600MWCFB非金屬膨脹節(jié)損壞原因分析及防范措施

龔蓮輝，代澤華，龔興利

( 四川白馬循環(huán)流化床示范電站有限責(zé)任公司檢修維護(hù)部，四川內(nèi)江641000)

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600MWCFB非金屬膨脹節(jié)損壞原因分析及防范措施

龔蓮輝，代澤華，龔興利

( 四川白馬循環(huán)流化床示范電站有限責(zé)任公司檢修維護(hù)部，四川內(nèi)江641000)

針對鍋爐外置床到爐膛非金屬膨脹節(jié)在試運(yùn)初期頻繁出現(xiàn)異常，多次發(fā)生非金屬膨脹節(jié)蒙布超溫、燒壞和泄漏等問題，對非金屬膨脹節(jié)的損壞原因進(jìn)行了分析，采用了內(nèi)部迷宮形密封結(jié)構(gòu)，并對保溫填料、蒙皮結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改造，改造后的非金屬膨脹節(jié)進(jìn)行了密封試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)過表明: 該結(jié)構(gòu)的改造不僅保證了機(jī)組在啟停過程中鍋爐與外置床連接處的三維膨脹，同時(shí)解決了非金屬節(jié)內(nèi)容易積灰、破裂、泄漏問題，延長了非金屬膨脹節(jié)使用壽命，保障了鍋爐安全。

循環(huán)流化床; 非金屬膨脹節(jié); 硅酸鋁纖維繩; 蒙皮

非金屬膨脹節(jié)做為循環(huán)流化床鍋爐的一個(gè)關(guān)鍵部件，其工作性能的好壞直接影響到鍋爐是否能夠安全運(yùn)行。隨著循環(huán)流化床鍋爐容量的增大，爐內(nèi)的物料濃度、風(fēng)量及鍋爐膨脹量也逐漸增大，這就對非金屬膨脹節(jié)的要求越來越高。四川白馬循環(huán)流化床示范電站的600 MW 機(jī)組于2013 年4 月投產(chǎn)運(yùn)行。鍋爐外置床到爐膛非金屬膨脹節(jié)在機(jī)組試運(yùn)期間頻繁出現(xiàn)異常，多次發(fā)生非金屬膨脹節(jié)蒙布拉裂、超溫、燒壞和泄漏等情況，影響機(jī)組負(fù)荷及機(jī)組的安全運(yùn)行。

1 非金屬膨脹損壞原因分析

1) 實(shí)際運(yùn)行補(bǔ)償量大于鍋爐設(shè)計(jì)計(jì)算的補(bǔ)償量，造成在機(jī)組啟停過程中蒙皮拉裂。

2) 膨脹節(jié)內(nèi)積灰造成膨脹節(jié)蒙皮脹破，如圖1 所示。

積灰主要集中在膨脹節(jié)的底部。因此，外置床回爐膛灰道非金屬膨脹節(jié)蒙皮破損區(qū)域主要集中在底部區(qū)域和四周角部區(qū)域。造成積灰嚴(yán)重的原因主要有以下兩點(diǎn):

①蒙皮結(jié)構(gòu)密封單一，效果差。非金屬膨脹節(jié)蒙皮內(nèi)采用兩層密封: 第一層為保溫棉，第二層為蒙皮。鍋爐運(yùn)行時(shí)，由于三向位移，使預(yù)留的均勻膨脹縫變得不均勻，加之密封盤根有變形和破損現(xiàn)象，導(dǎo)致第一層密封往往起不到密封效果，進(jìn)而高溫灰將直接沖人非金屬膨脹節(jié)內(nèi)部，引起非金屬膨脹節(jié)內(nèi)部保溫材料被掏空、表面超溫及蒙皮燒壞等問題。

圖1 外置床非金屬膨脹節(jié)內(nèi)積灰致蒙皮拉裂

②內(nèi)部密封板變形，在膨脹縫內(nèi)存在較大空隙，如圖2 所示。

原鍋爐設(shè)計(jì)預(yù)留的膨脹縫是70 mm，無法設(shè)置完整的迷宮結(jié)構(gòu)，只在膨脹縫內(nèi)設(shè)計(jì)活動(dòng)密封板。盡管理論設(shè)計(jì)能起到阻灰進(jìn)入的作用，但在鍋爐反復(fù)啟停過程中，由于高溫作用，使密封板變形，部分防脫導(dǎo)向板脫開，進(jìn)而使活動(dòng)板無法復(fù)位，形成了較大的積灰空隙，高溫物料容易進(jìn)入膨脹節(jié)內(nèi)，再加上鍋爐處于正壓運(yùn)行狀態(tài)，使得蒙皮超溫、破裂，造成高溫物料外泄。

圖2 非金屬膨脹節(jié)內(nèi)部密封板變形

2 防止非金屬膨脹節(jié)損壞的措施

非金屬膨脹節(jié)的改造結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 非金屬膨脹節(jié)改造結(jié)構(gòu)

2.1 密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施

1)增加防脫導(dǎo)向板軸向方向的長度，讓防脫板的長度略超過鍋爐側(cè)澆注料的凹槽，并將防脫板布置成魚鱗狀。這樣就可以使板與板之間緊密疊加，最大限度地減少防脫板在運(yùn)行中的形變，防止大顆粒物料進(jìn)入，成為第一道防灰。

2) 將原鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留的70 mm 膨脹縫間隙加寬，以便能布置一個(gè)完整的迷宮結(jié)構(gòu)。改造后，限位板1 既與鍋爐灰道焊接，又與鍋爐側(cè)澆注料成為一體，而限位板2 與鍋爐灰道焊接，這樣可以讓迷宮結(jié)構(gòu)隨鍋爐與外置床之間的位移形成整體聯(lián)動(dòng)，用迷宮結(jié)構(gòu)的整體聯(lián)動(dòng)性來保證活動(dòng)板在多次鍋爐啟停及錯(cuò)位后，都能在限位板的作用下準(zhǔn)確復(fù)位。此為第二道防灰，主要起到整體防灰、密封的作用。

3) 在澆注料與限位板1 的凹槽部位設(shè)置高溫?fù)趸胰? 可耐溫1 200 ℃) ，擋灰圈用抓釘?shù)男问奖还潭ㄔ谙尬话? 的上面。鍋爐運(yùn)行時(shí)，擋灰圈隨著限位板和澆注料一起移動(dòng)。當(dāng)停爐或者冷態(tài)時(shí)，擋灰圈與防脫板自行閉合，將煙道內(nèi)部的余灰阻擋在膨脹縫之外，此為第三道防灰。

4) 增加活動(dòng)密封板的導(dǎo)向功能，既保證位移時(shí)的活動(dòng)性和安全可靠性，又增加活動(dòng)密封板與防脫板之間的密封性，起到一定的擋灰作用，此為第四道防灰。

5) 在膨脹縫里填充可耐溫1 200 ℃的高溫密封方繩，使密封墊受到迷宮的整體保護(hù)，并按照膨脹縫間隙的1. 3 倍下料，繩內(nèi)用310S 不銹鋼絲網(wǎng)包箍，以提高自身彈性。確保迷宮在任何工作狀態(tài)下都處于盡量完全密閉的空間，此為第五道防灰。

6) 取消原鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)膨脹縫之前的凸臺，讓物料能夠隨著煙道的傾斜角度自由流進(jìn)爐膛，不再堆積在膨脹縫之前，此為第六道防灰。

7) 原鍋爐設(shè)計(jì)要求直接接觸高溫的材料厚度不小于8 mm，但該厚度在實(shí)際運(yùn)行中卻無法承受高溫，造成嚴(yán)重變形。改造時(shí)，建議增加所有迷宮組件的厚度，其中防脫導(dǎo)向板設(shè)計(jì)成魚鱗狀后的厚度為δ10 +δ10，其他部件的厚度都改為δ10，最大限度地降低了鋼結(jié)構(gòu)的受熱變形，此為防灰的輔助工作之一。

8) 由于原膨脹節(jié)蒙皮內(nèi)側(cè)的防灰隔熱層已經(jīng)被破壞，需要在改造時(shí)重新鋪設(shè)原膨脹節(jié)蒙皮內(nèi)的隔熱層，此為防灰的輔助工作之二。

2.2 保溫填料改進(jìn)措施

根據(jù)外置床灰道內(nèi)循環(huán)灰的流動(dòng)及管道膨脹特性，在原膨脹節(jié)的基礎(chǔ)上，將原來的單層保溫密封結(jié)構(gòu)改為多層保溫密封結(jié)構(gòu)，這樣可以有效地將循環(huán)灰阻擋在由擋板和保溫棉墊組成的腔室內(nèi)。具體的改進(jìn)措施如下:

1) 在腔室內(nèi)安裝新的浮動(dòng)導(dǎo)流板。當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化、膨脹節(jié)活動(dòng)端沿循環(huán)灰流動(dòng)方向下移且沿鍋爐中心水平線平移時(shí)，浮動(dòng)導(dǎo)流板會(huì)跟隨移動(dòng)，可有效地減少管道兩邊滑塊的間隙，從而顯著降低循環(huán)灰對保溫層的熱沖擊和沖刷淘空。

2) 在浮動(dòng)導(dǎo)流板和隔熱蒙皮間填充保溫棉，保溫棉用不銹鋼絲網(wǎng)包緊，并固定在內(nèi)框架上，使保溫棉不易脫落，保護(hù)隔熱蒙皮。

3) 在隔熱蒙皮與外蒙皮之間充填保溫棉，同時(shí)提高原非金屬膨脹節(jié)金屬法蘭的高度，使內(nèi)部保溫棉厚度大大增加。中間層為陶瓷纖維布，長期工作溫度為1 000 ℃。鍋爐起動(dòng)后，腔室上部的保溫棉因受壓變得更密實(shí)，使其密封性增強(qiáng)，可防止循環(huán)灰竄出。保溫層采用髙鋁硅酸鋁纖維，成份由55%的Al2O3和44%的SiO2組成，最高使用溫度為1 400 ℃，長期使用溫度為1 200 ℃。

通過對保溫填料的改造，煙氣及高溫物料經(jīng)過多層保溫結(jié)構(gòu)之后，溫度和壓力條件有了很大的改善，這使得蒙皮的表面溫度大大降低，延長了其使用壽命。

2.3 非金屬蒙皮結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施

1) 增加蒙皮的層數(shù)

原設(shè)計(jì)蒙皮的結(jié)構(gòu)共有5 層:

①表層有2 層，由耐酸性能好的氟膠布加強(qiáng)層和無堿玻纖布組成;

②密封層采用耐酸堿性能好、化學(xué)性能穩(wěn)定PTFE;

③里層由防水膠布或高溫陶瓷纖維布組成;

④最后為不銹鋼絲網(wǎng)層。

在該次改造中，在原蒙皮結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加了4 層，其中密封層增加2 層，里層增加2 層。改造后蒙皮的總層數(shù)為9 層，增加了蒙皮的密封性能和強(qiáng)度。

2)增加蒙皮寬度

膨脹節(jié)蒙皮出現(xiàn)多次被拉裂的現(xiàn)象，其原因是徑向錯(cuò)位值與鍋爐計(jì)算的數(shù)據(jù)偏差太大。測定鍋爐的正確膨脹錯(cuò)位值并增加蒙皮的寬度，就可以解決并避免由于錯(cuò)位過大引起的拉裂現(xiàn)象。因此，將回料器到爐膛、外置床到爐膛非金屬蒙皮的寬度從原設(shè)計(jì)值720 mm增加到900 mm。

3) 非金屬膨脹節(jié)角部改造

針對外置床到爐膛矩形非金屬膨脹節(jié)角部，采用圓角過渡，防止蒙皮角部損壞。通過所提供的補(bǔ)償量計(jì)算出蒙皮的寬度，保證在膨脹節(jié)工作時(shí)蒙皮角部不會(huì)因設(shè)計(jì)值而導(dǎo)致破損。

4) 框架改造

原固定蒙皮的框架采用Q235，法蘭部分厚度為8 mm，在蒙皮拆除過程中，使用電動(dòng)扳手拆卸螺栓時(shí)存在變形。運(yùn)行過程中法蘭密封面因變形容易造成煙氣泄漏。在該次改造中，采用材質(zhì)為16 Mn、厚度為12 mm 的鋼板，將原設(shè)計(jì)中的14 mm 螺栓改為16 mm螺栓，螺孔間距為150 mm，增強(qiáng)固定結(jié)構(gòu)，保證密封性能。

3 結(jié)語

非金屬膨脹節(jié)經(jīng)過從內(nèi)到外的改造后，蒙皮表面溫度達(dá)到60 ℃以下，解決了蒙皮超溫的問題。同時(shí)，有效地防止了爐內(nèi)高溫物料進(jìn)入膨脹縫內(nèi)，防止了因物料堆積而造成蒙皮損壞，防止了機(jī)組因蒙皮損壞造成高溫物料外泄，延長非金屬膨脹節(jié)的使用壽命，從而保證了鍋爐在啟停過程中，有效地補(bǔ)償鍋爐的三維膨脹，保證機(jī)組正常運(yùn)行。

[1] 胡昌華，盧嘯風(fēng)． 600 MW 超臨界循環(huán)流化床鍋爐設(shè)備與運(yùn)行[M]．北京: 中國電力出版社，2012．

[2] 楊建華．循環(huán)流化床鍋爐設(shè)備與運(yùn)行[M]．第2 版．北京:中國電力出版社，2010．

[3] 劉德昌，陳漢平，張世紅，等．循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行及事故處理[M]． 北京: 中國電力出版社，2006．

[4] 龔立腎，高延慶，王韜明． 京能赤峰2 × 135 MW 循環(huán)流化床爐煤矸石熱電廠設(shè)計(jì)特點(diǎn)及運(yùn)行技術(shù)分析[J]．沈陽工程學(xué)院學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版，2013，9(1) :23-25．

(責(zé)任編輯 張 凱 校對 佟金鍇)

Causes Analysis and Precaution on Damage of Non-metallic Expansion Joints in 600 MW CFB

GONG Lian-hui,DAI Ze-hua,GONG Xing-li

(Maintenance Department,Sichuan Baima CFB Demonstration Power Plant Limited Liability Corporation,Neijiang 641000,Sichuan Province)

In the initial operation stage of 600MW CFB unit in the Sichuan Baima Demonstration Power Plant,frequent abnormity happened at the non-metallic expansion joint between the external bed of the boiler and the furnace such as the skin over-temperature,burnout,and leakage etc..The causes leading to the above-mentioned problems have been analyzed,and retrofit scheme put forward,including employ of the Labyrinth Seal and adjustment of the insulation packing and the skin construction.The seal test results of the retrofitted non-metallic expansion joint show that the modified structure not only controls the three-dimensional expansion between the external bed of the boiler and the furnace during the start or stop,but also solves the ash deposition,rupture,and leakage in the joint,prolongs the service life of the joint,consequently ensures the safety of the boiler.

CFB;Non-metallic expansion joint;aluminosilicate fiber rope;Skin

2014-11-04

龔蓮輝(1969-) ，女，四川樂山人，工程師。

TK229. 6

A

1673-1603( 2015) 03-0233-03