炉膛的振动

10.4.2　炉膛的振动

研究表明，燃烧并不是一个连续的定压过程，而是一个脉动过程。在炉膛的燃烧过程中，风量、风压、燃料供应量等的波动会引起通常是靠高温烟气的回流来加热和点燃的火焰着火前沿的波动。燃烧室着火部分的这种微小波动引起燃烧室内的压力波动，这种波动通常有很低的不规则的频率，其较高的谐波将激发炉膛烟气柱的固有振动。

在锅炉炉膛中，由于燃烧过程的波动可能激发炉膛烟气声驻波的固有频率而引起共振。炉膛中烟气声驻波的谐波次数可以是无限的，亦即其振动的固有频率是无限的，激发其中哪一谐波频率共振决定于炉膛尺寸、燃烧器布置、燃烧器位置和负荷以及燃烧条件等因素。

旋流式燃烧器喷出的旋流很容易由于某一扰动而产生切向波运动，如果切向波的频率与炉膛烟气柱声驻波的固有频率相近时，就激发横向烟气柱共振。通过反馈产生强烈的自激振动。燃烧器出力大时，其喷出的旋流容易变得不稳定，尤应加以特别注意。振动的激发机理与燃烧器射流的旋流性质有关。

图10.17　燃烧室内按原有旋流方向的强烈旋流场

图10.17所示为试验锅炉的三只旋流燃烧器的旋流方向。由下面两只燃烧器喷出的旋流具有相同的旋转方向，因此它产生一个强大的旋转流动场，围绕着上面的第三只燃烧器。于是，从第三只燃烧器喷出的旋流就会遇到一股很不均匀的绕流，从而引起该旋流产生切向运动。其中某一特殊的波，当其频率与燃烧室内横向烟气柱的固有频率很接近时，就激发横向烟气振动（共振）。由于反馈效应，这一横向烟气振动将其能量反馈给上述切向波，因此该波又进一步激化。由此，出现一个强烈的自激烟气振动。

为了防止这一烟气的自激振动，必须改善气流对第三只燃烧器的绕流。将下面两只燃烧器的旋流改变成相反的旋转方向，使之绕轴线产生一个上升流动的气流（见图10.18）。这样，上面第三只燃烧器喷出的旋流便能获得一股几乎是平行的上升气流，从而只受到很小的扰动。

图10.18　改变旋流方向后绕轴线产生的上升流动

除了上述采用改变旋流器旋流方向来减小振动的方法外，还有下列方法也可以达到减小旋流燃烧器的燃烧振动。①改变旋流燃烧器直径（旋流器叶片外径、通流面积等）；②改变在燃烧器喉部处的旋流器位置；③改变旋流叶片的位置；④改变接管开孔的位置；⑤改变一次和二次风的配比。

组织四角切圆燃烧时，锅炉一般装有几十只燃烧器，若某一只燃烧器满足振动条件，就能够激起炉内的气柱振动，这是由振动能量和衰减率的关系来决定的。显然，低负荷时，在减少燃烧器数目的情况下，不易引起振动；在燃烧器数目多的高负荷情况下，容易引起振动。

目前还不能依据燃烧动力学基础来计算出燃烧过程的波动频率。一般说来，炉膛中烟气柱的固有频率是难于调整的。因此，若发生共振只能改变燃烧器的固有频率。但采用这些措施的效果不能用计算得出，只能通过试验来确定。此外，如果燃烧过程的波动频率与锅炉炉墙的固有频率相近时，将要引起炉墙振动。在出现这种情况时，则须加强炉墙的刚性以避免发生共振。

一般在燃烧重油或气体燃料时，具有引起炉膛烟气柱振动的危险。在燃煤时，具有较低的频率，容易激发炉墙的振动。

尽管目前还没有足够的理论来预防炉膛的振动，但已有足够的实际办法能在振动发生时将其消除。

复习思考题

1.结渣、沾污、腐蚀及磨损会给锅炉工作带来哪些问题？

2.结渣的基本条件是什么？何谓灰的结渣特性指标？

3.说明各种积灰的形成过程、机理、影响因素和减轻措施。

4.何谓酸露点，引出它有什么意义？

5.什么是低温腐蚀，它有哪些特点？影响因素有哪些？减轻及防止低温腐蚀的措施有哪些？

6.磨损发生的原因是什么？如何减轻或预防磨损？

7.如何消除锅炉受热面的振动？

主要参考文献

1.岑可法.锅炉和热交换器的积灰、结渣、磨损和腐蚀的防止原理与计算.北京：科学出版社，1995

2.车得福.冷凝式锅炉及其系统.北京：机械工业出版社，2002