汇合烟道振动分析及优化解决方案

魏敏

南京中电环保科技有限公司 江苏南京 210012

1 情况介绍

合肥某热电公司现有四台锅炉，采用“SNCR+SCR+COA+电除尘器+半干法脱硫+布袋除尘器+烟气脱白”进行超低排放改造。1#、2#锅炉烟气经过处理后，经引风机汇入1#、2#母管顶部及侧部；3#、4#锅炉烟气经过处理后，经引风机分别引出汇入3#、4#母管；1#、2#母管与3#、4#母管从烟囱两侧进入排入大气，布置图如图1。1#、2#炉汇合母管烟道在两台炉同时运行时，下部支架振动剧烈；3#、4#炉汇合母管烟道运行正常。

图1 烟道布置图

2 振动测试

3#、4#烟道汇合由于场地较大，由4#烟道扩口后3#烟道汇入，烟道流场相对较好并未发生振动现象，现着重对1#、2#炉烟气振动情况进行测试分析。

工况一：1#炉80%负荷，2#炉20%负荷，振动响声明显变小；工况二：1#炉20%负荷，2#炉80%负荷，振动响声稍微大点；工况三：1#炉50%负荷，2#炉50%负荷，振动剧烈。用振动频率测试仪测1、2、3、4号柱振动频率，3号柱振动频率大于1号柱，其次大于2号柱。

3 振动原因分析

3.1 烟道连接复杂导致气流分布不均

由于场地限制，1#、2#锅炉烟气分别从顶部、侧部汇入1#、2#母管烟道，烟道结构复杂。1#、2#烟道汇合[1]时存在多个变径截面、弯头，容易出现气流分布不均匀的现象。气流经过弯道时，容易出现截面速度不均的情况。弯道处的内外侧压力不同，从而导致气流流速不同，气流此时出现了双螺旋形式的二次流，在弯道前后形成涡流区。同时，1#侧部汇入，2#顶部汇入，在负荷相当时容易出现对冲现象，从而导致振动剧烈。

3.2 烟道加固肋强度不够

烟道加固肋设计间距过大，一般情况对于方形烟道，间距超过1200mm可能会引起烟道局部振动。

3.3 烟道内支撑产生的涡流

设计时烟道壁板厚度为5mm，烟道加固采用外加固肋+内支撑管的形式。内支撑管对气流产生干扰，气流经过内支撑时产生旋涡[2]，引起烟道振动[3]。

3.4 安装精度不高

设备安装精度不高，引风机或者换热器安装精度存在问题的话，也会引起附近烟道或者支架长生振动现象。

4 解决方案

4.1 CFD流场模拟

为了了解汇合烟道烟气流场情况，用软件CFD[4]进行模拟。通过速度流线（如图2）可以看出，1#，2#引风机烟道汇合处烟气乱流现象较为严重，出现此问题的原因有两种因素。第一，1#引风机出口烟道距离烟道汇合处较近，且无烟气导流措施；第二，汇合处设计不合理，导致烟气串流，乱流现象。

4.2 增加导流板

在1#烟道两处水平弯头处增设导流板[5]；2#烟道三个方向转向，在三处弯头处增设导流板；1#、2#汇合处增设隔板防止气流干扰出现；进入换热器前增设水平导流板，详见图3。增加导流板使气流分布均匀，烟气流动稳定。

图2 速度流线立面云图

图3 导流板增设图

4.3 加固肋加强

针对烟道加固肋间距较大地方采取增设加固肋方式，增加烟道整体强度和刚度，提高烟道抗振动性能。

5 结语

通过对振动烟道原因分析，采用CFD进行烟道流场模拟，进行三种措施消除振动，达到了很好的效果。运行后，烟道不再产生振动，消除了安全隐患，保证了设备稳定运行。