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????? 循環(huán)流化床鍋爐在機(jī)組甩負(fù)荷情況下的薄弱點(diǎn)和防范措施

????? 關(guān)鍵詞：甩負(fù)荷膨脹循環(huán)硫化床

????? 摘要　本文以華能濟(jì)寧電廠＃5 機(jī)組在發(fā)生甩負(fù)荷異常情況下，鍋爐尾部
受熱面出現(xiàn)了因膨脹熱應(yīng)力造成的受熱面損壞泄漏為范例，通過(guò)對(duì)泄漏原因的分
析，指出了該型流化床鍋爐異常膨脹狀況下的薄弱點(diǎn)，并有針對(duì)性地提出了相應(yīng)
的防范措施。

????? 關(guān)鍵詞　循環(huán)硫化床　甩負(fù)荷　膨脹　損壞

????? 0 　概述

????? 華能濟(jì)寧電廠#5爐為上海鍋爐廠產(chǎn)循環(huán)流化床鍋爐，型號(hào)為SG-440/13.7-M563，
于2003年7 月份投產(chǎn)，鍋爐主要有爐膛、旋風(fēng)分離器、后煙井尾部受熱面三個(gè)部
分組成，其中后煙井受熱面包括包覆墻過(guò)熱器、隔墻過(guò)熱器、末級(jí)過(guò)熱器、兩級(jí)
省煤器和再熱器，飽和汽由后煙井頂部進(jìn)入包覆墻過(guò)熱器的兩側(cè)墻受熱面，并通
過(guò)由包覆墻過(guò)熱器的前墻過(guò)熱器、爐頂過(guò)熱器、后墻過(guò)熱器組成的“Π”受熱面
完成包覆墻過(guò)熱器的吸熱，在后墻過(guò)熱器通過(guò)6 個(gè)管道將蒸汽引至布置在后煙井
中部的隔墻過(guò)熱器，隔墻過(guò)熱器將后煙井分為前后兩個(gè)受熱煙道，前煙道布置了
五組再熱器受熱面，后煙道至煙道向下布置了三組末級(jí)過(guò)熱器和二組二級(jí)省煤器。
在后煙井前后煙道的底部分別布置了過(guò)熱器、再熱器的煙氣擋板，根據(jù)負(fù)荷的變
化調(diào)節(jié)煙氣擋板的開(kāi)度分配煙氣的傳熱分額。后煙井內(nèi)部受熱面的介質(zhì)有：給水、
飽和汽、過(guò)熱汽、汽機(jī)中間抽汽。鍋爐部件產(chǎn)生的熱膨脹是在膨脹設(shè)施控制下沿
著一定的方向膨脹，膨脹力主要依據(jù)機(jī)組的負(fù)荷變化而變化，鍋爐必須能機(jī)組在
滿負(fù)荷運(yùn)行中的熱膨脹，而足夠的膨脹冷態(tài)余量設(shè)定是確保不出現(xiàn)膨脹抵觸重要
一點(diǎn)。每個(gè)單一的設(shè)備膨脹方向、膨脹余量、膨脹零點(diǎn)不同，而出現(xiàn)膨脹異常會(huì)
產(chǎn)生相互之間連接處膨脹應(yīng)力交叉、相互抵觸作用，當(dāng)出現(xiàn)膨脹過(guò)量、膨脹受限、
膨脹抵觸、機(jī)組異常下的膨脹紊亂，就會(huì)造成受熱面的部件損壞，這是循環(huán)硫化
床鍋爐不同于其他鍋爐存在的問(wèn)題，這與鍋爐的設(shè)計(jì)、安裝、檢修、運(yùn)行、機(jī)組
啟停次數(shù)、異常情況各個(gè)方面是緊密相聯(lián)的，單方面或多方面出現(xiàn)問(wèn)題就會(huì)造成
受熱面的損壞。

????? 1 　鍋爐膨脹設(shè)置及受力分析：

????? 1.1 　水冷壁膨脹設(shè)置情況：為增加整個(gè)爐膛的剛性和抵抗?fàn)t內(nèi)正壓燃燒
引起的水冷壁變形，沿爐膛水冷壁高度方向上布置多層剛性梁，并在爐膛剛性梁
設(shè)置了三層膨脹中心，分別為標(biāo)高為EL.16700、EL.31700和EL.40360的剛性梁，
每層剛性梁都以膨脹中心點(diǎn)為起點(diǎn)按預(yù)定方向、膨脹量向兩側(cè)膨脹。為保持膨脹
中心位置不變，在每層剛性梁膨脹中心點(diǎn)設(shè)置了膨脹導(dǎo)向裝置。在上下梁之間設(shè)
置了平衡桿裝置從而保證上下剛性梁之間的膨脹平衡。為化解每層剛性梁主梁之
間的膨脹差與連接，在剛性梁四角處設(shè)置了角向裝置。整體的剛性梁使水冷壁能
夠有規(guī)律的自由膨脹，并整體向下膨脹，且能承受一定爐膛壓力的變化。

????? 水冷壁受熱面的膨脹受力分析：水冷壁采用懸掛方式通過(guò)上集箱的吊桿將
力量集中在爐頂剛性梁上，爐體整體向下膨脹。

????? 1.2 　后煙井受熱面膨脹設(shè)置情況：后煙井包復(fù)墻上設(shè)置二層膨脹中心
（標(biāo)高為EL.32500和EL.41800），保證鍋爐受熱部件在運(yùn)行狀態(tài)下能夠定向有序
地自由膨脹，每一處的密封結(jié)構(gòu)都有確定的膨脹方向和膨脹量，為密封設(shè)計(jì)提供
明確的參考量，使密封設(shè)計(jì)建立在可靠的基礎(chǔ)上。后煙井四周包覆墻采用光管加
扁鋼焊接的膜式壁結(jié)構(gòu)，因全部采用汽冷式包覆墻，各處的膨脹量相同，可簡(jiǎn)化
密封設(shè)計(jì)。后煙井爐頂管與包覆前墻、包覆后墻的連接處不設(shè)集箱，而是采用管
子直接相連，使密封在結(jié)構(gòu)上得到保證，爐頂管與包覆側(cè)墻直接焊接，中間無(wú)膨
脹節(jié)。包覆前墻環(huán)形集箱的管座處采用折邊板進(jìn)行密封。高溫過(guò)熱器進(jìn)出口、再
熱器進(jìn)出口與包覆前后墻穿管處采用密封盒結(jié)構(gòu)，密封盒的上下部分布置金屬膨
脹節(jié)，可吸收寬度方向上的熱位移。

????? 后煙井受熱面的膨脹受力分析：后煙井受熱面與水冷壁膨脹情況有較大不
同，包覆墻過(guò)熱器與其內(nèi)的二級(jí)省煤器、再熱器、末級(jí)過(guò)熱器之間由于設(shè)置了密
封裝置，密封裝置有足夠的膨脹余量，在不出現(xiàn)異常的情況下不會(huì)發(fā)生受熱面管
子之間膨脹不均造成的相互的摩擦，而包墻過(guò)熱器與隔墻過(guò)熱器之間為鰭片連接，
二者存在當(dāng)膨脹不一致?lián)p傷管子的可能。

????? 2006年2 月＃5 機(jī)組發(fā)生了一次甩負(fù)荷故障，恢復(fù)運(yùn)行后不久發(fā)現(xiàn)包覆墻
過(guò)熱器右側(cè)43米，末級(jí)過(guò)熱器人孔門(mén)前上角部過(guò)熱器管泄漏，現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)包覆
墻過(guò)熱器前數(shù)第25根與隔墻過(guò)熱器連接鰭片末端由于膨脹應(yīng)力，致使兩受熱面管
屏之間的連接撕開(kāi)，造成包覆墻過(guò)熱器前數(shù)第25根從鰭片焊口開(kāi)始出現(xiàn)裂紋，裂
紋貫穿到管子，造成受熱面泄漏。由以上受熱面損壞情況和過(guò)熱器溫度的變化，
受熱面損壞的部位是在包覆墻過(guò)熱器的內(nèi)部，沒(méi)有出現(xiàn)在包墻與其他受熱面之間
的銜接處，損壞的受熱面是前后煙道中間的隔墻過(guò)熱器與包覆墻的側(cè)墻，隔墻過(guò)
熱器是膜式受熱面，蒸汽流向與其連接的包墻左右墻受熱面相反，雖然在管屏底
部?jī)蓚?cè)有彎管消除相互之間的膨脹余量和交叉熱應(yīng)力，但在隔墻過(guò)熱器的上部膜
式壁的末端兩側(cè)的連接點(diǎn)，光管，煙氣溫度在隔墻過(guò)熱器同時(shí)又是飽和汽向干蒸
汽過(guò)渡的受熱點(diǎn)受熱，在出現(xiàn)甩負(fù)荷異常下?tīng)t內(nèi)的受熱面溫度出現(xiàn)短時(shí)的溫度交
變，溫度的交變直接對(duì)過(guò)熱器受熱面的特殊連接處出現(xiàn)短時(shí)的疲勞損壞，而此處
位置由于是鰭片末端焊接強(qiáng)度無(wú)法承受溫度交變損壞，造成溫度交變疲勞損壞，
損壞部位的長(zhǎng)時(shí)間泄漏造成損壞的擴(kuò)大形成泄漏。

????? 1.3 　后煙井受熱面與旋風(fēng)分離器之間的膨脹分析：

????? 后煙井受熱面內(nèi)部主要是過(guò)熱器受熱面，整體的膨脹方向是向下側(cè)，而旋
風(fēng)分離器的兩端連接著水冷壁爐膛和后煙井受熱面，向兩端都有膨脹趨勢(shì)，故其
兩端都設(shè)有非金屬膨脹節(jié)，吸收膨脹量。

????? 2007年4 月，＃5 機(jī)組在間隔較短的2 次啟動(dòng)后發(fā)生包墻過(guò)熱器前墻左右
側(cè)第一根管與后煙井環(huán)形集箱根部焊口裂紋泄漏的故障。分析為由于機(jī)組2 次啟
動(dòng)的間隔較短，旋風(fēng)分離器出口底部斜煙道膨脹異常，作用在后煙井環(huán)形集箱上
的膨脹應(yīng)力使得聯(lián)箱上左右側(cè)第一根管根部焊口發(fā)生裂紋。

????? 2 　受熱面在機(jī)組出現(xiàn)異常情況下預(yù)防和措施

????? 2.1 　運(yùn)行人員的預(yù)防

????? 運(yùn)行人員在機(jī)組啟動(dòng)、滑停、出現(xiàn)異常時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)鍋爐受熱面膨脹的監(jiān)督、
巡查。有些運(yùn)行人員往往對(duì)鍋爐膨脹指示器的作用重視不夠，啟動(dòng)過(guò)程中操作人
員很少注意鍋爐的膨脹情況，也不做膨脹記錄，殊不知鍋爐膨脹指示器不僅反映
了鍋爐受熱面膨脹是否受阻，而且還反映了鍋爐各受熱面的水循環(huán)情況。膨脹情
況是指導(dǎo)鍋爐安全運(yùn)行的重要依據(jù)。運(yùn)行人員還應(yīng)在機(jī)組的啟動(dòng)前和冷爐后檢查
膨脹指示器是否歸零位，在檢修后監(jiān)督檢修人員將膨脹指示器全部校至零位以便
于啟動(dòng)過(guò)程中的膨脹監(jiān)督。

????? 2.2 　檢修人員需要做的措施

????? 2.2.1 　檢修人員應(yīng)在機(jī)組檢修前全面記錄膨脹指示器的刻度，受熱面膨
脹的方向，根據(jù)膨脹數(shù)據(jù)分析受熱面的受熱膨脹狀況，并將發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題結(jié)合實(shí)際
待停爐后對(duì)內(nèi)部進(jìn)行細(xì)致的檢查。

????? 2.3 　本次受熱面受到膨脹損壞制定的措施

????? 結(jié)合出現(xiàn)損壞的機(jī)理，防止受熱面因膨脹而受到的損壞主要有以下三個(gè)方
面：

????? （A ）只要將膨脹交變的應(yīng)力消除即可達(dá)到受熱面的膨脹有足夠的適應(yīng)正
常及異常情況下

????? （B ）消除受熱面膨脹節(jié)點(diǎn)的焊接缺陷，防止由于膨脹熱應(yīng)力的變化，造
成缺陷變?yōu)椴考p壞泄漏。

????? （C ）無(wú)特別設(shè)置膨脹余量的特殊部位，根據(jù)實(shí)際情況可人為的設(shè)置膨脹
余量。

????? 參考文獻(xiàn)

????? [1] 華中理工大學(xué)劉德昌；華北電力大學(xué)閻維平；《流化床燃燒技術(shù)》中
國(guó)電力出版社 1995 年。

????? [2] 《華能濟(jì)寧電廠5 、6 號(hào)機(jī)組檢修規(guī)程》 2004 年