330_MW亚临界燃煤锅炉炉顶密封改造_李晓琴.pdf

文章编号：（）：亚临界燃煤锅炉炉顶密封改造收稿日期：李晓琴，苏 建 （北京巴布科克威尔科克斯有限公司，北京），（，）摘 要：针对某电厂 炉高温过热器炉顶金属密封因热膨胀产生位移造成大量漏烟、漏灰的问题，提出在炉顶金属密封的基础上加装柔性密封的措施。对改造采用的柔性密封的结构、材料的选择、施工面积的计算以及施工工艺等作了介绍，结果表明改造成功，至今未出现漏烟、漏灰的问题，且降低了厂区环境粉尘污染。关键词：金属密封；热膨胀；柔性密封；施工工艺中图分类号：.文献标识码：第一作者：李晓琴（），女，工程师，硕士，主要从事锅炉受热面设计及改造工作。前言某电厂 锅炉为 亚临界自然循环燃煤锅炉，型号为，由北京巴布科克威尔科克斯有限公司引进美国 公司技术设计制造而成，系单炉膛、平衡通风、固态排渣全悬吊结构，尾部烟道呈倒 形布置。炉膛上部布置屏式过热器，炉膛折焰角上方有两组高温过热器，在水平烟道处布置了垂直再热器，尾部竖井由隔墙分成前后两个烟道，前部布置了水平再热器，后部为一级过热器和省煤器，在分烟道出口分别设置了烟气调节挡板装置。锅炉已运行二十多年，高温过热器管组材质老化，力学性能下降，大包内漏烟、漏灰严重，本次改造在进行高温过热器管排更换的同时，对炉顶密封进行改造，在金属密封外加装柔性密封，以保证锅炉的严密性及安全性。炉顶密封结构锅炉炉顶采用金属密封和非金属柔性密封相结合的结构，穿管处密封内层为金属密封盒，外层为非金属柔性密封。非金属柔性密封不应破坏锅炉原有金属密封盒结构。金属密封结构高温过热器管排穿顶棚处的金属密封结构见图，由一次密封板和二次金属密封盒组成。一次密封位于顶棚管处，采用梳型板将穿顶棚处的高温过热器管密封起来，梳型板之间平行焊，梳型板不与管子焊接。二次密封在距顶棚管中心线往上 处，做成一个金属盒，穿管处梳型密封板与套管焊接。一次密封板及顶棚管上部敷设保温。顶棚管上浇注一层很薄的微膨胀耐火可塑料，穿过顶棚部分的高温过热器区域用硅酸铝耐火纤维毡将受热面在顶棚上的延伸段全部包裹，通过内层钢板网和外层铁丝网用不锈钢丝捆扎在管子上。在这些高温区域的顶棚密封罩内除浇注一层微膨胀耐火可塑料外，还在穿顶棚的管束周围用硅酸铝耐火纤维毡多层叠置后环绕填塞作绝热。柔性密封结构柔性密封技术中陶瓷纤维为整体密封层的主体材料，起着吸收锅炉膨胀，阻挡锅炉本体金属密封开裂处的高温烟气冲刷的作用，其直接敷设在二次金属密封盒上。柔性密封采用立体挠性方式，把所有可能产生的膨胀点即泄漏点置于密封层的中心点上，确保陶瓷纤维密封层能完整地吸收三方位的膨胀。柔性密封采用高温粘合剂和多层陶瓷纤维进行密封，外部采用耐高温镍铬锰不锈钢网把纤维层加 亚临界燃煤锅炉炉顶密封改造以整体固定，见图。柔性密封层总厚度为 ，陶瓷纤维敷设 层，各层厚度分别为 、。图 高温过热器金属密封结构图 柔性密封结构 柔性密封选材陶瓷纤维、高温黏合剂、镍铬锰钢丝网是锅炉密封技术的关键性施工材料，其性能指标、制备工艺的好坏直接影响密封质量。锅炉炉顶密封材料的选择，可按其性能指标进行。陶瓷纤维陶瓷纤维是一种纤维状轻质耐火材料，具有重量轻、耐高温、热稳定性好、导热率低、比热小及耐机械震动等优点。陶瓷纤维是柔性密封的主体材料，由于电站锅炉工作条件的特殊性和恶劣性，只有符合特定要求的陶瓷纤维才能满足锅炉密封的使用要求。陶瓷纤维毯的选择以纯度、抗风蚀性、抗透气性、压缩回弹率为主要指标，纯度的高低决定了材料高温热稳定性，抗风蚀性、抗透气性决定了保温密封性，压缩回弹率决定了材料的延展性。纯度陶瓷纤维的纯度直接影响了其化学稳定性，特别是面对炉内高温烟气时是否能保持纤维自身的化学稳定性对密封性能的优劣至关重要，所以纯度是密封材料的第一要素。指标为：（）（），且（）。长期使用温度陶瓷纤维不仅具有一般低导热率材料所具有的优良的绝热性能，并具有高温下持续工作的优良的耐热性能。陶瓷纤维长期使用温度指在一定温度下持续 小时，其加热线收缩率时的温度。在此温度条件下使用，晶体发育缓慢，纤维性能稳定，纤维柔软富有弹性。指标：长期使用温度。陶瓷纤维最高使用温度指陶瓷纤维短时间内能承受的极限温度，又称“分类温度”或“等级温度”，用以表征陶瓷纤维产品的耐热性指标。陶瓷纤维长期使用温度一般比最高使用温度低 左右。此外，同一种陶瓷产品在不同的使用条件下，其长期使用温度也有所差异，如燃料种类（煤、油、气），炉内气氛（氧化、还原）等工艺条件，都会影响陶瓷纤维的长期使用温度。抗风蚀性能要求能抵御一定的风速，同时要求陶瓷纤维成型阶段不得加入添加剂（特别是有机胶），必须采用机械成型的产品，确保其抗风蚀性能。指标：能抵御风速 。抗透气性和压缩回弹率由于没有具体的检测方法和标准，所以都以密度为参考值。指标：密度 。亚临界燃煤锅炉炉顶密封改造 环保要求因为化学类添加剂在高温 以上时会自然挥发，一则破坏陶瓷纤维的热稳定性，导致纤维的密封性能下降，二则会产生有害挥发性气体，严重危害工作生产环境。指标：要求采用干法针刺毯成型工艺，禁止添加有机化合物。高温黏合剂高温黏合剂是一种均匀的粘稠状胶体产品，由多种耐火材料及特殊粘合剂混配而成，产品固化后具有较高的粘合强度，其主要成分为、，以及少量的、等，浆体密度一般为 。柔性密封中高温黏合剂作为陶瓷纤维间、陶瓷纤维与金属构件的粘结，对密封层的整体强度、陶瓷纤维与金属之间连接的紧密度起着重要的作用。特点如下：（）高温黏合剂酸碱度选择以中性为佳，避免对锅炉金属构件产生可能的酸碱性腐蚀。（）内含陶瓷纤维粉末，大大増加了高温粘合剂与陶瓷纤维之间的亲和力，使陶瓷纤维、高温粘合剂与金属管壁之间形成一个紧密结合的三维网状的挠性整体。（）使用温度与陶瓷纤维相近，在高温状况下仍具有良好的黏结性，耐温能力为 ，但在 以上时其黏结性达到黏结力的最强点。这是充分考虑了现今大容量主流锅炉的各穿墙管区域的介质温度均大于 的实际情况而确定的研发点。此外，该粘合剂是室温固化胶，即无需特殊加热在室温下即可固化，因此不受电厂大小修工期的影响。无机胶确保了在其受热时不会有有机化学成分的挥发造成有害环境的气体。因此该胶是环保型用胶。镍铬锰钢丝网镍铬锰钢丝网的作用是作为一些特殊部位（例如前交叉、顶棚与两侧墙等膨胀量大的部位）整体密封层最下部的支撑平台或防磨层。镍铬锰钢丝网的抗交变应力、抗蠕变、抗腐蚀能力及耐温性是很强的，因此可作为一些特定部位整体密封层的第一层，为以后的密封层提供一个强有力的支撑平台，并提高密封层的整体强度。柔性密封面积计算 柔性密封范围（）高温过热器穿顶棚处密封范围炉深方向：高温过热器入口管组迎火面第一根管中心线往炉前水平延伸 处为柔性密封的起始位置，高温过热器出口管组背火面第一根管中心线往炉后水平延伸 处为柔性密封的终止位置，即图 中高温过热器入口管组密封长度 加高温过热器出口管组密封长度 ，共计 。炉宽方向：左、右两侧墙中心线之间的距离，全长 。（）侧墙密封范围左右两侧墙在大包内侧方向敷设柔性密封，长度为 ，即图 中柔性密封的起始位置至终止位置，高度为自顶棚管中心线垂直向上 。施工面积计算施工总面积穿顶棚处总面积侧墙密封面积穿顶棚处总面积金属盒侧面密封管组垂直密封金属盒顶面密封，详见图。其中：金属盒侧面密封（前部水平延伸后部水平延伸金属盒高）炉宽管组垂直密封 垂直延伸管组宽度管组数量金属盒顶面密封管组宽度炉宽（）入口管组穿顶棚处面积（结构尺寸见图）锅炉炉宽 ，横向节距 ，管组宽度 ，管组数量，垂直延伸 ，金属盒高 ，前部水平延伸 ，后部水平延伸 。密封面积：（）。（）出口管组穿顶棚处面积（结构尺寸见图）锅炉炉宽 ，横向节距 ，管组宽度 ，管组数量，垂直延伸 ，金属盒高 ，前部水平延伸 ，后部水平延伸。密封面积：（）。（）侧墙密封面积（结构尺寸见图）两侧水冷壁密封长度 、密封高度。密封面积：。（）施工总面积施工总面积合计：（）。亚临界燃煤锅炉炉顶密封改造图 穿顶棚处施工总面积计算示意图 柔性密封施工工艺 总体要求采用非金属柔性密封技术后，在锅炉各种运行工况下应保证锅炉整体密封寿命不低于电厂两个大修期（年），保证炉顶密封范围内粉尘浓度不大于国家相关标准。陶瓷纤维密封层应能完整地吸收三向膨胀，吸收锅炉膨胀量不小于 。所用材料不含任何对人体和环境有毒有害的化学成分，陶瓷纤维成型工艺中禁止添加有机化合物，高温粘合剂受热时不会有有害的有机化学成分挥发。施工工艺技术要求清洁密封面：对所要密封工作面进行清洁，在清洁基础上对密封部位作除锈打磨处理，使所密封工作面达到无尘粒、无锈迹状态为止。焊接不锈钢钢钉：在密封工作面焊接不锈钢钢钉，其主要作用是为固定不锈钢网，安装方形逆止卡片。钢钉长度为 ，其间距为 ，呈交错排列布置，每平米不得少于 根，并将焊渣等清除干净。钢钉要求焊接牢固，不允许在受压及受力部件上引弧和终止。涂抹高温粘合剂：粘合剂的涂抹必须均匀，全部覆盖住陶瓷纤维接触面，厚度一致，约 左右。高温粘合剂桶一旦打开后 天内必须用完，否则应废弃。敷设陶瓷纤维毯：铺设三层，每层陶瓷纤维之间均涂抹耐高温粘合剂。每层陶瓷纤维之间要求压实，铺设平整，接缝处要求错开，错开尺寸不小于，且接缝处也需涂抹粘合剂。高度方向的密封延展超出密封盒外约 ，水平方向的密封延展超出密封盒与顶棚焊缝外约 。铺设不锈钢网：陶瓷纤维外表面铺设镍铬锰不锈钢网一层，其作用为增加刚性强度，防止密封面遭受热冲击而产生变形。钢网铺设应完全覆盖陶瓷纤维密封层，搭接量不小于 。压紧密封层：所铺设的钢网穿过钢钉，采用方形逆止卡片及圆形垫片压紧并紧固密封层，之间不得有间隙。在管排的高度方向上用不锈钢丝穿过管子将外部钢板网扎牢。微膨胀可塑料、微膨胀抹面料的施工：在钢网铺设完成后，为増加其刚性，防止因人员踩踏出现密封层塌陷、损坏，可在其上浇筑一层微膨胀可塑浇注料，最后再涂抹一层微膨胀抹面料。现场施工见图，未浇筑微膨胀可塑料、微膨胀抹面料。改造效果某电厂 锅炉高温过热器炉顶加装柔性密封的改造按文中所述进行选材和控制施工工艺，验收合格。改造后减缓了锅炉大包内泄露的高温烟气对 亚临界燃煤锅炉炉顶密封改造图 现场施工实景图承压部件的腐蚀；减轻了炉顶漏灰，降低厂区环境粉尘污染和检修中的清灰工作量；减少漏风，降低引风机用电量；保温性能有所提升，散热量减少，有助于提高能源利用率。结语柔性密封能动态地吸收锅炉三方位膨胀，弥补了金属密封的缺陷，从根本上解决炉顶泄漏问题，且柔性密封环境适应能力强，施工工艺简便，是一种高效、可靠的密封技术，值得推广使用。参考文献 杜昌飞，于飞，张瑞芬锅炉炉顶柔性密封技术的应用发电设备，（）：，许涛，张明，李勇均匀覆膜密封技术在电厂的应用能源工程，（）：（上接第 页）结论（）选用铁基合金粉末，在 钢管表面激光熔覆合金涂层，涂层微观组织均匀致密，细小晶粒与有较高韧性的非晶相夹杂并弥散于金属间化合物的复合组织。（）高度弥散的金属间化合物、细小晶粒与非晶相夹杂的团聚结合，减少了晶界的连续性，减缓了高温腐蚀、烟气腐蚀的过程，非晶合金涂层具有良好的抗高温腐蚀、抗烟气腐蚀性能。（）相比较传统的 焊接技术堆焊 合金，在垃圾焚烧锅炉受热面上用激光熔覆非晶涂层可以提高材料表面的耐腐蚀性能。参考文献蒋旭光，刘晓博垃圾焚烧锅炉关键受热面腐蚀研究进展及方向思考中国腐蚀与防护学报，（）：顾玮伦，穆生肬，宋国庆，等垃圾焚烧锅炉氯腐蚀问题浅析应用能源技术，（）：李茂东，杨波，翟伟，等生活垃圾焚烧发电锅炉受热面腐蚀研究现状与进展清洗世界，（）：，唐翠勇，汪明文，庄哲峰，等激光熔覆技术制备非晶合金涂层的研究进展激光杂志，（）：张春芝，尚希昌，孙晟瑄，等激光熔覆高性能 基非晶涂层的研究进展 材料导报：王悦，李慧，梁精龙，等铁基非晶涂层的研究进展电镀与涂饰，（）：刘阳 锅炉水冷壁 堆焊技术沈阳：沈阳理工大学，朱庆军，邹增大，王新洪，等山东大学学报，（）：舒勇华，王福会，吴维 盐膜和水蒸气对纯 腐蚀行为的影响中国腐蚀与防护学报，（）：王亚伟高参数垃圾焚烧锅炉的受热面腐蚀锅炉技术，（）：庞胜娇三种合金耐硫酸盐 氯盐腐蚀行为研究大连：大连理工大学，李博帅，鲁金涛，朱明，等镍铁基高温合金摩擦焊接接头在煤灰 烟气中的腐蚀行为材料导报，（）：崔宸，武美萍，程伟 激光功率对 熔覆 涂层耐腐蚀性能的影响激光与光电子学进展，（）：和圣杰，徐钢，薛小军，等 激光熔覆大厚度铁基非晶合金的电化学腐蚀特性研究上海金属，（）：亚临界燃煤锅炉炉顶密封改造