锅炉炉顶密封保温施工工艺的改进.doc

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锅炉炉顶密封保温施工工艺的改进

王林江

（湖南资兴矿业集团焦电股份有限公司矸石电厂）

[内容摘要]文中阐述了锅炉炉膛上炉顶各组成部件因热膨胀与相对位移所带来的炉顶密封问题，并采取措施，从密封材料选型与密封工艺两方面出发，解决锅炉炉顶的裂缝、冒口、漏灰（烟）等现象所引起的炉顶保温与密封问题，来提高锅炉的保温性能。

[关键词]炉顶顶棚管密封保温热膨胀相对位移热补偿

一、前言

焦电股份有限公司矸石电厂装有2台上海锅炉厂制造的SG-35/3.82鼓泡床（BFB）沸腾炉，分别于1991、1992年投运。

两台锅炉炉膛上炉顶面积均为28m2，其炉顶保温与密封均是采用传统工艺设计的。

顶棚管段：

在顶棚管上平铺一层特制的粘土砖（后因大修，图方便将粘土砖弃之未用，而是用耐火混凝土取而代之），再在其上浇制一层达100mm的耐火混凝土，然后在其面上交错砌筑3层保温砖（约150mm厚），再在保温砖上平铺一层约100mm的水泥珍珠岩拌料，其表面以铁丝网加固并抹面；过热器管与顶棚管交叉处部位：

在过热器管与顶棚管交叉处往上200mm段用石绵绳紧密缠绕过热器管（石棉绳直径约4mm），再在此处以顶棚管为基础浇灌120mm厚的矾土混凝土，其与顶棚管段的混凝土联成一整体。

再在过热器管束外四周用机机制红砖砌筑四面砖墙往上直至减温器与过热器集箱机座处，形成一腔体，然后在腔体中填充水泥珍珠岩拌料，使腔体中的过热器管束之间填充水泥珍珠岩拌料300mm厚，反复捣实。

以上的空间用硅酸铝耐火纤维填充，直至填满整个腔体，腔体外用水泥沙浆抹面进行密封，其减温器和过热器集箱上用硅酸铝纤维包扎并用水泥砂桨沫面；顶棚与前墙、两侧墙接触处：

在顶棚与前墙、两侧墙搭接处的膨胀缝用石棉绳制成简单的迷宫型密封设置。

这种传统的密封保温方式，在投运（或大修后）初期可以保证质量，但运行一段时间后，炉顶就出现裂缝、冒口、漏灰（烟）现象，并日趋严重。

有时不得不采用提高炉膛负压的办法来降低炉顶漏烟，这样又使排烟温度升高，影响锅炉效率。

空气中粉尘浓度含量达95mg/m3,温度达85℃，严重影响作业环境，且热损失很大。

二、原因分析

造成炉顶泄漏、热损失大的原因主要是保温密封结构的设计不合理，传统的施工工艺难以补偿和适应锅炉运行中所造成的炉顶泄漏问题。

而保温与密封是两个紧密相边的问题，要保温就必须有良好的密封结构作保障，因有裂缝就有对流，有对流就有热量传递。

以下是造成炉顶泄漏的原因分析：

（1）炉顶大面积处的裂缝、冒口的原因主要是：

顶棚大面积的混凝土整体浇注不合理，当浇注的混凝土受热后，在高温状态下热膨胀至最大，当温度降低后又收缩，在这种收缩与膨胀交替过程中，混凝土会开裂，于是一个整体的混凝土会分裂成若干板块（因沸腾炉启停是急热急冷，加上图赶生产任务，忽略了正常的锅炉保养程序）。

在裂缝之间就有了高温烟灰与空气的流动与冲刷，炉膛漏风系数增大，当炉膛的正压加大的同时，高温烟灰更严重冲刷并扩大各板块之间的裂缝，于是在炉膛内的火焰与烟灰的日益冲刷下，裂缝之间的小块会脱落掉下，形成大的裂口，造成炉顶裂缝、冒口的现象。

形成的裂缝、冒口在运行中或短期内是很难修复的。

（2）顶棚与前墙、侧墙之间的裂缝主要原因是因两者这间的相对位移造成的，因顶棚层是架于顶棚管上的，在冷态时，两者紧密相连，但当锅炉运行时，各部件温度升高，因各部件材料不同，其膨胀系数也不同，使得各部件的膨胀也不同，而产生相对位移。

因而顶棚管往上位移量比前墙、侧墙等立墙的向上的位移要大（在冷态与运行过程中我们用一简单的测量装置测试对比，发现两者相对位移达20mm以上）。

而是在其搭接这一薄弱之处就会产生裂缝。

简单的石棉绳迷宫设置解决不了这种热膨胀相对位移的补偿问题，因石棉绳的回弹能力差，其补偿有限，且在高温状态下易脆化，因而这种现象在锅炉运行中是一个最易出现又最棘手的问题。

（3）穿顶管（过热器）冒口问题原因也是热膨胀与相对位移造成的。

因顶棚层是往上移，而过热器管束是往下移动，两者之间的位移达20mm以上，再加上过热器管还有一个管径的径向热膨胀问题，这三种原因使得过热器管处最易出现以上问题，且问题也是最严重的。

要解决炉顶密封问题，不仅要掌握热力学的原理，采用合理的密封与补偿结构（将原设计的传统刚性密封结构改为柔性结构，做好相对位移的补偿措施等），而且还要有严格、良好的施工工艺来保证。

针对以上问题，经过事前的测试与探讨，拟定了以下改进措施，趁锅炉大修时期进行了施工改造。

三、改进炉顶密封工艺的措施

1、保温材料的选取

（1）硅酸铝耐火纤维板：

此种材料特点是导热系数小、比重小、有弹性；导热系数0.107W/（m。

k）；耐火度1770℃；加热收缩率（1150℃、6h）小于4%；使用温度范围900~1000℃。

（2）高温胶泥（自配）：

这种胶泥以高铝粉为主，配以5%的石英粉，搅拌均匀后，以适当的高温粘结剂配成。

这种胶泥收缩率小、强度大、不易粉碎。

（3）高铝质异形砖：

根据顶棚管自已设计，委托当地耐火材料厂据图加工。

（4）高温粘结剂：

选用株洲耐火材料厂生产配制的粘结剂，使用温度与陶瓷纤维相近，在高温状况下，仍具有良好的粘结性。

（5）可朔料（自配）将珍珠岩、石棉绒与高温粘结剂按一定的比例搅拌均匀形成的一种可朔料。

其可塑性能良好，用其浇灌，不产生裂缝。

（6）硅酸铝纤维浸渍料（自配）：

是用高温粘结剂浸渍后的硅酸铝散状纤维料。

这种浸渍料其特点是收缩率小。

在高温下，水分蒸发后，几乎具有不收缩的特点，从而达到填塞裂缝和孔洞的目的。

温层最佳经济厚度的选取

保温层最佳经济厚度的选取，必须首先保证密封效果，不泄漏，同时要满足保温的要求，使保温层外表面面温度不得超过部颁标准。

根据以上原则，可按下式计算：

S=

式中S——保温层厚度；

λ——常数，250—300mm；

t1——管壁温度（或设计温度）；

t2——保温后要求达到的外表温度。

根据炉顶不同部位所推荐的保温层厚度为：

过热器处300mm；顶棚平面区200—220mm。

整个炉顶各部位的保温是采用硅酸铝板、可朔料与水泥珍珠岩搅料相结合的保温方式，施工方便，可降低工程造价。

2、密封施工工序

（1）拆除顶棚管上原有的所有物料，将前墙拆至顶棚管最低处的以下300mm处，并将两侧墙沿顶棚管方向往下平行拆300mm。

将墙上杂物、碎块清除干净，并用水将其冲洗稍微湿润，但用水量不要过大，避免大量水进入炉墙的保温层内，而破坏保温层。

将过热器管、顶棚管上杂物、泥土灰、烟垢清除干净。

因这会影响到新旧墙体的粘连问题、可朔料与管壁的粘合问题。

（2）炉顶平面施工：

先在顶棚管上铺设一层异形砖（自制的高铝砖，砖与砖之间有搭接和嵌入口），与前墙、左右侧墙交接处是用特殊尺寸的异形砖，前墙处的异形砖延伸至墙体150mm处；顶棚管上的异形砖与左右侧墙的砖紧密相接。

将三面墙往上砌筑：

前墙砌至顶棚管异形砖高度，与其紧密相接；左右侧墙的耐火砖层用耐火混凝土浇筑至沿顶棚管上的异形砖同倾斜面，与其紧密相接，其余的待顶棚层的保温层施工完后再进行。

当顶棚管上异形形砖铺好后，用高温胶泥勾缝，再在整个异形砖面上均匀抹一层高温胶泥（15-20mm），趁其未干前用硅酸铝纤维板（σ=30mm）粘贴一层，然后在其上再交错粘贴5层，当与前墙、左右侧墙的交接处的密封按图一、图二所视处理完后，再在纤维板上铺设水泥珍珠岩搅料100mm，其表面用铁丝网作加强措施，并用水泥沙浆抹面料抹面。

图一为炉顶平面施工示意图。

图一

（3）顶棚与前墙、左右侧墙的接缝处理：

此处是炉顶漏灰（烟）最严重的部位之一，因此处为相对位移最大的地方。

前墙按图二示意图的结构处理，交接处采用特制的异形砖，将其伸入前墙凹腔中，在其之间的接缝与不规则处用较多的硅酸铝纤维渍粘结剂（即用散状的硅酸铝纤维与高温粘结剂形成的渍粘结剂）分层堵塞缝隙，并要反复捣实，不留空隙，使此处顶棚管上的物层在前墙砌筑的特殊的柔性空间内位移，因其可朔性强，且密封好，不至出现裂缝等问题。

左右侧墙的处理与前墙相同，按图一示意图施工。

采用硅酸铝纤维渍粘剂堵缝和孔洞的机理是：

粘结剂中水分受热蒸发后，硅酸铝纤维产生一定的回弹力，使隙缝中硅酸铝纤维密度增加，烟与灰无法渗透。

图二

（4）过热器穿顶管处的施工：

在顶棚管与过热器交接处（即其根部）用高铝耐火混凝土浇制一层100mm的耐火混凝土层作支撑层，（在混凝土层中的过热器管的热补偿措施：

在过热器管上紧密缠一层石棉绳，约3-5mm，也可用沥青在过热器管外壁均匀涂抹1-2mm厚的沥青层，高度均为120mm），混凝土内用不锈钢丝作骨架。

混凝土浇灌后，保养3小时，让其强度达到一定的程度，再于其上浇制一层高温胶泥（30-40mm）厚，在高温胶泥上浇灌可朔料（500mm），反复捣实。

同时在浇灌的时候，四周用保温砖和红砖一起往上砌筑。

四周的墙体一直砌至支撑过热器联箱的底板，再在其腔内倒入水泥珍珠岩拌料。

然后对过热器联箱采用硅酸铝纤维板交叉粘贴（其粘结剂用高温胶泥作粘结剂），将联箱筒体一起包裹起来，使之成为一个整体，整个保温工作完成后用铁丝网固定（过热器管四周与过热器联箱上面），用水泥珍珠岩搅料抹面即可。

图三为炉顶穿顶管施工示意图。

图三

（5）抹面工序：

抹面层均采用400号硅酸盐水泥、石棉绒配制成浆料，拌和后抹面，厚度为20mm。

抹面应做到均匀、平整。

四、炉顶密封改进后的效果

（1）、锅炉在大修中完成炉顶密封工序约2天，经过5天自然干燥和2天热烟气（炉膛内用小火，锅炉有燃烧焦炉煤气的装置），再经过5天的烘炉，未发现表面裂纹。

锅炉运行4320小时，经过12次停炉（因是沸腾炉，其启停比较频繁），运行中有灭火打炮（混合燃烧煤气），经检查没有出现裂纹和漏灰漏烟现象。

（2）、我厂环境监测站也进行了改进前、后的空气粉尘含量测定，结果表明，改进后比改进前炉顶漏灰明显下降，达到国家允许标准10kg/m3以下。

运行4320小时后，炉顶没有局部积灰、堆灰现象。

（3）、炉顶密封改进后和改进前，在相同部位进行空气温度和保温层表面温度测定，结果表明，炉顶处室温及保温层表面温度均有明显下降，炉顶表面温度为70℃炉顶保温效果良好。

经过以上施工改造后，同时在生产运行中我们也对锅炉的启、停操作步骤和保养方法等方面也作了严格的规定，以先进的工艺技术和严格的操作规程来保证设备的安全和使用寿命。

锅炉炉顶密封与保温是个很重要的问题，它关系到锅炉机组的经济运行和安全文明生产，不应忽视。

[作者简介]王林江（1971—），男，1995年毕业于湖南大学衡阳分校锅炉安全专业。

发电工程师职称，工作中主要从事电厂锅炉与汽轮机的技术管理工作。