锅炉炉顶大包柔性密封技术---炉顶密封

锅炉炉顶大包柔性密封技术

可行性的分析

天津福浩科技有限公司

工程部：索文亮

索先生：18202226892/18920866739

　现行锅炉漏灰比较严重，从锅炉技术、运行安全性、经济性等方面都严重影响电厂的效益，以下根据具体实际阐述锅炉本体密封的必要性一：技术上的必要性1. 锅炉本体不同金属构件管材不同导致其相对膨胀量不同产生漏风漏灰：由各大锅炉厂的《锅炉说明书》可知，现在大容量锅炉一般采用大罩壳保温，且顶棚采用鳍片管。所以在其上不铺设浇灌保温材料，而只是在炉顶管分段鳍片处、穿墙管等处浇灌耐火可塑料。而耐火可塑料上面就是内护板。因为考虑到内护板要受高温烟气的直接冲刷，所以一般采用低合金耐热钢（12Cr1MoV，15CRMo等）以保证其抗冲刷性能，但其膨胀量达到7.44mm/m，横贯炉宽的绝对膨胀量应在100mm左右，与它相接的穿墙管的最小膨胀量仅为3.33mm/m，可见相对膨胀量差别之大。2. 锅炉本体尺寸过大，导致锅炉本体的绝对膨胀量过大产生漏风漏灰：从锅炉设计尺寸可知，现有锅炉的纵向尺寸较大。以300MW锅炉为例，从顶棚前集箱至尾包墙的长度26米多。由此可知顶棚管的绝对膨胀量将达到120mm，以炉顶存在假设膨胀死点计算，其两侧的绝对膨胀量也将达到60mm 以上。由此可以看出其纵向膨胀量是最大的。相应的顶棚管与两侧墙部位的密封必然是一大难点。现在大容量锅炉炉顶顶棚管为鳍片管焊接的膜式壁，并在炉墙层中设置了内护板和膨胀节；而在炉顶四周与水冷壁、包墙管的交界处和穿过顶棚管段的部位无法形成膜式壁，则是采用特殊的密封块、密封板和梳型板与内护板相互焊接的一次全密封结构。但是由于锅炉炉顶的膨胀中心不明确、受热面本身结构的限制和工地现场安装管子不可避免得误差等原因，造成个别管排之间的内护板难以铺设和焊接。这些密封件在长期热力工况下也会被拉裂和烧损。而各厂锅炉的此部位也是泄漏严重的部位之一。3. 现有穿墙管金属密封方式不能有效地调整膨胀产生漏风漏灰：出于施工设计及安装等考虑，穿墙管密封盒是横贯炉宽的，长度往往超过12米以上，且不同穿墙管系的密封盒之间间距很小，不足以吸收由于大面积满焊密封盒而产生的焊接应力。据我们调查发现，往往是每隔7－10米处会有泄漏积灰严重的情况出现，而且拉裂处以高过、高再密封盒为多。4. 正常运行时炉顶经常处于正压状态产生漏风漏灰：大型锅炉一般采用平衡通风，即锅炉配有送、引风机。运行中送、引风机均开启，炉膛内压力按锅炉运行规程要求保持在－（20～30）Pa运行。但国内各型锅炉（包括进口炉型）炉膛内负压测点一般较低，位于大屏过热器或分割屏过热器下部10米左右，则越往炉膛上部，负压越低。到炉膛顶部时，正常运行工况下一般保持正压在70～80Pa左右。这是因为大气压力沿大气层高度不同而不同，海拔高度越高大气压力越低，在低海拔地区，海拔高度每增高1米，大气压力降低约12Pa，按这一数字，若炉膛负压测点低于炉顶10米时，炉顶大气压力将低于炉膛负压测点处的大气压力约120Pa，故炉顶炉内实际是处于正压状态，这也是导致炉膛漏风漏灰的重要原因。5. 现有锅炉金属密封结构安装过于复杂产生漏风漏灰：由于锅炉现场安装施工中所牵连的因素过多，比如各穿墙管走向因素，工期因素等等。所以《锅炉说明书》中也往往只提供密封方面的原则性说明，具体工地上施工只是按照设计细想和安装经验适当加以密封。因此这是产生密封失效的安装原因。6. 现有密封保温材料不足以吸收锅炉的膨胀产生漏风漏灰：如耐火可塑料等硬性材料的膨胀量过小，只能作为耐火层而不能吸收膨胀。炉顶整体密封面积过大，当密封钢板有露焊点等穿孔缺陷或隔热耐火混凝土有损坏时，高温烟气流将进入密封板下窜行，很快就会使密封板受热变形而损坏，造成炉顶漏烟。而且有些锅炉顶棚管后部为散管结构，与其相接的侧包墙及尾部包墙也为散管结构，管间间隙施工难度大，难以保证耐火层的浇铸质量。锅炉投运后，只要顶棚管受热膨胀不均匀，就会产生间隙大小不均，导致耐火层的损坏脱落，进而使高温烟气直接冲刷密封钢板。7. 其他技术原因产生漏风漏灰：此外还有诸如一、二次密封处理不当；大型锅炉烟风通道的结构设计缺陷；电厂燃用煤种与设计煤种不同；锅炉运行时由于喷燃器燃烧方式形成的烟风走廊等原因都是造成锅炉泄漏的因素，此处不再详述。下面举具体实例以证明。 二：锅炉运行安全上的必要性分析：1. 漏风漏灰严重磨损金属受热面：研究发现，承压管道在漏风漏灰部位，时常发生管壁变薄甚至爆管现象，专家认为这是漏风漏灰造成的结果。在发生锅炉漏风漏灰时，由于锅炉内外压力差，在漏风处形成涡流，加速了炉灰中颗粒物对管壁的冲刷磨损作用，长此以往，该处由于炉灰中颗粒物冲击摩擦，管壁厚度减小，造成应力集中，可能导致严重的爆管，造成电厂被迫停产的事故。同时随着锅炉本体泄漏的增加，其炉内的烟风量也大于设计值，导致其风速增加，且由于泄漏点的不同，产生炉内流场压力不均，烟风流量偏差加大等，以上因素都直接间接恶化炉内工况条件，导致管壁磨损严重。2. 漏风漏灰对锅炉辅机安全造成危害：主要是引风机，当锅炉发生漏风漏灰时，降低了炉膛及换热面的热负荷，为了保证锅炉出力，必须增加煤粉的投入量，此举相应加大了炉膛烟道中的风粉量，增加了风速，加大了对引风机叶片的磨损。现在各厂大小修中常有的叶轮磨损堆焊等项目说明了其危害的严重性。3. 漏风漏灰严重腐蚀金属构件：灰中含有的有害成分（S、P、N）等元素会对金属构件，特别是对承压部件起腐蚀作用，尤其当电厂处于较为潮湿的区域时而造成的酸性腐蚀作用尤为严重。此外漏出来的高温烟气往往会将热量传给泄漏通道附近的锅炉附件：管道、联箱、热工表线，造成烧损、腐蚀危及生产安全，严重威胁着锅炉的正常运行。而当烟气流量增加时，其烟气的总含硫量必然增加，而含硫量的增加将导致酸露点的升高，将加大尾部受热面的腐蚀。例如大同一电厂经常由于尾部受热面的酸腐蚀造成空预器堵灰现象，导致该厂每隔2至3个月就要组织人工清灰，非常费力费时。4. 漏风漏灰增加锅炉本体荷重：炉顶大量积灰时，积灰量可达到200甚至300吨以上，相当于炉顶全部钢结构密封层的重量，大大增加了锅炉炉顶承重量及顶棚管的承重负荷，严重时会导致炉顶变形，对锅炉本体的安全运行造成极大的危害。三：机组运行经济上的必要性：1. 漏风漏灰降低锅炉热效率：一是漏风会导致烟气所带热量散失或降低烟气温度，导致各受热面换热不足，直接导致排烟温度上升。此外，要维持额定蒸发量的话必须多投煤粉，增加了烟气流量，导致烟气量大量增加。而锅炉引风机电耗约占厂用电的15％左右。根据各科研院所的研究及各实际电厂试验考核：0.1（10％）漏风系数对应7.5℃排烟温度的升高，对应着约0.7％的热效率的降低，对应10－15A左右引风机电机电流的增加。2. 漏风漏灰制约锅炉出力：当密封结构发生大规模泄漏时，外界空气会大量进入或内部烟气大量漏出炉膛烟风系统。二者都一则影响炉膛内的负压工况，二则势必会大大增加引风机电耗和磨损，进而强迫锅炉机组降负荷运行。3. 漏风漏灰增加锅炉散热损失：炉顶大量漏灰会使炉顶保温层破坏，导致炉顶严重超温，有些电厂因炉顶泄漏问题而导致保温层表面温度甚至达到了200多摄氏度，大大增加了锅炉散热损失。4. 应用立体柔性密封技术前后的量化指标实例分析：4.1 实例1：华能某发电厂＃1机组是从日本三菱集团引进的亚临界350MW燃煤发电机组。该机组投产以来运行至今设备正在逐渐老化，由于炉顶穿墙管部位一次耐火塑料因膨胀问题造成顶部漏灰严重，锅炉的密封性正在逐年下降。#1炉空气预热器入口烟气流量投产初期考核实验数据是1 055 278Nm3/h，而1997年中修后已达1 214 021 Nm3/h，增长了15%。近几年在检修中已将降低锅炉的漏风系数作为重点项目，对顶棚联箱间的二次密封投入很大的精力进行了详细的检查，同时进行了处理，对开焊、变形的部位进行了修补、焊接，但这些措施收效甚微。在采用立体柔性密封技术后空气预热器入口烟气流量下降，满负荷单台吸风机电机电流下降10安培。仅此一项每年就节省厂用电40万元人民币。4.2 实例2：华电国际某发电厂#1炉系上海锅炉厂生产的400t/h自然循环汽包锅炉。由于所燃烧煤种变化，锅炉原始本体密封结构的不合理等原因，造成锅炉大量泄漏，严重影响锅炉的正常运行生产，甚至造成降负荷运行。其电除尘器出口烟气量到达100×104m3/h左右，总体锅炉炉膛至空预器前的漏风量达到25％以上。在采用立体柔性密封技术后经西安热工院及宁夏中试所测试炉本体总体漏风率至少减少10%，即电除尘器出口烟气量降至90×104m3/h以下；热效率提高0.7％以上。4.3 实例3：聊城某发电厂#1、#2、#4炉系上海锅炉厂生产220t/h汽包自然循环煤粉锅炉。该厂于2002年4月至2003年5月采用立体柔性密封技术后，锅炉漏风率由24.7%下降6.67%，热效率提高2%左右，工程费当年即收回。2003年4月至7月，#5、#6炉135MW新建机组全炉顶密封；2005年9月，#7炉300MW新建机组全炉顶密封；2006年5月，#8炉300MW新建机组全炉顶密封。 四：预期效果：　　（对改造前后安全，经济运行状况，社会环境影响进行对比分析，明确改造后对于提高系统和本单位安全性，可靠性，节能降耗、环境保护等应达到的目标，从提高效益，降低成本，增加利润及对投资回收等方面进行分析。）1. 技术指标分析　　炉顶部位12年内基本上杜绝漏风漏灰现象。2. 经济指标分析　　(1) 采用立体柔性密封技术后产生的节煤效益：　　全炉顶密封施工后，由于炉顶没有漏风漏灰点，可以保证炉顶大包温度下降，从而减少炉顶散热损失。根据以往的经验，1台1000t/h的炉顶散热面积400平米左右，温度下降40摄氏度，按每年运行6000小时计算，可得年减少散热损失为：　　Q ＝a2·T· m · h＝9.8×40×400×6000=9.4×108 (Kcal/年)　　折合标煤：9.4×108÷7000＝134.4 吨　　则每年可以节约煤耗费为：　　134吨×500元/吨＝67000元　　 (2) 采用立体柔性密封技术后产生的节电效益：假设引风机电机电流将降低10A，年运行6000小时，电厂成本电价0.3元/（kW·h），则每年节电约6000×10×6000÷1000×0.3×2=216000元。　　(3) 采用立体柔性密封技术后减少的热量损失：假设一台配300MW发电机组的1025T/H的锅炉为例，其漏风量按3%计算，那么一年损失的直接费用粗略如下：　　每年运行6000小时，负荷率100%，满负荷总烟气流量1.14×106 kg/h；环境温度：20℃，烟气比热=1.52 KJ/（kg?k）；燃量费：RMB 0.052/MJ （按标煤500元/吨，煤耗380克计算）：　3%漏风的直接损失为=烟气流量×每年运行小时数×泄漏率×ΔT×比热×燃量费=1.14×106×6000×0.03×110×1.52×0.052×10-3=1784090元　　则一年的直接经济损失粗略为178万元　　(4) 采用立体柔性密封技术后节省的炉顶密封费用：　　假设采用传统金属密封工艺及其保温，则在12年范围内可少做3次。密封面积为400平米左右，单价估算为1000元/平米；保温面积为600平米左右，单价估算为800元/平米，则12年内所节省的费用为：　　（400×1000＋600×800）×3＝264万元                   　　(5) 采用立体柔性密封技术后减少抢修工期节约费用：　　如果遇到炉顶抢修，由于炉顶没有积灰，因此可以有效减少抢修工期，据保守计算，以一台300MW机组为例，清灰时间1天，则减少的发电量为：30万×24小时＝720万度电，折合电价约216万元左右。3. 性价比分析　　一台1000t/h级锅炉密封面积一般为400平米左右，采用立体柔性密封技术的大包造价约120万元，由经济指标，投资回报可看出：　　每年的投资费用为：1200000/12=10万元/年　　每年的回报为：6.7+21.6+178+108(假设每两年有一次抢修)＝314.3万元/年　　每年的产出/投入= 314.3/12= 26.19倍　　相当于传统密封保温比例为　　立体柔性密封技术/传统密封保温技术=120/264=45.4%　　注：以上效益分析时未考虑传统密封所需增加的清灰、拆保温等人工费及材料耗损费用等。　　综上所述，无论从投资费用上，还是从投资回报上考虑来看采用立体柔性密封技术为锅炉全炉顶进行密封修复是最佳的选择方案。