夏怀鹏 李惊涛
(中冶节能环保有限责任公司， 北京 100088)
摘 要：结合实际工程项目，介绍除尘器发生振动的情况，分析振动产生的原因，提出消除振动的方法。结合工业除尘改造工程中的运用，提出改进设计的一些建议。
关键词：除尘器; 振动; 工业除尘
目前，国内的部分城市出现了空气质量受到严重污染的情况，严重威胁着居民的健康。国家开始重视环保问题，排放不达标的企业必须关停，因此随着国家环保政策的调整，相关重污染行业开始加大了污染的治理。空气的污染物只要来自工业扬尘，钢铁企业作为空气污染大户，也开始了大规模的环保改造。
我单位承建的山东某钢铁企业的高炉除尘改造EPC项目，严格按照国家“十二五”规划的排放标准设计施工，达到了排放的要求，取得了预期的效果。但是，在老旧除尘设施改造的过程中，由于场地的限制，工艺布置复杂，施工难度大，施工精度低，很多设计要根据现有场地确定，因此造成了很多始料未及的困难。同时，也遇到了很多共性的问题，本文重点探讨除尘器振动的问题。
2.1 工程概况
本工程为两座高炉出铁场的除尘改造项目，两座高炉的容量完全相同，平面上对称布置，出铁场的两台除尘器也对称布置在高炉两侧的电气室顶部12 m高的混凝土平台上。两台原有除尘器分别为1号除尘器(图1)和2号除尘器(图2)，结构完全对称，结构形式完全相同，结构的整体情况相对较好。根据现场调研的评价结果，原电气室的混凝土框架结构不改，风机也不改，因此我们认为该除尘器的改造最好保持原钢框架不变。此次改造只是增大了滤袋的长度，增加了过滤面积。结构部分保留了除尘器的钢框架和灰斗，花板以上部分拆除更换新设备，花板以下的箱体部分进行了加高改造。灰斗上的进风管道相应直径增大，灰斗内增加了新型导流板，除尘器侧边的出风管道也相应变大。
图1 1号除尘器
图2 2号除尘器
2.2 故障现象及特点
1号除尘器和2号除尘器按上述方式进行了改造，在整个系统改造完成以后，启动风机进行系统联调。在风机的转速达到500 r/m以上时，除尘器开始振动。两台除尘器均出现了抖动的现象，但是2号除尘器的抖动更严重一些。随着风机转速的提高，抖动越来越厉害，当风机达到额定转速720 r/m之后，1号除尘器的振动也增大了一些，但是明显超过了正常情况的振动；2号除尘器的振动已经非常厉害，顶部爬梯栏杆的摆幅达到100 mm左右，振动频率也很高，致使人不敢走爬梯。
发生这种情况后，立即采取措施降低风机的转速到500 r/m，组织设计人员及施工人员共同查找产生振动的原因。
2.3 原因分析
2.3.1 理论分析
从理论上分析，设备产生振动的原因有如下几个方面：
1) 质量不平衡，重心严重偏离形心。
2) 风机的振动直接传到了除尘器上。
3) 除尘器与风机发生了共振。
4) 除尘器的结构刚度严重不足。
2.3.2 根据现场情况分析
根据现场情况，初步分析认为除尘器振动可能是几种因素综合作用的结果：
除尘器质量不平衡、重心严重偏离形心是造成振动的主要原因。首先，因为现场场地限制，除尘器出风口的管道没有地方设置支架，故将此管道直接与除尘器焊接连接，形成硬连接，导致重心偏向出风口管道一侧；其次，由于场地限制，该出风管道在立面上是倾斜布置的，管道与地面不垂直，所以安装的误差可能导致除尘器承受很大的扭矩；再次，由于场地限制，该管道在安装时首先安装的上半截，待上半截就位后，才安装下半截，上半截管道约400 kN的重量直接全部传递给了除尘器本体；最后，由于下半截管道安装完成后才做的基础，所以下半截管道的自重荷载可能没有完全传给基础，而是有部分荷载传到了除尘器上。综上所述，除尘器出口管道的大部分荷载直接传递到了出口位置，导致了重心的严重偏移。
通过现场调研发现，风机出口的软连接不能完全消除振动的传递，与之相连的管道有一定的振动。管道与除尘器之间的硬连接，造成了风机的振动通过管道传给了除尘器，而且在除尘器上振动被放大。除尘器固有频率可能与风机额定转速的频率非常接近，从而产生了共振。
从两台除尘器随着转速提高振动增大的现象判断，结构的刚度不能满足风机额定转速下的要求。此次除尘器改造，增大了系统的风量，输入设备的能量增大了很多。但是，原设备的承载能力可能不足以抵抗系统增加的能量，所以就显得结构刚度不足，从而造成设备振动。
另外，由于场地的限制，这两台除尘器的进风管道和出风管道位于除尘器的同一端头，这种布置不利于流场的分布，造成了除尘器内产生更大的阻力和能量消耗。而改造造成的风量增大，直接增大了设备运行的阻力和能量损耗，因此设备会通过振动来耗散能量，从而加剧设备的振动。在设备本身刚度较弱的情况下，振动就会被放大。这种同端进出管道的布置，会造成除尘器每个室的风量分布严重不均匀，针对本项目的5个室除尘器的阻力，用设计软件进行了模拟，发现两端的两个室阻力最小，中间的3个室从近到远阻力依次增大。根据阻力和风量平衡的原理，反算入口调节阀的开度，通过调节入口阀开度使各个室的风量分布均匀，但同时又增大了系统的阻力，加剧了振动。
2.4 处理方案与效果评价
项目部在听取了相关专家的意见后，综合分析上述可能的原因，采取了如下加固措施：
1)首先给除尘器的出风口外面的管道进行基础加固。用千斤顶将该管道顶起了3 mm，然后增加垫铁固定，最后用灌浆料浇筑。这样做可以将管道的荷载直接传给基础，减少除尘器承担的管道荷载。
2)对除尘器的钢框架进行了加固。在原框架柱的外侧焊接了一个H型钢，原有的柱间支撑在单角钢的一侧再增加一个角钢，形成双角钢十字支撑。在中箱体上固定壁板的槽钢外面，对口焊接一个同型号的槽钢。这样做，显著增大了结构的刚度，增加了抵抗振动的能力。
3)对风机出口的软连接进行了螺栓放松，减少了振动的传递。但是，这种振动的传递减少很有限。
4)对出风口外面的斜管道增加侧向支撑，减少其产生的扭矩。
通过上述四个方面的加固措施，在风机的转速达到额定值之后，1号除尘器的振动明显得到控制，现场测得的振动完全属于设备正常的振动；但是，2号除尘器的振动还是超过了正常的幅度，因此对两台除尘器进行了对比分析。
2.5 二次处理
针对2号除尘器的异常振动，经分析找出原因并采取措施：1号除尘器和2号除尘器是完全相同的两台除尘器，是同时设计、同时施工、同时投产使用的，结构本身的强度也没有差别，但是两台除尘器的振动却完全不同。由此判断，造成振动的原因可能是风机的叶轮有问题。 因为风机没有改造，而且之前除尘器的使用也没什么问题，所以一直认为风机的叶轮是没问题的。但是，当打开风机的盖子之后，发现2号除尘器的叶轮装反了，在调整了风机的叶轮之后，2号除尘器的振动也回归了正常。
除尘改造工程工期紧、难度大、作业面窄，造成了很多对质量控制的不利因素。除尘器质量的控制难度更大。在出现除尘器振动的情况后，应该根据现场情况进行综合研判，采取相应的措施。
首先，既有除尘器要根据设备本身状况和腐蚀程度评价其结构刚度，对结构刚度不足者必须采用加固措施，增加结构刚度；其次，除尘器的出入口要尽可能设置软连接，将除尘器与管道的荷载断开处理，尽量减少设备重心的偏移；施工顺序必须严格按照规范施工，如果采取逆序施工，必须有专家论证的专项方案；软连接不能完全消除风机振动的传递，除尘器必须考虑一部分管道传来的振动；最后，如除尘器发生大的振动，必须检查风机叶轮的方向。
从除尘器工艺设计的角度看，进风管道和出风管道宜布置在除尘器的不同端。这样可以减少设备本身的运行阻力和能量损耗，提高设备的运行效率。
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DISCUSSION ON VIBRATION PROBLEM OF DUST COLLECTOR
Xia Huaipeng Li Jingtao
(Zhongye Energy Conservation and Environment Protection Co. Ltd, Beijing 100088, China)
ABSTRACT：According to actual projects, this paper introduced the situation that precipitator vibration occurs, and analyzed the causes of vibration,a method to eliminate vibration was also proposed. Considering the application of industrial dust transformation in engineering,some suggestions for design optimization were presented.
KEY WORDS：dust collector; vibration; industrial dust removal
第一作者：夏怀鹏，男，1981年出生，工程师。
Email：xiahuaipeng@163.com
收稿日期：2014-11-20
DOI：10.13206/j.gjg201503012
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