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[摘 要]对某厂300MW循环流化床锅炉排渣管频繁开裂、漏渣等问题进行研究、分析，得出排渣管材料使用温度超限、负荷变化时膨胀受阻是造成排渣管频繁开裂的根本原因，并研发出一种耐高温密封球式膨胀补偿器，利用检修机会，对排渣管进行了内衬浇注料改造和加装自主研发的新型膨胀补偿器。通过技术改造大大延长设备使用寿命，降低维护费用，保证机组长周期稳定运行。
[关键词]循环流化床锅炉；排渣管；浇注料；膨胀；改造
中图分类号：TK229.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）43-0019-01
1 前言
大唐武安发电公司2×300MW机组锅炉为东方锅炉厂生产的DG1100/17.4-II3型循环流化床锅炉，该锅炉为国产单汽包、自然循环、循环流化燃烧方式。炉前布置8台称重皮带给煤机，炉后布置6个排渣口，分别对应6台滚筒式冷渣机。通过控制排渣量的大小，维持炉膛床层压降在合理的范围内，以保证锅炉良好的运行。约920℃的渣通过排渣口进入滚筒式冷渣器，经冷却后进入除渣系统。2台机组在2012年底完成168小时试运后双投。投运首年，锅炉缺陷发生率持续偏高，排渣管与炉膛接口部位频繁开裂、漏渣，多次在机组停运时，采取开裂部位打坡口焊接，增焊加强筋，甚至全部更换排渣管等，效果不好。2013年11月，1号炉3号排渣管在运行中突然断裂，锅炉强停；12月份2号炉5号排渣管在运行中再次发生突然断裂，锅炉强停。所幸两次事故均发生在后夜，无人身事故。排渣管开裂问题已经严重影响锅炉的安全、稳定运行。
2 原因分析
2.1金属膨胀节伸缩时反作用力过大，排渣管膨胀受阻拉裂。
东方锅炉厂DG1100/17.4-Ⅱ3型CFB锅炉，炉膛水冷壁、旋风分离器及尾部包墙全部悬吊在顶板上，由上向下膨胀；炉膛左右方向通过刚性梁的限位装置使其以锅炉对称中心线为零点向两侧膨胀。6个排渣口布置在炉膛后水冷壁下部，由排渣管将热渣导入至对应6台滚筒式冷渣器。排渣口中心位置标高10100mm，冷渣机进渣口中心标高4400mm，排渣管在垂直方向膨胀量为△L1 =a·L·△T= 13.4×6-6×5700×900=68.7mm，在水平方向膨胀量因排渣口非均匀布置，6个排渣管各不相同，最大量为△L2=a·L·△T= 13.4×6-6×1750×900=21.1mm。冷渣机为支撑承重结构，冷热态相对位移量忽略不计，排渣口随锅炉本体膨胀，机组满负荷时锅炉排渣口处向下膨胀约192mm，水平方向各不相同，最大量为65mm。原装金属膨胀节虽然在设计膨胀量上符合要求，但是需要一定的力量来使膨胀节伸缩，且机组高负荷时膨胀量更大，膨胀节对排渣管的反作用力也更大。当膨胀节被压缩至收缩极限值时，对排渣管的反作用力大于排渣口的焊接强度，造成排渣管与炉膛接口下部开裂。实际运行中，排渣口开裂也多发生在机组高负荷时负荷变化过程中。因此，金属膨胀节不能保证排渣管自由膨胀，尤其在机组高负荷时，使排渣管膨胀受阻，是造成排渣口开裂的主要原因。
2.2 排渣管无内衬保温，长期反复高温加热，强度降低。
锅炉排渣管规格φ245*10，材质0Cr25Ni20，是高铬镍奥氏体不锈钢，插入式焊接。排渣管材质虽然是耐热不锈钢，但在900℃以上反复加热后，抗氧化性能下降，强度降低。机组负荷变化频繁，每天的负荷变化率在40%左右，负荷的变化造成排渣口承受交变应力。排渣管在长期高温、交变应力的作用下，逐渐产生开裂、漏渣现象，严重时甚至突然断裂。因此，排渣管在结构上无内衬保温，长期反复高温加热，强度降低，是造成排渣口开裂的次要原因。
3 改造方案
3.1 膨胀节改为自主研发的密封补偿器
原膨胀密封器为通用型金属波纹膨胀节，未针对排渣管的高温灰渣介质、多方向大膨胀量的特殊性而进行改进，存在补偿能力差，易烧红烧穿漏灰等缺陷，造成排渣管与炉膛接口处频繁开裂，下渣管漏灰等故障，严重时造成锅炉非计划停运。为了克服上述现有技术的缺陷，针对实际应用情况，自主研发出一种密封球膨胀密封器。采用非连接性膨胀节，进料与出料部分无连接，保证间隙配合，实现无反力自由膨胀。膨胀节结构为：密封锥加密封盘，内部填充密封球流动（滚动）式密封。实现动静间隙密封作用。材料选择上，密封锥和密封盘采用309S耐热不锈钢，密封球采用Φ18耐高温陶瓷球，保证密封效果的前提下的良好滚动性。工作原理：上出渣管随机组负荷变化时，轴向和径向发生位移。内部密封锥套在出渣管上，与出渣管间隙配合，在出渣管轴向（上下）位移时，密封锥不动；在出渣管径向位移时，密封锥随着动作。在密封腔体内填充的钢球（密封球），在上出渣管径向位移时，通过流动填充，对密封锥和上出渣管间隙中漏出的灰渣进行密封。
3.2 排渣管改为内衬浇注料渣管
针对排渣管表面温度过高问题，提出两个降低金属壁温的方案，一是在排渣管内壁加耐高温保温内衬；二是在在排渣管外部加冷却水。考虑到外用冷却水存在施工难度大、可靠性不过、存在安全隐患等问题，经过综合评价，最终采取加保温内衬方案。将排渣管与炉膛接口至插板门前原φ245*10耐热不锈钢管，改为DN500碳钢管内焊不锈钢Y型销钉，筑耐火耐磨浇注料，内通径保持不变。排渣管采用分段制作安装方式，分别制作弯头和直管段。施工过程做好分步质量验收，注意保温勾钉的焊接要足够牢固，浇注料施工工艺良好，接缝密实，做到内壁光滑，尺寸均匀。排渣管改造后，因整体质量增大，需要对吊架重新进行校核计算，重新安装。
3.3 改造后试验情况
在2014年5月机组B级检修中，完成对2号炉的6根排渣管改造。机组启动后，对排渣管整体进行了检查。锅炉满负荷时，排渣温度约940℃，排渣管表面温度均在200℃以下；机组负荷变化时，排渣管可以自由膨胀，自主研发的密封膨胀节处，密封球工作良好，偶尔有冒灰现象，分析为密封压力不足，通过添加密封球，冒灰现象消除。经过3个月的稳定运行后，在2014年9月，1号机组C级检修中，推广实施完成全部排渣管改造。目前，锅炉排渣口未再发生开裂、漏渣缺陷，锅炉运行良好。
4 结论
4.1 东锅厂DG1100/17.4-II3型循环流化床锅炉排渣管与炉膛接口部位存在开裂、漏渣现象，严重时会造成排渣管突然断裂。
4.2 对于耐热不锈钢管式排渣管，采用内衬浇注料改造，可以有效降低金属壁温，保证排渣管与炉膛接口焊口的连接强度。
4.3 针对高温灰渣介质、多方向大膨胀量的排渣管膨胀节，可以采用非连接性膨胀节（自主研发密封球式膨胀密封器），实现排渣管无反力自由膨胀。
4.4为解决大容量循环流化床锅炉排渣系统开裂、漏渣这一严重影响锅炉安全稳定运行的问题，提供了有价值的改造经验，可供新锅炉设计和旧锅炉改造参考。
参考文献
[1] 李正平. 循环流化床锅炉炉管磨损原因分析与治理. 陕西电力.2007.第4期.
[2] 徐齐胜.宋景慧.440t/h循环流化床锅炉排渣系统运行故障分析及改造.中国电力.2008.第7期.
[关键词]循环流化床锅炉；排渣管；浇注料；膨胀；改造
中图分类号：TK229.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）43-0019-01
1 前言
大唐武安发电公司2×300MW机组锅炉为东方锅炉厂生产的DG1100/17.4-II3型循环流化床锅炉，该锅炉为国产单汽包、自然循环、循环流化燃烧方式。炉前布置8台称重皮带给煤机，炉后布置6个排渣口，分别对应6台滚筒式冷渣机。通过控制排渣量的大小，维持炉膛床层压降在合理的范围内，以保证锅炉良好的运行。约920℃的渣通过排渣口进入滚筒式冷渣器，经冷却后进入除渣系统。2台机组在2012年底完成168小时试运后双投。投运首年，锅炉缺陷发生率持续偏高，排渣管与炉膛接口部位频繁开裂、漏渣，多次在机组停运时，采取开裂部位打坡口焊接，增焊加强筋，甚至全部更换排渣管等，效果不好。2013年11月，1号炉3号排渣管在运行中突然断裂，锅炉强停；12月份2号炉5号排渣管在运行中再次发生突然断裂，锅炉强停。所幸两次事故均发生在后夜，无人身事故。排渣管开裂问题已经严重影响锅炉的安全、稳定运行。
2 原因分析
2.1金属膨胀节伸缩时反作用力过大，排渣管膨胀受阻拉裂。
东方锅炉厂DG1100/17.4-Ⅱ3型CFB锅炉，炉膛水冷壁、旋风分离器及尾部包墙全部悬吊在顶板上，由上向下膨胀；炉膛左右方向通过刚性梁的限位装置使其以锅炉对称中心线为零点向两侧膨胀。6个排渣口布置在炉膛后水冷壁下部，由排渣管将热渣导入至对应6台滚筒式冷渣器。排渣口中心位置标高10100mm，冷渣机进渣口中心标高4400mm，排渣管在垂直方向膨胀量为△L1 =a·L·△T= 13.4×6-6×5700×900=68.7mm，在水平方向膨胀量因排渣口非均匀布置，6个排渣管各不相同，最大量为△L2=a·L·△T= 13.4×6-6×1750×900=21.1mm。冷渣机为支撑承重结构，冷热态相对位移量忽略不计，排渣口随锅炉本体膨胀，机组满负荷时锅炉排渣口处向下膨胀约192mm，水平方向各不相同，最大量为65mm。原装金属膨胀节虽然在设计膨胀量上符合要求，但是需要一定的力量来使膨胀节伸缩，且机组高负荷时膨胀量更大，膨胀节对排渣管的反作用力也更大。当膨胀节被压缩至收缩极限值时，对排渣管的反作用力大于排渣口的焊接强度，造成排渣管与炉膛接口下部开裂。实际运行中，排渣口开裂也多发生在机组高负荷时负荷变化过程中。因此，金属膨胀节不能保证排渣管自由膨胀，尤其在机组高负荷时，使排渣管膨胀受阻，是造成排渣口开裂的主要原因。
2.2 排渣管无内衬保温，长期反复高温加热，强度降低。
锅炉排渣管规格φ245*10，材质0Cr25Ni20，是高铬镍奥氏体不锈钢，插入式焊接。排渣管材质虽然是耐热不锈钢，但在900℃以上反复加热后，抗氧化性能下降，强度降低。机组负荷变化频繁，每天的负荷变化率在40%左右，负荷的变化造成排渣口承受交变应力。排渣管在长期高温、交变应力的作用下，逐渐产生开裂、漏渣现象，严重时甚至突然断裂。因此，排渣管在结构上无内衬保温，长期反复高温加热，强度降低，是造成排渣口开裂的次要原因。
3 改造方案
3.1 膨胀节改为自主研发的密封补偿器
原膨胀密封器为通用型金属波纹膨胀节，未针对排渣管的高温灰渣介质、多方向大膨胀量的特殊性而进行改进，存在补偿能力差，易烧红烧穿漏灰等缺陷，造成排渣管与炉膛接口处频繁开裂，下渣管漏灰等故障，严重时造成锅炉非计划停运。为了克服上述现有技术的缺陷，针对实际应用情况，自主研发出一种密封球膨胀密封器。采用非连接性膨胀节，进料与出料部分无连接，保证间隙配合，实现无反力自由膨胀。膨胀节结构为：密封锥加密封盘，内部填充密封球流动（滚动）式密封。实现动静间隙密封作用。材料选择上，密封锥和密封盘采用309S耐热不锈钢，密封球采用Φ18耐高温陶瓷球，保证密封效果的前提下的良好滚动性。工作原理：上出渣管随机组负荷变化时，轴向和径向发生位移。内部密封锥套在出渣管上，与出渣管间隙配合，在出渣管轴向（上下）位移时，密封锥不动；在出渣管径向位移时，密封锥随着动作。在密封腔体内填充的钢球（密封球），在上出渣管径向位移时，通过流动填充，对密封锥和上出渣管间隙中漏出的灰渣进行密封。
3.2 排渣管改为内衬浇注料渣管
针对排渣管表面温度过高问题，提出两个降低金属壁温的方案，一是在排渣管内壁加耐高温保温内衬；二是在在排渣管外部加冷却水。考虑到外用冷却水存在施工难度大、可靠性不过、存在安全隐患等问题，经过综合评价，最终采取加保温内衬方案。将排渣管与炉膛接口至插板门前原φ245*10耐热不锈钢管，改为DN500碳钢管内焊不锈钢Y型销钉，筑耐火耐磨浇注料，内通径保持不变。排渣管采用分段制作安装方式，分别制作弯头和直管段。施工过程做好分步质量验收，注意保温勾钉的焊接要足够牢固，浇注料施工工艺良好，接缝密实，做到内壁光滑，尺寸均匀。排渣管改造后，因整体质量增大，需要对吊架重新进行校核计算，重新安装。
3.3 改造后试验情况
在2014年5月机组B级检修中，完成对2号炉的6根排渣管改造。机组启动后，对排渣管整体进行了检查。锅炉满负荷时，排渣温度约940℃，排渣管表面温度均在200℃以下；机组负荷变化时，排渣管可以自由膨胀，自主研发的密封膨胀节处，密封球工作良好，偶尔有冒灰现象，分析为密封压力不足，通过添加密封球，冒灰现象消除。经过3个月的稳定运行后，在2014年9月，1号机组C级检修中，推广实施完成全部排渣管改造。目前，锅炉排渣口未再发生开裂、漏渣缺陷，锅炉运行良好。
4 结论
4.1 东锅厂DG1100/17.4-II3型循环流化床锅炉排渣管与炉膛接口部位存在开裂、漏渣现象，严重时会造成排渣管突然断裂。
4.2 对于耐热不锈钢管式排渣管，采用内衬浇注料改造，可以有效降低金属壁温，保证排渣管与炉膛接口焊口的连接强度。
4.3 针对高温灰渣介质、多方向大膨胀量的排渣管膨胀节，可以采用非连接性膨胀节（自主研发密封球式膨胀密封器），实现排渣管无反力自由膨胀。
4.4为解决大容量循环流化床锅炉排渣系统开裂、漏渣这一严重影响锅炉安全稳定运行的问题，提供了有价值的改造经验，可供新锅炉设计和旧锅炉改造参考。
参考文献
[1] 李正平. 循环流化床锅炉炉管磨损原因分析与治理. 陕西电力.2007.第4期.
[2] 徐齐胜.宋景慧.440t/h循环流化床锅炉排渣系统运行故障分析及改造.中国电力.2008.第7期.