燃?xì)廨啓C(jī)排氣擴(kuò)散段超溫治理實(shí)施

劉金良

(北京京橋熱電有限責(zé)任公司，北京 100067)

燃?xì)廨啓C(jī)排氣擴(kuò)散段是連接燃?xì)廨啓C(jī)和余熱鍋爐本體的一個(gè)重要結(jié)構(gòu)[1]，燃?xì)廨啓C(jī)排放的高溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)排氣擴(kuò)散段擴(kuò)容減壓后進(jìn)入余熱鍋爐[2]。燃?xì)廨啓C(jī)的排氣擴(kuò)散段由于通流面積小、煙氣流速高，其運(yùn)行工況極其惡劣，各燃?xì)廨啓C(jī)電廠普遍存在排氣擴(kuò)散段外表面超溫問(wèn)題。本文介紹了一種全新的燃?xì)廨啓C(jī)排氣擴(kuò)散段超溫治理方案，該方案較好地解決了排氣擴(kuò)散段超溫問(wèn)題。

1 排氣擴(kuò)散段結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

西門子SGT5-4000F(4)型燃?xì)廨啓C(jī)排氣擴(kuò)散段由固定支座、滑動(dòng)支座、擴(kuò)散段本體、金屬膨脹節(jié)、金屬膨脹節(jié)過(guò)渡段、非金屬膨脹節(jié)、保溫層、內(nèi)護(hù)板等組成。由于燃?xì)廨啓C(jī)排氣擴(kuò)散段體積龐大，為了制造、安裝、運(yùn)輸方便，將排氣擴(kuò)散段本體沿圓周方向分8片制作，現(xiàn)場(chǎng)將8片組裝為一個(gè)整體[3]。

燃?xì)廨啓C(jī)排氣擴(kuò)散段為圓錐形水平布置管段狀結(jié)構(gòu)，其中擴(kuò)散段本體總長(zhǎng) 12 048 mm，大徑Φ6 926 mm，小徑Φ4 832 mm，內(nèi)部貼壁面布置有200 mm厚的硅酸鋁纖維毯為保溫層，保溫層由3 mm厚的耐熱不銹鋼板固定，不銹鋼板逐層搭接覆蓋，并作為排氣擴(kuò)散段煙氣側(cè)的工作面，外護(hù)板用碳鋼制作，其典型結(jié)構(gòu)如圖1 所示。流體介質(zhì)設(shè)計(jì)溫度為620 ℃左右，壓力為-2 500～5 400 Pa。

圖1 原排氣擴(kuò)散段保溫結(jié)構(gòu)

2 排氣擴(kuò)散段超溫原因分析

2.1 內(nèi)護(hù)板搭接不規(guī)范

內(nèi)護(hù)板沿氣流方向?qū)訉哟罱樱@種設(shè)計(jì)可以延長(zhǎng)內(nèi)護(hù)板使用壽命，防止煙氣進(jìn)入保溫層吹損保溫。如果內(nèi)護(hù)板搭接寬度不足夠大，高速流動(dòng)煙氣從內(nèi)護(hù)板接縫進(jìn)入保溫層，形成對(duì)流傳熱，減弱保溫層保溫效果。

2.2 內(nèi)護(hù)板固定螺栓安裝不規(guī)范

內(nèi)護(hù)板應(yīng)用不銹鋼螺栓和壓片固定牢固，但是緊固力矩不應(yīng)超過(guò)54 N·m，調(diào)整好螺栓緊力后必須將螺母點(diǎn)焊固定。如果緊固力矩太大，高溫工況下擴(kuò)散段各部件膨脹不暢，造成內(nèi)護(hù)板變形、脫落、保溫?fù)p壞。

2.3 保溫棉敷設(shè)不規(guī)范

排氣擴(kuò)散段保溫棉敷設(shè)時(shí)必須按照保溫技術(shù)要求，層間必須錯(cuò)縫搭接壓實(shí)，避免由于保溫棉敷設(shè)不實(shí)原因造成煙氣在保溫層中流動(dòng)將保溫層吹損。

2.4 保溫結(jié)構(gòu)存在熱橋

排氣擴(kuò)散段保溫支撐板與外護(hù)板相連，煙氣溫度沿保溫支撐板傳導(dǎo)到外護(hù)板，保溫支撐板形成了擴(kuò)散段內(nèi)外連接的熱橋，造成外護(hù)板局部超溫。

2.5 保溫固定板結(jié)構(gòu)不合理

保溫棉無(wú)法整體敷設(shè)，因保溫固定板尺寸較大，不可避免地造成保溫棉切口大，敷設(shè)難度大。保溫棉間易形成貫通性接縫，造成高溫?zé)煔飧Z入保溫結(jié)構(gòu)內(nèi)形成對(duì)流。

3 我公司燃?xì)廨啓C(jī)排氣擴(kuò)散段現(xiàn)狀

我公司燃?xì)廨啓C(jī)于2013年完成168 h試運(yùn)行并投入生產(chǎn)。機(jī)組經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行后，燃?xì)廨啓C(jī)排氣擴(kuò)散段表面存在局部超溫現(xiàn)象。#1燃?xì)廨啓C(jī)排氣擴(kuò)散段局部溫度在100～170 ℃，最高點(diǎn)(金屬補(bǔ)償器區(qū)域)為270 ℃；#2燃?xì)廨啓C(jī)排氣擴(kuò)散段超溫處溫度在92～140 ℃，最高點(diǎn)(金屬補(bǔ)償器區(qū)域)為270 ℃。機(jī)組自投運(yùn)以來(lái)多次進(jìn)行兩臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)排氣擴(kuò)散段的局部超溫治理，經(jīng)過(guò)治理后短期內(nèi)超溫情況得到改善，但仍無(wú)法徹底解決超溫問(wèn)題，亟須通過(guò)全面治理來(lái)徹底解決擴(kuò)散段的超溫問(wèn)題。

4 燃?xì)廨啓C(jī)排氣擴(kuò)散段超溫治理措施

4.1 更換內(nèi)部保溫棉

擴(kuò)散段內(nèi)保溫部件較多，為保證設(shè)備有序拆裝，在拆卸前對(duì)內(nèi)護(hù)板、導(dǎo)流槽鋼編號(hào)和標(biāo)記方向，繪制燃?xì)廨啓C(jī)排氣擴(kuò)散段保溫結(jié)構(gòu)圖。做足準(zhǔn)備后將內(nèi)護(hù)板固定螺栓破壞性拆除，壓板、導(dǎo)流槽鋼、內(nèi)護(hù)板保護(hù)性拆除并妥善存放。

內(nèi)護(hù)板拆卸后，對(duì)舊保溫棉進(jìn)行了全面檢查(見(jiàn)圖2)。擴(kuò)散段原裝保溫棉為巖棉，其導(dǎo)熱系數(shù)相比硅酸鋁保溫棉稍高，絕熱性能差。本次改造將排氣擴(kuò)散段整體保溫棉更換為導(dǎo)熱系數(shù)更低、耐熱溫度更高的容重128 kg/m3以上的硅酸鋁保溫棉(見(jiàn)圖3)，同時(shí)為保證保溫棉的機(jī)械性能、耐久性能，選用了加熱永久線變化更低、抗拉強(qiáng)度更高的國(guó)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)硅酸鋁保溫棉。

圖2 改造前擴(kuò)散段保溫層

圖3 改造后擴(kuò)散段保溫層

4.2 增加耐高溫隔熱保溫涂層

因?yàn)槿細(xì)廨啓C(jī)排氣擴(kuò)散段通流尺寸有限，不能采取增加保溫棉厚度的方案來(lái)提高其整體保溫的絕熱性能。本次改造在擴(kuò)散段外護(hù)板內(nèi)側(cè)涂刷了厚度為2 mm的耐高溫隔熱保溫涂料(見(jiàn)圖4)，增加的2 mm保溫涂層相當(dāng)于又增加了厚度為50 mm的硅酸鋁保溫棉，進(jìn)一步提高擴(kuò)散段保溫的絕熱性能。該型涂料在1 000 ℃高溫測(cè)試下其導(dǎo)熱系數(shù)僅為0.033 W/(m·k)，其粘結(jié)強(qiáng)度(附著力)及抗拉強(qiáng)度(高溫后)達(dá)到8 MPa。在保證了絕熱性能的前提下，其機(jī)械性能也能完全滿足擴(kuò)散段的正常運(yùn)行。

圖4 改造后保溫涂層

4.3 優(yōu)化保溫固定結(jié)構(gòu)

原擴(kuò)散段保溫層是由支撐板及內(nèi)護(hù)板進(jìn)行固定、限位，支撐板結(jié)構(gòu)較大，不利于保溫層的敷設(shè)。由拆解圖片可以看到保溫層被支撐板分割成一個(gè)個(gè)小塊(見(jiàn)圖5)，彼此間無(wú)錯(cuò)層、搭接密封，高溫?zé)煔忭樦貙又g的間隙形成對(duì)流，降低了擴(kuò)散段的整體絕熱性能，同時(shí)增大了保溫棉吹損的風(fēng)險(xiǎn)。

圖5 改造前擴(kuò)散段保溫敷設(shè)

本次改造將原保溫支撐板全部切除，統(tǒng)一更換為縮小版的保溫支撐板(見(jiàn)圖6)，該支撐板材質(zhì)選用耐熱性能良好的321不銹鋼，保證受熱后支撐板強(qiáng)度不減。該支撐板較原支撐板承托面積減少，但仍可以大面積承托2層保溫棉，保證保溫棉的承托性能不減。同時(shí)優(yōu)化了保溫層的敷設(shè)條件，保溫支撐板更換后更便于保溫層的敷設(shè)，可以滿足各層保溫棉錯(cuò)層、搭接敷設(shè)(見(jiàn)圖7)，提高了保溫層的密實(shí)程度，避免了煙氣對(duì)流的形成。

圖6 改造后保溫支撐板

圖7 改造后保溫敷設(shè)結(jié)構(gòu)

4.4 增加保溫層防護(hù)結(jié)構(gòu)

本次改造在保溫層外層增加了一層陶瓷纖維布及鋼絲網(wǎng)防護(hù)(見(jiàn)圖8)，以減少高溫?zé)煔鈱?duì)保溫層的沖刷，避免硅酸鋁保溫棉的吹損，增強(qiáng)擴(kuò)散段保溫的耐久性，同時(shí)可以減少保溫棉對(duì)脫硝催化劑的污堵情況。

圖8 改造后保溫層防護(hù)結(jié)構(gòu)

4.5 增加內(nèi)護(hù)板內(nèi)側(cè)壓板

原擴(kuò)散段內(nèi)護(hù)板固定螺栓孔處的壓板僅安裝在內(nèi)護(hù)板外側(cè)，當(dāng)壓板因膨脹、開(kāi)焊等原因脫落后，高溫?zé)煔庵苯痈Z入保溫層，將保溫棉吹出，造成擴(kuò)散段局部超溫。本次改造在內(nèi)護(hù)板固定螺栓孔內(nèi)外側(cè)均安裝一塊壓板(見(jiàn)圖9)，增加了內(nèi)護(hù)板的完整性，可以極大的減少保溫棉的吹損。

圖9 改造后內(nèi)護(hù)板內(nèi)側(cè)壓板

5 改造效果

改造后，在環(huán)境溫度38 ℃、機(jī)組負(fù)荷180 MW、煙氣溫度600 ℃時(shí)對(duì)兩臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)排氣擴(kuò)散段外部溫度進(jìn)行了紅外熱成像測(cè)量(見(jiàn)圖10)，從熱成像圖片上可見(jiàn)兩臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)排氣擴(kuò)散段各部位溫度分布均勻，無(wú)明顯高點(diǎn)，且均能滿足《電業(yè)安全工作規(guī)程(熱力和機(jī)械部分)》規(guī)定的保溫表面溫度不高于環(huán)境溫度+25 ℃的要求，擴(kuò)散段超溫情況得到了極大改善。

圖10 改造后擴(kuò)散段外部熱成像圖

6 避免超溫的控制措施

6.1 定期測(cè)溫檢查

機(jī)組運(yùn)行期間定期檢查排氣擴(kuò)散段本體外表面溫度，建立檢查記錄檔案。發(fā)現(xiàn)表面溫度異常升高或顏色發(fā)生改變時(shí)及時(shí)制定停機(jī)檢查計(jì)劃。重點(diǎn)檢查熱控測(cè)點(diǎn)、金屬膨脹節(jié)過(guò)渡區(qū)域、非金屬膨脹節(jié)、本體拼接縫等區(qū)域。

6.2 定期排查工作環(huán)境

定期檢查排氣擴(kuò)散段本體至非金屬膨脹節(jié)過(guò)渡區(qū)域是否存放雜物，發(fā)現(xiàn)雜物立即清除。非金屬膨脹節(jié)區(qū)域禁止存放任何東西，以免影響散熱和發(fā)生機(jī)械損傷。

6.3 規(guī)范進(jìn)行燃?xì)廨啓C(jī)水洗

燃?xì)廨啓C(jī)水洗時(shí)必須打開(kāi)排氣擴(kuò)散段疏水閥，避免保溫層進(jìn)水影響保溫效果。

6.4 定期進(jìn)行設(shè)備檢查、維護(hù)

計(jì)劃性檢修燃?xì)廨啓C(jī)排氣擴(kuò)散段內(nèi)部，重點(diǎn)檢查以下內(nèi)容：

(1) 保溫支撐板、內(nèi)護(hù)板壓板是否松動(dòng)脫落，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部缺陷及時(shí)處理。

(2) 過(guò)渡段的覆層板由若干段拼接而成，目測(cè)焊縫區(qū)域是否存在裂紋。

(3) 檢查排氣擴(kuò)散段疏水口是否暢通，如有堵塞應(yīng)及時(shí)疏通。

7 結(jié)論

燃?xì)廨啓C(jī)排氣擴(kuò)散段超溫問(wèn)題在同類型燃?xì)廨啓C(jī)電廠普遍存在，近年來(lái)各主機(jī)廠、電廠、檢修公司一直在探索解決擴(kuò)散段超溫的方案。本次我公司燃?xì)廨啓C(jī)排氣擴(kuò)散段保溫治理改造通過(guò)對(duì)保溫材料的更換、保溫結(jié)構(gòu)的優(yōu)化等措施，較好地解決了燃?xì)廨啓C(jī)排氣擴(kuò)散段超溫問(wèn)題，具有較高的推廣價(jià)值。