摘要：燃煤发电锅炉烟风系统在生产过程中，大量使用到水平布置的非金属膨胀节。在长期运行中，发现该类膨胀节由于预留间隙大，加之烟风速率高，填充进膨胀节内的保温棉极易被吹失，吹失保温棉后的蒙皮空腔会逐渐被烟风中的飞灰填充并沉积压实。由于飞灰压缩比较保温棉为小，若膨胀节一旦发生收缩变形，蒙皮内的飞灰在挤压作用下，将对膨胀节的纤维织物层产生较大的胀紧应力。当应力超过蒙皮等纤维织物耐受极限时，则直接造成蒙皮等纤维织物撕裂，最终导致非金属膨胀节损坏或失效。这种情况在我厂投产初期已多次发生，本文结合笔者近一年参与的设备治理与改造经验，对该型膨胀节的防积灰堵塞技术作一简要探讨。
关键词：非金属膨胀节 防积灰堵塞
1 前言
非金属膨胀节也称非金属补偿器、织物补偿器、伸缩节、软连接等，其主要材料为纤维织物、橡胶等耐高温材料。非金属膨胀节能补偿热体管道的热变形、机械变形和吸收各种机械振动，可实现轴向、横向、角向位移补偿，起到降低管道系统形变应力和提高管道使用寿命的作用。由于其具有耐腐蚀、耐高温、多维补偿能力强、变形扛力小、消声减振等特点，因此在电站锅炉的烟风系统中被广泛应用。
茶园电厂安装有两台660MW燃煤发电机组，配型锅炉为东方锅炉股份有限公司设计供货的超临界参数、单炉膛平衡通风、“W”火焰燃烧、一次中间再热、固态排渣、全钢架结构露天变压直流锅炉。在原设计及现阶段生产运行中，均大量使用到水平布置的非金属膨胀节，特别是在形变位移较大的水平烟风道布设中，如二次风道与锅炉前后大风箱的连接、省煤器出口烟道与脱硝烟道的连接等部位。
2 目前主流设备状况
2.1目前在电站锅炉烟风系统中大量采用非金属膨胀节，主要原因是其具有以下优点：
1）补偿能力强：可以在较小的尺寸空间内提供比金属膨胀节大得多的多维补偿能力。
2）补偿抗力小：非金属膨胀节的补偿元件为橡胶、塑料制成，其变形扛力可以忽略不计，可为管线设计带来极大方便。
3）耐热性能好：通过合理的结构设计和选材，非金属膨胀节最高可以在1000℃的条件下长期工作。
4）耐酸碱性能好：非金属膨胀节的非金属制件具有良好的耐酸碱腐蚀性能。
5）安装更换方便：可以分体安装，可只需更换非金属制件。
6）减振效果显著：通过非金属膨胀节之后输入的振动大部分被保温棉吸收，不易传导。
2.2目前市面上广泛采用的非金属膨胀节具有以下性能特点：
1）可适应中性、酸性、碱性或耐酸碱介质。
2）一般使用温度可分为7个级别，详见下表：
单位：℃
.png)
3）一般使用介质压力不得超过100kPa。
4）补偿量可按轴向/径向/角位移补偿量要求进行较大范围的调整及设计。
2.3一般锅炉烟风系统非金属膨胀节蒙皮材料选用及布置要求：
.png)
2.4主流非金属膨胀节结构型式：
1）非金属膨胀节一般由金属框架、导流板、压板、保温棉、蒙皮和螺栓组件等构成。
2）连接方式一般分为法兰连接和直接插入焊接连接两种方式。
3）结构型式一般分为M型和N型。其中M型典型结构见下图：
.png)
N型典型结构见下图：
.png)
3 目前非金属膨胀节存在的问题：
目前市面上主流非金属膨胀节主要存在保温吹失和卡涩等问题。
M型膨胀节用于形变位移较大的水平烟风道布设时，由于需预留较大间隙以适应膨胀需求，在烟风速率较高的情况下，填充进膨胀节内的保温棉极易被吹失。长期运行后，底部保温棉吹失后形成的蒙皮空腔逐渐被飞灰填充并沉积压实，由于飞灰压缩比较保温棉为小，运行中膨胀节一旦发生收缩变形，蒙皮内的飞灰在挤压作用下，会对膨胀节的纤维织物层产生较大的附加应力，即发生“袋口扎紧”效应。当附加应力超过蒙皮等纤维织物耐受极限，则会造成蒙皮等纤维织物撕裂，最终导致非金属膨胀节损坏或失效。这种情况在茶园电厂烟风系统膨胀节使用中已多次发生。
N型膨胀节采用了浮动导流板设计，虽然看似解决了保温棉吹失的问题，但在实际应用中，由于热变形、锈蚀、杂物进入等原因，浮动导流板经常出现卡死，无法实现预期目的，且极不便于检修。
因此，纵观目前市面上的主流非金属膨胀节设计，均未很好的解决非金属膨胀节内保温棉吹失导致的积灰堵塞问题，部分解决方案虽然解决了积灰堵塞问题，但又带来了新的问题，这些都极大的降低了非金属膨胀节的运行可靠性。
4 底部防积灰堵塞改造
考虑到既要防止膨胀节内保温棉吹失，又要满足烟风道膨胀需求，避免出现部件卡涩、膨胀受阻等新问题，同时还得方便现场安装及后续检修。综合以上因素，根据现场分析，并结合多年工作经验及实践，我们对茶园电厂所使用的水平布置的矩形非金属膨胀节底部进行了防积灰堵塞改造。具体方案如下：
.png)
图1
在水平布置的矩形非金属膨胀节底部导流板位置新增活动导流板，活动导流板位于烟风气流出口方向，一端与原导流板通过铰接连接，一端呈自由状态搭在出口烟风道底部钢板上。铰接结构中轴与轴套间隙放大至5mm以避免铰链变形或锈蚀卡涩，并确保活动导流板能在一定角度范围内自由活动。与出口烟风道的搭接长度根据现场实际情况确定（至少不得低于100mm），同时冷态安装后活动导流板与烟风道底板夹角不得大于30°（具体可根据膨胀方向适当调整）。改造后，系统中的烟风气流通过膨胀节时，会对活动导流板产生一个下压力矩，形成对腔室内保温棉的自主密封，从而较大程度的避免了保温棉的吹失。改造后的非金属膨胀节结构示意图详见图1：
5 改造效果
茶园电厂于2019年7月完成锅炉烟风系统部分水平布置的矩形非金属膨胀节防积灰堵塞改造，目前已连续运行近半年，经现场检查，发现改造后的非金属膨胀节底部无明显积灰堵塞，膨胀节蒙皮无明显鼓包、胀紧等状况，膨胀节运行状况得到显著改善。
6 结束语
本文介绍的仅是针对茶园电厂水平布置的矩形非金属膨胀节实施的一项的改造，重点解决了非金属膨胀节底部积灰堵塞导致设备损坏的问题。由于运行中一旦重要部位的膨胀节发生泄漏，如热二次风膨胀节发现泄漏，则极有可能造成停机停炉，经济损失很大。因此，本次我们虽然实施的只是一项小的改造，但却具有很强的实用性，对提升非金属膨胀节的可靠性具有很重要的意义。
后续我们将结合不同设备状况及改造后的运行情况作进一步的优化，以真正提升非金属膨胀节的运行可靠性，真正为我厂电站锅炉的长周期安全稳定运行助力。
参考文献
[1] 《非金属膨胀节标准规范书》
[2] 《电力建设施工与验收技术规范》
[3] 《火力发电厂保温油漆设计规程》
作者简介：
徐跃，1976年12月20日出生，男，助理工程师，大学专科，现任职茶园电厂工程部专责，从事锅炉检修专业。地址：贵州省金沙县茶园乡三和村。
论文作者:徐跃
论文发表刊物:《电力设备》2019年第22期
论文发表时间:2020/4/13
标签：非金属论文; 膨胀节论文; 蒙皮论文; 锅炉论文; 风道论文; 茶园论文; 织物论文; 《电力设备》2019年第22期论文;