CN112099408B - 低振动噪声锅炉尾管和抑制锅炉尾管的振动的方法 - Google Patents

Abstract

一种低振动噪声锅炉尾管和抑制锅炉尾管的振动的方法，属于锅炉领域。该锅炉尾管具有烟道、空气预热器、旁通管以及控制装置。其中，旁通管能够提供烟道和空气预热器的旁路通道，用以对烟道内的气流进行分流。而控制装置则可以对旁通管是否导通或导通程度实施控制。本申请示例中的该锅炉尾管通过上述旁通管以及对应控制器启闭和开度，实现了有效地控制振动，从而也抑制了因振动所产生的噪音。

Description

低振动噪声锅炉尾管和抑制锅炉尾管的振动的方法

技术领域

本申请涉及锅炉领域，具体而言，涉及一种低振动噪声锅炉尾管和抑制锅炉尾管的振动的方法。

背景技术

在较高负荷运行时，燃煤锅炉的尾部烟道的空预器段存在较大的振动噪音，并且振动严重时会导致风道振裂。因此，为了解决上述问题，通常会选择对空预器进行整体更换。但是，该解决方案的实施成本(包括设备成本和施工周期)太高。并且，在大部分情况下，更换空预器仍不能很好地解决上述问题。

发明内容

为改善、甚至解决锅炉振动大、噪声严重的问题，本申请提出了一种低振动噪声锅炉尾管和抑制锅炉尾管的振动的方法。

本申请是这样实现的：

在第一方面，本申请的示例提供了一种具有低振动噪声的锅炉尾管。锅炉尾管包括烟道、空气预热器、旁通管以及控制装置。

其中，烟道具有烟气的进气端和烟气的出气端。空气预热器安装于烟道且位于进气端和出气端之间。旁通管与烟道连通，且旁通管的两端分别连接进气端和出气端。控制装置具有控制器、与控制器数据通信连接的敏感器件。敏感器件包括卡门涡旋探头、振动探头、通断器以及噪声检测仪。控制器被配置为根据卡门涡旋探头和振动探头以及噪声检测仪的检测数据联动地控制通断器的启闭或开度。

其中，通断器设置于旁通管内，并且能够可选地封闭或开度可调地开启旁通管；其中，振动探头安装在空气预热器的出风口处的外管壁，用以检测空气预热器的振动频率；其中，卡门涡旋探头安装在烟道，并与空气预热器的出风口处相邻，用以检测卡门涡旋的振动频率；其中，噪声检测仪用以检测烟道的振动噪音分贝。

本申请示例中的锅炉尾管通过旁通管控制烟道内的烟气，从而控制振动和噪音。并且特别地，在本申请中对旁通管的通断和开度调整时机的选择创造性地根据烟道和空气预热器以及烟道的噪声进行综合判断，从而达到了精确和及时地调节旁通管，实现了有效和高效地抑制振动以及由振动所带来的噪声问题。

根据本申请的一些示例，通断器位于旁通管的邻近烟道的出气端。

根据本申请的一些示例，通断器为电动挡板。

根据本申请的一些示例，旁通管包括两个连接段、位于两个连接段之间的过渡段；旁通管通过两个连接段分别与进气端和出气端连接，连接段的断面呈方形结构，过渡段的断面呈圆形结构。

根据本申请的一些示例，旁通管具有由膨胀节构成的膨胀段，且通断器设置于膨胀段内。

根据本申请的一些示例，空气预热器的连通箱的弯折处具有导流板。

在第二方面，本申请的示例提供了一种抑制锅炉尾管的振动的方法，其通过上述的低振动噪声锅炉尾管实施，方法包括：控制器根据卡门涡旋探头、振动探头以及噪声检测仪反馈的检测数据，按照预设模式操作通断器执行启闭或开度的调节。

根据本申请的一些示例，预设模式包括第一操作；第一操作包括：当振动探头反馈的振动频率与卡门涡旋探头反馈的振动频率相同，并且噪声检测仪反馈的振动噪音分贝大于80db时，使通断器的开度达到50％。

根据本申请的一些示例，预设模式包括：当执行第一操作之后，执行噪声检测仪反馈的振动噪音分贝持续升高至80db以上时，执行的第二操作；第二操作包括使通断器的开度达到100％。

根据本申请的一些示例，预设模式包括第三操作；第三操作包括：当振动探头反馈的振动频率与卡门涡旋探头反馈的振动频率不相等，并且噪声检测仪反馈的振动噪音分贝小于80db时，使通断器的关闭。

在以上实现过程中，本申请实施例提供的锅炉尾管根据对空预管和卡门涡旋以及振动噪声综合地判断烟气气流对振动的影响，从而可以有针对性和准确地调整气流与振动的匹配情况，实现有效控制振动以及其引起的噪声。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请示例中的低振动噪声锅炉尾管的结构示意图；

图2示出了图1的低振动噪声锅炉尾管中的空气预热器的结构示意图；

图3示出了图1的低振动噪声锅炉尾管中的控制装置的原理框图。

图标：1-空气预热器；2-烟道；3-旁通管；4-通断器；5-振动探头；6-卡门涡旋探头；7-控制器；101-管箱；102-导流板；200-控制装置；201-噪声检测仪。

具体实施方式

针对锅炉的尾气烟道的振动问题，可以选择降低工作负荷在一定程度上予以解决。但是，降低负荷往往意味着工作效率的下降。因此，目前的一般选择是将设置在尾气烟道的空预器(空气预热器是用以将从锅炉尾部烟道排出的烟气通过其内部的散热片将进入锅炉前的空气预热到一定温度，以便提高锅炉的热交换性能，降低能量消耗的设备)进行更换。但是，该解决方案通常并不能总是起到预期的效果(即不适用于各种工况)。因此，需要寻找有效解决上述问题的方法。

在实践中，发明人也遭遇到上述问题(循环流化床燃煤锅炉改造为纯烧煤气锅炉)，具体表现为：

锅炉初次投运后，发现引风机引风量不足，空气预热器段烟气阻力非常大，声音较大，造成锅炉出力不足的现象。

针对上述现象，初步判断为锅炉中存在的大量碎石、炉渣等异物堵塞空预器的管箱的流通截面。因此，停炉清理后烟气侧的噪音有所减少，但振动未见明显降低。空气预热器经整体更换后，试运行下来振动仍未消除。

在尝试清理异物和更换空预器而不能解决问题之后，经过研究发现导致振动噪音的原因在于：空气预热器的进口冷风道存在振动、管箱的烟气侧有卡门涡旋振动。因此，根据卡门涡旋原理，在锅炉送风机出口风道内增加导流板和空预器管箱内插入防振隔板，可基本解决空预器振动问题。基于此，在实践中尝试通过下述的方式进行解决振动问题。

首先，在尾部管道的空气侧施工。实际作业中，低温级的管端入口速度为6m/s(较低的速度)，出现较大振动的位置是送风机出口转弯段(转弯角度达到90°)。并且，两侧风道无分隔，两侧风压无匹配。改进方案为：进口风道中间分隔，分隔后中间使用导流片。

另外，在尾部管道的烟气侧的最高烟气速度约为13.3m/s，计算卡门涡旋频率为128Hz，而管箱的固有频率为162Hz。其固有频率和卡门涡旋频率的比值小于1.5，不合理。处理办法是：减少管箱的宽度，把相邻管箱的管板割去18cm(两管板间有46cm)，并在其间装设一厚40mm的护板。护板的一端与管板相焊，中间一端与中间隔板焊牢固。把烟道分隔成8个，最大宽度为1412mm，其固有频率为332Hz，比值上升至2.6，远大于1.5。

然而，通过计算，三组管箱烟气侧的流速分别为10.56m/s、10.14m/s、9.29m/s，空气侧的速度分别为6.4m/s、5.4m/s、8.8m/s。通过振动计算，各组管箱的烟气速度与共振速度存在较大的差距，低温组的空气速度较高，但也远离共振速度，实际运行中，烟气侧和空气侧流速均与计算值偏差较大。

考虑到由于原设计为循环流化床锅炉，为了减少积灰使烟气流速处于合理范围，设计时采用卧式设计，且气室两个，烟气侧的气室较宽，因此出现了气室频率与管间绕流的卡门涡旋频率不合理的现象。

针对此，选择增加空预器气室隔板，减少管箱的宽度。同时，将烟道分隔成8个，试图改变其固有频率提升管箱的气室频率与管子的绕流卡门涡旋频率之比，使其大于共振安全比值1.5。

改造后锅炉在冷态启动时振动消失，但在负荷在150t/h后振动再次出现，并在180t/h时达到最大值。通过增加防振隔板不能达到消除振动的效果，需要在停炉停机后，在锅炉尾部烟道内部实施改造。而这属于有限空间作业，作业空间狭小、施工难度较大，整个施工过程较为复杂，存在一定的风险。

根据上述实践以及理论分析研究，发明人提出了一种新的简单、易行且适用范围广的方案，用以解决上述问题。

在发明人的一些研究中，选择在锅炉的上层空预器与省煤器夹层后部两端各增加一条1220×900和Φ1220圆形烟道。并且，将该两圆形烟道直接旁通至空预器后煤气预热器前水平烟道，可以达到分流烟气消除空预器气振动的目的。

该方法能够在不改变管箱结构的前提下，通过减少流过烟气量，降低烟气流速改变频率。以锅炉出力220t/h为基准，锅炉出力为170t/h，降低22％的烟气量可基本解决问题。

降低烟气量的办法为在锅炉省煤器下部的护板接出旁通烟道至煤气加热器前烟道。旁通烟气量为7.2万Nm³/h，按烟气流速20m/s计算，需要截面积为2m²。设计两根烟道，单根烟道截面为1m²。烟道接口截面在主烟道连接处为方形，中间过渡为圆形。方形烟道尺寸为1220mm×900mm(高与宽之乘积)，圆形烟道尺寸为Φ1220mm。在接近于煤气加热器前水平烟道碰管前圆形烟道上分别设置一个圆形电动调节挡板及非金属膨胀节，同时烟道需要增加支撑。

如上述，在本申请示例中，主要通过对管道(尾部烟道)内气流的控制来避免振动和噪声。有别于通过改造炉内结构或者控制气流通道内的气流的流速来控制对振动和噪声的方法，本申请中选择通过对锅炉的烟道和空预器的振动以及噪声的综合考虑来控制气流，从而可以显著地提高准确性，并且还能使上述操作(气流控制)可以快速地达到对振动和噪声的控制，实现快速避振和降噪。即控制旁通管启闭或开度之后，相比于现有技术中的方案，本申请方案可以起到快速降噪。其中的气流控制是通过对主管道内的烟气实施分流而实现。

基于上述的原理，本申请提出了一种低振动噪声锅炉尾管和抑制锅炉尾管的振动的方法。

以下结合附图(图1、图2和图3)对本申请示例中的低振动噪声锅炉尾管以及利用其实施的控制振动的方法进行说明。

锅炉一般是通过设置在其尾部的烟道2(亦称尾部烟道，在本申请示例中以烟道2代指)排放烟气。并且通常地，烟道2还配置(可以选择设置在烟道2内部或与其串连)空预器(空气预热器1)以便充分地利用排出的烟气的热量加热锅炉助燃所需的空气，从而强化燃烧、强化传热并提高锅炉运行效率。其中的空预器可以在内部设置如图2所示的导流板102，用以引导气流流动，使气流顺畅流动。特别地，导流板102可以被设置在空预器的弯折处。例如将导流板102设置在空预器管箱101附近的连通箱处。

参阅图1，在本申请示例的图示方案中，低振动噪声锅炉尾管包括烟道2和空气预热器1。烟道2具有烟气的进气端和烟气的出气端(图1中烟气箭头所示)，而空气预热器1安装于烟道2且位于进气端和出气端之间。进一步地，低振动噪声锅炉尾管还包括旁通管3和控制装置。

其中的旁通管3与烟道2连接，用以按需对烟道2内的烟气进行分流，因此，显然地，旁通管3的管腔是与烟道2的管腔连通的。更进一步地，旁通管3的两端是分别连接进气端和出气端的，并且烟道2和旁通管3还能够根据被选择调整而实现连通或者彼此阻断(由后续提及的如图1所示的通断器4实现)。

为了实现上述旁通管3的通断，在旁通管3内设置通断器4。通断器4能够在完全阻断(堵塞)旁通管3的管腔以及完全开启管腔两个状态之间切换，且还能够处于两个状态之间的任意过渡状态。简言之，通断器4的设置可以实现对旁通管3的开度在0至100％之间控制，并且任意开度可以被自由地根据需要选择。

而通断器4是否动作以及如何动作，以控制旁通管3的通断情况是通过涵盖其的控制装置200实现的。基于控制的自动化以及灵活性和及时性考虑，控制装置200主要通过电子元器件实现。

例如，控制装置200可以采用各种能够进行数据存储和处理的电子元器件或其集合作为控制动作的上位机，即控制器。示例性地，控制器可以是中央处理器(CPU)、微控制单元(MCU)、可编辑逻辑控制器(PLC)、可编程自动化控制器(PAC)、工业控制计算机(IPC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)、专门应用的集成电路芯片(ASIC芯片，Application Specific Integrated Circuit)，等等。相应地，通断器4可以采用电子阀门，其受到控制器的操控。示例中，通断器4以电动调节挡板实施。

对应于此，本申请示例中，如图3所示，控制装置200包括控制器7和敏感器件。控制器7作为控制装置200的上位机，用以与敏感器件进行数据交流，从而可以获取数据并对应发出指令，以相应地执行不同的功能。因此，控制器7与敏感器件是数据通信连接的。数据通信连接的方式可以通过实体线路(如双绞线等)进行连接的有线连接，也可以是通过其他的无线通信方式连接。例如，无线连接的方式例如可以是蓝牙连接、红外线连接、无线网络连接(Wireless Fidelity)或近场通信(NFC)连接。

另外，控制器7和敏感器件可以采取集中供电，或者分别根据不同的需要对应地设置供电设备，如电池或市电。

敏感器件主要包括四个部分，分别为卡门涡旋探头6、振动探头5、通断器4以及噪声检测仪201。其中，卡门涡旋探头6和振动探头5均用以检测振动情况，记录振动的频率。其中噪声检测仪201用以检测烟道2的噪音的分贝数(主要涉及振动噪声)。而通断器4则如前述是用以对旁通管3的管腔的通断情况进行可选地调节。

其中，通断器4设置于旁通管3内，并且能够可选地封闭或开度可调地开启旁通管3。

进一步地，作为一种可选的示例方案，通断器4可以是位于旁通管3的邻近烟道2的出气端。如此，当通断器4处于开启状态时，可以快速地对烟道2内的烟气分流，从而有助于更高效地控制振动和噪声。

更进一步地，为了方便进行连接和管道布置，旁通管3可以采取分段式结构设计，且在不同段采取不同的构造形式。示例性地，旁通管3包括两个连接段、位于两个连接段之间的过渡段。并且，旁通管3通过两个连接段分别与进气端和出气端连接。其中，连接段的断面呈方形结构，过渡段的断面呈圆形结构。

此外，考虑到当通断器4处于开度为0(阻断旁通管3的管腔)时，从烟道2内进入到旁通管3内的烟气会对旁通管3起到鼓胀效应，因此，为了缓解烟气对旁通管3和通断器4的剧烈冲击，旁通管3还可以设置由膨胀节构成的膨胀段(图未绘示)，并且对应地将通断器4设置于该膨胀段内。

振动探头5安装在空气预热器1的出风口处的外管壁，用以检测空气预热器1的振动频率。卡门涡旋探头6安装在烟道2，并与空气预热器1的出风口处相邻，用以检测卡门涡旋的振动频率。噪声检测仪201用以检测烟道2的振动噪音分贝。

因此，基于敏感器件采集的数据，控制器7可以对应进行操作。即控制器7根据卡门涡旋探头6和振动探头5以及噪声检测仪201的检测数据联动地控制通断器4的启闭或开度。因此，卡门涡旋探头6和振动探头5以及噪声检测仪201通过上行的通信链路与控制器7通信，而控制器7则通过下行的通信链路与通断器4通信。

即，控制器7可以接受由卡门涡旋探头6和振动探头5以及噪声检测仪201，三者所检测并反馈的检测数据(两个振动频率和一个噪声分贝)，根据对上述检测数据的“分析”而决定如何控制通断器4，即关闭通断器4使旁通管3的管腔处于阻断状态(不允许流体进行流动)，或者部分开启通断器4使旁通管3的管腔处于部分开启状态(允许流体少量地流动)，或者完全开启通断器4使旁通管3的管腔处于完全开启状态(允许流体大量地流动)。因此，通过根据振动频率和噪音调整通断器4的状态，可以实现利用旁通管3对锅炉尾部烟道2的烟气的按需分流。通过这样的分流可以有效地控制烟道2的振动和因振动产生的噪音。

基于上述所公开的具有低振动噪声的锅炉尾管，示例中还对应提出了利用前述尾管抑制锅炉尾管的振动的方法。显然地，由于振动被抑制，因此由于振动产生的噪声也大幅度地被削弱。

该抑制振动的方法主要是利用前述尾管中的控制装置：控制器7根据卡门涡旋探头6、振动探头5以及噪声检测仪201反馈的检测数据，按照预设模式操作通断器4执行启闭或开度的调节。

其中的预设模式可以是预先固化在控制装置的控制器7中的程序，或者也可以是现场由人工根据具体锅炉手动选择输入的。

其中，预设模式包括第一操作。该第一操作包括：当振动探头5反馈的振动频率与卡门涡旋探头6反馈的振动频率相同，并且噪声检测仪201反馈的振动噪音分贝大于80db时，使通断器4的开度达到50％。

如果在上述第一操作被执行后，噪音仍然继续升高时根据情况选择执行的第二操作。例如，预设模式包括当执行第一操作之后，执行噪声检测仪201反馈的振动噪音分贝持续升高至80db以上时，执行的第二操作。该第二操作包括使通断器4的开度达到100％。

换言之，当两个探头检测到的对应的振动频率相等且烟道2振动明显加剧(主要根据噪声分贝予以判断)时，可判断烟道2的振动为卡门涡流与空气预热器1共振引起。此时即可根据噪声分贝对应地选择控制通断器4动作，以便调节旁通管3的开度。

或者，预设模式也可以包括第三操作。第三操作包括当振动探头5反馈的振动频率与卡门涡旋探头6反馈的振动频率不相等，并且噪声检测仪201反馈的振动噪音分贝小于80db时，使通断器4的关闭。

在本申请中，在不矛盾或冲突的情况下，本申请的所有实施例、实施方式以及特征可以相互组合。在本申请中，常规的设备、装置、部件等，既可以商购，也可以根据本申请公开的内容自制。在本申请中，为了突出本申请的重点，对一些常规的操作和设备、装置、部件进行的省略，或仅作简单描述。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种低振动噪声锅炉尾管，包括烟道和空气预热器，其中所述烟道具有烟气的进气端和烟气的出气端，所述空气预热器安装于所述烟道且位于所述进气端和所述出气端之间，其特征在于，所述空气预热器的连通箱的弯折处具有导流板；

所述低振动噪声锅炉尾管还包括：

与所述烟道连通的旁通管，两端分别连接所述进气端和所述出气端，旁通管采取分段式结构，且在不同段采取不同的构造形式，旁通管包括两个连接段、位于两个连接段之间的过渡段，旁通管通过两个连接段分别与进气端和出气端连接；

控制装置，具有控制器、与所述控制器数据通信连接的敏感器件，所述敏感器件包括卡门涡旋探头、振动探头、通断器以及噪声检测仪，所述控制器被配置为根据所述卡门涡旋探头和所述振动探头以及所述噪声检测仪的检测数据联动地控制所述通断器的启闭或开度；

其中，所述通断器设置于所述旁通管内，并且能够可选地封闭或开度可调地开启所述旁通管，所述通断器位于所述旁通管的邻近所述烟道的出气端，所述旁通管具有由膨胀节构成的膨胀段，且所述通断器设置于所述膨胀段内；

其中，所述振动探头安装在所述空气预热器的出风口处的外管壁，用以检测所述空气预热器的振动频率；

其中，所述卡门涡旋探头安装在所述烟道，并与所述空气预热器的出风口处相邻，用以检测所述卡门涡旋的振动频率；

其中，所述噪声检测仪用以检测所述烟道的振动噪音分贝。

2.根据权利要求1所述的低振动噪声锅炉尾管，其特征在于，所述通断器为电动挡板。

3.根据权利要求1所述的低振动噪声锅炉尾管，其特征在于，所述旁通管包括两个连接段、位于所述两个连接段之间的过渡段；

所述旁通管通过所述两个连接段分别与所述进气端和所述出气端连接，所述连接段的断面呈方形结构，所述过渡段的断面呈圆形结构。

4.一种抑制锅炉尾管的振动的方法，通过如权利要求1至3中任意一项所述的低振动噪声锅炉尾管实施，其特征在于，所述方法包括：

所述控制器根据所述卡门涡旋探头、振动探头以及噪声检测仪反馈的检测数据，按照预设模式操作所述通断器执行启闭或开度的调节。

5.根据权利要求4所述的抑制锅炉尾管的振动的方法，其特征在于，所述预设模式包括第一操作；

所述第一操作包括：当所述振动探头反馈的振动频率与所述卡门涡旋探头反馈的振动频率相同，并且所述噪声检测仪反馈的振动噪音分贝大于80db时，使所述通断器的开度达到50％。

6.根据权利要求5所述的抑制锅炉尾管的振动的方法，其特征在于，所述预设模式包括：当执行所述第一操作之后，所述噪声检测仪反馈的振动噪音分贝持续升高至80db以上时，执行的第二操作；

所述第二操作包括使所述通断器的开度达到100％。

7.根据权利要求4所述的抑制锅炉尾管的振动的方法，其特征在于，所述预设模式包括第三操作；

所述第三操作包括：当所述振动探头反馈的振动频率与所述卡门涡旋探头反馈的振动频率不相等，并且所述噪声检测仪反馈的振动噪音分贝小于80db时，使所述通断器的关闭。

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