李 鵬

作者通聯(lián)：江蘇徐礦綜合利用發(fā)電有限公司 江蘇徐州市 221000

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一、概述

江蘇徐礦發(fā)電公司一期建設2×300MW循環(huán)流化床機組（東方鍋爐廠生產(chǎn)），為DG1065/17.5-II19型亞臨界循環(huán)流化床鍋爐，該鍋爐是引進吸收阿爾斯通技術后自主研發(fā)，單爐膛、單布風板、不帶外置床，3個汽冷型旋風分離器，采用管式空預器。1#機組于2009年10月29日順利通過了168h試運，2#機組于2010年2月5日順利通過了168h試運。運行至今，排渣系統(tǒng)故障率較高，易損設備更換頻繁，給機組的安全穩(wěn)定運行帶來巨大威脅，并嚴重影響了鍋爐高負荷、長周期運行能力。為此對排渣系統(tǒng)存在的問題進行分析，采取針對性改造措施，獲得較好效果。

單臺鍋爐配備6臺滾筒冷渣機（青島電力環(huán)保設備有限公司制造），布置在爐后標高6m平臺上，為典型的爐后側(cè)排渣方式。冷渣機冷卻方式以水冷為主，風冷為輔，冷卻水取自汽輪機凝結(jié)水，經(jīng)過由冷渣機殼體夾層和筒內(nèi)回水管共同組成的循環(huán)管路，起到冷卻筒體內(nèi)熱渣的目的；風冷系統(tǒng)的主輔吸風口接在負壓支管上，6臺冷渣機負壓支管由一根母管引到后豎井，推動冷渣機筒體內(nèi)的冷卻風流動，同時形成負壓環(huán)境，減少灰塵外逸污染環(huán)境。在鍋爐B-MCR工況下，燃用校核煤種時，設計有100%的備用裕量，無論定期或連續(xù)排渣，保證排渣溫度在150℃以下并能長期運行。

冷渣機的排渣由兩個分支管路分別落入兩臺輸渣機的進渣口，再經(jīng)過鏈斗輸送至斗提機入口，最后由斗提機提升入渣倉暫存，定期由汽車送至灰場和綜合利用用戶。鏈斗輸送機及斗提機單臺設計出力為120t/h。

二、存在問題及分析

1.膨脹節(jié)漏渣嚴重

冷渣機進渣管膨脹節(jié)在進渣管啟停爐時起著豎直方向、爐膛中心線方向、鍋爐中心線方向三維膨脹位移作用。鍋爐啟動時，進渣管隨著水冷壁一起向下膨脹，膨脹節(jié)內(nèi)填充的耐火纖維毯沿軸向壓實，起到密封作用。在實際運行中，大量紅渣從膨脹節(jié)活動部分的縫隙中噴出，造成巨大的安全隱患。分析故障原因如下。

（1）鍋爐為爐側(cè)排渣，排渣口位于布風板上部28.7mm處，為爐膛壓力最高點（表壓8.5kPa左右），由連通管原理可知，進入冷渣機進渣管的渣流壓力較高，密封不嚴，容易造成泄漏，并且一旦泄漏，高速渣流具有很強的磨損破壞力，造成創(chuàng)面擴大。

（2）冷渣機膨脹節(jié)的密封結(jié)構為擠壓式迷宮密封，密封填料為耐火纖維毯，雖然此種材料的耐火性能較好，可以達到1000℃的耐火溫度，但耐沖擊性能較差，容易被正壓渣流沖散失效。

（3）冷渣機進渣管為三維膨脹，鍋爐中心線方向、爐膛中心線方向的膨脹容易造成迷宮機構出現(xiàn)較大縫隙，成為密封的薄弱環(huán)節(jié)，高速渣流沖破耐火纖維毯形成直通結(jié)構，導致大量紅渣泄漏。

（4）進渣管內(nèi)部渣流溫度較高，可達到900℃左右，膨脹節(jié)內(nèi)部的迷宮壓板為12mm不銹鋼板，在高溫渣流的沖刷下變形嚴重，擠壓密封作用大大降低。

2.進渣管與爐膛連接處管面頻繁開裂。

膨脹節(jié)改造前，管面即存在頻繁開裂現(xiàn)象，根本原因在于膨脹量的設計值往往小于實際值，導致進渣管在膨脹受阻的情況下，根部出現(xiàn)應力裂紋。改為金屬波紋補償器后，雖然保證了較大的膨脹裕量，但并沒有消除裂紋的產(chǎn)生。

進渣管材料為0Gr25Ni20,管子外徑219mm,厚度10mm。機組運行狀態(tài)時，進渣管隨水冷壁發(fā)生三維位移，膨脹節(jié)處于被壓縮狀態(tài)，波節(jié)壓縮產(chǎn)生的反作用力直接作用于進渣管。另外，在正常排渣狀態(tài)下，進渣管處平均溫度為600℃左右，此種材料的蠕變溫度下限為540℃，因此在應力集中點附近發(fā)生蠕變斷裂。

3.排渣系統(tǒng)連接管路磨損嚴重

主要的易磨損部位有：①冷渣機進渣管上彎頭、下彎頭；②冷渣機進渣管膨脹節(jié)下部大小頭；③冷渣機排渣人字管同型側(cè)；④輸渣機至斗提機連接段；⑤斗提機至渣倉連接段。

這些部位都處于渣流迎鋒面，形成一個特殊的區(qū)域，稱為靶面區(qū)，此處渣流沖擊角度較大，接近90°，渣流密度高、流動速度快，因此靶區(qū)管壁存在較為嚴重的沖擊、沖刷磨損，根據(jù)運行經(jīng)驗，10mm厚的不銹鋼管的磨損破壞周期約為6個月左右。

進渣管插入膨脹節(jié)中，與大小頭底部存在一定的膨脹間隙，并且在鍋爐冷態(tài)時，插入管與大小頭的軸線同軸。當鍋爐正常運行時，水冷壁三維膨脹位移，進渣管插入段將偏離大小頭軸線，渣流順著進渣管進入大小頭時，沖擊、沖刷大小頭側(cè)壁，導致磨損。由于渣流為正壓輸送，因此流速較快，磨損速度快，大小頭的更換周期縮短，影響冷渣機長周期運行。

三、技改措施

1.膨脹節(jié)漏渣解決

綜合考慮冷渣機進渣管膨脹節(jié)在三維膨脹、密封、高溫高速渣流等方面的要求，取消原膨脹節(jié)，采用自主改進型的圓形金屬波紋補償膨脹節(jié)（圖1）。該膨脹節(jié)由不銹鋼波節(jié)、耐火纖維毯、插入管、活動擋板、大小頭組成，整個膨脹節(jié)采用滿焊處理，沒有與外界相通的活動縫隙，不銹鋼波節(jié)可以吸收膨脹或者壓縮應力，另外還起到高溫環(huán)境下的密封作用。內(nèi)部耐火纖維毯在壓縮狀態(tài)下，形成密封結(jié)構，防止正壓灰渣竄入到膨脹節(jié)內(nèi)部，造成波節(jié)超溫，影響使用壽命?；顒訐醢迮c插入管保持一定的的間隙，搭接在膨脹節(jié)下部封板上，下封板的開孔略大于插入管管徑，這樣就滿足了插入管的三維位移要求。改造后的膨脹節(jié)已使用近三年，徹底解決了進渣管的漏灰問題。

圖1 冷渣機進渣管膨脹節(jié)

2.進渣管與爐膛連接處管面頻繁開裂解決

一定溫度下，金屬受持續(xù)應力的作用而產(chǎn)生緩慢的塑性變形的現(xiàn)象稱為金屬的蠕變。在這種持續(xù)應力作用下，蠕變變形逐漸增加，最終可導致斷裂，這種斷裂稱蠕變斷裂。在工程上把蠕變斷裂應力稱為蠕變斷裂強度，又稱持久強度。

蠕變現(xiàn)象的發(fā)生是溫度和應力共同作用的結(jié)果。因此，構成金屬材料蠕變裂紋產(chǎn)生的必要條件為溫度、應力、時間。降低應力集中截面處的溫度以及減小最大正應力值是延長蠕變裂紋出現(xiàn)周期的有效途徑。

根據(jù)現(xiàn)場情況研究設計一種支護結(jié)構，此種結(jié)構有效地降低了肋片處的溫度（t1<400℃），并且通過下襯板與肋片結(jié)構的支護作用，將引力集中截面向作用力側(cè)移動，減小了危險點的最大彎矩及溫度（t2<500℃），從而起到延長蠕變裂紋出現(xiàn)周期作用。如圖2所示，冷渣機進渣管受到壓縮與彎曲的組合作用，危險截面為N—N截面，危險點在N—N截面的下邊緣。對進渣管爐膛側(cè)支護結(jié)構計算（1）（過程略）得出x>1.04m時，蠕變裂紋出現(xiàn)周期＞10000h。

圖2 進渣管加支護結(jié)構

加裝支護結(jié)構后，進渣管管面裂紋得以控制，蠕變裂紋出現(xiàn)周期從30天延長至1年半，延長了進渣管的使用壽命。

3.排渣系統(tǒng)防磨

（1）進渣管膨脹節(jié)下大小頭防磨結(jié)構設計?；诒粍臃滥C理，在大小頭下部用外徑219mm,厚度5mm，高度100mm的鋼管與法蘭內(nèi)邊拼接，在大小頭內(nèi)壁焊接抓釘，上端呈一定坡度，砌筑防磨可塑料內(nèi)襯（圖3）。此內(nèi)襯結(jié)構在高溫時，防磨可塑料內(nèi)襯成型后硬度很大，可以吸收渣流的大部分沖擊力，另外抓釘可以有效地保持內(nèi)襯整體結(jié)構，防止內(nèi)部裂紋延伸貫穿至根部，導致大面積脫落。防磨內(nèi)襯有效地保護了大小頭內(nèi)壁，延長了使用壽命。

圖3 進渣管膨脹節(jié)大小頭防磨內(nèi)襯結(jié)構

在安裝膨脹節(jié)時，要考慮機組啟動時進渣管的三維膨脹，為保證膨脹節(jié)插入管在機組運行狀態(tài)下與膨脹節(jié)下口接管的同軸度，起到減少對側(cè)壁磨損的目的，需要對膨脹節(jié)的插入管進行預拉。

（2）進渣管上下彎頭處防磨盒設計。在上、下彎頭處加裝防磨澆注料盒，為了保持局部磨損后應力結(jié)構不失效，使用厚度為5mm的碳鋼板作為加工材料，全部焊縫滿焊，半圓形側(cè)板內(nèi)側(cè)焊接抓釘，保持內(nèi)襯整體防磨剛度（圖4）。

圖4 進渣管上下彎頭處磨損及防磨結(jié)構

（3）其他部位的防磨結(jié)構設計?？紤]到冷渣機排渣人字管同型側(cè)、輸渣機至斗提機連接段、斗提機至渣倉連接段的流通面積較大，渣流只是沿靶面區(qū)分布，當焊接10mm長的直銷釘并敷設耐磨層，對渣流的流量幾乎不造成影響，因此對于這些部位的防磨結(jié)構采取如下方法：切割靶面區(qū)、焊接銷釘、敷設耐磨可塑料、焊接還原結(jié)構，這樣既不破壞原有的流道結(jié)構，又可以起到很好的防磨效果，并且防磨層的壽命較長，一般為2～3年，可以定期對靶面區(qū)進行更換。

（4）注意事項：①進渣管膨脹節(jié)的易損件為連接法蘭、插入管，每兩年需進行更換。②大小頭防磨結(jié)構更換周期延長為兩年，上下彎頭防磨盒更換周期為兩年。③排渣人字管同型側(cè)、輸渣機至斗提機連接段、斗提機至渣倉連接段的防磨內(nèi)襯更換周期為兩年。