300MW“W”火焰鍋爐爐頂密封的安裝及改進

摘要：文章針對“W”火焰鍋爐的結構組成，結合實例從膨脹和密封兩個角度來進行了研究，并做出了分析，利用密焊爐頂兩側膨脹縫密封等理念來實現對鍋爐爐頂的有效密封，在機組進行生產之后，爐頂無漏煙現象，在爐頂大包內也沒有發現明顯積灰。

關鍵詞：火焰鍋爐；爐頂密封；結構組成；安裝辦法

中圖分類號：TK226 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）35-0085-02

當前使用的300MW“W”火焰鍋爐使用長火焰，利用濃淡燃燒、分級送風等技術，在進行低揮發分煤的燃燒時，“W”火焰鍋爐的燃燒效能與死角切圓方式相比較，效率大約高出3%，并且其不會受到鍋爐大型化的限制，但是當前我國的“W”鍋爐普遍存在燃料燃盡性能差、爐膛結焦多、過熱器常常出現超溫、爐頂漏煙等問題，而隨著社會的發展，可持續發展已經成為企業發展必走的一個歷程，因此對爐頂漏煙等問題及對鍋爐爐頂密封的改進措施進行研究就具有了極為重要的現實意義。

1 實例概述

某國外發電廠2號機組的裝機容量是300MW，其在2011年1月23日進行30天連續穩定試運行之后正式開始商業運行，該發電廠2臺機組的鍋爐為某鍋爐廠設計制造的一類雙拱型單爐膛“W”火焰直吹煤粉固態排渣爐，該鍋爐型號是DG996/17.45-Ⅱ1型。鍋爐內部分上下爐膛，爐膛寬為24.8m，下爐膛深約13.7m，上爐膛深為7.6m；總體呈現“П”型設置，鍋爐為全懸吊結構。電廠在進行安裝過程中對鍋爐頂棚的過熱器及爐頂密封做了一些改進，在試運行過程中，沒有明顯的爐頂漏煙現象，在爐頂大包內檢查也不存在積灰。

2 鍋爐爐頂結構及其密封

2.1 爐頂結構組成

該發電廠2號機組鍋爐在爐頂設置有頂棚過熱器，其寬為24.8m，長約為20m，從前到后分成三段，在前面的一段4m是膜式管屏，剩余兩端16m是散管，鰭片之間不做焊接，頂棚過熱器和倒水冷壁、前水冷壁之間留有一定的膨脹縫，在出口利用后包墻管和出口聯箱與過熱器連接，最終形成剛性的連接。整個鍋爐沿著水平煙道煙氣流動方向及爐膛出口設置有全大屏過熱器、高溫再熱器、高溫過熱器、前包墻過熱器、中隔屏過熱器、后水冷壁管、低溫過熱器、頂棚過熱器等受熱面，各管排直接穿過頂棚過熱器之后與爐頂外聯箱進行連接。

2.2 爐頂的密封

按照爐頂的組成結構，該發電廠2號機組鍋爐原來的爐頂密封如下：（1）對于全大屏貫穿頂棚管的位置，根據每一個大屏作為一個單位，使用耐火混凝土和鋼板密封盒兩者結合的多重密封方式，這樣不但可確保全大屏和頂棚管之間的相對位移，還可以有效地阻止煙氣的泄漏。（2）對于其余部位，主要包括前頂棚800mm部位、中后段頂棚、頂棚兩側存在的膨脹縫、貫穿部位，使用了密封板來做整體密封，沒有進行局部的處理，密封所占面積很大，而密封板和頂棚過熱器之間的硅酸鋁耐火纖維散棉和耐火混凝土僅僅起到了隔熱作用。

2.3 當前爐頂密封問題

（1）對爐頂整個進行了較大面積的密封，如果密封干板存在漏焊點等一些穿孔問題或者當隔熱的耐火混凝土出現一定的損壞時，高溫煙氣必然會沿著這些空隙進入密封板進而竄行，這樣很快密封鋼板就會因為受熱而出現形變，致使爐頂出現漏煙現象。（2）前水冷壁和頂棚之間沒有進行隔熱層設置，這時密封疏形卡板必然受到爐內高溫影響而出現受熱損壞。（3）如果爐膛內壓力出現變化，方形的四側墻必然存在變圓的一種趨勢，傾斜的鋼板很難起到應有的約束作用，導致頂棚兩側的膨脹縫不斷變寬，高溫煙氣由這些膨脹縫進入密封鋼板下竄行，致使密封鋼板因為受熱出現變形損壞，最終致使煙氣出現泄漏。（4）中后段的頂棚在設計時，通常為散管結構，管間的間隙存在一定的漏漿，使得施工難度大大增加，很難確保耐火混凝土在澆筑時的質量。（5）鍋爐在運行之后，因為頂棚散管的變形、膨脹使得管間的間隙出現增大或者導致耐火混凝土出現損壞，爐內的高溫煙氣經由這些管間間隙流入，并通過耐火混凝土損壞位置，進而導致密封鋼板受到輻射最終損壞，致使煙氣泄漏。

3 爐頂各個受熱面間的相對膨脹分析

3.1 水冷壁及包墻管的相對膨脹

（1）介質在管內的流向，爐水首先經過水冷壁加熱至飽和的汽水化合物，然后經過上部出口到達汽包做汽水分離；在氣泡當中分離的飽和蒸汽經由氣泡頂部被導出，然后進入頂部過熱器，接著流入后側包墻過熱器和后包墻，兩者匯合之后導入中隔屏過熱器，用以吸收煙道內存在的高溫煙氣產生的輻射熱。（2）對于水冷壁管、頂棚管、包墻管在設計時，其溫度取值是一定的，又因為取值的不同，使得經過計算的單位膨脹量是水冷壁管與頂棚管小于側包墻管，并且膨脹差很大，因此對頂棚管四周除去利用出口集箱和后包墻管形成的剛性連接之外，其余的三面均預留了膨脹縫。實際從介質流向和周圍環境來查看，側水冷壁管和頂棚管的溫度應該低于前側包墻管溫度，因此單位膨脹量必然為水冷壁管和頂棚管小于側包墻管，另外前側包墻管和側水冷壁管的銜接處膨脹差很大，在進行設計時要進行密焊處理，這樣就出現了剛性連接，導致包墻過熱器和水冷壁成為了一個整體，而頂棚過熱器、水冷壁及包墻過熱器面積相對很大，吸收內、外力的能力很大，并且他們均為輻射受熱面，因此交接處溫差較小，幾乎不存在相對膨脹差，因此可將頂棚過熱器周邊的膨脹縫取消，使用密焊的方式使得這三者成為一個剛性整體。

3.2 穿頂棚和頂棚受熱面管存在的相對膨脹

依據爐頂實際結構，全部貫穿爐頂的管道，除了頂棚和全大屏過熱器有膨脹差之外，全部和頂棚管間進行封焊固定，并與頂棚連接形成一個整體，最終使得不出現相對膨脹差。

4 爐頂結構及密封改造

4.1 爐頂密封改進思路

（1）封焊頂棚兩端存在的膨脹縫，使得水冷壁和頂棚過熱器及包墻過熱器三者連接形成剛性整體；（2）頂棚散管鰭片之間的間隙使用密焊，并形成膜式頂棚，將要密封進行處理的面積減小到最小；（3）盡最大可能將要進行密封的區域分割開，以形成互補連接的密封盒，在密封盒當中添加耐高溫的材料，不但可起到密封作用，還能避免密封盒直接受到高溫輻射，以最大限度地提高密封鋼板的使用壽命。

4.2 爐頂密封改造方案

（1）對扁鋼中心前800mm段與高溫過熱器間的鰭片拼接縫，進行密焊處理，除去穿管部分之外，剩余位置都進行密焊，最后再分區域進行密封；（2）對頂棚管兩側間的膨脹縫，使用特質的伸縮節進行密封，在伸縮節內部使用高硅氧繩進行壓縫，并使用硅酸鋁纖維棉做填實，這種做法主要是為了避免在進行現場焊接過程中出現頂棚管拉傷，而導致扁鋼不能和側墻疏形卡板相互密焊；（3）對穿過頂棚的所有管子，在其貫穿部位進行高硅氧繩纏繞，并且在其外側敷設一層耐火混凝土；（4）通過上述處理之后，再按照原來步驟進行耐火混凝土的澆筑并安裝密封鋼板，并且對密封干板和頂棚掛好吊板，對側墻疏形卡板和密封高頂版進行焊接，對所有沒有密封的區域，進行現場密封焊接；（5）對前水冷壁和頂棚之間存在的膨脹縫，首先在水冷壁上面焊接托板，接著使用2根高硅氧繩與硅酸鋁纖維棉做壓實處理，最后再將頂棚管與水冷壁進行焊接。

4.3 施工注意事項

（1）所有需要固定在受熱面管子之上的密封材料，一定要在進行水壓試驗之間密焊完成；（2）在間隙處進行密焊時，必須要進行分段焊接，以避免焊接出現變形；（3）在進行高硅氧繩纏繞時，一定要纏實，并盡可能下壓至頂棚；（4）在進行耐火混凝土澆筑時，一定要確保搗實。

5 結語

首先，該發電廠300MW“W”火焰鍋爐在爐頂密封改造之后，完成了多重密封，有效地發揮了材料本身具備的密封功能，通過長時間觀察，密封改造效果良好；其次鍋爐爐頂的各個受熱面交界處環境大致相近，各個受熱面間幾乎不存在膨脹差，所以各相互交接處使用了密焊處理，最后形成了剛性整體，另外對頂棚各管鰭片存在間隙使用了密焊進行了處理，最終完成膜式的頂棚機構，使得爐頂的密封大大集中，并實現了將密封區域的有效隔開，完成了局部密封，最后這種鍋爐爐頂的密封，如果在設計時進行周密的考慮，不僅可有效地減少所需密封的面積、節省施工費用、節約材料，還方便在出現泄漏時查找漏點并進行處理。

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作者簡介：張征（1983—），男，中國能源建設集團天津電力建設公司海外工程公司助理工程師，研究方向：火力發電廠安裝及調試。