黄陵矿业煤矸石发电有限公司 陕西 延安 727307
摘要：分析了循环流化床锅炉屏式再热器变形原因，提出了三种改造方案，同时对三种改造方案进行了比选，方案2是最佳方案。将屏式再热器位于炉内的管材由SA-213TP304H（1Cr18Ni9）改为SA-213T91（10Cr9Mo1VNb），同时鳍片材料由1Cr18Ni9Ti改为SA387.Gr91CL2，而管径不变，仍为φ57×5。
关键词：屏式再热器；变形；SA-213TP304H
1 概况
黄陵矿业集团煤矸石发电公司Ⅲ期电厂两台1058 t/h循环流化床锅炉投运后，在锅炉启动前的水压试验过程中屏式再热器多次发生漏泄事故，并发现管屏存在变形等问题。
2 屏式受热面参数及变形情况
在燃烧室中上部贯穿炉膛深度布置有双面水冷壁，垂直前墙布置6片屏式再热器和8片屏式过热器。
6片屏式再热器（热段再热器）位于燃烧室中上部，与前水冷壁垂直布置，下部穿前墙处为屏的蒸汽入口端，有密封盒将管屏与水冷壁焊在一起。由于屏式再热器与前水冷壁壁温不同，导致二者膨胀量不同，为此，在屏的上部穿墙密封盒处，装有膨胀节，以补偿胀差。
屏式再热器的每片屏有管子27根，管子直径Φ57×5mm，管屏下部敷有耐火防磨材料，以防磨损。
每个屏式再热器管屏入口连接1个热段再热器入口集箱，每台炉共有6个；热段再热器入口集箱前为热段再热器入口分配集箱，6片屏式再热器管屏出口连接至1个热段再热器出口集箱。因此，再热屏泄漏的问题，急需通过屏式再热器改造等方式，从根本上解决。
3 屏式再热器变形原因分析
屏式再热器位于炉内的管子材料是SA213-TP304H，这种材质的线膨胀系数比一般金属的膨胀系数大，而且屏式再热器的管排长度也比较长，炉内部分高度约为23m，因此其膨胀量是很大的。这么大的膨胀量主要靠炉顶穿墙的膨胀节和恒力弹簧吊架进行补偿和吸收，容易造成膨胀受阻，引起管排变形。
为使屏式再热器管屏向上顺利膨胀，管屏穿过水冷壁顶棚后设计有一个膨胀节密封结构。然而，该膨胀节为金属材料，金属膨胀节的压缩和膨胀需要较大的轴向力，这个力妨碍了管屏的顺利膨胀。此外，穿过水冷壁顶棚的密封浇注料施工存在问题，设计要求浇注前管子表面涂1.5~2mm厚的沥青，浇注后运行升温沥青融化，管子与浇注料之间留下间隙，管屏可顺利膨胀，实际这个关键施工环节没有得到保证，运行时管屏在此受阻，造成管屏变形。
床温过高，会使屏式再热器的变形进一步加剧，床温从900℃增加到1000℃，屏式再热器的胀差约增加11%。而且，床温越高，屏式再热器的金属壁温也越高，会影响屏式再热器的安全运行，容易引起超温爆管。此外，过高的床温，还会增加减温水的使用量，增加锅炉的排烟温度，增加炉膛结焦的风险。
4 技改方案
4.1 改造方案一
1）改进再热器管屏穿顶棚结构；
2）将密封盒金属膨胀节更换为非金属膨胀节；
3）针对床温偏高的问题开展燃烧调整试验，找到本质原因及解决方案；
4）更换屏式再热器，且管径不变。
对方案一说明如下：
1）针对再热器管屏穿顶棚位置的施工不能满足屏式再热器自由膨胀要求的实际情况，重新设计了该位置的穿墙结构，新结构采用在原来浇注料与管子外壁的接触部分用两层油毡包住管子，油毡厚度约5mm，然后再重新浇注耐磨耐高温的浇注料。当管子受热后，油毡会烧毁，这样管子与浇注料之间就有了5mm的空隙，从而保证了管子顺利向上膨胀，保证恒力弹簧吊架能顺利向上牵引。浇注料上的梳形板与管子之间不焊接，保证再热屏能自由膨胀。
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2）再热器管屏穿顶棚位置存在膨胀密封问题，原设计采用金属膨胀节解决膨胀密封，存在金属膨胀节压缩所需的轴向力过大有可能防碍管屏膨胀导管屏变弯，改造后更换为非金属膨胀节，非金属膨胀节由绝热陶瓷纤维和聚四氟乙烯板，以及橡胶蒙皮高偶构成，不存在压缩轴向力问题，可使管屏顺利膨胀。
3）开展燃烧调整试验，在一定程度上缓解床温偏高的问题，同时找到床温偏高的本质原因，提出相应的解决方案，从而减少屏式再热器的膨胀，防止屏式再热器金属壁温超温而爆管，并减少以及由于床温偏高引起的污染物排放水平高等其它问题。
4）对已经严重弯曲变形的管屏进行更换，但材质仍为SA-213TP304H。通过前述三条措施，有望改善管屏的变形情况，但由于管材没变，因此管屏变形的问题并未得到根本解决。
4.2 改造方案二
1）改进再热器管屏穿顶棚结构；
2）将密封盒金属膨胀节更换为非金属膨胀节；
3）针对床温偏高的问题开展燃烧调整试验，找到本质原因及解决方案；
4）将屏式再热器位于炉内的管材由SA-213TP304H（1Cr18Ni9）改为SA-213T91（10Cr9Mo1VNb），同时鳍片材料由1Cr18Ni9Ti改为SA387.Gr91CL2，而管径不变，仍为φ57×5。
与方案一相比，方案二的不同之处在于将屏式再热器的管材由SA-213TP304H改为SA-213T91，其优势在于：
T91钢从20℃到100℃的的线膨胀系数为10.9×10-6/K，与水冷壁所用材质的20G的线膨胀系数（11.16×10-6/K）差异很小，可有效避免管子的弯曲变形；而现有的SA213-TP304H的线膨胀系数为16.0×10-6/K，因此膨胀量大，容易导致管屏变形。根据再热器壁温计算结果表明，采用T91时，屏式再热器在高度方向上的膨胀量为0.169m，而同样高度的水冷壁的膨胀量为0.116m，因此胀差为0.053m；而采用SA-213TP347H时的胀差为0.116m，是采用T91的两倍多。
4.3 改造方案三
1）改进再热器管屏穿顶棚结构；
2）将密封盒金属膨胀节更换为非金属膨胀节；
3）针对床温偏高的问题开展燃烧调整试验，找到本质原因及解决方案；
4）将屏式再热器的管子材质由SA-213TP304H（1Cr18Ni9）改为SA-213T91（10Cr9Mo1VNb），同时鳍片材料由1Cr18Ni9Ti改为SA387.Gr91CL2，并且管径由φ57×5变更为φ76×6。
与方案二相比，方案三的不同之处在于：管径由φ57×5变更为φ76×6，同时，节距由70mm变更为90mm，并保持换热面积基本不变，以保证再热器的出口蒸汽参数。这么做的优势在于：由于增加了管径及其壁厚，因此管屏的刚性得到增强，可以进一步防止管屏弯曲变形。但是，由于管径改变后，不仅管屏需要更换，而且集箱也必须更换，工作量多、投资大。此外，由于屏式再热器内的工质质量流速降低，可能会影响再热屏的安全稳定运行。
5 结论
由于方案二相比方案一更能有效解决屏式再热器变形、爆管的问题，方案三和方案二相比，虽然可以增加管屏的刚性，进一步预防管屏变形，但工作量大且存在再热屏内工质流速降低的问题；因此，在上述三个方案当中，方案二的工作量适中、技术可行性最好。
参考文献：
[1] 465t/h循环流化床锅炉屏式再热器超温原因分析及改造. 胡志宏，张庆国，姜义道.中国电力，2004,37（11）
[2] TP304H屏式再热器钢管开裂原因分析. 王艳波，田峰，李红，韩林泉，白静. 《内蒙古电力技术》,2009,27(6):41-42
论文作者:胡寻健
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第09期
论文发表时间:2019/9/30
标签：方案论文; 水冷论文; 膨胀节论文; 顶棚论文; 线膨胀论文; 原因论文; 金属论文; 《科学与技术》2019年第09期论文;