管段长度为3～5 倍出口管道当量直径；若不满足，可在进出口管道或者不合理弯道处上加装导流板，以降低烟风道系统阻力，改善风机运行条件。对风机入口风箱处气流的不合理，可通过加宽风机进口风箱的入口宽度，达到降低入口风速的目的。也可通过改造烟风道内支撑杆型式和材料，来降低烟风道阻力。这些都是通过改变管网特性来改善振动的方法。

3 改造实例效果

我公司曾对某电厂 2×50MW+2×260t/hCFB机组风道系统进行改造。本项目在运行初期，一次冷风系统振动非常严重，锅炉不能满负荷运行，在负荷为40%～50%时尚能维持，随着负荷的进一步提高，振动变得十分严重，甚至引起运转层平台的振动，且随后发生风道撕裂漏风现象。

调查知，原项目设计煤质为优质煤与煤矸石混烧，而实际燃烧的仅为优质煤，且原设计选型中预留的一次风机风量与压力裕量量也偏大很多。第一次改造，对风机进行变频调节控制，发现锅炉负荷能够提高，风机振动问题有所改善，但仍有振动问题，且锅炉不能满负荷运行。分析是由于风机进出口管道布置不畅，局部阻力过大所致。

第二次改造，首先对入口风箱进行加宽处理，如图1所示，加宽后进口风箱的流通截面将增大，从而降低了风机进口风箱处气流的入口流速，减少了风机入口压力损失，对应电机功率也相应减少。

图1 风机进口风箱改造示意图；

其次对出口管段进行改造。此一次风机为离心式，出口形式为逆90°，由于空气预热器一次风入口较低，这就导致风机出口扩散管段过短，再加上90°急弯，使空气流动在此处过急，形成局部涡流（图 2左）。对此，在利用原有风机机壳和风机基础的前提下，对风机主体进行转向，改为逆135°（图2右），进而延长了风机出风口扩散段型线，并在此基础上加装风机出口导流板，改善风机出口段流线，来降低风道局部阻力。

图2 改变风机主体转向的示意图

二次改造后，机组基本能满负荷运行，一次风系统振动明显改善，目前电厂运行平稳。

4 结论

电厂锅炉烟风系统振动原因诸多，工艺设计中主要是由于风机参数选取过大，风道因布置不畅而局部阻力过高，风机特性与管网特性不匹配引起的。应在风机选型、工艺设计中进行优化，通过对进出口风道改造，通过变速调节，叶轮改造，合理选取风机运行工况点，合理选取风机压力余量，均能避免或改善风机振动的问题，并且达到节能降噪的目的。

[1]虞晓林.电厂风机节能研究与改造[J].《水利电力机械》,2007,(10).

[2]张晔.电站锅炉风机振动故障原因分析及措施.西北电力技术[J].2006(1)50∶52.

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1007-6344（2015）03-0342-01

马爱香（1982—），女，陕西渭南人，硕士研究生，毕业于西安交通大学，工程师，研究方向：电厂热能与动力工程。