CN207963607U - 一种防止管式换热器发生声学驻波耦合共振的内壁面结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种防止管式换热器发生声学驻波耦合共振的内壁面结构，安装于管式换热器本体及连接烟道两侧面的内壁上，用于消除管式换热器管束绕流漩涡脱落与声学驻波发生耦合共振的现象，包括外壁板(3)，焊接在外壁板(3)上的若干个角钢结构(1)，以及填充在外壁板(3)与每个角钢结构(1)之间的吸声材料(2)，其中，每个角钢结构(1)上均开设有若干个通孔。本实用新型通过角钢结构倾斜面及吸声材料对声波的散射和吸收作用，阻止了换热设备及烟道两侧壁面之间声学驻波的形成，破坏了声学共振的产生条件，保障了管式换热设备及火电机组的运行安全。

Description

一种防止管式换热器发生声学驻波耦合共振的内壁面结构

技术领域

本实用新型涉及一种燃煤电厂烟气系统所使用的管式换热设备，具体涉及一种防止管式换热器发生声学驻波耦合共振的内壁面结构。

背景技术

燃煤发电机组普遍存广泛存在于我国广大地区，是我国目前发电领域的主要发电形式，作为燃煤发电机组不可或缺的重要一环，管式换热设备一直在烟风系统中扮演着重要的角色，如：小型火电机组的空预器、一次风机及送风机入口的暖风器、电除尘器入口的烟气冷却器、以及脱硫塔入口的烟气再热器等等，然而一直以来，由于管式换热器管束绕流漩涡脱落与声学驻波共振所造成的声学共振问题，严重威胁着火电机组的安全生产及设备的正常运行。

图2和图3中给出了管式换热设备一般结构的三维视图及俯视图，图中加热或冷却介质(水、蒸汽或者其他介质)在圆管内向上流动，而烟气自左向右绕过圆管流动，从而达到烟气与介质的换热而不相互掺混。事实上，在烟气自左向右进行流动时，烟气绕过圆管管束(顺排管束或错排管束)时，会形成步调一致漩涡脱落现象，从而在管束的垂直方向上形成交变的压力脉动，压力脉动频率与涡脱落频率一致；另一方面，当压力扰动或者声强扰动存在时，管式换热设备的两个平行侧壁面之间(见图2及图3)总是能够产生特定频率和波长的声学驻波现象，声学驻波的频率视两侧壁面之间的距离及烟气温度而定。因此，在发电负荷变化及烟气流速变化的过程，漩涡脱落频率亦随之改变，当管束绕流漩涡脱落产生压力脉动频率与声学驻波频率重合时，便会在管式换热设备的两个侧壁面之间形成漩涡脱落与声学驻波的耦合共振现象。为了便于理解，图3中给出了声学共振的方向。据申请人现场实测，当声学共振发生时，管式换热设备及其连接烟道壁面垂直振动可以达到260mm/s以上，比一般的设备和烟道振动高出1～2个数量级，稍有不慎，很可能产生设备损毁甚至更严重的后果。

对于这种管式换热设备的漩涡脱落与声学驻波耦合共振现象，现在一般的处理方法是采用隔板将管式换热器分隔为若干个独立的腔室，人为改变平行壁面之间的距离，从而改变声学驻波的频率，使之不与漩涡脱落的频率重合。但是在现场实施中，加隔板的方法总是存在实际的困难，首先对管式换热器本体加隔板会破坏换热器本体的结构，尤其是对于错排管束，由于无法将隔板直接插入到管束之间的弯曲缝隙中，需要在加隔板的位置取出若干管束，才能将隔板插入；其次，对于管式换热设备加隔板处理，由于工作量大，涉及改造的结构及部件多，处理时间长，会对电厂的人力和物力造成很大的消耗，严重的还会干扰电厂的正常生产工作。

在现代燃煤发电机组中，随着机组发电容量越来越大，管式换热设备的体积也越来越大，侧壁面距离增大从而导致声学驻波频率也随之降低至漩涡脱落的频率范围内，从而产生漩涡脱落和声学驻波耦合共振的几率也越来越大。近些年来，该类管式换热器的声学共振现象层出不穷，严重干扰了我国火电燃煤机组的正常安全生产运行工作。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种防止管式换热器发生声学驻波耦合共振的内壁面结构，在不对管式换热设备本体做改动的前提下，仅通过对管式换热器及连接烟道侧壁面进行改造或更换，达到消除换热器尾部漩涡脱落与声学驻波耦合共振的现象，缩短了改造周期并减小了改造工程量，提高了火电机组设备运行的安全性。

本实用新型采用如下技术方案来实现的：

一种防止管式换热器发生声学驻波耦合共振的内壁面结构，安装于管式换热器本体及连接烟道两侧面的内壁上，用于消除管式换热器管束绕流漩涡脱落与声学驻波发生耦合共振的现象，包括外壁板，焊接在外壁板上的若干个角钢结构，以及填充在外壁板与每个角钢结构之间的吸声材料，其中，每个角钢结构上均开设有若干个通孔。

本实用新型进一步的改进在于，若干个角钢结构平行布置，且相邻两个角钢结构紧贴在一起。

本实用新型进一步的改进在于，每个角钢结构的宽度为60mm～100mm，厚度为6mm。

本实用新型进一步的改进在于，每个角钢结构上通孔的孔径为10mm～20mm，孔节距为20mm～40mm。

本实用新型进一步的改进在于，每个角钢结构上的若干个通孔均匀布置，且孔隙率为40％～60％。

本实用新型进一步的改进在于，吸声材料采用玻璃棉或岩棉制成。

本实用新型进一步的改进在于，外壁板为厚度6mm的钢板结构。

本实用新型具有以下的优点：

1、结构简单，造价低廉，更换或改造工程量相对很小。

2、不用破坏换热设备原始管束布排结构。

3、事先加工好该内壁结构后，可以在停机后短时间内完成改造工作。

4、不会对管式换热设备本身造成不良影响，且内充吸声材料的保温作用有助于提高换热设备的性能，同时结构改造引起的新增阻力很小。

5、能够有效的消除管式换热设备的声学共振现象，保障机组设备安全。

附图说明

图1本实用新型一种防止管式换热器发生声学驻波耦合共振的内壁面结构示意图。

图2管式换热器三维视图。

图3管式换热器俯视图。

图中：1-角钢结构，2-吸声材料，3-外壁板。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型做出进一步说明。

如图1所示，本实用新型提供的一种防止管式换热器发生声学驻波耦合共振的内壁面结构，安装于管式换热器本体及其连接烟道两侧内壁上，用于消除管式换热器圆柱绕流漩涡脱落与声学驻波发生耦合共振的现象。该内壁面结构由钻孔的角钢结构1、内充的吸声材料2、及外壁板3三部分组成，其中表面钻孔的角钢结构1逐排倒扣焊接在外壁板3上，然后角钢结构面朝内安装在管式换热器及烟道的内壁面上，用于防止声波在换热器两内侧面之间反射而产声学驻波，破坏漩涡脱落与声学驻波产生耦合共振的条件，提高管式换热器及机组的运行安全性。

角钢结构1排束之间不留缝隙，角钢结构1与外壁板3之间形成的空腔内部充满吸声材料2，然后角钢结构1面朝内安装在管式换热器及连接烟道的内壁面上。由于角钢结构1与外壁板3之间存在倾斜角度，首先会造成声波的大规模散射；其次钻孔的角钢结构1及内充的吸声材料2，也能够吸收剩余大部分的声波能量；通过以上两种机制对声波的大规模散射和有效吸收，能够消除声学驻波的大部分能量，使之不能与漩涡脱落产生耦合共振，同时焊接在外壁板上的角钢材料及内充的吸声材料增加了外壁板的参振质量，仅靠漩涡脱落产生的压力脉动，无法激起换热器及壁板的大幅振动，保证了设备安全。

本实用新型的主要目的是通过加强对声波的散射及吸收，破坏两个内侧壁面之间形成声学驻波的条件，使之不能与漩涡脱落耦合形成声学共振，提高了设备的安全性。

本实用新型不用拆除管式换热器的管束或改变其整体结构，仅需要对管式换热器及连接烟道两侧面进行结构改造或更换，从而达到消除声学共振的目的。该实用新型能够大幅减少工程改造费用，缩短改造工期，并且效果良好，且不会对换热设备本身造成不良影响，同时内充吸声材料的保温作用还能够进一步提高换热设备的整体性能。

实施例

国内某1000MW机组脱硫塔入口烟气再热器由于在设计时没有考虑防声学共振的隔板设计，导致机组运行后在大约800MW的时候，再热器本体及连接烟道产生声学共振，共振产生时，设备及烟道壁面振速可达到260mm/s以上，严重影响了设备安全。

针对上述由于管式换热设备产生的漩涡脱落与声学驻波产生的共振耦合现象，如图1至图3所示，本实用新型提供了一种防止管式换热器发生声学驻波耦合共振的内壁面结构，其由表面钻孔的角钢结构、内充的吸声材料、及外壁板三部分组成，该结构的实施主要由以下几个步骤组成：

首先，按照声学共振发生的部位，估算出需要改造侧壁板大致范围，按照设备及烟道的外壁板形状剪裁出相同尺寸及形状的外壁板，外壁板采用钢板结构，母材厚度可采用6mm规格。

其次，根据外壁板的形状和面积，将宽度为60mm～100mm、厚度为6mm规格的角钢结构按数量剪裁成合适的尺寸，然后在角钢结构上均匀钻孔，孔径约为10mm～20mm，孔节距约为20mm～40mm，钻孔均匀密布在角钢表面上，孔隙率约为40％～60％。

再次，按照角钢结构倒扣在外壁板上时形成的三角形孔隙尺寸，制成相同数量及规格的吸声材料，吸声材料可以采用玻璃棉或岩棉制成。

然后，将角钢结构成排倒扣在外壁板上，同时将上一步准备好的吸声材料充满于角钢与壁板的内部，将角钢与外壁板焊接牢固，角钢排束之间不留间隙。

最后，待停机后，将管式换热设备及烟道两侧的壁板拆下，将上述制成的内壁结构角钢向内安装到换热设备或烟道的相应位置，即可完成安装。

Claims (7)

1.一种防止管式换热器发生声学驻波耦合共振的内壁面结构，其特征在于，安装于管式换热器本体及连接烟道两侧面的内壁上，用于消除管式换热器管束绕流漩涡脱落与声学驻波发生耦合共振的现象，包括外壁板(3)，焊接在外壁板(3)上的若干个角钢结构(1)，以及填充在外壁板(3)与每个角钢结构(1)之间的吸声材料(2)，其中，每个角钢结构(1)上均开设有若干个通孔。

2.根据权利要求1所述的一种防止管式换热器发生声学驻波耦合共振的内壁面结构，其特征在于，若干个角钢结构(1)平行布置，且相邻两个角钢结构(1)紧贴在一起。

3.根据权利要求1所述的一种防止管式换热器发生声学驻波耦合共振的内壁面结构，其特征在于，每个角钢结构(1)的宽度为60mm～100mm，厚度为6mm。

4.根据权利要求1所述的一种防止管式换热器发生声学驻波耦合共振的内壁面结构，其特征在于，每个角钢结构(1)上通孔的孔径为10mm～20mm，孔节距为20mm～40mm。

5.根据权利要求1所述的一种防止管式换热器发生声学驻波耦合共振的内壁面结构，其特征在于，每个角钢结构(1)上的若干个通孔均匀布置，且孔隙率为40％～60％。

6.根据权利要求1所述的一种防止管式换热器发生声学驻波耦合共振的内壁面结构，其特征在于，吸声材料(2)采用玻璃棉或岩棉制成。

7.根据权利要求1所述的一种防止管式换热器发生声学驻波耦合共振的内壁面结构，其特征在于，外壁板(3)为厚度6mm的钢板结构。