塑膜防漏技術在中型鍋爐上的應用

蔡立新

(巴陵石化公司 熱電事業(yè)部，湖南 岳陽 414014)

0 引言

目前，我國中型鍋爐的生產(chǎn)廠家較多，密封結構的形式各種各樣，但基本都沿用了硬性密封的老設計。鍋爐爐頂?shù)穆╋L設計使得爐頂出現(xiàn)漏風、漏灰，成為電站鍋爐的一大頑疾，會帶來一系列的問題，如鍋爐效率和出力下降、管排和支吊架附件磨損、頂部積灰?guī)眍~外荷載及粉塵濃度增大等。

通過了解和剖析中型鍋爐密封結構的設計原理和缺陷，結合塑膜防漏密封技術在巴陵石化公司熱電事業(yè)部220 t/h鍋爐上的應用，從根本上解決鍋爐爐頂泄漏的問題，將有利于各自備電站和專業(yè)電廠降低能源、資源消耗和排放指標。

1 中型鍋爐密封特點及泄漏原因分析

我國中型鍋爐一般指200 MW以下的鍋爐，本體密封理念及原理為:利用硬性密封材料，平面安裝，基本達到密封目的。

中型鍋爐的頂部結構可能略有不同，但需要進行密封處理的部位基本一致，主要有水冷壁前墻與頂棚過熱器結合的前交叉部位、側墻水冷壁及側包墻過熱器與頂棚過熱器結合的側墻部位、水平煙道各過熱器、再熱器管排(屏式過熱器、高/低溫過熱器、高溫再熱器)、懸吊管(后墻水冷壁、高壓省煤器)等穿過頂棚過熱器的穿墻管部位(如圖1所示)，運行中發(fā)現(xiàn)以上部位都存在不同程度的漏灰現(xiàn)象。

圖1 鍋爐爐頂密封示意圖

1.1 一次密封的結構不能補償各密封部位的膨脹

一次密封的基本結構就是在密封部位焊接一個密封盒，在密封盒的下部填充耐高溫的高鋁或剛玉耐火澆注料，上部填充保溫材料硅酸鋁耐火纖維毯，再用鋼板封蓋焊接。前交叉密封示意圖如圖2所示，高、低溫過熱器密封示意圖如圖3所示，側墻密封示意圖如圖4所示。

圖2 前交叉密封示意圖

在實際運行時，鍋爐各部位從常溫狀態(tài)轉變到332～540℃的工作狀態(tài)，一方面會導致各部位發(fā)生較大的膨脹，另一方面由于運行溫度和材質不同而導致膨脹量偏差較大。由表1可看出，不同材質穿頂管的膨脹量最大相差近1倍，而爐頂交叉和穿墻部位管子很長且數(shù)量很多，如此大的膨脹量會造成密封盒焊接部位的裂紋;同時，密封盒內(nèi)的澆注料在高溫下會有局部開裂，保溫材料也不再具備密封性能。因此，一次密封的結構設計無法徹底解決鍋爐膨脹帶來的問題，存在泄漏也是正常的，只是由于每臺鍋爐施工方法和材料不同，表現(xiàn)程度也不同。

1.2 二次密封應對泄漏的能力差

爐頂二次密封的目的是封堵一次密封的少量泄漏，傳統(tǒng)設計是在一次密封外面包裹鋼纖維耐火澆注料和硅酸鋁保溫層。但由于交叉部位和穿墻管部位管子的膨脹，包裹在周圍的硬性澆注料會產(chǎn)生裂紋，而硅酸鋁保溫材料本身密封性差，配套的膠黏劑耐熱溫度低于700℃。所以，二次密封在結構設計和材料方面的缺陷使其應對泄漏的能力差，不能完全封堵一次密封的泄漏。

1.3 爐墻及爐頂?shù)膿p壞

爐膛打正壓、爆燃放炮的情況在中型鍋爐上時有發(fā)生，這就導致了爐墻與爐頂結合的前交叉和側墻等部位產(chǎn)生裂縫的可能性很大，如巴陵石化公司#9鍋爐由于2次放炮，導致前交叉和左側爐墻損壞，無法修復到原狀態(tài)，最大的裂縫接近20 mm;另外，泄漏的粉塵全部堆積在爐頂，使頂棚產(chǎn)生了變形，部分頂棚管的鰭片碳化開裂，這些損壞都會破壞原有爐頂?shù)拿芊庑Ч?/p>

2 塑膜防漏密封技術應用

巴陵石化公司#9鍋爐是杭州鍋爐廠設計制造的NG220/9.8－M18型高溫高壓、自然循環(huán)、單爐膛、平衡通風、固態(tài)排渣、室內(nèi)布置、全鋼構架、全懸吊結構、四角切圓型火焰燃煤鍋爐。該鍋爐于1999年投產(chǎn)運行，近年來爐頂密封部位出現(xiàn)了漏風、漏灰現(xiàn)象。在2010年的檢查中發(fā)現(xiàn)，爐頂框架內(nèi)積灰厚達600mm，最厚達800mm，不僅降低了爐熱效率，造成鍋爐房工作環(huán)境的惡化，同時由于泄漏部位的溫度很高，部分吊桿已膨脹松動，更為嚴重的是爐頂大量積灰導致鍋爐頂棚有一定變形，隨時可能造成爐頂垮塌的重大事故。

通過仔細論證，如果對一次密封進行改動難度太大，無法實施，而對二次密封進行改進則相對容易，但要求很高，結構要具有膨脹補償能力，材料要具有良好的耐高溫性、密封性、彈性、黏結性和強度。比選后確定采用丹麥的塑膜防漏技術，其工藝標準、專利技術、耐高溫黏結劑和多層高密度陶瓷纖維等材料的使用完全可以解決爐頂密封問題。

表1 鍋爐受熱面膨脹量計算結果

2.1 塑膜防漏密封技術的原理及工藝

塑膜防漏技術源于丹麥的Hasle Isomax公司，是專為解決燃煤鍋爐各部位的飛灰泄漏問題而研制的。其理念就是專門設計具有很強柔韌性和彈性的密封材料，利用材料的特性達到密封效果，和國內(nèi)傳統(tǒng)的平面硬密封相比有很大的進步。

塑膜防漏的基本特性就是密封材料能隨著鍋爐的膨脹而膨脹，能有效補償鍋爐膨脹而不是硬性遏制。其工藝特點是:在需要密封的部位敷設多層高密度陶瓷纖維，金屬和陶瓷纖維采用進口的耐高溫膠黏劑進行粘接，陶瓷纖維層外部采用高彈性的耐熱鋼網(wǎng)整體固定。由于多層陶瓷纖維完全可以補償鍋爐熱態(tài)的膨脹位移，因此整個密封呈塑性結構，能夠有效解決熱膨脹引起的開裂和泄漏問題。

2.2 主要材料及性能

(1)陶瓷纖維毯。該材料從丹麥進口，顏色為白色，外觀與硅酸鋁針刺毯相似，耐熱溫度為1260℃，密度為128kg/m3，高溫收縮率為1.5% ～3.0%，高溫(600～1000℃)熱導率為0.16～0.39 W/(m·K)。它是采用甩絲工藝制作的，線狀纖維超長，因此具有更高的密度、彈性和強度，并且收縮程度低、導熱系數(shù)小、熱態(tài)韌性好，把它用作二次密封的替代材料，既可解決原澆注料塑性差的缺陷，還可使保溫效果更好，一舉兩得。

(2)高溫膠黏劑。該材料從丹麥進口，顏色為灰色，是一種可涂刷的高稠度自然硬化膠，密度為1.53～1.58 kg/m3，具有黏合力強、抗腐蝕和熱沖擊的優(yōu)點，可耐1400℃的高溫，且溫度越高黏結力越強。

2.3 實施過程

此次在#9鍋爐爐頂進行密封改造工作，各部位圖例說明如圖5～圖7所示。

圖5 前交叉密封效果圖

具體工藝如下:

(1)拆除原二次密封的耐火澆注料及保溫層，清潔工作面并除銹打磨。

(2)在所要修復的工作面焊接不銹鋼鉤釘，其主要作用是固定不銹鋼網(wǎng)。

(3)澆注60 mm的耐火可塑料，其作用是防止煙氣對塑膜防漏密封層的直接沖刷，在塑膜防漏密封層下形成一個可靠的防火層。

(4)在需要密封的部位用裁好的條形陶瓷纖維進行敷設和填充，設計為3層，厚度分別為25.6，12.8和25.6mm。在金屬和陶瓷纖維之間以及陶瓷纖維層之間采用耐高溫膠黏劑粘接。

(5)陶瓷纖維層外部用鋼網(wǎng)進行整體固定，鋼網(wǎng)為菱形，由2 mm的不銹鋼板沖壓而成，具有良好的強度、彈性和耐熱性能。

(6)鋼網(wǎng)安裝后，采用逆止卡片將鋼網(wǎng)固定于鉤釘上并壓緊，再用不銹鋼絲將管子與鋼網(wǎng)捆扎牢固。

3 密封效果檢查

巴陵石化公司于2010年5月運用塑膜防漏技術對#9鍋爐爐頂密封實施了改造，至今已安全運行2年多，改造后的密封達到了預期效果，經(jīng)過幾次檢查，至今沒有發(fā)現(xiàn)任何泄漏之處。

在安全性上，防止了漏風、漏灰對爐內(nèi)三維流場的破壞，杜絕可能引起的運行參數(shù)偏離問題，進而緩解了結焦結渣、管壁磨損、風機過負荷及磨損、鍋爐頂棚框架積灰超重等安全問題。

在經(jīng)濟性上，避免了鍋爐漏風、漏灰?guī)淼膿p失，經(jīng)濟效益良好。可根據(jù)下式保守計算1年內(nèi)因減少熱損失而帶來的直接效益。

經(jīng)濟效益=煙氣量×年運行小時數(shù)×溫差×比熱容×漏風率×燃料成本，

式中:煙氣量為2.58×105kg/h;年運行小時數(shù)為8000 h;溫差為120℃(取排煙溫度140℃，環(huán)境溫度20℃);比熱容為1.005 kJ/(kg·K)(取20℃空氣常壓比熱容);漏風率為2%;燃料成本為0.32元/(kW·h)=8.88 ×10－5元/kJ(按標煤 800元/t，煤耗400 g/(kW·h)計算)。

經(jīng)濟效益=2.58×105×8 000×120×1.005×0.02 ×8.88 ×10－5=44.21(萬元)。

如果考慮密封部位泄漏增加送、引風機電耗和對鍋爐運行的影響，以及密封泄漏破壞保溫引起的散熱損失，則經(jīng)濟效益更加明顯。

4 結論

本文針對巴陵石化公司鍋爐爐頂?shù)穆╋L、漏灰問題，分析了原硬性密封的缺點，針對這些缺點采用塑膜密封技術進行了改造，最終解決了爐頂漏風、漏灰的問題。由于該技術在施工時需要專業(yè)人員和專用材料，在鍋爐爐頂發(fā)生爆管的情況下，密封部位修復需要的時間會長一些，因此對應急搶修的組織要求較高。

［1］范從振.鍋爐原理［M］.北京:中國電力出版社，1986.

［2］國家電力公司東北公司.電力工程師手冊［M］.北京:中國電力出版社，2001.

［3］山西電力工業(yè)局.鍋爐安裝與檢修［M］.北京:中國電力出版社，1994.