淺談側置懸吊小型循環(huán)流化床煤氣發(fā)生器膨脹位移現(xiàn)象

侯 東 張延亮 馬 超

（兗礦中科清潔能源科技有限公司，山東 鄒城 273500）

恒吊按力矩平衡原理設計，在許可的負載位移下，其負載力矩和彈簧力矩保持平衡，適用于工業(yè)上有熱位移的管道和設備，可以獲得恒定的支撐力，因此不會給管道和設備帶來附加應力。一般在有熱位移較大的重要部位考慮設置恒吊。

1 系統(tǒng)概述

山東某單位新建75t/h 鍋爐為采用小型循環(huán)流化床煤氣發(fā)生器技術的高效煤粉鍋爐。發(fā)生器對稱側置懸吊，安裝于鍋爐側墻水冷壁，每臺發(fā)生器設置2 個噴口，噴口與水冷壁外密封盒滿焊，焊縫焊接加強板加固焊縫[1]。安裝結構形式如圖1 所示。發(fā)生器的支撐懸吊系統(tǒng)主要包括鋼架、恒吊等設備，恒吊的固定框架安裝于發(fā)生器支撐鋼架的頂部橫梁，通過恒吊懸吊發(fā)生器本體并承載運行中產(chǎn)生的振動荷載。每臺發(fā)生器下部均設置點火裝置，點火裝置安裝于發(fā)生器遠離鍋爐的一側，采用三角支撐斜拉固定，質量計入發(fā)生器懸吊載荷。

圖1 發(fā)生器恒力彈簧吊架布置俯視圖

2 恒吊具體布置情況

該項目采用PE 型恒力彈簧吊架，型號為PE.37.-90/35662XM30。每臺發(fā)生器的支吊系統(tǒng)設計有18 個恒吊，呈橢圓形分布，每臺恒吊最大指針刻度為90mm。為方便研究，該文以俯視圖順時針方向將恒吊編號設為1 號~18 號，其中1 號~7 號為近爐側恒吊（2 號、6 號為噴口恒吊），8 號~10 號為右側面恒吊，11 號~15 號為遠爐側恒吊，16 號~18 號為左側面恒吊，恒吊編號如圖1 所示。

3 恒吊指針刻度變化情況分析

該文記錄了鍋爐調試運行過程中連續(xù)時間區(qū)間內(nèi)的23 天發(fā)生器恒吊指針刻度變化數(shù)據(jù)，其中第17 天為停爐檢修，其他時間為鍋爐正常運行時間[2]。發(fā)生器在鍋爐冷態(tài)未點火調試前，1 號~18 號恒吊指針刻度均為零。該次鍋爐運行調整負荷無規(guī)律性，過程記錄數(shù)據(jù)以時間線進行整理分析，所以不考慮正常運行中負荷變化因素對發(fā)生器位移的影響。該文整理了發(fā)生器近爐側、遠爐側、噴口和發(fā)生器兩側恒吊指針刻度變化數(shù)據(jù)，分析如下。

3.1 發(fā)生器近爐側恒吊指針刻度變化情況

通過分析發(fā)生器近爐側恒吊1 號、3 號、4 號、5 號、7 號的指針刻度變化數(shù)據(jù)（如圖2 所示）可以看出，在鍋爐正常運行情況下，1~8 天恒吊的指針刻度值在43mm 線附近穩(wěn)定地上、下波動。觀察9~16 天的恒吊指針刻度數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，鍋爐正常運行中發(fā)生器近爐側恒吊刻度值逐漸增大至45mm 線附近[3]。第17 天數(shù)據(jù)為停爐時恒吊指針刻度變化情況，停爐后發(fā)生器恢復部分位移量，因此恒吊指針刻度變小，停爐再啟動后，恒吊指針刻度增大至50mm 線并在附近穩(wěn)定波動。

圖2 發(fā)生器近爐側恒吊指針刻度變化圖

3.2 發(fā)生器遠爐側恒吊指針刻度變化情況

發(fā)生器遠爐側恒吊11 號、12 號、14 號、15 號指針刻度數(shù)據(jù)較接近，13 號指針刻度數(shù)據(jù)較小，原因是13 號吊架在投入使用后經(jīng)過人為調整，受力較小。發(fā)生器遠爐側恒吊指針刻度數(shù)據(jù)變化趨勢總體相同，如圖3 所示。觀察1~16 天的恒吊指針刻度數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，鍋爐正常運行情況下，遠爐側恒吊指針刻度從32mm 線逐漸增大至40mm 線附近穩(wěn)定波動。第17 天數(shù)據(jù)為停爐時恒吊指針刻度變化情況，停爐后遠爐側恒吊指針刻度基本沒有變化，再啟動后，恒吊指針刻度仍然穩(wěn)定在40mm 線并在附近波動，未明顯增大。

3.3 發(fā)生器噴口恒吊指針刻度變化情況

發(fā)生器噴口恒吊2 號、6 號的指針刻度變化情況如圖4 所示。觀察1~16 天的恒吊指針刻度數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，正常運行情況下噴口恒吊指針刻度在35mm 線附近上、下波動。停爐后噴口恒吊指針刻度恢復至5mm 左右，幾乎恢復至發(fā)生器初始冷態(tài)安裝零位。原因是發(fā)生器噴口是與鍋爐焊接安裝的，噴口位移受鍋爐膨脹的直接影響。正常運行時鍋爐向下膨脹，噴口隨鍋爐膨脹向下位移，停爐后鍋爐膨脹向上恢復，噴口位移也向上恢復，恒吊的指針刻度減小。停爐再啟動后，噴口恒吊指針刻度在35mm 線附近穩(wěn)定波動，并未比停爐前明顯增大。

圖4 發(fā)生器噴口恒吊指針刻度變化圖

3.4 發(fā)生器兩側面恒吊指針刻度變化情況

發(fā)生器右側面恒吊8 號、9 號、10 號及左側面恒吊16 號、17 號、18 號的指針刻度變化情況如圖5 所示。觀察1~16 天的指針刻度數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，正常運行情況下，兩側面恒吊指針刻度在緩慢增大[4]。第17 天數(shù)據(jù)為側面恒吊停爐時的指針刻度變化情況，停爐后大多數(shù)側面吊架指針刻度恢復至試驗開始時一組側面恒吊刻度中的最小值。側面恒吊由于位置不同，因此指針刻度變化情況也不同，恒吊刻度由遠離鍋爐的一側向靠近鍋爐的一側逐漸增大。停爐再啟動后，發(fā)生器側面恒吊指針刻度增大，仍然保持由遠離鍋爐的一側向靠近鍋爐的一側逐漸增大的漸進性。

圖5 發(fā)生器側面恒吊指針刻度變化圖

3.5 停爐時發(fā)生器恒吊指針刻度變化情況對比

鍋爐停爐后發(fā)生器恒吊指針刻度數(shù)據(jù)變化情況如圖6 所示。2 次停爐間隔時間為4 個月，對比2 次停爐發(fā)生器恒吊指針刻度數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，恒吊1 號~18 號指針刻度均增大[5]。其中，噴口恒吊及近爐側恒吊指針刻度增長量較小，遠爐側恒吊指針刻度增加最大，右側面恒吊指針刻度增加較小，左側面恒吊指針刻度增加較大。左側面恒吊指針刻度數(shù)據(jù)大于右側面恒吊數(shù)據(jù)，原因是噴口位移量不相等。噴口2 號恒吊指針刻度增長量大于6 號，說明左側噴口高于右側，進而帶動發(fā)生器左側偏高。

圖6 停爐后發(fā)生器恒吊指針刻度變化對比

4 結果討論

該文分析了鍋爐正常運行及停爐前、后發(fā)生器恒吊指針刻度變化數(shù)據(jù)，得出如下結論。

隨著鍋爐運行時間的推移，發(fā)生器隨鍋爐膨脹和發(fā)生器自身重力影響向下位移。鍋爐停爐時膨脹向上恢復，帶動發(fā)生器向上位移。但是發(fā)生器的自身質量絕大部分由恒吊承擔，鍋爐能直接帶動與其相連接的發(fā)生器噴口向上位移，發(fā)生器其他位置受鍋爐拉力的次要影響。而恒吊是按力矩平衡原理設計的，無法將發(fā)生器拉回原位，導致停爐時，鍋爐膨脹量可以向上恢復，但是發(fā)生器向下的位移無法向上恢復至原位置。后期啟爐，鍋爐又將向下膨脹，將連帶發(fā)生器繼續(xù)向下位移。根據(jù)此規(guī)律，發(fā)生器將跟隨鍋爐向下膨脹至一個最大位移位置，這個位置因發(fā)生器噴口受鍋爐拉力影響和發(fā)生器本體受恒吊的拉力影響，達到穩(wěn)定后停止向下位移，最大位移值將小于鍋爐側墻水冷壁最大設計膨脹量。

發(fā)生器噴口、近爐側和遠爐側恒吊受力形成一個杠桿關系。發(fā)生器噴口直接與鍋爐焊接相連，焊縫受力，噴口恒吊為杠桿動力點，噴口位移直接受鍋爐膨脹影響，噴口向下位移與鍋爐的對應安裝位置的膨脹量基本一致，因此停爐時噴口的向下位移量基本能隨鍋爐膨脹解除恢復到原位置。但是隨著其他恒吊指針刻度值不斷增大，鍋爐啟停時，噴口受力會越來越大，可能存在噴口焊縫開裂的安全隱患。

近爐側恒吊是杠桿的支點。因位置距發(fā)生器噴口較近，鍋爐向下膨脹導致噴口受力傳遞到近爐側恒吊。鍋爐膨脹量在啟、停爐前后變化大，導致近爐側恒吊指針刻度升降幅度較大。鍋爐運行時發(fā)生器會在相應位置保持平衡穩(wěn)定，但是由于發(fā)生器自身質量的影響，停爐時恒吊指針刻度無法完全恢復到原位置，因此導致發(fā)生器向下位移隨鍋爐啟停爐次數(shù)增加逐漸增大至相對最大位移位置，然后保持穩(wěn)定。

遠爐側恒吊是杠桿的阻力點。啟停爐對遠爐側恒吊指針刻度變化幾乎無影響，因此鍋爐運行時向下膨脹對發(fā)生器的拉力不能通過噴口傳遞到遠爐側恒吊。受發(fā)生器自身質量和點火器重力的影響，彈簧無法將其拉回到原位置，因此無論噴口及近爐側恒吊指針刻度如何變化，此位置位移總體均向下增大，直至最大位移位置，然后保持穩(wěn)定。

綜上所述，停爐時，鍋爐膨脹作用于發(fā)生器的外力已消除，噴口恒吊位移為5mm，幾近恢復至發(fā)生器初始安裝冷態(tài)狀態(tài)，但近爐側、遠爐側和側面恒吊的指針刻度均大于30mm。除去鍋爐膨脹的外在影響，究其原因有2 方面：一是恒力吊架彈簧的恒定度影響了恒吊指針刻度的恢復。恒定度越小，說明恒力吊架的穩(wěn)定性越高，其荷載的變化幅度就越小。在機組啟停期間，設備支吊架荷載會發(fā)生變化，如果恒力吊架恒定度較大，則很容易出現(xiàn)停爐后吊架指針無法復位的情況，將進一步影響機組下一次啟動及正常運行[2]。二是點火器安裝在發(fā)生器的遠爐側，導致遠爐側恒吊負載大于近爐側恒吊，也是出現(xiàn)上述位移特點的可能原因。

5 建議

第一，選擇恒定度標準高的恒力彈簧，保證恒吊質量。

第二，設計時充分考慮設備各位置的負載變化情況，根據(jù)負載差異性選擇合適的恒吊。

第三，機組運行前，專業(yè)技術人員需要對發(fā)生器支吊架狀態(tài)進行全面、系統(tǒng)的檢驗與調整，使各恒吊的指針處于冷態(tài)標示點上。

第四，在機組正常運行中也應加強發(fā)生器支吊架的檢查管理力度。建議將機組B 級及以上檢修等級期間列為檢修項目，對支吊架進行全面檢查、調整，確保設備安全，減少事故的發(fā)生。

6 結語

該文分析了小型循環(huán)流化床煤氣發(fā)生器恒吊指針刻度數(shù)據(jù)和位移情況，總結了懸吊方式安裝的發(fā)生器隨鍋爐膨脹的位移規(guī)律，為今后大型化循環(huán)流化床煤氣發(fā)生器懸吊安裝支吊系統(tǒng)的設計、選型提供了參考。