浅谈侧置悬吊小型循环流化床煤气发生器膨胀位移现象

侯 东 张延亮 马 超

（兖矿中科清洁能源科技有限公司，山东 邹城 273500）

恒吊按力矩平衡原理设计，在许可的负载位移下，其负载力矩和弹簧力矩保持平衡，适用于工业上有热位移的管道和设备，可以获得恒定的支撑力，因此不会给管道和设备带来附加应力。一般在有热位移较大的重要部位考虑设置恒吊。

1 系统概述

山东某单位新建75t/h 锅炉为采用小型循环流化床煤气发生器技术的高效煤粉锅炉。发生器对称侧置悬吊，安装于锅炉侧墙水冷壁，每台发生器设置2 个喷口，喷口与水冷壁外密封盒满焊，焊缝焊接加强板加固焊缝[1]。安装结构形式如图1 所示。发生器的支撑悬吊系统主要包括钢架、恒吊等设备，恒吊的固定框架安装于发生器支撑钢架的顶部横梁，通过恒吊悬吊发生器本体并承载运行中产生的振动荷载。每台发生器下部均设置点火装置，点火装置安装于发生器远离锅炉的一侧，采用三角支撑斜拉固定，质量计入发生器悬吊载荷。

图1 发生器恒力弹簧吊架布置俯视图

2 恒吊具体布置情况

该项目采用PE 型恒力弹簧吊架，型号为PE.37.-90/35662XM30。每台发生器的支吊系统设计有18 个恒吊，呈椭圆形分布，每台恒吊最大指针刻度为90mm。为方便研究，该文以俯视图顺时针方向将恒吊编号设为1 号~18 号，其中1 号~7 号为近炉侧恒吊（2 号、6 号为喷口恒吊），8 号~10 号为右侧面恒吊，11 号~15 号为远炉侧恒吊，16 号~18 号为左侧面恒吊，恒吊编号如图1 所示。

3 恒吊指针刻度变化情况分析

该文记录了锅炉调试运行过程中连续时间区间内的23 天发生器恒吊指针刻度变化数据，其中第17 天为停炉检修，其他时间为锅炉正常运行时间[2]。发生器在锅炉冷态未点火调试前，1 号~18 号恒吊指针刻度均为零。该次锅炉运行调整负荷无规律性，过程记录数据以时间线进行整理分析，所以不考虑正常运行中负荷变化因素对发生器位移的影响。该文整理了发生器近炉侧、远炉侧、喷口和发生器两侧恒吊指针刻度变化数据，分析如下。

3.1 发生器近炉侧恒吊指针刻度变化情况

通过分析发生器近炉侧恒吊1 号、3 号、4 号、5 号、7 号的指针刻度变化数据（如图2 所示）可以看出，在锅炉正常运行情况下，1~8 天恒吊的指针刻度值在43mm 线附近稳定地上、下波动。观察9~16 天的恒吊指针刻度数据发现，锅炉正常运行中发生器近炉侧恒吊刻度值逐渐增大至45mm 线附近[3]。第17 天数据为停炉时恒吊指针刻度变化情况，停炉后发生器恢复部分位移量，因此恒吊指针刻度变小，停炉再启动后，恒吊指针刻度增大至50mm 线并在附近稳定波动。

图2 发生器近炉侧恒吊指针刻度变化图

3.2 发生器远炉侧恒吊指针刻度变化情况

发生器远炉侧恒吊11 号、12 号、14 号、15 号指针刻度数据较接近，13 号指针刻度数据较小，原因是13 号吊架在投入使用后经过人为调整，受力较小。发生器远炉侧恒吊指针刻度数据变化趋势总体相同，如图3 所示。观察1~16 天的恒吊指针刻度数据发现，锅炉正常运行情况下，远炉侧恒吊指针刻度从32mm 线逐渐增大至40mm 线附近稳定波动。第17 天数据为停炉时恒吊指针刻度变化情况，停炉后远炉侧恒吊指针刻度基本没有变化，再启动后，恒吊指针刻度仍然稳定在40mm 线并在附近波动，未明显增大。

3.3 发生器喷口恒吊指针刻度变化情况

发生器喷口恒吊2 号、6 号的指针刻度变化情况如图4 所示。观察1~16 天的恒吊指针刻度数据发现，正常运行情况下喷口恒吊指针刻度在35mm 线附近上、下波动。停炉后喷口恒吊指针刻度恢复至5mm 左右，几乎恢复至发生器初始冷态安装零位。原因是发生器喷口是与锅炉焊接安装的，喷口位移受锅炉膨胀的直接影响。正常运行时锅炉向下膨胀，喷口随锅炉膨胀向下位移，停炉后锅炉膨胀向上恢复，喷口位移也向上恢复，恒吊的指针刻度减小。停炉再启动后，喷口恒吊指针刻度在35mm 线附近稳定波动，并未比停炉前明显增大。

图4 发生器喷口恒吊指针刻度变化图

3.4 发生器两侧面恒吊指针刻度变化情况

发生器右侧面恒吊8 号、9 号、10 号及左侧面恒吊16 号、17 号、18 号的指针刻度变化情况如图5 所示。观察1~16 天的指针刻度数据发现，正常运行情况下，两侧面恒吊指针刻度在缓慢增大[4]。第17 天数据为侧面恒吊停炉时的指针刻度变化情况，停炉后大多数侧面吊架指针刻度恢复至试验开始时一组侧面恒吊刻度中的最小值。侧面恒吊由于位置不同，因此指针刻度变化情况也不同，恒吊刻度由远离锅炉的一侧向靠近锅炉的一侧逐渐增大。停炉再启动后，发生器侧面恒吊指针刻度增大，仍然保持由远离锅炉的一侧向靠近锅炉的一侧逐渐增大的渐进性。

图5 发生器侧面恒吊指针刻度变化图

3.5 停炉时发生器恒吊指针刻度变化情况对比

锅炉停炉后发生器恒吊指针刻度数据变化情况如图6 所示。2 次停炉间隔时间为4 个月，对比2 次停炉发生器恒吊指针刻度数据可以发现，恒吊1 号~18 号指针刻度均增大[5]。其中，喷口恒吊及近炉侧恒吊指针刻度增长量较小，远炉侧恒吊指针刻度增加最大，右侧面恒吊指针刻度增加较小，左侧面恒吊指针刻度增加较大。左侧面恒吊指针刻度数据大于右侧面恒吊数据，原因是喷口位移量不相等。喷口2 号恒吊指针刻度增长量大于6 号，说明左侧喷口高于右侧，进而带动发生器左侧偏高。

图6 停炉后发生器恒吊指针刻度变化对比

4 结果讨论

该文分析了锅炉正常运行及停炉前、后发生器恒吊指针刻度变化数据，得出如下结论。

随着锅炉运行时间的推移，发生器随锅炉膨胀和发生器自身重力影响向下位移。锅炉停炉时膨胀向上恢复，带动发生器向上位移。但是发生器的自身质量绝大部分由恒吊承担，锅炉能直接带动与其相连接的发生器喷口向上位移，发生器其他位置受锅炉拉力的次要影响。而恒吊是按力矩平衡原理设计的，无法将发生器拉回原位，导致停炉时，锅炉膨胀量可以向上恢复，但是发生器向下的位移无法向上恢复至原位置。后期启炉，锅炉又将向下膨胀，将连带发生器继续向下位移。根据此规律，发生器将跟随锅炉向下膨胀至一个最大位移位置，这个位置因发生器喷口受锅炉拉力影响和发生器本体受恒吊的拉力影响，达到稳定后停止向下位移，最大位移值将小于锅炉侧墙水冷壁最大设计膨胀量。

发生器喷口、近炉侧和远炉侧恒吊受力形成一个杠杆关系。发生器喷口直接与锅炉焊接相连，焊缝受力，喷口恒吊为杠杆动力点，喷口位移直接受锅炉膨胀影响，喷口向下位移与锅炉的对应安装位置的膨胀量基本一致，因此停炉时喷口的向下位移量基本能随锅炉膨胀解除恢复到原位置。但是随着其他恒吊指针刻度值不断增大，锅炉启停时，喷口受力会越来越大，可能存在喷口焊缝开裂的安全隐患。

近炉侧恒吊是杠杆的支点。因位置距发生器喷口较近，锅炉向下膨胀导致喷口受力传递到近炉侧恒吊。锅炉膨胀量在启、停炉前后变化大，导致近炉侧恒吊指针刻度升降幅度较大。锅炉运行时发生器会在相应位置保持平衡稳定，但是由于发生器自身质量的影响，停炉时恒吊指针刻度无法完全恢复到原位置，因此导致发生器向下位移随锅炉启停炉次数增加逐渐增大至相对最大位移位置，然后保持稳定。

远炉侧恒吊是杠杆的阻力点。启停炉对远炉侧恒吊指针刻度变化几乎无影响，因此锅炉运行时向下膨胀对发生器的拉力不能通过喷口传递到远炉侧恒吊。受发生器自身质量和点火器重力的影响，弹簧无法将其拉回到原位置，因此无论喷口及近炉侧恒吊指针刻度如何变化，此位置位移总体均向下增大，直至最大位移位置，然后保持稳定。

综上所述，停炉时，锅炉膨胀作用于发生器的外力已消除，喷口恒吊位移为5mm，几近恢复至发生器初始安装冷态状态，但近炉侧、远炉侧和侧面恒吊的指针刻度均大于30mm。除去锅炉膨胀的外在影响，究其原因有2 方面：一是恒力吊架弹簧的恒定度影响了恒吊指针刻度的恢复。恒定度越小，说明恒力吊架的稳定性越高，其荷载的变化幅度就越小。在机组启停期间，设备支吊架荷载会发生变化，如果恒力吊架恒定度较大，则很容易出现停炉后吊架指针无法复位的情况，将进一步影响机组下一次启动及正常运行[2]。二是点火器安装在发生器的远炉侧，导致远炉侧恒吊负载大于近炉侧恒吊，也是出现上述位移特点的可能原因。

5 建议

第一，选择恒定度标准高的恒力弹簧，保证恒吊质量。

第二，设计时充分考虑设备各位置的负载变化情况，根据负载差异性选择合适的恒吊。

第三，机组运行前，专业技术人员需要对发生器支吊架状态进行全面、系统的检验与调整，使各恒吊的指针处于冷态标示点上。

第四，在机组正常运行中也应加强发生器支吊架的检查管理力度。建议将机组B 级及以上检修等级期间列为检修项目，对支吊架进行全面检查、调整，确保设备安全，减少事故的发生。

6 结语

该文分析了小型循环流化床煤气发生器恒吊指针刻度数据和位移情况，总结了悬吊方式安装的发生器随锅炉膨胀的位移规律，为今后大型化循环流化床煤气发生器悬吊安装支吊系统的设计、选型提供了参考。