用于熱力生產(chǎn)系統(tǒng)泄漏超溫治理的柔性密封工藝研究

國能山西河曲發(fā)電有限公司 張文剛

1 背景現(xiàn)狀

火力發(fā)電廠鍋爐漏風(fēng)漏灰及熱力系統(tǒng)保溫外超溫（大于60℃）是各個電廠普遍存在的問題，主要在Π型鍋爐爐頂大包，中間集箱連接管，塔式爐二級過熱器往上受熱面穿墻管煙氣泄漏，連接管疲勞、損壞如圖1所示。機組四大管道垂直管道支吊架處保溫受管道振動位移，出現(xiàn)保溫絕熱超溫現(xiàn)象。很多電廠每次大修都要花費很大人力、物力處理。而且鍋爐冷熱態(tài)時因金屬護板，梳型板，穿墻套溫度差引起的位移所造成的各部位開裂，原有密封間隙擴大從而產(chǎn)生漏風(fēng)漏灰現(xiàn)象如果采用通常的補焊，澆注耐火可塑料，實踐證明密封會在短時間內(nèi)因膨脹失效[1]。造成失效的原因是金屬的柔韌性在即使有膨脹節(jié)的情況下仍不能抵抗頻繁的熱應(yīng)力交變造成的疲勞、損壞、開裂，造成漏風(fēng)、漏灰，鍋爐積灰如圖2所示，鍋爐受熱面穿墻管漏灰將造成鍋爐范圍內(nèi)的管道、建筑、通道的嚴重環(huán)境污染，漏灰處會造成受熱面管磨損，嚴重時造成爆管泄漏。

圖1 連接管疲勞、損壞

圖2 鍋爐積灰

2 目前普遍存在問題

一是聯(lián)箱、熱工表線造成超溫?zé)龘p、煙氣腐蝕、危及生產(chǎn)安全和人身安全，嚴重威脅發(fā)電機組的正常運行。鍋爐漏灰造成鍋爐范圍內(nèi)的管道、建筑、通道嚴重污染，影響周邊環(huán)境衛(wèi)生。

二是漏風(fēng)漏灰的部位由于鍋爐內(nèi)外壓差，在漏風(fēng)處容易形成旋流，這樣加速了顆粒物對管壁的沖刷作用，在顆粒物長期的沖刷下管壁易變薄，影響受熱面強度，易造成爆管。

三是塔式爐二級過熱器往上受熱面管排較密，管間距小，穿墻管密封泄漏成為難點和痛點，此部位設(shè)計上有密封板，但由于基建施工工期短和施工空間位置受限，穿墻密封作用喪失，導(dǎo)致漏灰漏風(fēng)，二級過熱器損壞如圖3所示，在爐膛非正常工況正壓較大的情況下，高溫?zé)煔馔庑箍赡軅叭松戆踩?/p>

圖3 二級過熱器損壞

四是由于鍋爐漏灰Π型爐大部分集中在爐頂和水冷壁、包墻中間過渡混合集箱，塔式爐集中在爐墻四周穿墻管密封處。爐頂大量積灰時，積灰量可達到200t甚至300t以上，相當(dāng)于爐頂全部鋼結(jié)構(gòu)密封層的重量，大大增加了鍋爐爐頂承重量及頂棚管的承重負荷[2]，嚴重時會導(dǎo)致爐頂變形，受熱面焊縫受到外應(yīng)力的影響而產(chǎn)生裂紋失效，對鍋爐本體的安全運行造成極大的危害。

五是增加鍋爐散熱損失，爐頂大量漏灰會使?fàn)t頂保溫層遭到破壞，導(dǎo)致爐頂嚴重超溫。有些電廠因爐頂泄漏問題導(dǎo)致保溫層表面溫度達到200℃以上，大大增加了鍋爐散熱損失。高溫?zé)煔庑孤┻€會導(dǎo)致周圍電控設(shè)備電纜受炙烤老化損壞，影響機組設(shè)備的安全可靠性。

六是腐蝕金屬構(gòu)件，泄漏的煙氣中SO2對金屬構(gòu)件，特別是對承壓部件起腐蝕作用，尤其當(dāng)電廠處于溫差變化易結(jié)露的區(qū)域時而造成的酸性腐蝕作用尤為嚴重，金屬構(gòu)件被腐蝕如圖4所示。

圖4 金屬構(gòu)件被腐蝕

七是當(dāng)鍋爐水冷壁鰭片發(fā)生大量泄漏，各金屬交接縫隙過大時，由于鍋爐一般微負壓運行，所以泄漏部位空氣會大量進入鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)，影響鍋爐正常運行時的負壓工況，勢必增加引風(fēng)機電耗，加劇其葉輪的腐蝕，進而強迫鍋爐降負荷運行，冷空氣漏入爐膛嚴重影響鍋爐剩余空氣系數(shù)，影響鍋爐效率，泄漏部位冷熱交變應(yīng)力容易產(chǎn)生疲勞應(yīng)力而使金屬材料失效，影響機組安全運行。

八是絕熱材料絕熱效果差，造成熱力系統(tǒng)熱效率的損失，使整個電廠經(jīng)濟性下降[3]。四大（六大）管道保溫材料因振動下垂位移，造成局部保溫超溫，陰雨天時會因保溫缺失部位金屬材料產(chǎn)生熱疲勞應(yīng)力而產(chǎn)生表面裂紋，造成較大的經(jīng)濟損失威脅機組安全運行。

3 解決方案與核心工藝

對原有保溫層進行清理，采用立體柔性密封技術(shù)，本技術(shù)是采用非金屬、柔性密封材料（陶瓷纖維）、高溫黏合劑將多層高密度陶瓷纖維把容易泄漏的部位密封起來，然后采用陶瓷纖維噴涂工藝，厚度≥100mm，難以施工和人員到不了的區(qū)域，可以直接用陶瓷纖維噴涂覆蓋，外部再用鎳鉻錳耐高溫不銹鋼網(wǎng)把纖維層加以整體固定，以達到一定的抗壓能力。其最大的特點是可以對難以施工的部位進行噴涂涂覆，如圖5、圖6所示，通過對較小空間和異型結(jié)構(gòu)位置的填充和裹敷達到密封和絕熱的效果，填補了傳統(tǒng)澆注料密封工藝和陶瓷纖維毯柔性密封工藝的空白，能較好地適應(yīng)受熱元件的膨脹位移，確保絕熱部位的密封完好[4]。其不足之處是保溫材料無法拆除后重復(fù)使用，絕熱部位檢修后需采用相同工藝進行施工才能達到絕熱密封的效果，材料性能檢測報如圖7所示。

圖5 集箱穿頂棚噴涂涂覆Ⅰ

圖6 集箱穿頂棚噴涂涂覆Ⅱ

圖7 材料性能檢測報告

4 經(jīng)濟性分析

由于爐頂沒有漏風(fēng)漏灰點，可以保證爐頂大包溫度下降，從而減少爐頂散熱損失。根據(jù)以往的經(jīng)驗，1臺2102T/H的爐頂散熱面積677m2左右，溫度下降40℃，按每年運行6000h計算，可得年減少散熱損失為：Q＝a2×T×m×h＝9.8×40×677×6000=15.9×108（kcal/年），折合標(biāo)煤：15.9×108÷7000＝227.1t，則每年可以節(jié)約煤耗費為：227.1t×500元/t＝11.355萬元。

采用立體柔性密封技術(shù)后減少的熱量損失：假設(shè)一臺配660MW發(fā)電機組的2102T/H的鍋爐為例，其漏風(fēng)量按3%計算，一年損失的直接費用：每年運行按6000h，負荷率100%，滿負荷總煙氣流量2.288×106kg/h；環(huán)境溫度20℃，煙氣比熱1.52kJ/（kg·k），燃料費0.052元/MJ （按標(biāo)煤500元/t，煤耗380克計算），3%漏風(fēng)的直接損失為=煙氣流量×每年運行小時數(shù)×泄漏率×ΔT×比熱×燃量費288×106×6000×0.03×110×1.52×0.052×10-3=3580701元，則一年的直接經(jīng)濟損失粗略為358萬元。

設(shè)備損壞的直接經(jīng)濟損失：受熱面超溫失效沖刷減薄強度降低、爐頂穿墻管非金屬膨脹節(jié)腐蝕更換、爐頂壁溫測點及儀表管更換、爐頂罩殼及彩鋼瓦更換、四大管道出現(xiàn)管材表面疲勞裂紋等都會為發(fā)電企業(yè)帶來較大的經(jīng)濟損失和安全隱患。

5 新工藝改造后的效果

通過改造，保溫絕熱效果得到很大提高，改造后熱力系統(tǒng)的生產(chǎn)環(huán)境得到改善，緊身鍋爐房內(nèi)環(huán)境溫度明顯下降，改造后7個月保溫外護表面測溫檢查，溫度都低于60℃，如圖8、圖9所示，減少了系統(tǒng)散熱損失，也為周圍設(shè)備安全提供了保障。

圖8 爐頂大罩頂部溫度

圖9 水冷壁中間混合集箱外溫度

6 結(jié)語

熱力系統(tǒng)超溫整治對于電力行業(yè)來說意義重大，其經(jīng)濟性和安全性是顯而易見的，在整治工程中經(jīng)常會遇到泄漏位置一次密封施工困難，異型結(jié)構(gòu)部位施工后效果差、絕熱材料難以包覆的情況，花了時間和金錢進行改造沒有達到預(yù)期的效果。采用本文介紹的新型材料和新工藝方法較好地解決了此類困擾的問題，其最大的特點就是可以在較小空間和異型結(jié)構(gòu)位置進行密封絕熱，減少熱力系統(tǒng)的散熱損失，減少系統(tǒng)設(shè)備腐蝕和金屬材料超溫疲勞失效，另外，很多膨脹受阻部位鰭片割開釋放應(yīng)力后的保溫密封和需要柔性膨脹部位的密封，該工藝都可以作為一種解決方案予以實施應(yīng)用，確保電力生產(chǎn)的長期安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定可靠運行，通過本文為同行們提供解決疑難問題的新工藝新方法，在熱力系統(tǒng)絕熱超溫整治上得以借鑒，填補絕熱工藝在狹小空間難以達到設(shè)計效果的空白。