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Private and Confidential 锅炉振动分析及解决方案 SEPCOIII 10th September 2013 摘要、关键词 摘要：本文通过沙特某电站燃油锅炉振动原因分析及改造方案，为解决类似锅炉振动问题提供借鉴。 关键词：锅炉振动、热声振动、燃烧自激振动、涡脱落 * 锅炉震动分析及解决方案 锅炉、燃烧器简介 * 锅炉震动分析及解决方案 沙特某电站共两台660MW燃油机组，锅炉是亚临界参数、自然循环燃油锅炉。燃烧器前后墙对冲布置，一次中间再热，再热蒸汽温度采用烟气再循环调节，平衡通风，单炉膛背靠背露天布置，全钢架汽包锅炉。锅炉燃用沙特380CST重油。 锅炉、燃烧器简介 锅炉炉膛呈长方形（14m×18.36m），底部前后墙水冷壁向中心收缩形成 25°倾角的冷灰斗，燃烧器采用了前后墙对冲布置，空气分级燃烧技术。在炉膛前后墙各布置四层低NOx燃烧器，每层6只，全炉共设有48只。每只燃烧器均设有点火油枪，用于启动和维持低负荷燃烧。在重油燃烧器上方还布置有12只燃尽风喷口，在炉膛内完成分级送风，降低锅炉氮氧化物的排放。 * 锅炉震动分析及解决方案 锅炉、燃烧器简介 燃烧器均匀分布在各层大风箱内。从空气预热器来的热风从燃烧器的尾部，进入圆柱形燃烧器，热风在燃烧器内部沿圆柱的周向分为两股风，外圆周部分为二次风，内圆周部份为一次风。在一次风出口处还布置有一次风的稳燃环，其作用主要用于重油的着火与稳定燃烧。燃烧器的一次风、二次风的比例和稳燃器的位置设计为固定式。 * 锅炉震动分析及解决方案 锅炉、燃烧器简介 * 锅炉震动分析及解决方案 锅炉初次振动过程简述 1#机组负荷缓慢升至420MW 时（重油压力从1.18MPa 提升至1.2MPa），锅炉发生强烈振动，采取降低油压，减负荷等措施，锅炉振动消失；其后，采取调整氧量和风量等措施锅炉仍然存在剧烈振动，后停炉检查；检查未发现异常。 * 锅炉震动分析及解决方案 锅炉初次振动过程简述 锅炉从首次发生振动至完全解决，历时半年；产生锅炉振动的可能原因很多，包括：送风系统中气流的脉动、烟气再循环系统中烟气的脉动、燃油系统内油压的脉动、雾化蒸汽系统中蒸汽压力的脉动、燃烧器内空气温度与高温炉膛之间由于温度差产生的热声振动、燃烧脉动与炉膛形成的声学激振、卡门涡街引起的烟气振动、炉膛负压波动等等，异常复杂。 * 锅炉震动分析及解决方案 锅炉初次振动过程简述 对锅炉振动根源认知是从浅到深，逐渐清晰的过程；在初期，锅炉振动时，尾部竖井与空预器连接的水平烟道也发生振动；认为是因水平烟道振动引起的锅炉振动；同时也认为重油枪喷嘴出力未达到设计值也是引起炉膛振动的原因。 在烟道内安装隔板和导流板后解决了烟道振动，同时也更换了新型喷嘴，但发现锅炉本身振动并未消除，反而有愈演愈烈的趋势。后通过大量实验和数据、资料收集，经分析与计算，引起锅炉振动根本原因可归纳为热驱动型热声振动和燃烧自激型热声振动。 * 锅炉震动分析及解决方案 锅炉振动频率检测与分析 炉膛内声学分析：锅炉振动时对炉膛内声音进行采集和FFT (Fast Fourier Transform)分析，锅炉振动时炉膛内声学频率为29.53Hz。 * 锅炉震动分析及解决方案 锅炉振动频率检测与分析 电站锅炉中，考虑炉膛声学特性时，将其简化为如下图所示模型[1]。 * 锅炉震动分析及解决方案 锅炉振动频率检测与分析 * 锅炉震动分析及解决方案 炉膛温度 1400 1500 1600 1700 f1 29.31 30.18 31.02 31.84 锅炉振动频率检测与分析 仪器测量值：通过仪器对锅炉固有声学频率进行检测： * 锅炉震动分析及解决方案 锅炉振动频率检测与分析 锅炉振动时炉膛水冷壁振动频率如下图： * 锅炉震动分析及解决方案 热驱动型热声振动 在燃烧器-炉膛系统中，由于燃烧器和炉膛内气体存在较大温度梯度，该系统易受热驱动型热声不稳定的影响。根据ASME相关文献[2-3] 的表明，在电站锅炉的燃烧器/炉膛系统中，炉膛内烟气温度较高（1400-1600℃），而燃烧器内空气温度较低（80-300℃），同时有持续的大量热量输入系统，因此，炉膛和燃烧器构成的系统温度梯度较大，存在热声不稳定的驱动力， 系统易受到热声振动的影响。系统热驱动型热声不稳定发生的判断准则是：1）Rijke或Sondhauss声波频率及燃烧器-炉膛系统的频率和声波及炉膛气体的声学模态发生协同；2）由稳定曲线定义的Rijke或Sondhauss声波处于不稳定区域。其中条件2是诱发振荡的根本原因。 * 锅炉震动分析及解决方案 热驱动型热声振动 根据ASME文献中的理论，进行了Sondhauss 和