600MWCFB非金属膨胀节损坏原因分析及防范措施

龚莲辉，代泽华，龚兴利

( 四川白马循环流化床示范电站有限责任公司检修维护部，四川内江641000)



600MWCFB非金属膨胀节损坏原因分析及防范措施

龚莲辉，代泽华，龚兴利

( 四川白马循环流化床示范电站有限责任公司检修维护部，四川内江641000)

针对锅炉外置床到炉膛非金属膨胀节在试运初期频繁出现异常，多次发生非金属膨胀节蒙布超温、烧坏和泄漏等问题，对非金属膨胀节的损坏原因进行了分析，采用了内部迷宫形密封结构，并对保温填料、蒙皮结构进行了改造，改造后的非金属膨胀节进行了密封试验。试验结过表明: 该结构的改造不仅保证了机组在启停过程中锅炉与外置床连接处的三维膨胀，同时解决了非金属节内容易积灰、破裂、泄漏问题，延长了非金属膨胀节使用寿命，保障了锅炉安全。

循环流化床; 非金属膨胀节; 硅酸铝纤维绳; 蒙皮

非金属膨胀节做为循环流化床锅炉的一个关键部件，其工作性能的好坏直接影响到锅炉是否能够安全运行。随着循环流化床锅炉容量的增大，炉内的物料浓度、风量及锅炉膨胀量也逐渐增大，这就对非金属膨胀节的要求越来越高。四川白马循环流化床示范电站的600 MW 机组于2013 年4 月投产运行。锅炉外置床到炉膛非金属膨胀节在机组试运期间频繁出现异常，多次发生非金属膨胀节蒙布拉裂、超温、烧坏和泄漏等情况，影响机组负荷及机组的安全运行。

1 非金属膨胀损坏原因分析

1) 实际运行补偿量大于锅炉设计计算的补偿量，造成在机组启停过程中蒙皮拉裂。

2) 膨胀节内积灰造成膨胀节蒙皮胀破，如图1 所示。

积灰主要集中在膨胀节的底部。因此，外置床回炉膛灰道非金属膨胀节蒙皮破损区域主要集中在底部区域和四周角部区域。造成积灰严重的原因主要有以下两点:

①蒙皮结构密封单一，效果差。非金属膨胀节蒙皮内采用两层密封: 第一层为保温棉，第二层为蒙皮。锅炉运行时，由于三向位移，使预留的均匀膨胀缝变得不均匀，加之密封盘根有变形和破损现象，导致第一层密封往往起不到密封效果，进而高温灰将直接冲人非金属膨胀节内部，引起非金属膨胀节内部保温材料被掏空、表面超温及蒙皮烧坏等问题。

图1 外置床非金属膨胀节内积灰致蒙皮拉裂

②内部密封板变形，在膨胀缝内存在较大空隙，如图2 所示。

原锅炉设计预留的膨胀缝是70 mm，无法设置完整的迷宫结构，只在膨胀缝内设计活动密封板。尽管理论设计能起到阻灰进入的作用，但在锅炉反复启停过程中，由于高温作用，使密封板变形，部分防脱导向板脱开，进而使活动板无法复位，形成了较大的积灰空隙，高温物料容易进入膨胀节内，再加上锅炉处于正压运行状态，使得蒙皮超温、破裂，造成高温物料外泄。

图2 非金属膨胀节内部密封板变形

2 防止非金属膨胀节损坏的措施

非金属膨胀节的改造结构如图3 所示。

图3 非金属膨胀节改造结构

2.1 密封结构改进措施

1)增加防脱导向板轴向方向的长度，让防脱板的长度略超过锅炉侧浇注料的凹槽，并将防脱板布置成鱼鳞状。这样就可以使板与板之间紧密叠加，最大限度地减少防脱板在运行中的形变，防止大颗粒物料进入，成为第一道防灰。

2) 将原锅炉设计时预留的70 mm 膨胀缝间隙加宽，以便能布置一个完整的迷宫结构。改造后，限位板1 既与锅炉灰道焊接，又与锅炉侧浇注料成为一体，而限位板2 与锅炉灰道焊接，这样可以让迷宫结构随锅炉与外置床之间的位移形成整体联动，用迷宫结构的整体联动性来保证活动板在多次锅炉启停及错位后，都能在限位板的作用下准确复位。此为第二道防灰，主要起到整体防灰、密封的作用。

3) 在浇注料与限位板1 的凹槽部位设置高温挡灰圈( 可耐温1 200 ℃) ，挡灰圈用抓钉的形式被固定在限位板1 的上面。锅炉运行时，挡灰圈随着限位板和浇注料一起移动。当停炉或者冷态时，挡灰圈与防脱板自行闭合，将烟道内部的余灰阻挡在膨胀缝之外，此为第三道防灰。

4) 增加活动密封板的导向功能，既保证位移时的活动性和安全可靠性，又增加活动密封板与防脱板之间的密封性，起到一定的挡灰作用，此为第四道防灰。

5) 在膨胀缝里填充可耐温1 200 ℃的高温密封方绳，使密封垫受到迷宫的整体保护，并按照膨胀缝间隙的1. 3 倍下料，绳内用310S 不锈钢丝网包箍，以提高自身弹性。确保迷宫在任何工作状态下都处于尽量完全密闭的空间，此为第五道防灰。

6) 取消原锅炉设计时膨胀缝之前的凸台，让物料能够随着烟道的倾斜角度自由流进炉膛，不再堆积在膨胀缝之前，此为第六道防灰。

7) 原锅炉设计要求直接接触高温的材料厚度不小于8 mm，但该厚度在实际运行中却无法承受高温，造成严重变形。改造时，建议增加所有迷宫组件的厚度，其中防脱导向板设计成鱼鳞状后的厚度为δ10 +δ10，其他部件的厚度都改为δ10，最大限度地降低了钢结构的受热变形，此为防灰的辅助工作之一。

8) 由于原膨胀节蒙皮内侧的防灰隔热层已经被破坏，需要在改造时重新铺设原膨胀节蒙皮内的隔热层，此为防灰的辅助工作之二。

2.2 保温填料改进措施

根据外置床灰道内循环灰的流动及管道膨胀特性，在原膨胀节的基础上，将原来的单层保温密封结构改为多层保温密封结构，这样可以有效地将循环灰阻挡在由挡板和保温棉垫组成的腔室内。具体的改进措施如下:

1) 在腔室内安装新的浮动导流板。当锅炉负荷变化、膨胀节活动端沿循环灰流动方向下移且沿锅炉中心水平线平移时，浮动导流板会跟随移动，可有效地减少管道两边滑块的间隙，从而显著降低循环灰对保温层的热冲击和冲刷淘空。

2) 在浮动导流板和隔热蒙皮间填充保温棉，保温棉用不锈钢丝网包紧，并固定在内框架上，使保温棉不易脱落，保护隔热蒙皮。

3) 在隔热蒙皮与外蒙皮之间充填保温棉，同时提高原非金属膨胀节金属法兰的高度，使内部保温棉厚度大大增加。中间层为陶瓷纤维布，长期工作温度为1 000 ℃。锅炉起动后，腔室上部的保温棉因受压变得更密实，使其密封性增强，可防止循环灰窜出。保温层采用髙铝硅酸铝纤维，成份由55%的Al2O3和44%的SiO2组成，最高使用温度为1 400 ℃，长期使用温度为1 200 ℃。

通过对保温填料的改造，烟气及高温物料经过多层保温结构之后，温度和压力条件有了很大的改善，这使得蒙皮的表面温度大大降低，延长了其使用寿命。

2.3 非金属蒙皮结构改进措施

1) 增加蒙皮的层数

原设计蒙皮的结构共有5 层:

①表层有2 层，由耐酸性能好的氟胶布加强层和无碱玻纤布组成;

②密封层采用耐酸碱性能好、化学性能稳定PTFE;

③里层由防水胶布或高温陶瓷纤维布组成;

④最后为不锈钢丝网层。

在该次改造中，在原蒙皮结构基础上增加了4 层，其中密封层增加2 层，里层增加2 层。改造后蒙皮的总层数为9 层，增加了蒙皮的密封性能和强度。

2)增加蒙皮宽度

膨胀节蒙皮出现多次被拉裂的现象，其原因是径向错位值与锅炉计算的数据偏差太大。测定锅炉的正确膨胀错位值并增加蒙皮的宽度，就可以解决并避免由于错位过大引起的拉裂现象。因此，将回料器到炉膛、外置床到炉膛非金属蒙皮的宽度从原设计值720 mm增加到900 mm。

3) 非金属膨胀节角部改造

针对外置床到炉膛矩形非金属膨胀节角部，采用圆角过渡，防止蒙皮角部损坏。通过所提供的补偿量计算出蒙皮的宽度，保证在膨胀节工作时蒙皮角部不会因设计值而导致破损。

4) 框架改造

原固定蒙皮的框架采用Q235，法兰部分厚度为8 mm，在蒙皮拆除过程中，使用电动扳手拆卸螺栓时存在变形。运行过程中法兰密封面因变形容易造成烟气泄漏。在该次改造中，采用材质为16 Mn、厚度为12 mm 的钢板，将原设计中的14 mm 螺栓改为16 mm螺栓，螺孔间距为150 mm，增强固定结构，保证密封性能。

3 结语

非金属膨胀节经过从内到外的改造后，蒙皮表面温度达到60 ℃以下，解决了蒙皮超温的问题。同时，有效地防止了炉内高温物料进入膨胀缝内，防止了因物料堆积而造成蒙皮损坏，防止了机组因蒙皮损坏造成高温物料外泄，延长非金属膨胀节的使用寿命，从而保证了锅炉在启停过程中，有效地补偿锅炉的三维膨胀，保证机组正常运行。

[1] 胡昌华，卢啸风． 600 MW 超临界循环流化床锅炉设备与运行[M]．北京: 中国电力出版社，2012．

[2] 杨建华．循环流化床锅炉设备与运行[M]．第2 版．北京:中国电力出版社，2010．

[3] 刘德昌，陈汉平，张世红，等．循环流化床锅炉运行及事故处理[M]． 北京: 中国电力出版社，2006．

[4] 龚立肾，高延庆，王韬明． 京能赤峰2 × 135 MW 循环流化床炉煤矸石热电厂设计特点及运行技术分析[J]．沈阳工程学院学报: 自然科学版，2013，9(1) :23-25．

(责任编辑 张 凯 校对 佟金锴)

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

龚莲辉(1969-) ，女，四川乐山人，工程师。

TK229. 6

A

1673-1603( 2015) 03-0233-03