电站锅炉炉顶大包整体柔性密封技术

电站锅炉炉顶大包整体柔性密封技术
作者：吴相朝陈红刘亚尼
来源：《工业技术创新》2018年第01期
摘要：锅炉炉顶大包整体密封技术好坏可影响炉顶是否出现漏烟、漏灰、漏热等问题。

从密封结构设计入手，充分考虑炉顶大包内管屏穿顶棚密封区域的结构特点和缺陷，通过结构优化，解决了炉顶一次金属密封超温、膨胀引起的开裂泄漏问题；通过在一次金属外设置非金属材料的二次柔性密封技术，对一次金属密封开裂泄漏实现了缺陷弥补。

为解决现场炉顶泄漏问题提供了有效建议，保证了锅炉清洁、高效、安全运行。

关键词：炉顶大包；二次柔性密封技术；结构设计；优化结构；弥补
中图分类号：TK229.92 文献标识码：A 文章编号：2095-8412 （2018） 01-060-03
工业技术创新 URL： http： // DOI： 10.14103/j.issn.2095-
8412.2018.01.015
引言
能源，尤其是电力能源，是经济发展的重要基础。

在电力能源高速发展的过程中，电站锅炉作为火力发电的主要设备，正逐步从小容量、低参数向大容量、高参数机组进行转变和提升，极大地提高了锅炉的热效率、降低了电厂的耗煤量。

300 MW及以上机组更是逐步代替了小型机组，成为了主力发电机组。

机组的高参数和大型化，也带来了锅炉结构的规模化、复杂化。

虽然锅炉结构不断优化和完善，但在运行时还出现一些问题，如锅炉炉顶大包内密封泄漏——漏烟、漏灰、漏热的“三漏”现象。

炉顶大包内密封泄漏是热电厂安全运行的隐患之一，特别是在高参数、大容量锅炉中。

大包内穿顶棚管数量多、结构复杂，部分空间狭窄，不利于一次金属密封的结构完善和现场安装焊接，容易造成一次金属密封的泄漏[1，2]。

此外，炉顶大包内密封泄漏对现场环境、锅炉热效率和设备安全都会造成巨大威胁，因此及时预防和处理这一问题至关重要。

调查发现，由于运行工况的复杂性和多样性，一是电厂运行的锅炉顶棚与各部件之间的膨胀差不同，甚至膨胀方向各异；二是现场施工时对密封钢板的错焊、漏焊等原因，三是同类炉型，安装公司不同、密封效果不同，炉顶泄漏的程度也不同。

炉顶密封泄漏现象普遍存在。

要彻底消除泄漏问题，还需顶层设计，兼顾安装、运行等全过程。

鉴于此，东方锅炉股份有限公司（以下简称东方锅炉）开展了大量的研究和技术开发工作，现以东方锅炉产品为例，介绍炉顶大包整体柔性密封技术，供有关企业设计人员和电厂运行人员在遇到相关问题时参照解决。

1 问题分析
东方锅炉生产的发电锅炉是主流发电设备。

一般情况下，炉顶顶棚管为膜式壁结构，炉膛、水平烟道和后竖井包墙的四周管屏亦然。

顶棚管与前后墙/侧墙交界部位、各屏式受热面、吊挂管等穿过顶棚管位置，都设置了金属密封盒。

盒内设置δ70 mm微膨胀耐火可塑料，其余空间是硅酸铝耐火纤维散棉+高温粘结剂，同时为了减少炉顶散热，为施工和检修安装提供便利，通常在炉顶设置炉顶大包[3-5]。

理论上，整个炉顶一次金属密封为气密性结构，不会造成炉顶漏灰、漏风等问题。

但这种密封往往因为安装位置狭窄，存在漏焊、错焊或焊接质量不好等问题，再加上密封位置受热面管屏的膨胀方向、胀差、密封自身结构等原因，造成金属密封结构拉裂，形成了漏烟、漏灰。

漏烟和漏灰都罩在大包内，锅炉运行时得不到及时清理。

从电厂实际运行情况来看，炉顶普遍存在泄漏和积灰问题，尤其在个别锅炉上表现特别严重：炉顶大包内有时积灰高达1 m，严重影响锅炉的安全运行，以及电厂卫生环境和检修人员的身心健康。

这正是东方锅炉专门研发锅炉炉顶整体柔性密封技术亟待解决的问题。

2 结构设计与技术特点
东方锅炉炉顶柔性密封技术结合了东方锅炉的设计制造优势。

如图1所示，其具体结构为：①炉顶密封盒内部的耐火保温结构；②一次金属密封；③由非金属材料组成的二次柔性密封。

它们之间互相弥补，具有自主知识产权。

2.1 耐火保温结构
采用密封盒内微膨胀耐火可塑料层+高纯硅酸铝耐火纤维毯，为第一重结构。

该层材料能防止炉内高温烟气直接接触一次金属密封材料，保证一次密封材料不会因微膨胀耐火可塑料被烟气掏空而受高温烟气的烘烤，防止开裂、泄漏。

2.2 一次金属密封
采用带波纹节的金属密封，为第二重结构。

增加结构上在高度和宽度上的波纹节，不但可以解决穿墙管与顶棚管在高度方向的膨胀，而且还能解决穿墙管和顶棚管之间在长度和宽度方向的膨胀，解决了因膨胀差造成的一次金属密封结构的拉裂和泄漏；
2.3 二次金属密封
采用金属密封盒外的多层柔性高纯硅酸铝耐火纤维毯+高温粘结剂，为第三重结构。

主要作用是对一次金属密封泄漏进行二次弥补，对可能存在的因受结构空间限制而无法施焊、漏焊或焊接质量不佳引起的一次金属密封泄漏区域，起到堵漏的作用，最终达到保证炉顶整体密封的效果。

国内部分公司引进的柔性密封技术[6]，仅在一次金属密封外敷设非金属密封材料，未能从根本上解决一次金属密封泄漏问题。

因此，本文提出的密封结构与其有本质差别。

3 创新点分析
东方锅炉通过炉顶整体柔性密封结构、材料、膨胀等多方位的研发，体现了开拓和创新。

总结起来有四方面：
（1）彻底解决了金属密封与管屏之间的膨胀问题。

考虑二者之间膨胀的多向性，在金属密封上，不但在高度上设置了膨胀节，而且在长度和宽度上增设了膨胀船。

同时，为了减少膨胀引起金属密封开裂，也将原设计的大金属密封盒改为结构较小的金属密封盒，膨胀节角部由直角改为更利于膨胀的圆弧角；
（2）解决了金属密封超温问题。

通过在管屏穿顶棚管位置增设哈夫垫板，在密封盒内向火面加强微膨胀耐火可塑料的布置，密封盒内的其余空间全部填满柔性密封材料，其目的是阻止炉内高温烟气中的炉灰进入金属密封盒。

此外，盒内柔性密封材料的保温效果好，可降低一次金属密封盒的表面温度，确保了金属密封盒不超温，预防了因温差过大引起的一次开裂，进一步降低了风险；
（3）解决了金属密封开裂泄漏的二次弥补问题。

在金属密封盒外，增设了以高纯硅酸铝耐火纤维毯+高温粘结剂为主要材料的柔性密封结构，对可能存在的一次金属密封泄漏进行二次密封弥补，保证密封效果更佳；
（4）密封材料全部使用国产材料，成本造价低，为用户提供了价廉物美的高性能产品。

所使用的高纯硅酸铝耐火纤维毯具有耐高温、高纯度、高回弹、高抗拉强度的特点，其密封性、延展性、热稳定性好，可确保二次柔性密封效果。

4 效果评估和后续推广
4.1 效果评估
通过密封实验和测算，施工完成后，可以基本杜绝炉顶密封区域的漏风、漏灰，保证炉顶密封范围内积灰厚度小于0.01 mm/d；同时可以保证炉顶密封范围内粉尘浓度小于国家标准2 mg/Nm3的要求。

采用柔性密封后，锅炉在各种运行工况下保证了无裂纹、无泄漏；密封部位保用12年，一般是两个大修期；在质保期内，由于施工方法、材质、质量等原因，造成密封处拉裂、漏风等问题，东方锅炉均予以免费维修，可彻底打消用户对整体密封效果的担心和顾虑。

4.2 后续推广
如前文所述，炉顶大包整体柔性密封技术推动东方锅炉解决了长期困扰用户的炉顶大包内积灰的问题，促进了炉顶大包内管束穿顶棚位置密封技术的进步，拓展了炉顶大包一次金属密封装置的生产及安装工艺。

在具体项目实施时，可根据业主的不同需求，提供有针对性的炉顶大包新型密封技术方案。

技术路线建议如下：
（1）当业主锅炉为新建，并有相关炉顶大包整体柔性密封要求时，可向业主积极推荐本文的技术，从锅炉设计、生产就开始实施，从而降低生产安装成本，提高密封效果；
（2）当业主锅炉为已建，那么为了满足环保和提高锅炉热效率的要求，可根据本文技术对炉顶大包进行密封改造，彻底解决炉顶漏烟、漏灰问题。

5 结束语
本文介绍的东方锅炉炉顶大包新型整体柔性密封技术的核心是一次金属柔性密封装置与二次非金属柔性密封结构的复合。

通过东方锅炉已使用该技术的投运机组效果来看，能够彻底解决炉顶泄漏问题，极大地改善锅炉运行环境、提高锅炉热效率，可以在后续锅炉机组上大量推广应用，为人民造福。

参考文献
[1] 杜昌飞，于飞，张瑞芬. 锅炉炉顶柔性密封技术的应用[J]. 发电设备， 2012， 26（6）： 444-446.
[2] 戴绍钧. 锅炉炉顶密封分析[J]. 云南电力技术， 2000（1）： 46-48.
[3] 洪永彪. 锅炉的炉顶密封[J]. 锅炉技术， 1998（1）： 14-18.
[4] 吴相朝，陈红. 炉顶大包新型密封技术应用研究项目总结报告[Z]. 2014， 09.
[5] 彭敏华. 陡河电厂850吨/时锅炉炉顶密封技术[J]. 电力建设， 1980（3）： 96-101.
[6] 曹澄，孟庆丰. 670t/h锅炉炉顶泄漏的综合治理[J]. 内蒙古电力技术， 1992（2）： 4-9.。