膜式內冷高溫爐煙管道與傳統高溫爐煙管道的比較

梁瑤 魯常春

摘 要：對于燃褐煤、制粉系統為風扇磨直吹系統的大容量機組，高溫爐煙管道的設計歷來都是工程設計的重要部分，它的優劣直接影響到工程的安全性與經濟性。老撾洪沙3×600 MW坑口電站采用了膜式內冷式高溫爐煙管道，在安全運行的前提下使本工程具有更好的技術先進性、可靠性和經濟性。該文對膜式水冷高溫爐煙管道和傳統高溫爐煙管道的結構進行了論述，并對各種結構的高溫爐煙管道的優缺點進行了比較。

關鍵詞：膜式內冷高溫爐煙管道 內保溫結構高溫爐煙管道 外保溫結構高溫爐煙管道 內外結合結構高溫爐煙管道

中圖分類號：TK228 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）06（c）-0237-01

風扇磨制粉系統的干燥劑由高溫爐煙、熱煙、熱風三介質組成，三種介質在高溫爐煙管道混合室混合后吹進風扇磨。由于高溫爐煙管道對機組安全運行的具有極重要的作用，它的設計一直倍受關注，多年來，研究人員不斷對高溫爐煙的結構形式進行研究和改進，先后有內保溫結構高溫爐煙管道、外保溫結構高溫爐煙管道、內外結合結構高溫爐煙管道、膜式內冷高溫爐煙管道。該文對幾種結構形式的高溫爐煙管道的優缺點作了比較。

1 傳統與膜式內冷高溫爐煙管道結構

1.1 傳統高溫爐煙管道結構

目前國內電廠燃褐煤鍋爐采用的高溫爐煙管道主要有三種結構，即內保溫結構、外保溫結構和內外保溫結合結構。

1.1.1 內保溫結構高溫爐煙管道

內保溫結構的高溫爐煙管道是目前最常見的設計方式，其最外層采用普通碳鋼管，中間層襯保溫材料，最內層襯耐火材料。

1.1.2 外保溫結構高溫爐煙管道

外保溫結構高溫爐煙管道是國內為了克服內保溫結構高溫爐煙管道的一些缺點而采用的一種設計形式。其結構為最內層采用耐熱合金鋼材鋼管，外包保溫材料，最外層覆鍍鋅鐵皮。

1.1.3 內外結合結構高溫爐煙管道

內外結合結構綜合了內保溫和外保溫的優點，其高溫段采用內保溫結構即普通碳鋼管內襯保溫材料，而相對低溫的與原煤混合的干燥段則采用耐熱鋼外襯保溫材料的外保溫結構。

1.2 膜式內冷高溫爐煙管道結構

高溫爐煙管道內膜式壁將鍋爐爐膛水冷壁受熱面的型式移植到高溫爐煙管道上，冷卻水系統設計有回系統和不回系統兩種。有回系統膜式內冷高溫爐煙管道系統的冷卻水從凝結水水泵出口引出，冷卻水從管道底部引入，頂部引出，以便于管內氣泡排出。冷卻水從管道頂部引至低壓加熱器出口，返回原電廠的汽水循環系統。也就是說，來自凝結水泵的凝結水將分為兩路，一路仍按照原系統走向運行，直接進入低壓加熱器，而另一路則進入膜式內冷高溫爐煙管道系統，再返回低壓加熱器出口。不回系統是單獨設置一套冷卻水系統，此系統由管路、循環水泵和換熱裝置組成，系統相對獨立，通過膜式內冷煙道加熱的水用于供熱或其他途徑。

2 膜式內冷高溫爐煙管道與傳統高溫爐煙管道優缺點比較

2.1 內保溫結構高溫爐煙管道

此種保溫結構的高溫爐煙管道的造價成本最低，可節省大量的昂貴的耐高溫合金鋼。由于其內壁直接與煙氣接觸的是耐火、耐磨材料，此種材料對溫度的變化影響相對較小。但其缺點是管道重量較大，且更為嚴重的是，高溫爐煙溫度在20 ℃～1085 ℃之間急劇變化，由于管道本身的保溫結構熱補償能力極差，在投運一段時間后，保溫磚和耐火磚就會松動，產生脫落現象。低溫段由于受到原煤的不斷沖擊，保溫的脫落嚴重，固定抓釘燒壞也是保溫脫落的主要原因。保溫脫落后，碳鋼管壁直接與高溫煙氣接觸，造成管道由于承受不了高溫而被燒壞，嚴重漏風，致使磨煤機干燥出力不足。由于保溫和固定抓釘落入磨煤機，也造成磨煤機葉輪和打擊板受損，從而導致停爐、停機。

2.2 外保溫結構高溫爐煙管道

外保溫結構的高溫爐煙管道解決了內保溫結構材料脫落的問題，且安裝方便，施工難度小，但代價是高溫耐熱合金材料在市場價格高、投資成本過大，且其受溫度的影響較大。由于外保溫材料鑄造等方面的原因，在磨煤機頻繁啟停時，溫度的劇烈變化會導致管道出現管壁龜裂現象。時間長就會發生管道出現管道扭曲變形、外保溫脫落、焊口開焊、支吊架管部開焊、拉桿斷裂甚至管道斷裂、脫落等現象。[1]

2.3 內外結合保溫結構

內外結合保溫結構綜合了內保溫結構和外保溫結構的優點，其造價相對較低，受溫度變化影響小。內外結合保溫形式的高溫爐煙管道雖然較前兩種保溫形式有了很大的改進，但仍不能保證高溫爐煙管道的長期運行，保溫層的脫落問題、膨脹節的壽命問題、管道開裂問題、漏風問題等仍未得到根本解決。

2.4 膜式內冷高溫爐煙管道

膜式內冷高溫爐煙管道在安全性上有了很大的提高。在膜式內冷高溫爐煙管道系統中，管道本體通膜式內冷卻使得管道內部耐磨與隔熱材料的工作溫度大幅降低，從而使得管道內耐磨與隔熱材料的工作壽命顯著增加，大大提高了高溫爐煙管道設備的工作可靠性。即使管道內耐磨隔熱材料局部脫落，膜式壁也不會發生燒穿事故，且煙氣熱量被冷卻水吸收后返回低壓加熱器從而得以有效利用。

但膜式內冷高溫爐煙管道比傳統爐煙管道多了一路冷卻水，有回系統的膜式高溫爐煙管道設計從凝汽器引出一路水至高溫爐煙管道，在實踐中也要注意搶水問題，基于爐煙管道的高度，要注意要保證一定的壓力才能實現管道內水循環。為了不影響原有電廠的汽水循環系統，進入高溫爐煙管道系統的流量不宜過大，否則可能影響到低壓加熱器的正常運行，且管內流速高時，流動阻力也會隨之增大。另一方面，冷卻水流量過小時，管道內吸熱量有可能使膜式內冷管內的液態水汽化，汽液兩相混合物對管內工質在并聯管組各管中流量的均勻分配極為不利，因而在管道系統正常運行時管內冷卻水流量應能保證管道出口水未被汽化。因此，膜式內冷高溫爐煙管道內冷卻水流速的選取宜為在滿足氣泡排出安全流速與管道出口工質未被汽化的要求下，管內流速盡量選取的較低。[2]

3 結語

通過比較三種傳統高溫爐煙管道與膜式內冷高溫爐煙管道的結構和優缺點，膜式內冷高溫爐煙管道具有安全可靠的突出優勢，同時也具有更好的經濟性，設備初次投資和維護費用顯著降低，其設計可以綜合考慮冷卻水系統和整個熱力系統，利用冷卻源余熱和保溫措施使膜式內冷爐煙管道更節能高效，膜式內冷高溫爐煙管道是技術更為先進，值得廣泛推廣的一種熱煙道形式。

參考文獻

[1] 谷永鋒，王曉聆.高溫爐煙管道保溫結構的設計及應用研究[J].黑龍江電力， 2009（3）：193-196.

[2] 魯常春，梁瑤.膜式水冷高溫爐煙管道在老撾HONGSA電廠的應用[J].電站系統工程，2015（3）：53-54.