Page 90 - 电力与能源2023年第三期

284 余仙敏：脱硫塔出口尾部烟道振动的原因分析与治理技术

图 3 烟道竖壁水平锤击振动响应的加速度频谱

2 尾部烟道流动仿真与振动机理分析

为了确定 68 Hz 频率振动激励的来源，本文首
先对原尾部烟道及其改造后烟道的烟气流动状况进
行数值仿真分析，然后对烟气流动的频率进行分析，
从而对尾部烟道产生振动的机理进行分析。
2.1 尾部烟道流动的仿真分析
首先建立尾部烟道的物理模型，如图 4 所示，

然后进行单元划分，确定计算的边界条件。烟道
的烟气流量为 119 000 Nm·h ，脱硫塔出口烟气
-1
3
温度为 50°C，系统总压降为 220 Pa，忽略冷凝器和
再热器的阻力。尾部烟道烟气流动的压力分布和
速度分布的流线如图 5 所示。由图 5 可以看出，烟
气在两处异形弯头处均出现明显的卡门涡流现

象。通过对尾部烟道的几次导流和均流改造，卡 图 5 尾部烟道烟气流动的压力分布和速度分布流线
门涡流现象虽有所改善，但是并没有消除。因此， ［8-9］
驻波频率等 。当烟气流经冷凝器时，在声驻波
烟气在尾部烟道弯头处出现的卡门涡流是激发烟
频率、卡门涡流脱落频率、气流涡动频率、管束固
道振动的一个主要原因 ［6-7］ 。
有频率中，有两种或两种以上频率发生耦合时，即
可能发生共振。另外，气流分布的不均匀也可能
诱发共振。烟气在经过冷凝器前的异形弯头 1 的
扩张段时，气流分布均匀性较差，特别是在高负荷

工况下，当气流的涡动频率与声驻波频率接近时，
必然会发生共振。气流涡动的原因是烟道截面积
及流动方向发生大的改变，导致流场的紊乱，从而
形成涡流区域。另外，当烟道内流速偏差较大时，
也会形成漩涡强度较高的二次流。

尾部烟道改造受到狭窄空间的限制 ［10］ ，由图 1
可以看出，因冷凝器换热需要，在异形弯头 1 处首
图 4 尾部烟道的物理模型 先由圆形烟道变为方形烟道，同时烟道尺寸扩大

2.2 尾部烟道振动机理分析 形成大的扩散角度，随之又进行了 90°角转向。因
根据流-固-声耦合振动理论，分析尾部烟道 此，当气流流过异形弯头 1 时，首先烟道具有较大
振动时需要考虑的主要因素包括烟气流的涡动频 的扩张角，导致烟气在壁面附近形成漩涡；接着烟
率、烟气流经冷凝器管排的卡门涡流脱落频率、冷 气又流过 90°弯头，根据烟气的流动特性，由于上
凝器管束的固有频率、烟道结构固有频率以及声 侧压力低、下侧压力高的现象，所以必然会出现上