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1 0 0 0 t ／ h锅炉水冷壁及刚性梁低周 振动原因分析及处理 Ca u s e s An a l y s i s a n d S o l u t i o n s o f L o w Cy c l e Vi b r a t i o n o f W a t e r W a l l a n d c S 『 ] R i g i B 。 。 “ 0 o 。 B 0 i 。 付 峰 h 厂 J 2 2 - 3 I 摘要 对邹 县发电厂 1 0 o 0t ／ h锅炉水冷壁及刚性梁低周振动进行了现场调查研究 ， 从设 计安装 、 设备系统和运行操 作 3方面详细分析 引起水冷壁及 刚性梁低周振 动的原 固 经采取针对性的改进措施 ， 取得 了较好效果 。 关 t 词 堕 璧； 堡 銎 ； 蟹 筮 重穹 舔 求 r A l t r a e t e l o w c y c l e v i b r a t i o n p r o b l e m s o f w a l w a l l a n d r i g i d b e a m e x i s t i n g o n 1 o o 0 t ／ h b o il e r 8 o f 噼z 0 I l 柚 P o w e r P l a n t w e 增 i n v e s t i g a t e d and s t u d i e d l h i s p a p e r d e s c r i b e s i n d e t a i l t h e i mp a c t s o f d e s i g ，e r e c ti o n ，州 e 瑚 岫 0 n曲d s y s t e m of b o i l e r a n d a n a l y z e s t h e c a u s l 8 l e a d i n g t o l o w c y c l e v i b r a t i o n o f w a t e r wa l l a n d d be a Ⅲ8 ． h mu g h i mp lt e - m哪t ．山e e x i s t i ng p mb l e n r s h a v e b e e n s a t s f a e t o r i l y s o l v e d ． Ke y wo r d s b o i l e t w ．t e r wa l l ； d b e a m；l o w c y c e v i b r a t i o n 中图分类号 T K 2 2 3 ． 3 1 文献标识码 B 文章编 号 1 0 0 4 - 9 6 4 9 2 0 0 0 0 8 - 0 0 1 5 - 0 3 1 水冷壁及刚性梁设备概况 1 0 0 0 t ／ h锅炉是我 国目前 3 0 0 Mw 主力机组 的配套锅炉。山东邹县发 电厂一 、二期工程为 4 x 3 0 0 Mw 机组 ，所配套的 4台锅炉为东方锅炉厂生 产的 D G1 0 0 0 ／ 1 7 0 ． 1型亚临界 自然循环单炉膛燃煤 汽包锅炉。 该型锅炉 的炉墙是采用6 6 3 ． 5 mm z 7 ． 5 mil l 的光管与宽 1 2 ． 6 m m，厚 6 m m 的扁钢鳍片焊 接而成 的膜式水冷壁， 管间节距为 7 6 ． 2 m m， 炉墙外 敷设了岩棉保温材料 ，厚度为 自水玲壁管中心算起 2 0 0 m m厚 ， 然后外侧 用金属网板覆盖 外表面再用 梯形瓦棱镀锌铁皮包覆固定 。这种敷管式轻型炉墙 的外层 由于无刚性护板和框架粱 ，因而刚性相对较 小，为 了能承受炉膛内可能产生的爆燃压力和炉 内 正压或负压 的变化，使管子和炉墙在受到较大的推 力时不致凸起和出现裂缝，故在炉墙外四周沿炉膛 高度每隔 2 ． 5 ～ 3 0 m布置了 1 层刚性梁。 刚性梁采用 截面为 I 6 O 0 x 3 0 0 m mx l 2 n ma ／ 2 0 m m 的大型工 字钢 ， 将炉墙水冷壁箍起来 ， 使之形成具有一定刚性 的平面。该型锅炉炉膛部分 自标高 9 8 1 6 m 到 6 O m， 沿炉膛高度共布置了 2 1层 刚性粱 ， 尾 部烟道部 分 自4 1 ． 6 ～ 6 0 ． 0 m沿其高度共布置了 9层刚性粱。 该锅炉刚性粱的结构形式为搭接式 ，由于搭板 可摆动 ，允许刚性梁和水冷壁在水平方 向能有相对 位移， 当水冷壁 向下膨胀时 ， 依靠炉角连接件来补偿 管壁与外层板梁存在的温差而引起的变形。炉角连 接件温度较低 ， 外层板粱的温度更低一些， 它们的膨 胀量不同，因而在水冷壁与外层板梁连接处设计了 椭 圆孔， 使相互之 间可引起相对位移 ， 这样可允许水 冷壁有一定的弯 曲变形。 该炉整个炉墙及水冷壁采用悬吊结构，在所有的 水冷壁上联箱均焊有吊耳，通过悬吊杆悬吊在炉顶的 钢粱上。 锅炉以炉顶部大包外， 炉膛 中心线后 2 m， 标高 在 6 7 ．9 m炉宽方向的对称 中心线上的一点为膨胀死 点， 使整个水冷壁的箱体在运行时向下膨胀。为防止 炉膛水冷壁的晃动， 该炉在沿炉壳体方 向还设置了止 晃点，标高分别在 6 0 ． 0 m、 4 1 ．6 m、 3 9 2 m、 3 0 ． 5 m、 l 8 9 m， 其中炉膛的前墙， 两侧墙各 3点 ， 后墙 3点， 尾部 竖井前墙及两则墙各 1点， 后墙 3点， 共计 1 8点。 2 存在的问题 该型锅炉 自 1 9 8 5年 l 2月～ 1 9 8 9年 1 2月相继 收稿 日期 2 0 0 0 - 0 2 ． 2 3 修订 日期 2 0 0 0 -05 - 2 3 作者 简介 付 峰 1 9 6 4 - ， 男， 山东郜城人 ， 工程师 ， 从事电厂热 能动力研 究。 1 5一 维普资讯 投产． 经过 1 0多年的运行后， 发现锅炉炉墙及刚性 梁逐渐产生了程度不同的低周振动现象。这种振动 主要是在垂直于炉墙平面方向上的晃动 ，炉膛燃烧 区前后墙及水平烟道两侧墙部位尤为显著，振幅在 3 ～ 8 n 3A f n ， 最大振幅可达 1 0 ～ 1 5 m m， 振动频率很不规 则， 约在 1 0 ～ 1 5次／ m i n ， 竖井烟道区域的振 幅略有 减弱 ， 约在 2 mm之间 ， 但 振动频率则更高一些， 约 1 0 - 3 0次／ mi n 。 锅炉炉墙及刚性梁长期低周振动 ，使膜式水冷 壁、 烟道包墙管 等受热面工作条件更加苛刻， 在承受 热应力的同时， 叉附加脉动变化的弯曲应力， 使受热 面管道产生疲劳破坏。低周振动还会使刚性梁连接 件变形或断裂 ， 炉墙密封过早损坏 ， 导致水冷壁鳍片 焊缝撕裂 ， 甚至拉裂水冷壁管。 这种情况在该型炉上 已发生多次 ， 严重影响机组安全运行和经济效益 3 原 因分 析 3 ． 1 设计安装方面的原因 3 ． 1 ． 1 由于该锅炉水冷壁为膜式水冷壁 ， 本身刚度 较小． 加之该炉燃煤的灰溶点较低 ， 为使炉膛出V I 不 结渣， 取用 了较小 的炉膛容积热负荷 ， 保持较低的炉 膛出V I 温度 ， 需在炉膛上部内侧布置壁式再热器， 这 样就使炉膛容积较大，其炉膛高度也 比同容量的其 它型锅炉大大增加，这虽对锅炉水循环的安全可靠 性有利， 却使炉墙的刚度相对减小 ， 从而增大了每侧 炉墙 的不稳 定性 3 ． 1 、 2该锅炉虽然 在设计 中考虑到炉墙的不稳定 性 ， 设计 了 l 8个止晃点 ， 以用来限制炉墙 的晃动 ， 但止晃点的安装位置不当，止晃点没有全部布置在 可能晃动的最大点上， 而且止晃点的布置数量较少 ， 特别是在燃烧区部位的前后墙 ，水平烟道两侧墙晃 动最显著的部位没有布置止晃点。 3 ． 1 、 3 该炉所安装的止晃结构不适当， 只能起到限 制炉墙水平方向的晃动，而不能限制垂直于炉墙平 面方向的晃动 ，而垂直于炉墙平面方 向的晃动是最 显著的。 该止晃结构中的允许动静间隙偏大， 正常运 行状态下 ，止晃结构 中动静部分的间隙应 为 1 ～ 2 m m， 最大不应超过 5 n 3A f n ， 而该炉 止晃结构 中动静 部分之间的间隙为 1 0 - 1 5 m m，有些甚至达到 2 O ～ 4 0 m m． 因而起不到应有的止晃效果 3 ． 1 ． 4 该型锅炉喷燃 器区域锅炉前后墙 的 4层刚 性梁两端与炉四角喷燃器风箱外壁分别用钢板 、 槽 钢组成的铰链机构连接在一起 ，目的是为了增强该 区域炉墙 的稳定性 ，然而该设计未充分考虑到水冷 一 1 6一 壁为受热面， 而风箱为非受热面， 两者的膨胀量有较 大差异 ，且与风箱相连的水冷壁前后墙和两侧墙韵 膨胀也不同， 刚性梁每端与风箱之间的 2铰链点只 能保证水冷壁在水平方 向的膨胀，而不能保证水冷 壁在垂直于其平面方向上的向外膨胀 ，也不能保证 水冷壁向下的充分膨胀 ，使连接板因受到膨胀差产 生的巨大应力 ， 导致连接板被拉断， 以 4号炉为例 ， 其水冷壁前后墙刚性梁与四角风箱的 1 6块连接板 中就有 6块 断裂 ，断 V I 之间的距 离约 为 1 0 0 - 2 0 0 m m． 其它 3台锅炉也有类似的情况， 因此这样的铰 链机构起不到应有的增强水冷壁刚性的目的 3 ． 1 ． 5 锅炉刚性梁在炉 四角处及水平姻道两侧墙 的垂直刚性梁与水平刚性梁的连接件没有严格按照 原设计要求施工安装 ，连接件绞链孔 内径应为6 8 1 m m， 而 实际孔径一般 大于原孔径 3 m m， 有些 则 大于原孔径 1 0 ～ 2 0 m m，在水平烟道两删墙垂直刚 性梁与水平刚性梁 的交接处 ，限位止晃机构中预留 的可动距离竞达 2 O ～ 3 0 mm，致使 刚性梁连接处稳 定性差， 起不到应有的止晃固定作用。 3 ． 1 ． 6水平 刚性粱角部 和垂直刚性 梁端部 的绞链 销轴由于长期晃动磨损， 轴径变细 ， 搭板、 垫板 、 销轴 垫片的孔径变大，且刚性梁角部的垫板没有按图纸 要求衬焊 ， 因此刚性粱连接处的不稳定性逐渐增大。 3 1 ． 7 锅炉 四角喷燃 器风箱 与水冷壁间的密封未 按设计要求进行双面封焊， 且未紧密封板， 加上前后 墙水冷壁 、两侧墙水冷壁与喷燃器风箱间存在膨胀 差及荷重差等因素，使水玲壁四角部位焊接发生开 裂 ， 导致水冷壁刚性进一步恶化， 晃动也随之加剧。 3 ． 1 ． 8 喷燃 器下方标 高 1 6 ． 7 m、 1 8 ． 9 m 炉前后 2 层刚性梁与炉侧刚性梁不在同一层标高，角部连接 结构未按图纸安装，原设 计中用于调整安装间隙和 厚度的垫板 开 L 67 2 m m与刚性 粱 开 L 1 0 0 mm 没有焊接。 此外， 张力板固定方式不符合技术要 求 ， 发生永久性塑性变形， 导致固定在张力板上的刚 性梁在自重作用下向下发生侧弯。 3 ． 1 ． 9由于冷灰斗侧墙刚性 梁端部 固定螺栓脱落 或漏装， 导致钢性粱起不到保护水冷壁的作用 ， 在前 后管屏的 自重 、 灰重 、 保温、 介质等向下的荷重 ， 角部 膨胀差和运行压力等多重因素影响下 ，冷灰斗区域 水冷壁四角出现裂缝 ，裂缝从斜底开始一直延伸到 标高 1 6 、 7m钢性梁。长度达 1 0m 以上 ， 最宽处约 8 0 n 3A fn ， 并逐步扩展。 3 ． 1 ． 1 0 冷灰斗后墙标高 1 2 6 4 5 mm水平刚性粱上 因设置了牛腿和支 吊梁 ，用于支吊下降管的分散连 维普资讯 接管．其荷重中心与刚性粱中心偏出 1 5 0 0 m m， 使 刚性梁除承受管道 、 牛腿和梁的垂直荷重外 ， 还承受 一 个较大的偏心扭矩 ，由于该刚性梁与水冷壁的连 接结构不能承受如此大的偏心扭矩，导致该水平钢 性梁发生向炉后方 向侧弯 ， 侧 弯量约 5 0 1 1 1 ／ I 1 ， 转 角 约 1 O 。 ， 使钢性梁对水冷壁的支承作用大大减弱。 3 ． 1 ． 1 1 为了增加刚性梁的稳定性 ，在每侧刚性梁 与 剐性 粱之 间设计 安装 有 3根 立柱 ， 立 柱上端 与上 层刚性梁焊接 ， 为固定端， 下端为活动端 ， 嵌入到焊 结在下层刚性粱上的 U型槽 内，槽 口由销钉限位 这样既能保证立柱随上层 刚性梁能够上下 自由膨 胀， 又能限制刚性梁相互之间的晃动 但有些 u型 槽 的限位销未装或脱落 ，使立柱下端与下层刚性粱 之间失去约束限制， 立柱的作用大大减弱。 3 ． 1 ． 1 2 设计安装时，将剐性粱及其立柱作为其它 热力管道支承点， 如把吹灰器的蒸汽管道 、 压缩空气 管道或其它汽水管道支吊架焊接在炉四周的刚性梁 及其立柱上 ， 这些管道都较长 ， 除 自身重外 ， 还有介 质 、 保温和外包铁皮的重量 ， 又 由于这些管道系统在 运行中会因系统热冲击 、水冲击或系统共振因素引 起管道振动， 使刚性梁和水冷壁稳定性受到影响。 3 _ 2 设备系统方面的原因 3_ 2 ． 1 锅 妒风 烟 系统 的 影 响 该型锅炉风烟系统采用 的是平衡通风，并使炉 膛 内维持 1 0 0 1 5 0 P 且的负压，当炉膛负压波动值 达到_ 6 0 0 P a时， 机组发 出报警信号 ， 当达到 1 7 5 0 P a 时， 机组保护动作， 跳闸停机。炉膛负压的剧烈波 动是造成炉膛低周振动的主要原因之一。在实际运 行 中， 由于送风机出 口暖风器堵灰 、 炉膛出E l 结焦 、 水平烟道堵灰 、 回转式空气预热器蓄热元件堵灰 、 电 除尘器及烟道积灰， 风烟门卡涩等会造成送 、 引风机 风量不平衡， 炉膛内负压产生剧烈波动。此外 ， 锅炉 风烟系统漏风 ， 气脉 冲式吹灰器 、 声波式吹灰器、 蒸 汽式吹灰器的投用等 因素也会造成炉膛负压波动。 而波动、 振荡的气流在炉膛内产生冲击作用， 使刚- 性 较低的水冷壁炉墙产生反复的低周振荡和晃动 3_ 2_ 2锅 妒制粉 燃烧 系统 的影响 给粉机卡涩下粉不均、一次风管 内积粉 自燃结 焦 、一次风喷口烧坏变形或因制粉系统某台设备故 障停运， 造成 四角喷燃器送粉 、 送风不平衡等因素 ， 都会造成炉膛内压力脉动， 加剧炉墙水玲壁的振动。 3 ． 2 ． 3 锅炉系统噪声振 动源的影响 锅炉系统内存在大量的噪声 、 振动源， 如送引风 机 ， 磨煤机 ， 排粉机 ， 一 、 二次风及其管道 ， 各热力管 道 ， 吹灰器等 ， 这然噪声 、 振动源的振 动频率在某些 点与炉墙或炉 内气流的振动频率相近或重合时， 就 会产生共振现象， 从而也会加剧炉墙的晃动。 3 ． 3 运行 操作 方面 的原 因 3 ． 3 ． 1 在 锅炉 启 动 、 停 运 过 程 中 ， 没 有 严 格按 照运 行规程要求的启停速度升降温度 ，致使炉膛受热面 不均 ， 造成水冷壁密封焊 口或剐性梁连接件拉裂， 使 炉膛水冷壁剐性降低， 破坏了其原有的稳定性。 3 ． 3 ． 2在锅炉运行中， 没有根据负荷变化及时调整 送引风量和给粉量 ， 使炉内风粉混合不均匀 ， 燃烧不 稳定 ， 或因喷燃器摆角调整不当， 使炉内风压产生的 异常波动过大 ， 火焰气流偏斜 ， 冲刷炉墙 ， 也会导致 炉墙的晃动 如果因运行调整不 当发生爆燃 ． 则对炉 墙水冷壁产生 的危害更大。 4改进措施 4 ． 1 修复开裂的水玲壁 将喷燃器 以下至冷灰斗 下集 箱问 的 4层剐 性梁 角部 各铰 链解除 ，将炉 两侧 和炉后支 吊荷重 用起 吊装置 临时转移 固定 ； 在炉膛 内将水 冷壁 管屏 向炉 中心拉 动恢 复 到后 位 ；对 开裂部位清理干净后按图纸要求进行双面 封焊 ； 更换水平烟道两侧墙刚性粱端部固定螺栓。 4 ． 2 处理冷灰斗后墙侧弯刚性梁。 将刚性梁上的偏 心载荷转移到侧墙水冷壁和后墙水冷壁上。 4 ． 3 处理垂直刚性梁与水平联接部位。 将垂直刚性 梁腹板上的开孔尺寸缩小到设计数值 。 4 ． 4 处理各层刚性梁角部松动的铰链 ， 更换磨损的 销轴、 垫板 ， 补焊安装时漏焊的垫板。 4 ． 5 加强运行 管理 ， 严格按规程操作 ， 精 心调整运 行工况， 稳定锅炉燃烧 ， 减小负压波动。 4 ． 6 加强设备维护 ， 及时处理设备缺陷 ， 确保制粉 设备正常运行 。 4 ． 7 加强设备革新改造 ， 努力消除引起水冷壁、 刚 性梁振动的其 它因素。 5 结束语 锅炉水玲壁及刚性梁的低周振动对机组安全运 行影响较大， 必须引起高度重视 ， 而引起低周振动的 原因又十分复杂，应根据引起振动的各种原因制定相 应对策， 消除存在的设备事故隐患。 山东邹县发电厂针 对设备存在问题进行的专项治理， 收到了较好效果 ， 经 改进的锅炉水冷壁及刚性梁低周振动现象已基本消 除， 确保了设备安全经济运行。 责任骗辑孙家振 一 1 7 维普资讯
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