关于一台220 t/h 级别空预器振动原因的分析与解决

张利珍

（太原锅炉集团有限公司，山西 太原 030021）

引言

空预器作为烟气与空气热交换的设备，由于其间有流体流动，且速度较快，比较容易产生共振现象，产生振动后，会使材料产生疲劳破坏，减少管子使用寿命。而且更主要的是振动会产生极严重的噪音污染，对检修人员造成伤害。

太原锅炉集团有限公司在山东某电厂安装的1台220 t/h 高温超高压循环流化床锅炉，配置的空预器采用立管式空预器，布置有上中下三级，每层管箱又分为一次风和二次风管箱，中间为二次风管箱，两侧为一次风管箱，一二次冷风分别从下级管箱进入，热风从上级管箱引出后通过一次风室和二次环形风箱进入锅炉。

从锅炉投运起，空预器即发生剧烈的振动，尤其是负荷较高时，人站到近处，会听到一股股的“啸叫”声，空预器外部手感振动明显，带动周围平台全部颤动。用户与太原锅炉集团有限公司技术人员开始着手查找振动源时，从鼓风机开始查起，包括冷风道布置，热风道布置，并对冷风道和热风道进行了加固，但振动并没有消除。后经技术人员现场仔细分析判断，基本确定振动源来自空预器管箱内部。然后通过计算，判断是由于空预器卡门涡流频率与声驻波频率接近而产生的共振现象[1-2]。

1 振动原因

立式空预器管外壁为空气，当空气流体经过管子时，在每个管子的后面分离，形成稳定的、旋转方向相反的交替涡流，该涡流在学术上被命名为卡门涡流。卡门涡流在管子后不断生成、脱落，有一定的频率，根据研究表明，卡门涡流频率n 与管子直径d成反比，与流体的速度v 成正比，即：

式中：S 为试验数据，与管束的横向节距与纵向节距有关，一般取0.5。

另外一种振源是空预器内部的声学驻波频率，声驻波频率与工况下的声速成正比，与所在通道的宽度与反比，另外，驻波频率为多阶的，用公式表式为：

式中：C 为工况（根据温度压力修正）下的声速；L 为管箱宽度；i 为驻波阶次，i=1 为一阶驻波，i=2 为二阶驻波，依此类推。

空预器发生振动的原因即卡门涡流频率与声驻波频率的某阶接近而产生耦合，从而产生共振现象。

根据以上理论分析，结合结构设计，分别选择了计算点，对空预器入口、出口、下级平均、中级平均、上级平均五个点进行卡门涡流频率和声驻波频率的计算，计算结果如表1 所示。

表1 卡门涡流频率和声驻波频率的计算

从以上计算可以看出，卡门涡流频率与一阶驻波非常接近，这是造成空预器振动的根本原因。

2 解决方法

分析认为，卡门涡流与管子直径、流体速度相关，一般情况变化不大，而声驻波频率与声速、管箱宽度有关，这其中声速变化不大，可变的也是最易从结构上实现的管箱宽度。所以在空预器管箱空度之间增加隔板成为解决共振的有效措施，当在每组管箱之间增加隔板后，相当于将气室宽度减少一半，即将每阶声驻波频率增加一倍，使卡门涡流频率远小于一阶驻波频率，从而解决振动问题。

在本案例中，需要在每级空预器管箱中都插入一个防振隔板（每级4 个，三级共12 个，每个防振隔板需要分为数块能够通过人孔门进入），由于立式空预器管子布置时较为紧密，在具体增加防振隔板时，需将上下管板割开，去掉一排管子，然后加入防振隔板，放入后防振隔板与上管板或下管板可焊处焊接，最后现场恢复，包括恢复每级空预器上部浇注料，工程巨大，施工难度较大，施工10 d 左右才完全完毕。再启炉运行后，振动完全消失。

3 结论

1）空预器振动的原因，多数是由于卡门涡流频率与声驻波频率过于接近，发生耦合而产生强烈振动。

2）解决空预器振动的最有效方法是增加防振隔板，通过防振隔板的设置使卡门涡流频率远小于一阶驻波频率。