用于热力生产系统泄漏超温治理的柔性密封工艺研究

国能山西河曲发电有限公司 张文刚

1 背景现状

火力发电厂锅炉漏风漏灰及热力系统保温外超温（大于60℃）是各个电厂普遍存在的问题，主要在Π型锅炉炉顶大包，中间集箱连接管，塔式炉二级过热器往上受热面穿墙管烟气泄漏，连接管疲劳、损坏如图1所示。机组四大管道垂直管道支吊架处保温受管道振动位移，出现保温绝热超温现象。很多电厂每次大修都要花费很大人力、物力处理。而且锅炉冷热态时因金属护板，梳型板，穿墙套温度差引起的位移所造成的各部位开裂，原有密封间隙扩大从而产生漏风漏灰现象如果采用通常的补焊，浇注耐火可塑料，实践证明密封会在短时间内因膨胀失效[1]。造成失效的原因是金属的柔韧性在即使有膨胀节的情况下仍不能抵抗频繁的热应力交变造成的疲劳、损坏、开裂，造成漏风、漏灰，锅炉积灰如图2所示，锅炉受热面穿墙管漏灰将造成锅炉范围内的管道、建筑、通道的严重环境污染，漏灰处会造成受热面管磨损，严重时造成爆管泄漏。

图1 连接管疲劳、损坏

图2 锅炉积灰

2 目前普遍存在问题

一是联箱、热工表线造成超温烧损、烟气腐蚀、危及生产安全和人身安全，严重威胁发电机组的正常运行。锅炉漏灰造成锅炉范围内的管道、建筑、通道严重污染，影响周边环境卫生。

二是漏风漏灰的部位由于锅炉内外压差，在漏风处容易形成旋流，这样加速了颗粒物对管壁的冲刷作用，在颗粒物长期的冲刷下管壁易变薄，影响受热面强度，易造成爆管。

三是塔式炉二级过热器往上受热面管排较密，管间距小，穿墙管密封泄漏成为难点和痛点，此部位设计上有密封板，但由于基建施工工期短和施工空间位置受限，穿墙密封作用丧失，导致漏灰漏风，二级过热器损坏如图3所示，在炉膛非正常工况正压较大的情况下，高温烟气外泄可能伤及人身安全。

图3 二级过热器损坏

四是由于锅炉漏灰Π型炉大部分集中在炉顶和水冷壁、包墙中间过渡混合集箱，塔式炉集中在炉墙四周穿墙管密封处。炉顶大量积灰时，积灰量可达到200t甚至300t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[2]，严重时会导致炉顶变形，受热面焊缝受到外应力的影响而产生裂纹失效，对锅炉本体的安全运行造成极大的危害。

五是增加锅炉散热损失，炉顶大量漏灰会使炉顶保温层遭到破坏，导致炉顶严重超温。有些电厂因炉顶泄漏问题导致保温层表面温度达到200℃以上，大大增加了锅炉散热损失。高温烟气泄漏还会导致周围电控设备电缆受炙烤老化损坏，影响机组设备的安全可靠性。

六是腐蚀金属构件，泄漏的烟气中SO2对金属构件，特别是对承压部件起腐蚀作用，尤其当电厂处于温差变化易结露的区域时而造成的酸性腐蚀作用尤为严重，金属构件被腐蚀如图4所示。

图4 金属构件被腐蚀

七是当锅炉水冷壁鳍片发生大量泄漏，各金属交接缝隙过大时，由于锅炉一般微负压运行，所以泄漏部位空气会大量进入锅炉烟风系统，影响锅炉正常运行时的负压工况，势必增加引风机电耗，加剧其叶轮的腐蚀，进而强迫锅炉降负荷运行，冷空气漏入炉膛严重影响锅炉剩余空气系数，影响锅炉效率，泄漏部位冷热交变应力容易产生疲劳应力而使金属材料失效，影响机组安全运行。

八是绝热材料绝热效果差，造成热力系统热效率的损失，使整个电厂经济性下降[3]。四大（六大）管道保温材料因振动下垂位移，造成局部保温超温，阴雨天时会因保温缺失部位金属材料产生热疲劳应力而产生表面裂纹，造成较大的经济损失威胁机组安全运行。

3 解决方案与核心工艺

对原有保温层进行清理，采用立体柔性密封技术，本技术是采用非金属、柔性密封材料（陶瓷纤维）、高温黏合剂将多层高密度陶瓷纤维把容易泄漏的部位密封起来，然后采用陶瓷纤维喷涂工艺，厚度≥100mm，难以施工和人员到不了的区域，可以直接用陶瓷纤维喷涂覆盖，外部再用镍铬锰耐高温不锈钢网把纤维层加以整体固定，以达到一定的抗压能力。其最大的特点是可以对难以施工的部位进行喷涂涂覆，如图5、图6所示，通过对较小空间和异型结构位置的填充和裹敷达到密封和绝热的效果，填补了传统浇注料密封工艺和陶瓷纤维毯柔性密封工艺的空白，能较好地适应受热元件的膨胀位移，确保绝热部位的密封完好[4]。其不足之处是保温材料无法拆除后重复使用，绝热部位检修后需采用相同工艺进行施工才能达到绝热密封的效果，材料性能检测报如图7所示。

图5 集箱穿顶棚喷涂涂覆Ⅰ

图6 集箱穿顶棚喷涂涂覆Ⅱ

图7 材料性能检测报告

4 经济性分析

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2102T/H的炉顶散热面积677m2左右，温度下降40℃，按每年运行6000h计算，可得年减少散热损失为：Q＝a2×T×m×h＝9.8×40×677×6000=15.9×108（kcal/年），折合标煤：15.9×108÷7000＝227.1t，则每年可以节约煤耗费为：227.1t×500元/t＝11.355万元。

采用立体柔性密封技术后减少的热量损失：假设一台配660MW发电机组的2102T/H的锅炉为例，其漏风量按3%计算，一年损失的直接费用：每年运行按6000h，负荷率100%，满负荷总烟气流量2.288×106kg/h；环境温度20℃，烟气比热1.52kJ/（kg·k），燃料费0.052元/MJ （按标煤500元/t，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288×106×6000×0.03×110×1.52×0.052×10-3=3580701元，则一年的直接经济损失粗略为358万元。

设备损坏的直接经济损失：受热面超温失效冲刷减薄强度降低、炉顶穿墙管非金属膨胀节腐蚀更换、炉顶壁温测点及仪表管更换、炉顶罩壳及彩钢瓦更换、四大管道出现管材表面疲劳裂纹等都会为发电企业带来较大的经济损失和安全隐患。

5 新工艺改造后的效果

通过改造，保温绝热效果得到很大提高，改造后热力系统的生产环境得到改善，紧身锅炉房内环境温度明显下降，改造后7个月保温外护表面测温检查，温度都低于60℃，如图8、图9所示，减少了系统散热损失，也为周围设备安全提供了保障。

图8 炉顶大罩顶部温度

图9 水冷壁中间混合集箱外温度

6 结语

热力系统超温整治对于电力行业来说意义重大，其经济性和安全性是显而易见的，在整治工程中经常会遇到泄漏位置一次密封施工困难，异型结构部位施工后效果差、绝热材料难以包覆的情况，花了时间和金钱进行改造没有达到预期的效果。采用本文介绍的新型材料和新工艺方法较好地解决了此类困扰的问题，其最大的特点就是可以在较小空间和异型结构位置进行密封绝热，减少热力系统的散热损失，减少系统设备腐蚀和金属材料超温疲劳失效，另外，很多膨胀受阻部位鳍片割开释放应力后的保温密封和需要柔性膨胀部位的密封，该工艺都可以作为一种解决方案予以实施应用，确保电力生产的长期安全、经济、稳定可靠运行，通过本文为同行们提供解决疑难问题的新工艺新方法，在热力系统绝热超温整治上得以借鉴，填补绝热工艺在狭小空间难以达到设计效果的空白。