复杂烟风道结构中导流板的布置分析

复杂烟风道结构中导流板的布置分析

Summary：随着我国对锅炉节能和尾气排放标准的不断改进，大量的低能效、高排放的现有服务锅炉炉膛需要我们改造节能减排。为了降低成本，改造项目中往往出现小空间布置、烟道结构紧凑复杂的混合现象。根据以往的经验，为了解决复杂烟道的非均匀流场问题，通常将导数布置在变径接头流板上。Keys：烟风道；数值模拟；导流板引言：随着我国能源结构的不断调整，生态和环境保护日益升级，对锅炉节能及烟气排放要求也不断提升，大量低能效、高排放的燃煤锅炉需要实施煤改气改造。由于在用燃煤锅炉大部分位于城区或工业区内，锅炉房空间受到限制，在改造过程中经常出现送风道布置空间狭小，结构复杂的现象，导致管道震动。送风道一般依据相关的设计规范和手册进行设计，随着数值模拟技术的发展，通过模拟送风管道内的流场分布，观测内部流场情况，以提高设计效率和准确性。1锅炉风道系统结构设计遇到的问题1.1整个风道系统不节能风道系统的节能化设计原理其实很简单，那就是尽一切可能降低资源消耗、提升能源的利用效率。但要把这些原理和方法运用到现实生活中，就不那么容易了。目前来看，这种原理的应用还需要进一步的探索，如果不能够及时地将节能减排的理念尽快转化，我国许多地区将面临着锅炉所造成的能源消耗巨大、生活质量低下的局面。因此，进行风道系统的设计，具有十分重大的现实意义。如果我们在锅炉运行时大量消耗能源，那么可持续发展战略将难以实施。就目前而言，我国风道系统的一些相关问题仍未得到有效解决，还存在一些可以改进的空间，需要有针对性的采取措施加以解决。就设计层面而言，风道系统往往还没有从锅炉设计阶段就开始植入节能理念，节能措施还不够深入，生态观念还需要加强。1.2风道系统动态变频技术不成熟在锅炉风道系统结构设计中运用动态变频技术是当代创新社会对我们的重要要求，如果锅炉风道系统结构设计做得不好，锅炉产业的发展就会落后于时代的潮流。我们在进行锅炉的设计时，一定不能生搬硬套，强加一些不切实际的想法，而是要在保证设计科学的基础上进行创新。举例来说，在设计锅炉时，一方面要把我们所需要的核心技术注入其中，另一方面又要确保这批锅炉完工后能安全使用很长一段时间。此外，在进行锅炉风道系统结构设计时，如果要进行锅炉材料的创新，必须提前做好试验，以免给用户带来麻烦。锅炉的主要作用是使用而非欣赏，所以我们无论怎样创新锅炉风道系统结构设计，都要把科学放在第一位，不可本末倒置，造成不必要的损失。根据目前动态变频技术不够成熟的现状，国家已出台相关政策，今后一段时期内，为保证锅炉风道系统结构设计的科学性，减少资金浪费，确保锅炉智能化，有关部门将对锅炉风道系统结构设计进行严格审核，从而可以从根本上解决问题，保证工程建设的顺利进行。1.3设计机制不够完善实际上，风道系统的节能设计并不是坐在办公室里画一次画就可以完成的工作，要想设计出真正好的风道系统节能设计，需要进行大量的调查研究和数据分析。这一过程还需要大量资金支持。但目前对这一点的认识还不够深刻，相关部门只是将大量资金投入到设计过程中，忽略了对设计的资金支持。这种现象在我国各地区都很普遍，这对锅炉行业的健康发展产生了非常不利的影响。为解决这一问题，国家有关部门应加大对风道系统节能设计工作的经费投入，确保风道系统节能设计工作能得到专业技术支持，并由真正有才能、有经验的设计师担任领导。唯有如此，我国锅炉风道系统节能设计才能顺利进行、健康发展。节能风道系统技术要想得到更加全面的应用，离不开一个行之有效的设计机制。但是目前来看这种节能技术的应用机制还存在一些问题。同时，风道系统的维护不够及时，也导致了这个问题的加重。很多设备由于控制系统老化，而难以进行智能化的工作，而是会持续地进行作业，造成了资源的严重浪费。从设计方向改进风道系统应用机制，是确保这种技术得到更有效应用的一个很好的措施。2风机及风道振动原因综合分析2.1风道结构与布置分析结合送风机侧风道开裂的位置与风道结构分析，送风机出口风道开裂位置主要在风道内十字支撑后方（风流），这符合内十字支撑引发振动的特征。送风机风道高2m、宽1.5m，通常情况下，内十字支撑更易激发风道垂直壁的振动，因为风道垂直方向尺寸大于水平方向，垂直腔的固有频率应低于水平腔，但本次风道的开裂集中在风道弯头和直段的两侧，振动应发生在风道的两侧。分析送风机出口风道的布置特点，风道振动与风道内风速分布不均有关，而且风机的风道弯头处已增加了一层导流板，将风道分隔为垂直两层，提高了风道垂直腔的固有频率。2.2风道流速与流场分析如果假设，风道内流速均匀、45％风门开度下单台风机风量为总量的80％（157500Ｎm3/h）、风道压力0.5kPa、风温25℃，2m×1.5m风道内的平均流速为9.71m/s，内十字支撑激振频率为36Hz，而风道垂直方向腔室固有频率为86.5Hz（隔开后为173Hz），风道水平腔室固有频率为115.4Hz，风道内流速均匀，内十字支撑不会激发风道共振，仅当局部风速接近平均风速3倍时，内十字支撑会激发风道侧向共振。2.3振动原因综合分析由于送风机出口紧接扩展口和弯头，风道内流速不均是不可避免的，进一步分析出风道流速不均主要由弯头引起，且沿风道垂直方向变化，特别当风门挡板开度较小时。这就可以解释，为何风道内十字支撑激发风道水平腔固有频率，由于在弯头的外侧可能存在较高的流速，提高垂直支撑引发的水平方向激振频率，水平支撑引发风道垂直方向激振，水平支撑位于风道高度方向的中心线附近，流经风速不易较高，不易激发风道垂直（高度方向）固有频率。实际流体绕流圆柱（管）体时，边界层分离所形成的旋涡在背流面有一定释放（脱落）规律，当Re90～200时，背流面旋涡不断地交替生成及脱离，并在尾涡区形成交替排列、旋转方向相反、有规则且较稳定的两行旋涡，以比来流小得多的速度运动，这种现象称为卡门涡街。当侧送风道内产生卡门涡街时，旋涡交替产生并脱落，因此将产生交变力，从而被绕流柱体产生振动及噪声；当交变力频率与风道材料激振的固有频率接近时，便会产生共振现象，使振动加剧；振动会使周围空气发出声响效应，若其频率与风道材料激振的固有频率接近时，又会产生所谓的声振，使振动及噪声加剧。综上分析，导致锅炉送风机在进口风门开度达45％时振动加剧、噪声增大并振裂风道的直接原因，便是在该开度下，送风机侧出口矩形风道内，产生了剧烈的卡门涡街现象。2.4风管弯管处引起的涡流当气流流过弯管时，由于流动方向突变，内侧压力低，流速高，外侧压力高，流速低，会在弯管内侧形成一个分离区产生涡流。另外，弯管区域由于流体质点离心力不平衡，会在截面上产生双涡旋形的二次流动，叠加在沿轴线的主流流动上而引起管道震动。结束语：在设置结构烟道时，不能简单地依据经验，应结合行业标准对导流板的设计进行数值计算并分析布置方案的效果，以防止导流板的引入