大型锅炉炉墙的密封技术

大型锅炉炉墙的密封技术

　　黑龙江电力大型锅炉炉墙的密封技术李伟，张小钏，苏海洪，王秀芳，钱文钧（哈尔滨锅炉厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨150040）收穑日期：1999一在锅炉膨胀中心的设立和可靠的应力分析计算基础上，从而提出大容量锅炉可靠的密封设计模式，同时对炉墙保温结构及其材料性能进行了分析，提出了选用意见。

　　1锅炉密封设计锅炉密封问题从20世纪70年代起一直是锅炉行业的一个研究课题。经过近30 a的不断研究探索和实践，特别是CE引进技术的启发，我们认为仅仅依靠炉墙结构和炉墙材料来保证锅炉密封是办不到的，必须用新的设计思想来考虑密封问题。锅炉密封是锅炉设计中的重要组成部分，为了确保良好的密封性，在设计锅炉时，从方案设计开始就必须给以充分重视。

　　1.1锅炉方案设计时应注意的问题1.1.1炉型的选择。锅炉的炉型决定了整台锅炉实现密封的难易程度，常见炉型有n型、d型、箱型、背靠背、塔式、半塔式等。不论采用何种炉型均采用整体膜式壁结构，不仅水冷壁，还包括顶棚、包墙都采用膜式壁结构以解决锅炉大面积的密封问题。

　　1.1.2在进行锅炉方案设计和技术设计时，应同时考虑密封措施。进行密封设计，使受热面布置、集箱位置、管子穿墙节距，多种让管形式和尺寸都能满足密封设计和施焊条件要求。

　　1.1.3在密封措施方面，应解决一次密封。所谓一次密封就是锅炉一次金属件的密封，即指穿墙管根部或接缝根部以及所有受热面系统用加装金属件焊接来完成密封任务。

　　1.2金属的一次密封是防止泄漏的关键现代的大容量锅炉的炉墙结构与过去小容量锅炉相比，变化很大。从过去笨重的耐火砖结构变为如今采用超轻高效保温材料敷设的保温炉墙。现代大容量锅炉炉墙与受热面系统联系密切。受热面系统绝大部分采用膜式壁结构，因而炉墙的设计仅仅是保温墙的设计，重点是在穿墙管部位及各交接墙处。其耐火密封的功能已完全由受热面的金属元件代替。实践证明也只有依靠金属的一次密封，锅炉的密封、泄漏问题才能圆满地解决，但是锅炉的受热面不可能仅仅是平面膜式壁，整个水循环、过热器系统都有大量的穿墙管穿过膜式壁，穿墙管部位的双向管束的膨胀密封的处理是锅炉密封的关键，是锅炉行业的一个重要的课题。只有在CE引进技术的指导下，才有密封设计的提法。

　　1.3设立锅炉膨胀中心锅炉密封设计是建立在膨胀中心的设立和可靠的应力分析计算基础上。设立锅炉膨胀中心，是人为地确定一个膨胀起点，使锅炉无论在哪种工况下，始终有一个位置不产生任何方向的位移，使锅炉水汽系统的膨胀计算有一个基准点，使整个锅炉的膨胀成为有序的膨胀，通过应力分析计算计算出锅炉受热元件任何一点的膨胀方向和膨胀量。使锅炉的密封设计成为锅炉设计的重要组成部分。

　　1.4锅炉各部位密封设计模式锅炉密封最关键的就是炉顶密封。CE技术炉顶是采用大包的形式，即顶棚大包将顶部所有的联箱，多种连接管，过热器、再热器的出口引出管，汽包的大部分，都象房间一样全部包在里面。

　　在顶棚大包内，除过热器、再热器的出口部分的管束及管道需敷设保温外，其余所有大包内的载热体都不敷设保温层，呈裸露状态。整个大包内按温度426 C设计。大包的外壁给予保温。大包结构的采用，使炉顶范围内各受热面与密封元件的温度相近，减少温差，改善热应力工况，改善了密封件的工作条件，有利于顶棚密封。整个炉顶的密封结构可以分成几个层次：顶棚管前部区域，顶棚管是光管加焊分段片，这个区段的片之间不相焊的，在这一区域内穿墙管较小，顶棚管束的密封采用光管加扁钢的膜式壁结构。沿着顶棚管长度方向，在整个顶棚管上布置几道垂直筋板，把整个顶棚管分隔成几大块。筋板的具体位置和板厚由应力分析决定。这里的筋板起着加固顶棚（能承受炉膛的爆炸力）吊挂顶棚管束及焊接内护板等三个作用。在有穿墙管的区段内，都有穿墙管密封罩。在没有穿墙管的区段内，都设顶棚内护板。整个顶棚用内护板、穿墙管密封罩、墙与墙交接处的密封结构构成了顶棚整体的金属密封。如所示。

　　这种结构带来的最大问题是焊接工作量大大增加，在某些部位焊接有些困难。但是这种结构的指导思想是很明确的。就是用金属焊接密封结构来保证顶棚的密封，而不是用其它的什么办法。下面的~详细给出了顶棚各部位的金属密封结构。

　　示出了锅炉顶棚与前墙交接处结构。

　　顶棚管成排穿过前墙水冷壁，成交叉布置。顶排管穿出前墙后顶棚管上装焊膨胀补偿节，补偿节与前水冷壁的一个密封盒相连。

　　示出了锅炉顶棚管屏管束穿墙处的密封结构。

　　表示节距较小的后屏管束穿墙处密封结表示炉顶与侧墙的密封结构。从上可以看出顶棚和侧墙的柔性密封结构在整个密封设计中是统一的。

　　表示梳形套密封结构在一些特殊穿墙管的情况下的应用实例。

　　黑龙江电力bookmark1顶棚尾部有吊挂管穿出，吊挂管直接从顶棚管片处穿出，吊挂管上焊有梳形套梳形套直接与片相焊结构简单密封可靠。

　　顶密封结构可以明显看出大容量锅炉炉顶全部是以金属密封来完成的。搞好炉顶密封的关键是按图仔细施焊。但是尽管用金属密封设计密封装置的指导思想是对，设计图纸也是完备的，但是要把图纸变为现实需要电建部门的通力合作。因为密封装置的施工焊接确实给电建公司增加工作量，特别是密封装置的施焊条件有时很差，所以更要求我们双方通力合作，把锅炉炉顶密封工作搞好。

　　有的电厂在金属密封内护板上浇耐火可塑料、保温浇注料或敷设其他材料，实在是多此一举。在内护板上再增设炉墙材料将引起：使荷重增加；使内护板的金属元件都埋在炉墙材料中，使其金属元件的温度增加，影响金属密封件的寿命，同时使密封元件的膨胀量增加，破坏原设计。有其害而无一利。锅炉炉墙典型结构见。

　　炉墙厚度从管子表面计算为170.从里向外所采用的材料为硅酸铝耐火纤维毡、主保温材料、铁钢丝、抹面材料。每平方米面积内布置约11个直径为3.5mm的保温钉，从锁压板穿过保温钉压紧铁丝网，从而固定保温材料。在片管管间间隙中填充保温材料。

　　2炉墙保温设计炉墙保温近年来在我厂设计上主要有两处改进。这两处的改进都是为了增强保温效果、降低散热损失和外壁温度而实施的。

　　2.炉墙保温设计的改进水冷壁管的管间间隙用炉墙材料进行充填。

　　过去的设计，管间间隙我厂不敷设任何材料，炉墙材料从管子的外壁面开始敷设。当时要求处理好刚性梁处的炉墙，保证管间的间隙不形成空气对流。但实际上很难做到这点，所以不如把管间间隙填实。我厂采用了两种方法，一种方法是敷设硅酸盐复合涂料，另一种方法是用硅酸铝耐火纤维用少量粘结剂粘贴。

　　在总厚度保持不变的情况下，我厂在炉墙外层铁丝网上敷设10~20mm厚的抹面层。增设抹面层的目的主要是为了减少钩钉和铁丝网所引起的散热损失。现在主保温材料几乎无一例不采用纤维状材料，所以需要一处能敷设在纤维状材料表面上的抹面材料。这种材料应用较强的沾粘力，表面不开裂，易施工且保温性能要好。现在我们用复合硅酸盐抹面。这种材料粘结力强，且保温性能优于一般的抹面材料。也有另外一种处理方法，即在铁丝网外再粘结一层纤维毡材料，把整个铁丝网覆盖起来，也起到隔断钩钉铁丝网热流的作用。

　　2.炉墙材料我厂用于锅炉炉墙的耐火材料主要有两种，即微膨胀耐火可塑料和耐火浇注料。微膨胀耐火可塑料主要用在大包内顶棚上，在顶棚管和顶棚内护板之间敷设微膨胀耐火可塑料，这里微膨胀耐火可塑料主要是为了抵挡高烟烟气的侵蚀，保护内护板。这种材料使用中发现的问题是，因为该材料是在生产厂内按同一配方生产搅拌完成的，而用户的气候状况、施工日期不尽相同，导致干燥时间不一，引起材料在干燥过程中产生贯穿性裂纹。使产品质量下降。这种情况已在多个电厂发生过。现在我们已选用耐火可塑料替代产品快硬微膨胀耐火可塑料，这种产品已经投放市场。快硬微膨胀耐火可塑料克服以前耐火可塑料的缺点，用干料供货，使用时只需加入适量水拌匀即可。

　　耐火浇注料用在除顶棚管外的折焰角、辐射再热器穿墙处、门孔等部位。耐火浇注料用在这些部位主要是施工方便、强度高。耐火浇料使用效果良好。

　　2.3保温材料我厂主要采用保温浇注料，纤维保温材料岩棉板、耐高温玻璃板，硅酸铝耐火纤维毡，以及复合硅酸盐毡。保温浇注料用在大包顶部的外保温层及刚性梁处。这种材料在使用过程中我们也感到凝结时间太长、强度低。纤维状保温材料主要用岩棉板和耐高温玻璃棉板。岩棉板已在锅炉上应用多年岩棉板成本较低，保温性能尚可，缺点是因为纤维直径粗，渣球含量高，施工时对人的皮肤有刺激。由于欧文斯科宁耐高温玻璃棉在中国的投产，使得玻璃棉产品开始进入电力行业，耐高温玻璃棉板价格比岩棉贵、但保温性能、耐振性和对人刺激感都优于岩棉板。在总概算允许的条件下可以选用耐高温玻璃棉。另一种是成型保温材料复合硅酸盐毡，据厂家介绍其保温性能特别好，但其价格昂贵，是岩棉板的好几倍，我厂一般不采用。只是在用户同意或特殊的情况下采用。泡沫石棉板由于其环保的原因，我厂已不采用。以前的锅炉设计选用泡沫石棉板的也基本改换了岩棉板或耐高温玻璃板。我国采用泡沫石棉板作为锅炉主保温材料的年代已经结束了。

　　硅酸铝耐火纤维毡是一种高温保温材料，用在紧贴受热管的第一层保温材料，使其后的岩棉板等材料处于更加安全的工作温度。

　　3结束语从以上密封设计的介绍，可以看出，大容量锅炉的密封问题完全是依靠金属的焊封来完成的。炉顶上耐火可塑料只敷设在管子片和内护板之间的空隙间，它主要的作用是防止烟气对内护板的侵蚀，保护内护板，延长其寿命。而不是靠耐火可塑料来密封。耐火可塑料在锅炉密封中的作用是显而易见的，但不是绝对的。