大 型 锅 炉 顶 部 密 封 设 施 分 析.doc

大 型 锅 炉 顶 部 密 封 设 施 分 析 来源： 发布时间： 2005-06-11 刘 崇（长春热电二厂，吉林 长春 130031）摘要：从大型锅炉炉顶密封集中部位出发，介绍密封设计及安装要点。对炉顶棚热密封存在的设计、安装及运行维护方面的主要问题进行论述，并提出具体建议。关键词：锅炉；炉顶密封；密封结构Abstract: In view of sealing facilities being concentrated on the roof of large size boilers, this article introduces the key points of sealing design and installation, the main problems existing in the design, installation, operation and maintenance of thermal sealing on the roof of boilers and puts forward concrete proposals.Key words: boiler; roof sealing; sealing structure中图分类号：TK22 文献标识码：B 文章编号：1004-9649（2000）09-0028-03大型锅炉顶部密封设施基本上由2部分组成，即炉顶管的金属密封构件和炉顶棚的热密封罩。前者虽然比较好理解，可当出现问题后，如果处理方式不当，则投入不少，效果不大；而后者由于在设计说明书中没有明确其实质性的作用，在严密性上也不尽完善，只是以大罩壳的名称出现，致使多数安装单位和电厂产生误解，忽视了它应起的作用，从而导致不少电厂做出了违背设计意图的作法。有的将热密封罩内的受热面设备及管系全部保温；还有的甚至在罩顶上开口排灰放热等，直接影响着锅炉经济安全运行。本文将这2部分密封设施的结构、作用及两者间的相互关系作一分析。1 炉顶管的金属密封1.1 密封集中部位膜式壁在锅炉在的应用相当于对炉膛构成一道水冷钢板的密封墙，确实解决了锅炉本体的气密性问题。可是膜式壁不可能完全是平壁，因为水循环系统和过热蒸汽系统等都有大量的穿墙管通过膜式壁，所以穿墙管部位的双向管排膨胀与密封的处理，即成为锅炉密封的关键。而炉顶管范围又是这些穿墙管最集中的区域。实践证明，只有依靠用金属构件焊封的方式，再加以对它们进行热密封，才能有效地解决这一难题。1.2 密封设计及安装要点金属密封的设计是建立在锅炉膨胀中心的设立和可靠的应力分析计算基础上。膨胀中心是计算汽水系统膨胀的基准点，使整个炉顶管的膨胀形成有规则的定向位移；通过应力分析计算，可确定受热面元件任何一点的膨胀方向和膨胀量。有了这些计算，对密封构件设计的数据可信度就会大提高。密封设计中，还要求金属构件应有足够的热补偿能力，以适应不同方向膨胀量需要。目前普遍采用柔性结构，即在热、冷交替工况下，容易弯曲回复而不损伤的结构。密封构件在安装过程中，保证全部结构的焊接质量尤为重要。1台300MW机组锅炉炉顶的金属构件就有13t左右，140多种，近1000件。不仅品种繁多，焊接量大，而且焊缝密集，应力集中。因此，必须按有关焊接工艺要求与技术规范的规定，精心施焊和进行严密性检验，防止漏泄现象发生。1.3 密封结构国产300MW和600MW机组锅炉炉顶管的金属密封结构，与进口大型锅炉炉顶的密封方式基本一致。炉顶管前部区域是光管加焊分段鳍片，鳍片之间不相焊，并有大量穿墙管排通过。在炉顶管的后部区域是光管加焊扁钢的连续鳍片，形成相焊的膜式壁，穿墙管排较少。沿着炉顶管的纵向长度方向，布式壁，穿墙管排较少。沿着炉顶管的纵向长度方向，布置着数道垂直肋板（也称高顶板），把炉顶分成几大块。肋板位置与厚度由应力分析决定。垂直肋板主要起着加固炉顶管（能承受炉内的爆燃压力）、吊挂炉顶和焊接密封板的3个作用。在穿墙管周围装有密封罩（也称折边板或船型板）。所以，整个炉顶管是用穿墙罩、密封板和各管排相交处的密封构件等构成的金属密封。下面是炉顶管与穿墙部位的几种典型密封结构。一种出炉顶管与前壁交叉布置，在伸出前壁的管排上装焊有与前壁密封盒相连接的多波膨胀补偿节，而且在交叉处的密封护板内浇制了耐火层。一种是对流过热器管排穿墙处的密封结构。梳形套是在制造厂预先焊好的。在现场就地安装密封板与膨胀节时，是通过中间的连接板与之相焊。一种是屏式（前屏）过热器管排穿墙处密封结构，也是由梳型套、U型构件等与密封板一起构成一个焊接的密封体。一种是后部炉顶管与侧面包墙管的密封结构。炉顶尾部区域也有吊挂管穿出，是直接从炉顶管鳍片中穿过的。吊挂管上的梳型套直接与鳍片相焊，结构简单，密封可靠。从以上中可看出，炉顶管与侧壁的柔性密封结构，在整个密封设计中是统一的；密封板下面均浇制了耐火层，其作用是防止金属构件在高温烟气中的暴露，降低它们的温度减少与管排间的热应力，并可阻止高温腐蚀。多年运行实践表明，炉顶管的金属密封结构是锅炉密封技术中的一顶成熟经验。但如何才能减少管排与大量密封构件由于温差而产生的热应力，尤其在锅炉频繁启停过程中，能使构件获得热补偿，不致于开裂变形，于是在设计上采取对整个炉顶棚进行热密封措施。2 炉顶棚热密封2.1 热密封罩不论是国产的，还是进口机组锅炉的顶棚上，几乎都装设了敷设有保温层的悬吊式框架大罩。而且它将顶棚上所有受热面设备及管系和汽包的绝大部分全部密封起来。其中除高温过热器和高温再热器的联箱、管排，以及它们的引出管需要保温外，其余设备和管第都不保温，呈现裸露状态。也就是说，在大罩内外散热度平衡的状态下，使整个罩内保持其设计温度为400左右，略高于饱和温度，一般不超过430。让大罩起到对炉顶棚的热密封作用。2.2 热密封罩的作用热密封罩的作用不仅是为锅炉顶部整洁、美观和防止雨雪侵袭而设置，其更主要的功能是：（1）使锅炉顶部诸多受热面设备和管系的复杂保温结构，简化成罩壳式集中保温，减少散热损失；（2）保持罩内所有受热面元件与密封构件受热均匀，温度接近，减少温差，改善热应力条件，从而处长密封构件寿命；（3）有利于炉顶范围内受压管系事故后的处理，并能很容易地观察到事故点和密封构件的工作状况，为设备检修创造方面条件；（4）实际上也能起到炉顶棚发生轻微漏泄后的第2道防线作用。当然，热密封罩本身也必须保证其严密性和绝热性。由上所述，不难理解，炉顶管的金属密封装置和热密封罩是相辅相成的关系。3 存在问题及建议3.1 设计方面（1） 锅炉在炉顶受热面设备布置和穿墙管排节距选取上不尽合理。例如有的300MW机组锅炉顶部设置的高温过热器与高温再热器和两侧壁的间距，不仅狭窄约230mm，且纵向长度达2400mm，现场施焊很困难，质量不易保证。建议在锅炉整体设计时，一定要考虑密封构件焊接的可能性和可靠性问题。不然，好的密封设计也不会有好效果。（2） 在热密封罩的严密性，国产和进口设备都有不完善之处。加热密封罩底护板与周围膜式壁接部位的密封结构就考虑不周，而往往是在锅炉安装过程中增装改进，或在锅炉大修期间加以补救；否则，热密封罩就失去了集中保温和密封作用。3.2 安装方面最容易发生的问题是炉顶管密封件焊缝不严，给生产运行遗留下漏灰漏风等隐患。这是目前在大型锅炉上经常出现的现象。除设计原因外，就如在安装要点中所指出的，由于焊接工程量大，场地狭小，工期紧迫，而又未能使多工种有机配合和优化施工组织的结果。因此建议在制定锅炉安装进度时，一定要留出足够的焊接密封构件的合理工期，并要精心组织，严格检验。同时也应认识到，锅炉漏泄不仅污染环境，而且直接影响锅炉的经济指标。漏风系数增加0.2，锅炉效率将下降1%，1台300MW机组1a多耗煤约1000吨。3.3 运行维护方面运行维护方面也有2个问题需要引起重视:(1) 虽然在大型锅炉都设立了膨胀中心,可是由于锅炉在长期运行中的频繁启停,有时燃烧工况也常变化,而热应力又正比线胀系数和温差,要想使大量密封构件的安装焊接残余应力完全适应运行工况下的热应变是很难掌握的。而理论计算的膨胀量，只有通过运行实践检验，方能发现其膨胀规律和热补偿值的大小。因此，金属构件变形、开裂时有发生，问题是如何在检修中及时维护修复，消除缺陷，使这些构件适应实际运行工况下的热应力变化规律，不断加以完善，才能提高它们的密封功能。（2）如果在运行过程出现漏灰、漏风时，首先要全面检查所有构件和焊缝，是否有漏点或损坏现象，然后按以上分析的指导思想进行补焊或更换。例如：有1台350MW机组的锅炉投产后，炉顶积灰严重，厚度约500600mm，历经数次小修后，基本消除了焊缝漏点，密封构件也适应了热应变规律，运行正常。但有的电厂不是从重视金属密封技术的有效功能出发，而是在密封构件上浇制耐火层，或敖充保温层，用炉墙保温材料搞所谓的二次密封。