浅谈130t/h高温高压循环流化床锅炉的膨胀设置

浅谈130t/h高温高压循环流化床锅炉的膨胀设置

张娟

（太原锅炉集团有限公司技术中心山西太原030021）

摘要：依据多台循环流化床锅炉的设计和多家用户的调研，介绍了130t循环流化床蒸汽锅炉的膨胀设置。

关键词：循环流化床；锅炉；膨胀；金属膨胀节；非金属膨胀节

0引言

循环流化床锅炉具有燃料适应性广、环保性能优异、负荷调节范围广、灰渣易于综合利用等优点，因此在世界范围内得到了迅速发展。随着环保要求日益严格，普遍认为，循环流化床锅炉是目前最实用和可行的高效低污染燃煤设备之一。

膨胀问题是循环流化床锅炉设计中需要解决的一个重要内容。膨胀节的设置位置、膨胀节的选型、膨胀节材质的选择等，都要根据锅炉介质的温度、膨胀量等进行计算。给煤机入炉膛口、石灰石管入炉膛口、返料器与炉膛接口、分离器进出口等处，都需要设置合理的膨胀节，来保证锅炉的安全稳定运行。结合130t/h高温高压循环流化床锅炉的现场运行情况，对130t/h高温高压循环流化床锅炉的膨胀问题进行总结及介绍。

1膨胀存在的原因

130t/h高温高压循环流化床锅炉，一般炉膛采用全悬吊结构，通过吊杆悬吊于钢架的顶部钢梁上，整体向下膨胀，因此与炉膛连接的二次风管与母管、给煤机下煤管与燃烧室、石灰石管与母管之间也存在相对膨胀，其膨胀结构可采用不锈钢金属波纹膨胀节补偿。旋风分离器采用中部支撑结构，返料装置采用钢梁悬吊结构，炉膛出烟口与分离器之间、分离器料腿入炉膛口与炉膛之间，因膨胀量不同，也存在相对膨胀。空预器以自己的支撑面为基准向上膨胀，而过热器和省煤器采用全悬吊结构，向下膨胀，因此在省煤器与空预器之间也需要设置膨胀节。在断面上，循环流化床前后和左右对称膨胀，炉膛左右方向通过刚性梁的限位装置使其以锅炉中心线为零点向两侧膨胀，同样，尾部受热面也通过刚性梁的限位装置使其以锅炉中心线为零点向两侧膨胀。

循环流化床锅炉各部件膨胀不均匀容易引起耐磨浇注料脱落或管道拉裂，比如炉膛内部屏式受热面因膨胀不均匀容易造成严重弯曲变形，从而导致管子容易磨损直至屏穿孔；旋风分离器如果膨胀不均匀容易造成耐磨浇注料变形形成裂缝，内部大量高温气和固体颗粒渗透到外层钢板与非金属材料的夹缝间，在高温的作用下，外层钢板烧红或烧穿；返料器上料腿和下料腿之间也经常因膨胀不均匀致使大量耐磨浇注料脱落，严重堵塞返料器，造成不能正常稳定流化、床料形成不了正常的物料循环。

由于循环流化床具有巨大的热惯性，互相连接的部件在启动或停止过程中膨胀系数不一样，产生了巨大的热应力，其膨胀方向往往是三维的，为解决各部件之间的三向膨胀，需要膨胀节。如果在设计安装时不合理，没有留下足够的余地，会导致部件扭曲变形。例如如果炉膛内屏式受热面的进、出口集箱被固定住，中间部分在炉膛内部受热剧烈膨胀，热应力使屏本身弯曲变形，进而使管壁易磨损爆管。

2膨胀节及刚性梁的合理设置

循环流化床锅炉的膨胀是设计关键之一，若处理不当，直接影响锅炉的正常使用。锅炉在启、停过程中有很大的热膨胀量，这种膨胀量是可知、可控，但不可阻挡的。如果有外力安装、使用的不合理，就可能导致膨胀节的损坏，直接导致炉体泄露。循环流化床锅炉设有膨胀中心，膨胀中心是悬吊式锅炉中，人为设置的膨胀零点，循环流化床锅炉通过使用膨胀指示器指示部件受热膨胀量。在锅炉的不同部位设置了膨胀节：炉膛出口与分离器入口之间；分离器出口与出口烟道之间；出口烟道与尾部烟道入口之间；料腿之间；省煤器与空气预热器之间。膨胀节是指在管道中间设置的、能补偿管道长度方向上的热胀冷缩量并保持管道密封性的装置。

1）、非金属膨胀节

非金属膨胀节具有吸收三维膨胀量大的优点。膨胀节内部填充料必须充实，所有螺栓应紧固到位，蒙皮表面不得有硬伤或划伤，要确保严密不漏烟。非金属膨胀节周围应有足够空间，环境温度不能过高，防止蒙皮老化而破裂。分离器进出口处、出口烟道处、省煤器与空预器连接处都采用非金属膨胀节。

非金属膨胀节环板厚度为10mm，导流板（或内套筒）的材质为0Cr19Ni9，以满足在高温工作环境下长期使用而不发生变形、过烧、碳化等情形，导流板厚度为8mm。这种膨胀节为非正压膨胀节，正压对其损坏会非常严重。其内部的浇注料二次缝做成迷宫型密封，避免由于偶然正压而造成火焰正对膨胀节，将其烧坏的可能，从而保证该处的膨胀及密封。在安装过程中必须保证所有焊口的质量，不能存在砂眼、气孔、夹渣等任何缺陷。在装填硅酸铝纤维棉的过程中必须使填料完全充满空间，并且压实。所有非金属膨胀节的包装分两层，里面一层采用密度板，外面一层采用0.5mm厚的白铁皮，白铁皮两端采用折边方式保护膨胀节。

2）金属膨胀节

给煤管处、屏过出口处、分离器料腿处，都采用金属膨胀节。金属膨胀节要求厂家在厂内预压（可根据每个项目的膨胀量进行预压），减小波纹管拉伸时的刚度。膨胀节在长期的使用过程中会出现上、下口钢板因高温而逐渐发生碳化的现象，为防止这种现象发生，波纹管的材质采用0Cr19Ni9或0Cr17Ni12Mo2，并在安装过程中用酸性高温粘结剂将硅酸铝纤维板粘在白钢板上再与耐火材料连接，使接合面紧密连接。这样可以提高该膨胀节的使用，一般寿命都可以达到5年左右。

3）刚性梁

循环流化床燃烧室和尾部烟道在水平方向的热膨胀，通过水平绕带式刚性梁来保护锅炉。为了防止锅炉内外爆破坏受热面和炉内压力波动毁坏炉墙，锅炉在炉膛和过热器对流烟道部分设置了多层水平绕带式刚性梁，能在各种不利工况下，确保水冷壁和包墙过热器的安全。绕带式刚性梁系统由围绕炉膛和尾部对流烟道的水平刚性梁组成，刚性梁通过蹬形夹和连接板固定在膜式壁上。

3结论

锅炉的热膨胀在理论设计上一定要合理，可靠。膨胀节的选用一定要区分好使用的位置及作用，也就是正压，负压式伸张与压缩的区分。炉体的密封也要做到正确合理，选材一定要准确，施工一定要精心。只有做到这些，循环流化床锅炉才能做到无泄漏，优质运行。

全国电力行业CFB机组技术交流服务协作网循环流化床锅炉技术1000问M北京中国电力出版社，2016