濕法煙氣脫硫工程煙道膨脹節破裂的原因分析及處理

沈海濤，鄧芙蓉

（浙江天地環保工程有限公司，杭州310003）

濕法煙氣脫硫工程煙道膨脹節破裂的原因分析及處理

沈海濤，鄧芙蓉

（浙江天地環保工程有限公司，杭州310003）

某發電廠2臺660 MW機組脫硫裝置在投運后8個月內，GGH至吸收塔原煙道發生很大的整體位移，將吸收塔入口處的膨脹節拉裂，導致煙氣泄漏。通過對煙道整體結構的分析，提出了相應的改進措施。實際運行情況證明改造合理有效。

濕法脫硫；煙道；膨脹節；破裂

某發電廠2臺660 MW機組分別于2010年12月和2011年11月投運，煙氣脫硫系統同步投入運行，脫硫系統采用石灰石-石膏濕法工藝，一爐一塔配置，脫硫設計效率不低于95%。2臺機組在分別投運后8個月內，原煙道至吸收塔入口處的非金屬膨脹節多處發生破損，甚至被整體拉裂，造成停機，本文就此進行分析并提出解決方法。

1 脫硫煙氣系統及設備選型概況

煙氣經增壓風機增壓后進入GGH（煙氣換熱器）降溫，然后至吸收塔進行脫硫，脫硫后的凈煙氣再返回GGH，在GGH中利用原煙氣對凈煙氣加熱后，排入煙囪[1]。

每臺鍋爐配置1臺由上海鼓風機廠生產的100%容量動葉可調軸流式增壓風機，型號為RAF42-20-1，設計流量為3 231 833 m3/h，風機全壓3 533 Pa。

GGH為江蘇金羊能源環境工程有限公司生產的回轉式換熱器，換熱元件采用日本進口專用鋼涂搪瓷，配低泄漏風系統和密封風系統。

煙道為碳鋼制作，GGH至吸收塔原煙道防腐采用內襯玻璃鱗片樹脂，與吸收塔入口以非金屬膨脹節連接，膨脹節橫截面為4 712 mm×11 322 mm，寬300 mm，設計軸向補償量為±45 mm。考慮到強度、防腐和耐溫等因素，膨脹節由多層材料組成，從內向外分別為2.5 mm厚氟膠布、0.3 mm厚聚四氟乙烯、1.7 mm厚玻纖布、0.3 mm厚聚四氟乙烯和1.5 mm厚氟膠布，膨脹節內的導流板材質為316L不銹鋼。

2 煙道結構和故障情況

煙道結構如圖1所示，GGH至吸收塔原煙道上方設置3個剛性吊架，在吸收塔入口處的底部設置1個滑動支架，整段煙道為超靜定結構。

圖1 GGH至吸收塔原煙道及荷載點布置

脫硫系統運行后，此段煙道整體向GGH側移動，最大偏移距離約70~80 mm，吸收塔入口處的膨脹節被拉直，局部破損后被整體拉裂，導致煙氣泄漏。檢修時被迫開啟脫硫旁路，更換新的非金屬膨脹節，3個月后又出現同樣的情況。脫硫系統初期安裝時，滑動支架4與土建支墩中心線重合，吸收塔入口處的膨脹節呈彎曲褶皺狀態，損壞后現場情況如圖2和圖3所示。

圖2 煙道底部的滑動支架與混凝土支墩之間產生很大的偏移

圖3 吸收塔入口處被拉直的膨脹節

3 原因分析

BMCR（鍋爐最大蒸發量）工況下原煙氣溫度為114℃，煙道平面內的熱變形中心在吊架2和吊架3之間，根據理論計算,熱態膨脹后應向吸收塔側移動約7 mm，膨脹節將被壓縮，顯然膨脹節拉裂不是熱位移造成的。

經查閱原設計資料和全面分析后，認為原設計未考慮吸收塔入口處膨脹節的煙氣內壓軸向推力，加之煙道轉彎角度較陡，膨脹節中心距吊架根部較遠，有約14 m的懸臂長度，這應是膨脹節拉裂問題的癥結所在。

增壓風機在BMCR工況下壓頭為3 533 Pa，煙氣經過GGH和煙道后在吸收塔入口膨脹節處的壓力約為2 600 Pa，則產生的水平推力[2]為：

式中：P為煙氣壓力，取2 600 Pa；S為膨脹節截面積，取值見圖1。

原設計圖紙中顯示的各支架荷載如表1所示，滑動支架4采用的聚四氟乙烯之間的滑動摩擦系數為0.1，剛性吊架采用的鋼材間的滾動摩擦系數為0.1[2]，則煙道能夠抵抗水平移動的摩擦力總和為：

表1 煙道各荷載點的設計數據

計算結果遠小于煙氣壓力產生的水平力。另外，煙道陡峭，更易發生偏移，按吊架的允許偏轉角度為3°計算，煙道中心點的水平允許位移約為±700 mm，不能對煙道起到水平限位作用。因此，當煙氣壓力隨著增壓風機壓頭的增大而增大時，煙道便在煙氣壓力產生的水平推力作用下向GGH側移動，不僅抵消了煙道自身的熱膨脹量，還超過了原膨脹節的設計補償量，最終將膨脹節拉裂。

4 處理措施

考慮到經濟效益和社會效益，非計劃停機實施整改的難度很大。通過多次討論和詳細復核計算，采用了在運行狀態下整改的實施方案。

（1）先將偏移的煙道復位，用6～8個手拉葫蘆將煙道向吸收塔側水平拉動糾偏，每個手拉葫蘆一端固定在煙道加固肋上，另一端固定在吸收塔的兩圈環向加固肋上。固定點的強度經復核后可以抵抗水平拉力，但每個葫蘆仍應依次緩慢拉動，同時注意固定點的焊縫強度及構件變形情況，確保整改不影響原有設備的安全運行。

（2）煙道復位后，在滑動支架4處設置煙道位移方向的限位措施，抵抗煙氣壓力產生的水平推力。因支撐原有煙道的支墩為混凝土結構，需用2塊鋼板和4個M24×470雙頭螺柱將支墩包裹起來，用于焊接限位裝置，限位裝置由2個工字鋼I20和30 mm厚的擋塊組成，如圖4所示。同時核算混凝土支墩在水平力和垂直壓力作用下的受力情況，結果表明支墩無需補強。

圖4 煙道支架4處的改進措施

（3）設置限位裝置后，煙道的滑動支架4（鋼管Φ219×9，材料20號鋼）受力與原設計有很大差別，承擔了幾乎全部的水平力。支架鋼管為壓彎構件，將承受水平力產生的剪應力、彎曲應力和重力引起的壓應力，而支架鋼管和煙道焊接處的焊縫也將承受水平力產生的剪應力和彎曲應力[3]。按照《鋼結構設計規范》（GB 50017－2003）相關規定核算后，支架鋼管本身滿足計算要求，但支架根部的焊縫強度不足，應采取補強措施。在支架鋼管根部設置1塊加強筋板（200 mm×300 mm，厚10 mm），如圖4所示，筋板焊接采用雙面角焊縫，焊高10 mm，大大增加了焊縫的長度和截面模量，使焊縫的應力在許用范圍內。

5 結論和建議

（1）造成膨脹節破裂的原因為煙道系統結構受力的設計缺陷，并非膨脹節本身質量問題。按照上述措施整改后，煙道膨脹節未再發生破損和拉裂現象，煙道混凝土支墩和支架鋼管處均無異常，改造效果明顯。

（2）設計人員應考慮到煙道膨脹節處煙氣壓力對煙道的作用，并合理選擇支吊架型式。

（3）原設計中煙道的吊架使煙道垂直熱位移向下，而支架使煙道的垂直熱位移向上，在同一平面內的熱膨脹方向不一致，易導致煙道荷載發生轉移，致使支吊點承擔的荷載與設計荷載不符，同時也容易造成煙道變形，不利于煙道玻璃鱗片內襯的附著。建議將滑動支架4更改為水平限位的導向支架，不承受垂直荷載。

[1]邵峰，戎淑群.濕法煙氣脫硫工藝系統介紹與分析[J].能源工程，2005（5）∶42－47.

[2]DL/T 5121－2000火力發電廠煙風煤粉管道設計技術規程[S].北京∶中國電力出版社，2000.

[3]GB 50017－2003鋼結構設計規范[S].北京∶中國計劃出版社，2003.

（本文編輯：徐晗）

Cause Analysis and Treatment of Expansion Joint Crack of WFGD Projec

SHEN Hai-tao,DENG Fu-rong
（Zhejiang Tiandi Environmental Protection Engineering Co.，Ltd.，Hangzhou 310003，China）

The excessive displacement of the flue between GGH and absorber happened during eight months after FGD operation in 2×660 MW units of a power plant.The cracks appeared on the expansion joint at the absorber inlet that led to gas leakage.The treatment measure is put forward through the analysis of the whole flue structure.The actual operation after improvement indicates that the retrofit is reasonable and effective.

WFGD；flue；expansion joint；crack

TK226

：B

：1007-1881（2013）07-0058-03

2013-02-04

沈海濤（1982-），男，山西長治人，工程師，碩士，從事火電廠脫硫、脫硝的技術設計與研發。