淺談側置懸吊小型循環流化床煤氣發生器膨脹位移現象

侯 東 張延亮 馬 超

（兗礦中科清潔能源科技有限公司，山東 鄒城 273500）

恒吊按力矩平衡原理設計，在許可的負載位移下，其負載力矩和彈簧力矩保持平衡，適用于工業上有熱位移的管道和設備，可以獲得恒定的支撐力，因此不會給管道和設備帶來附加應力。一般在有熱位移較大的重要部位考慮設置恒吊。

1 系統概述

山東某單位新建75t/h 鍋爐為采用小型循環流化床煤氣發生器技術的高效煤粉鍋爐。發生器對稱側置懸吊，安裝于鍋爐側墻水冷壁，每臺發生器設置2 個噴口，噴口與水冷壁外密封盒滿焊，焊縫焊接加強板加固焊縫[1]。安裝結構形式如圖1 所示。發生器的支撐懸吊系統主要包括鋼架、恒吊等設備，恒吊的固定框架安裝于發生器支撐鋼架的頂部橫梁，通過恒吊懸吊發生器本體并承載運行中產生的振動荷載。每臺發生器下部均設置點火裝置，點火裝置安裝于發生器遠離鍋爐的一側，采用三角支撐斜拉固定，質量計入發生器懸吊載荷。

圖1 發生器恒力彈簧吊架布置俯視圖

2 恒吊具體布置情況

該項目采用PE 型恒力彈簧吊架，型號為PE.37.-90/35662XM30。每臺發生器的支吊系統設計有18 個恒吊，呈橢圓形分布，每臺恒吊最大指針刻度為90mm。為方便研究，該文以俯視圖順時針方向將恒吊編號設為1 號~18 號，其中1 號~7 號為近爐側恒吊（2 號、6 號為噴口恒吊），8 號~10 號為右側面恒吊，11 號~15 號為遠爐側恒吊，16 號~18 號為左側面恒吊，恒吊編號如圖1 所示。

3 恒吊指針刻度變化情況分析

該文記錄了鍋爐調試運行過程中連續時間區間內的23 天發生器恒吊指針刻度變化數據，其中第17 天為停爐檢修，其他時間為鍋爐正常運行時間[2]。發生器在鍋爐冷態未點火調試前，1 號~18 號恒吊指針刻度均為零。該次鍋爐運行調整負荷無規律性，過程記錄數據以時間線進行整理分析，所以不考慮正常運行中負荷變化因素對發生器位移的影響。該文整理了發生器近爐側、遠爐側、噴口和發生器兩側恒吊指針刻度變化數據，分析如下。

3.1 發生器近爐側恒吊指針刻度變化情況

通過分析發生器近爐側恒吊1 號、3 號、4 號、5 號、7 號的指針刻度變化數據（如圖2 所示）可以看出，在鍋爐正常運行情況下，1~8 天恒吊的指針刻度值在43mm 線附近穩定地上、下波動。觀察9~16 天的恒吊指針刻度數據發現，鍋爐正常運行中發生器近爐側恒吊刻度值逐漸增大至45mm 線附近[3]。第17 天數據為停爐時恒吊指針刻度變化情況，停爐后發生器恢復部分位移量，因此恒吊指針刻度變小，停爐再啟動后，恒吊指針刻度增大至50mm 線并在附近穩定波動。

圖2 發生器近爐側恒吊指針刻度變化圖

3.2 發生器遠爐側恒吊指針刻度變化情況

發生器遠爐側恒吊11 號、12 號、14 號、15 號指針刻度數據較接近，13 號指針刻度數據較小，原因是13 號吊架在投入使用后經過人為調整，受力較小。發生器遠爐側恒吊指針刻度數據變化趨勢總體相同，如圖3 所示。觀察1~16 天的恒吊指針刻度數據發現，鍋爐正常運行情況下，遠爐側恒吊指針刻度從32mm 線逐漸增大至40mm 線附近穩定波動。第17 天數據為停爐時恒吊指針刻度變化情況，停爐后遠爐側恒吊指針刻度基本沒有變化，再啟動后，恒吊指針刻度仍然穩定在40mm 線并在附近波動，未明顯增大。

3.3 發生器噴口恒吊指針刻度變化情況

發生器噴口恒吊2 號、6 號的指針刻度變化情況如圖4 所示。觀察1~16 天的恒吊指針刻度數據發現，正常運行情況下噴口恒吊指針刻度在35mm 線附近上、下波動。停爐后噴口恒吊指針刻度恢復至5mm 左右，幾乎恢復至發生器初始冷態安裝零位。原因是發生器噴口是與鍋爐焊接安裝的，噴口位移受鍋爐膨脹的直接影響。正常運行時鍋爐向下膨脹，噴口隨鍋爐膨脹向下位移，停爐后鍋爐膨脹向上恢復，噴口位移也向上恢復，恒吊的指針刻度減小。停爐再啟動后，噴口恒吊指針刻度在35mm 線附近穩定波動，并未比停爐前明顯增大。

圖4 發生器噴口恒吊指針刻度變化圖

3.4 發生器兩側面恒吊指針刻度變化情況

發生器右側面恒吊8 號、9 號、10 號及左側面恒吊16 號、17 號、18 號的指針刻度變化情況如圖5 所示。觀察1~16 天的指針刻度數據發現，正常運行情況下，兩側面恒吊指針刻度在緩慢增大[4]。第17 天數據為側面恒吊停爐時的指針刻度變化情況，停爐后大多數側面吊架指針刻度恢復至試驗開始時一組側面恒吊刻度中的最小值。側面恒吊由于位置不同，因此指針刻度變化情況也不同，恒吊刻度由遠離鍋爐的一側向靠近鍋爐的一側逐漸增大。停爐再啟動后，發生器側面恒吊指針刻度增大，仍然保持由遠離鍋爐的一側向靠近鍋爐的一側逐漸增大的漸進性。

圖5 發生器側面恒吊指針刻度變化圖

3.5 停爐時發生器恒吊指針刻度變化情況對比

鍋爐停爐后發生器恒吊指針刻度數據變化情況如圖6 所示。2 次停爐間隔時間為4 個月，對比2 次停爐發生器恒吊指針刻度數據可以發現，恒吊1 號~18 號指針刻度均增大[5]。其中，噴口恒吊及近爐側恒吊指針刻度增長量較小，遠爐側恒吊指針刻度增加最大，右側面恒吊指針刻度增加較小，左側面恒吊指針刻度增加較大。左側面恒吊指針刻度數據大于右側面恒吊數據，原因是噴口位移量不相等。噴口2 號恒吊指針刻度增長量大于6 號，說明左側噴口高于右側，進而帶動發生器左側偏高。

圖6 停爐后發生器恒吊指針刻度變化對比

4 結果討論

該文分析了鍋爐正常運行及停爐前、后發生器恒吊指針刻度變化數據，得出如下結論。

隨著鍋爐運行時間的推移，發生器隨鍋爐膨脹和發生器自身重力影響向下位移。鍋爐停爐時膨脹向上恢復，帶動發生器向上位移。但是發生器的自身質量絕大部分由恒吊承擔，鍋爐能直接帶動與其相連接的發生器噴口向上位移，發生器其他位置受鍋爐拉力的次要影響。而恒吊是按力矩平衡原理設計的，無法將發生器拉回原位，導致停爐時，鍋爐膨脹量可以向上恢復，但是發生器向下的位移無法向上恢復至原位置。后期啟爐，鍋爐又將向下膨脹，將連帶發生器繼續向下位移。根據此規律，發生器將跟隨鍋爐向下膨脹至一個最大位移位置，這個位置因發生器噴口受鍋爐拉力影響和發生器本體受恒吊的拉力影響，達到穩定后停止向下位移，最大位移值將小于鍋爐側墻水冷壁最大設計膨脹量。

發生器噴口、近爐側和遠爐側恒吊受力形成一個杠桿關系。發生器噴口直接與鍋爐焊接相連，焊縫受力，噴口恒吊為杠桿動力點，噴口位移直接受鍋爐膨脹影響，噴口向下位移與鍋爐的對應安裝位置的膨脹量基本一致，因此停爐時噴口的向下位移量基本能隨鍋爐膨脹解除恢復到原位置。但是隨著其他恒吊指針刻度值不斷增大，鍋爐啟停時，噴口受力會越來越大，可能存在噴口焊縫開裂的安全隱患。

近爐側恒吊是杠桿的支點。因位置距發生器噴口較近，鍋爐向下膨脹導致噴口受力傳遞到近爐側恒吊。鍋爐膨脹量在啟、停爐前后變化大，導致近爐側恒吊指針刻度升降幅度較大。鍋爐運行時發生器會在相應位置保持平衡穩定，但是由于發生器自身質量的影響，停爐時恒吊指針刻度無法完全恢復到原位置，因此導致發生器向下位移隨鍋爐啟停爐次數增加逐漸增大至相對最大位移位置，然后保持穩定。

遠爐側恒吊是杠桿的阻力點。啟停爐對遠爐側恒吊指針刻度變化幾乎無影響，因此鍋爐運行時向下膨脹對發生器的拉力不能通過噴口傳遞到遠爐側恒吊。受發生器自身質量和點火器重力的影響，彈簧無法將其拉回到原位置，因此無論噴口及近爐側恒吊指針刻度如何變化，此位置位移總體均向下增大，直至最大位移位置，然后保持穩定。

綜上所述，停爐時，鍋爐膨脹作用于發生器的外力已消除，噴口恒吊位移為5mm，幾近恢復至發生器初始安裝冷態狀態，但近爐側、遠爐側和側面恒吊的指針刻度均大于30mm。除去鍋爐膨脹的外在影響，究其原因有2 方面：一是恒力吊架彈簧的恒定度影響了恒吊指針刻度的恢復。恒定度越小，說明恒力吊架的穩定性越高，其荷載的變化幅度就越小。在機組啟停期間，設備支吊架荷載會發生變化，如果恒力吊架恒定度較大，則很容易出現停爐后吊架指針無法復位的情況，將進一步影響機組下一次啟動及正常運行[2]。二是點火器安裝在發生器的遠爐側，導致遠爐側恒吊負載大于近爐側恒吊，也是出現上述位移特點的可能原因。

5 建議

第一，選擇恒定度標準高的恒力彈簧，保證恒吊質量。

第二，設計時充分考慮設備各位置的負載變化情況，根據負載差異性選擇合適的恒吊。

第三，機組運行前，專業技術人員需要對發生器支吊架狀態進行全面、系統的檢驗與調整，使各恒吊的指針處于冷態標示點上。

第四，在機組正常運行中也應加強發生器支吊架的檢查管理力度。建議將機組B 級及以上檢修等級期間列為檢修項目，對支吊架進行全面檢查、調整，確保設備安全，減少事故的發生。

6 結語

該文分析了小型循環流化床煤氣發生器恒吊指針刻度數據和位移情況，總結了懸吊方式安裝的發生器隨鍋爐膨脹的位移規律，為今后大型化循環流化床煤氣發生器懸吊安裝支吊系統的設計、選型提供了參考。