大型鍋爐爐墻的密封技術(shù)

　　黑龍江電力大型鍋爐爐墻的密封技術(shù)李偉，張小釧，蘇海洪，王秀芳，錢文鈞（哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱150040）收穡日期：1999一在鍋爐膨脹中心的設(shè)立和可靠的應(yīng)力分析計算基礎(chǔ)上，從而提出大容量鍋爐可靠的密封設(shè)計模式，同時對爐墻保溫結(jié)構(gòu)及其材料性能進(jìn)行了分析，提出了選用意見。

　　1鍋爐密封設(shè)計鍋爐密封問題從20世紀(jì)70年代起一直是鍋爐行業(yè)的一個研究課題。經(jīng)過近30 a的不斷研究探索和實踐，特別是CE引進(jìn)技術(shù)的啟發(fā)，我們認(rèn)為僅僅依靠爐墻結(jié)構(gòu)和爐墻材料來保證鍋爐密封是辦不到的，必須用新的設(shè)計思想來考慮密封問題。鍋爐密封是鍋爐設(shè)計中的重要組成部分，為了確保良好的密封性，在設(shè)計鍋爐時，從方案設(shè)計開始就必須給以充分重視。

　　1.1鍋爐方案設(shè)計時應(yīng)注意的問題1.1.1爐型的選擇。鍋爐的爐型決定了整臺鍋爐實現(xiàn)密封的難易程度，常見爐型有n型、d型、箱型、背靠背、塔式、半塔式等。不論采用何種爐型均采用整體膜式壁結(jié)構(gòu)，不僅水冷壁，還包括頂棚、包墻都采用膜式壁結(jié)構(gòu)以解決鍋爐大面積的密封問題。

　　1.1.2在進(jìn)行鍋爐方案設(shè)計和技術(shù)設(shè)計時，應(yīng)同時考慮密封措施。進(jìn)行密封設(shè)計，使受熱面布置、集箱位置、管子穿墻節(jié)距，多種讓管形式和尺寸都能滿足密封設(shè)計和施焊條件要求。

　　1.1.3在密封措施方面，應(yīng)解決一次密封。所謂一次密封就是鍋爐一次金屬件的密封，即指穿墻管根部或接縫根部以及所有受熱面系統(tǒng)用加裝金屬件焊接來完成密封任務(wù)。

　　1.2金屬的一次密封是防止泄漏的關(guān)鍵現(xiàn)代的大容量鍋爐的爐墻結(jié)構(gòu)與過去小容量鍋爐相比，變化很大。從過去笨重的耐火磚結(jié)構(gòu)變?yōu)槿缃癫捎贸�輕高效保溫材料敷設(shè)的保溫爐墻。現(xiàn)代大容量鍋爐爐墻與受熱面系統(tǒng)聯(lián)系密切。受熱面系統(tǒng)絕大部分采用膜式壁結(jié)構(gòu)，因而爐墻的設(shè)計僅僅是保溫墻的設(shè)計，重點是在穿墻管部位及各交接墻處。其耐火密封的功能已完全由受熱面的金屬元件代替。實踐證明也只有依靠金屬的一次密封，鍋爐的密封、泄漏問題才能圓滿地解決，但是鍋爐的受熱面不可能僅僅是平面膜式壁，整個水循環(huán)、過熱器系統(tǒng)都有大量的穿墻管穿過膜式壁，穿墻管部位的雙向管束的膨脹密封的處理是鍋爐密封的關(guān)鍵，是鍋爐行業(yè)的一個重要的課題。只有在CE引進(jìn)技術(shù)的指導(dǎo)下，才有密封設(shè)計的提法。

　　1.3設(shè)立鍋爐膨脹中心鍋爐密封設(shè)計是建立在膨脹中心的設(shè)立和可靠的應(yīng)力分析計算基礎(chǔ)上。設(shè)立鍋爐膨脹中心，是人為地確定一個膨脹起點，使鍋爐無論在哪種工況下，始終有一個位置不產(chǎn)生任何方向的位移，使鍋爐水汽系統(tǒng)的膨脹計算有一個基準(zhǔn)點，使整個鍋爐的膨脹成為有序的膨脹，通過應(yīng)力分析計算計算出鍋爐受熱元件任何一點的膨脹方向和膨脹量。使鍋爐的密封設(shè)計成為鍋爐設(shè)計的重要組成部分。

　　1.4鍋爐各部位密封設(shè)計模式鍋爐密封最關(guān)鍵的就是爐頂密封。CE技術(shù)爐頂是采用大包的形式，即頂棚大包將頂部所有的聯(lián)箱，多種連接管，過熱器、再熱器的出口引出管，汽包的大部分，都象房間一樣全部包在里面。

　　在頂棚大包內(nèi)，除過熱器、再熱器的出口部分的管束及管道需敷設(shè)保溫外，其余所有大包內(nèi)的載熱體都不敷設(shè)保溫層，呈裸露狀態(tài)。整個大包內(nèi)按溫度426 C設(shè)計。大包的外壁給予保溫。大包結(jié)構(gòu)的采用，使?fàn)t頂范圍內(nèi)各受熱面與密封元件的溫度相近，減少溫差，改善熱應(yīng)力工況，改善了密封件的工作條件，有利于頂棚密封。整個爐頂?shù)拿芊饨Y(jié)構(gòu)可以分成幾個層次：頂棚管前部區(qū)域，頂棚管是光管加焊分段片，這個區(qū)段的片之間不相焊的，在這一區(qū)域內(nèi)穿墻管較小，頂棚管束的密封采用光管加扁鋼的膜式壁結(jié)構(gòu)。沿著頂棚管長度方向，在整個頂棚管上布置幾道垂直筋板，把整個頂棚管分隔成幾大塊。筋板的具體位置和板厚由應(yīng)力分析決定。這里的筋板起著加固頂棚（能承受爐膛的爆炸力）吊掛頂棚管束及焊接內(nèi)護(hù)板等三個作用。在有穿墻管的區(qū)段內(nèi)，都有穿墻管密封罩。在沒有穿墻管的區(qū)段內(nèi)，都設(shè)頂棚內(nèi)護(hù)板。整個頂棚用內(nèi)護(hù)板、穿墻管密封罩、墻與墻交接處的密封結(jié)構(gòu)構(gòu)成了頂棚整體的金屬密封。如所示。

　　這種結(jié)構(gòu)帶來的最大問題是焊接工作量大大增加，在某些部位焊接有些困難。但是這種結(jié)構(gòu)的指導(dǎo)思想是很明確的。就是用金屬焊接密封結(jié)構(gòu)來保證頂棚的密封，而不是用其它的什么辦法。下面的~詳細(xì)給出了頂棚各部位的金屬密封結(jié)構(gòu)。

　　示出了鍋爐頂棚與前墻交接處結(jié)構(gòu)。

　　頂棚管成排穿過前墻水冷壁，成交叉布置。頂排管穿出前墻后頂棚管上裝焊膨脹補償節(jié)，補償節(jié)與前水冷壁的一個密封盒相連。

　　示出了鍋爐頂棚管屏管束穿墻處的密封結(jié)構(gòu)。

　　表示節(jié)距較小的后屏管束穿墻處密封結(jié)表示爐頂與側(cè)墻的密封結(jié)構(gòu)。從上可以看出頂棚和側(cè)墻的柔性密封結(jié)構(gòu)在整個密封設(shè)計中是統(tǒng)一的。

　　表示梳形套密封結(jié)構(gòu)在一些特殊穿墻管的情況下的應(yīng)用實例。

　　黑龍江電力bookmark1頂棚尾部有吊掛管穿出，吊掛管直接從頂棚管片處穿出，吊掛管上焊有梳形套梳形套直接與片相焊結(jié)構(gòu)簡單密封可靠。

　　頂密封結(jié)構(gòu)可以明顯看出大容量鍋爐爐頂全部是以金屬密封來完成的。搞好爐頂密封的關(guān)鍵是按圖仔細(xì)施焊。但是盡管用金屬密封設(shè)計密封裝置的指導(dǎo)思想是對，設(shè)計圖紙也是完備的，但是要把圖紙變?yōu)楝F(xiàn)實需要電建部門的通力合作。因為密封裝置的施工焊接確實給電建公司增加工作量，特別是密封裝置的施焊條件有時很差，所以更要求我們雙方通力合作，把鍋爐爐頂密封工作搞好。

　　有的電廠在金屬密封內(nèi)護(hù)板上澆耐火可塑料、保溫澆注料或敷設(shè)其他材料，實在是多此一舉。在內(nèi)護(hù)板上再增設(shè)爐墻材料將引起：使荷重增加；使內(nèi)護(hù)板的金屬元件都埋在爐墻材料中，使其金屬元件的溫度增加，影響金屬密封件的壽命，同時使密封元件的膨脹量增加，破壞原設(shè)計。有其害而無一利。鍋爐爐墻典型結(jié)構(gòu)見。

　　爐墻厚度從管子表面計算為170.從里向外所采用的材料為硅酸鋁耐火纖維氈、主保溫材料、鐵鋼絲、抹面材料。每平方米面積內(nèi)布置約11個直徑為3.5mm的保溫釘，從鎖壓板穿過保溫釘壓緊鐵絲網(wǎng)，從而固定保溫材料。在片管管間間隙中填充保溫材料。

　　2爐墻保溫設(shè)計爐墻保溫近年來在我廠設(shè)計上主要有兩處改進(jìn)。這兩處的改進(jìn)都是為了增強保溫效果、降低散熱損失和外壁溫度而實施的。

　　2.爐墻保溫設(shè)計的改進(jìn)水冷壁管的管間間隙用爐墻材料進(jìn)行充填。

　　過去的設(shè)計，管間間隙我廠不敷設(shè)任何材料，爐墻材料從管子的外壁面開始敷設(shè)。當(dāng)時要求處理好剛性梁處的爐墻，保證管間的間隙不形成空氣對流。但實際上很難做到這點，所以不如把管間間隙填實。我廠采用了兩種方法，一種方法是敷設(shè)硅酸鹽復(fù)合涂料，另一種方法是用硅酸鋁耐火纖維用少量粘結(jié)劑粘貼。

　　在總厚度保持不變的情況下，我廠在爐墻外層鐵絲網(wǎng)上敷設(shè)10~20mm厚的抹面層。增設(shè)抹面層的目的主要是為了減少鉤釘和鐵絲網(wǎng)所引起的散熱損失。現(xiàn)在主保溫材料幾乎無一例不采用纖維狀材料，所以需要一處能敷設(shè)在纖維狀材料表面上的抹面材料。這種材料應(yīng)用較強的沾粘力，表面不開裂，易施工且保溫性能要好�，F(xiàn)在我們用復(fù)合硅酸鹽抹面。這種材料粘結(jié)力強，且保溫性能優(yōu)于一般的抹面材料。也有另外一種處理方法，即在鐵絲網(wǎng)外再粘結(jié)一層纖維氈材料，把整個鐵絲網(wǎng)覆蓋起來，也起到隔斷鉤釘鐵絲網(wǎng)熱流的作用。

　　2.爐墻材料我廠用于鍋爐爐墻的耐火材料主要有兩種，即微膨脹耐火可塑料和耐火澆注料。微膨脹耐火可塑料主要用在大包內(nèi)頂棚上，在頂棚管和頂棚內(nèi)護(hù)板之間敷設(shè)微膨脹耐火可塑料，這里微膨脹耐火可塑料主要是為了抵擋高煙煙氣的侵蝕，保護(hù)內(nèi)護(hù)板。這種材料使用中發(fā)現(xiàn)的問題是，因為該材料是在生產(chǎn)廠內(nèi)按同一配方生產(chǎn)攪拌完成的，而用戶的氣候狀況、施工日期不盡相同，導(dǎo)致干燥時間不一，引起材料在干燥過程中產(chǎn)生貫穿性裂紋。使產(chǎn)品質(zhì)量下降。這種情況已在多個電廠發(fā)生過。現(xiàn)在我們已選用耐火可塑料替代產(chǎn)品快硬微膨脹耐火可塑料，這種產(chǎn)品已經(jīng)投放市場�？煊参⑴蛎浤突鹂伤芰峡朔�以前耐火可塑料的缺點，用干料供貨，使用時只需加入適量水拌勻即可。

　　耐火澆注料用在除頂棚管外的折焰角、輻射再熱器穿墻處、門孔等部位。耐火澆注料用在這些部位主要是施工方便、強度高。耐火澆料使用效果良好。

　　2.3保溫材料我廠主要采用保溫澆注料，纖維保溫材料巖棉板、耐高溫玻璃板，硅酸鋁耐火纖維氈，以及復(fù)合硅酸鹽氈。保溫澆注料用在大包頂部的外保溫層及剛性梁處。這種材料在使用過程中我們也感到凝結(jié)時間太長、強度低。纖維狀保溫材料主要用巖棉板和耐高溫玻璃棉板。巖棉板已在鍋爐上應(yīng)用多年巖棉板成本較低，保溫性能尚可，缺點是因為纖維直徑粗，渣球含量高，施工時對人的皮膚有刺激。由于歐文斯科寧耐高溫玻璃棉在中國的投產(chǎn)，使得玻璃棉產(chǎn)品開始進(jìn)入電力行業(yè)，耐高溫玻璃棉板價格比巖棉貴、但保溫性能、耐振性和對人刺激感都優(yōu)于巖棉板。在總概算允許的條件下可以選用耐高溫玻璃棉。另一種是成型保溫材料復(fù)合硅酸鹽氈，據(jù)廠家介紹其保溫性能特別好，但其價格昂貴，是巖棉板的好幾倍，我廠一般不采用。只是在用戶同意或特殊的情況下采用。泡沫石棉板由于其環(huán)保的原因，我廠已不采用。以前的鍋爐設(shè)計選用泡沫石棉板的也基本改換了巖棉板或耐高溫玻璃板。我國采用泡沫石棉板作為鍋爐主保溫材料的年代已經(jīng)結(jié)束了。

　　硅酸鋁耐火纖維氈是一種高溫保溫材料，用在緊貼受熱管的第一層保溫材料，使其后的巖棉板等材料處于更加安全的工作溫度。

　　3結(jié)束語從以上密封設(shè)計的介紹，可以看出，大容量鍋爐的密封問題完全是依靠金屬的焊封來完成的。爐頂上耐火可塑料只敷設(shè)在管子片和內(nèi)護(hù)板之間的空隙間，它主要的作用是防止煙氣對內(nèi)護(hù)板的侵蝕，保護(hù)內(nèi)護(hù)板，延長其壽命。而不是靠耐火可塑料來密封。耐火可塑料在鍋爐密封中的作用是顯而易見的，但不是絕對的。