濕法煙氣脫硫工程煙道膨脹節(jié)破裂的原因分析及處理

沈海濤，鄧芙蓉

（浙江天地環(huán)保工程有限公司，杭州310003）

濕法煙氣脫硫工程煙道膨脹節(jié)破裂的原因分析及處理

沈海濤，鄧芙蓉

（浙江天地環(huán)保工程有限公司，杭州310003）

某發(fā)電廠2臺660 MW機組脫硫裝置在投運后8個月內(nèi)，GGH至吸收塔原煙道發(fā)生很大的整體位移，將吸收塔入口處的膨脹節(jié)拉裂，導致煙氣泄漏。通過對煙道整體結(jié)構(gòu)的分析，提出了相應(yīng)的改進措施。實際運行情況證明改造合理有效。

濕法脫硫；煙道；膨脹節(jié)；破裂

某發(fā)電廠2臺660 MW機組分別于2010年12月和2011年11月投運，煙氣脫硫系統(tǒng)同步投入運行，脫硫系統(tǒng)采用石灰石-石膏濕法工藝，一爐一塔配置，脫硫設(shè)計效率不低于95%。2臺機組在分別投運后8個月內(nèi)，原煙道至吸收塔入口處的非金屬膨脹節(jié)多處發(fā)生破損，甚至被整體拉裂，造成停機，本文就此進行分析并提出解決方法。

1 脫硫煙氣系統(tǒng)及設(shè)備選型概況

煙氣經(jīng)增壓風機增壓后進入GGH（煙氣換熱器）降溫，然后至吸收塔進行脫硫，脫硫后的凈煙氣再返回GGH，在GGH中利用原煙氣對凈煙氣加熱后，排入煙囪[1]。

每臺鍋爐配置1臺由上海鼓風機廠生產(chǎn)的100%容量動葉可調(diào)軸流式增壓風機，型號為RAF42-20-1，設(shè)計流量為3 231 833 m3/h，風機全壓3 533 Pa。

GGH為江蘇金羊能源環(huán)境工程有限公司生產(chǎn)的回轉(zhuǎn)式換熱器，換熱元件采用日本進口專用鋼涂搪瓷，配低泄漏風系統(tǒng)和密封風系統(tǒng)。

煙道為碳鋼制作，GGH至吸收塔原煙道防腐采用內(nèi)襯玻璃鱗片樹脂，與吸收塔入口以非金屬膨脹節(jié)連接，膨脹節(jié)橫截面為4 712 mm×11 322 mm，寬300 mm，設(shè)計軸向補償量為±45 mm?？紤]到強度、防腐和耐溫等因素，膨脹節(jié)由多層材料組成，從內(nèi)向外分別為2.5 mm厚氟膠布、0.3 mm厚聚四氟乙烯、1.7 mm厚玻纖布、0.3 mm厚聚四氟乙烯和1.5 mm厚氟膠布，膨脹節(jié)內(nèi)的導流板材質(zhì)為316L不銹鋼。

2 煙道結(jié)構(gòu)和故障情況

煙道結(jié)構(gòu)如圖1所示，GGH至吸收塔原煙道上方設(shè)置3個剛性吊架，在吸收塔入口處的底部設(shè)置1個滑動支架，整段煙道為超靜定結(jié)構(gòu)。

圖1 GGH至吸收塔原煙道及荷載點布置

脫硫系統(tǒng)運行后，此段煙道整體向GGH側(cè)移動，最大偏移距離約70~80 mm，吸收塔入口處的膨脹節(jié)被拉直，局部破損后被整體拉裂，導致煙氣泄漏。檢修時被迫開啟脫硫旁路，更換新的非金屬膨脹節(jié)，3個月后又出現(xiàn)同樣的情況。脫硫系統(tǒng)初期安裝時，滑動支架4與土建支墩中心線重合，吸收塔入口處的膨脹節(jié)呈彎曲褶皺狀態(tài)，損壞后現(xiàn)場情況如圖2和圖3所示。

圖2 煙道底部的滑動支架與混凝土支墩之間產(chǎn)生很大的偏移

圖3 吸收塔入口處被拉直的膨脹節(jié)

3 原因分析

BMCR（鍋爐最大蒸發(fā)量）工況下原煙氣溫度為114℃，煙道平面內(nèi)的熱變形中心在吊架2和吊架3之間，根據(jù)理論計算,熱態(tài)膨脹后應(yīng)向吸收塔側(cè)移動約7 mm，膨脹節(jié)將被壓縮，顯然膨脹節(jié)拉裂不是熱位移造成的。

經(jīng)查閱原設(shè)計資料和全面分析后，認為原設(shè)計未考慮吸收塔入口處膨脹節(jié)的煙氣內(nèi)壓軸向推力，加之煙道轉(zhuǎn)彎角度較陡，膨脹節(jié)中心距吊架根部較遠，有約14 m的懸臂長度，這應(yīng)是膨脹節(jié)拉裂問題的癥結(jié)所在。

增壓風機在BMCR工況下壓頭為3 533 Pa，煙氣經(jīng)過GGH和煙道后在吸收塔入口膨脹節(jié)處的壓力約為2 600 Pa，則產(chǎn)生的水平推力[2]為：

式中：P為煙氣壓力，取2 600 Pa；S為膨脹節(jié)截面積，取值見圖1。

原設(shè)計圖紙中顯示的各支架荷載如表1所示，滑動支架4采用的聚四氟乙烯之間的滑動摩擦系數(shù)為0.1，剛性吊架采用的鋼材間的滾動摩擦系數(shù)為0.1[2]，則煙道能夠抵抗水平移動的摩擦力總和為：

表1 煙道各荷載點的設(shè)計數(shù)據(jù)

計算結(jié)果遠小于煙氣壓力產(chǎn)生的水平力。另外，煙道陡峭，更易發(fā)生偏移，按吊架的允許偏轉(zhuǎn)角度為3°計算，煙道中心點的水平允許位移約為±700 mm，不能對煙道起到水平限位作用。因此，當煙氣壓力隨著增壓風機壓頭的增大而增大時，煙道便在煙氣壓力產(chǎn)生的水平推力作用下向GGH側(cè)移動，不僅抵消了煙道自身的熱膨脹量，還超過了原膨脹節(jié)的設(shè)計補償量，最終將膨脹節(jié)拉裂。

4 處理措施

考慮到經(jīng)濟效益和社會效益，非計劃停機實施整改的難度很大。通過多次討論和詳細復核計算，采用了在運行狀態(tài)下整改的實施方案。

（1）先將偏移的煙道復位，用6～8個手拉葫蘆將煙道向吸收塔側(cè)水平拉動糾偏，每個手拉葫蘆一端固定在煙道加固肋上，另一端固定在吸收塔的兩圈環(huán)向加固肋上。固定點的強度經(jīng)復核后可以抵抗水平拉力，但每個葫蘆仍應(yīng)依次緩慢拉動，同時注意固定點的焊縫強度及構(gòu)件變形情況，確保整改不影響原有設(shè)備的安全運行。

（2）煙道復位后，在滑動支架4處設(shè)置煙道位移方向的限位措施，抵抗煙氣壓力產(chǎn)生的水平推力。因支撐原有煙道的支墩為混凝土結(jié)構(gòu)，需用2塊鋼板和4個M24×470雙頭螺柱將支墩包裹起來，用于焊接限位裝置，限位裝置由2個工字鋼I20和30 mm厚的擋塊組成，如圖4所示。同時核算混凝土支墩在水平力和垂直壓力作用下的受力情況，結(jié)果表明支墩無需補強。

圖4 煙道支架4處的改進措施

（3）設(shè)置限位裝置后，煙道的滑動支架4（鋼管Φ219×9，材料20號鋼）受力與原設(shè)計有很大差別，承擔了幾乎全部的水平力。支架鋼管為壓彎構(gòu)件，將承受水平力產(chǎn)生的剪應(yīng)力、彎曲應(yīng)力和重力引起的壓應(yīng)力，而支架鋼管和煙道焊接處的焊縫也將承受水平力產(chǎn)生的剪應(yīng)力和彎曲應(yīng)力[3]。按照《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB 50017－2003）相關(guān)規(guī)定核算后，支架鋼管本身滿足計算要求，但支架根部的焊縫強度不足，應(yīng)采取補強措施。在支架鋼管根部設(shè)置1塊加強筋板（200 mm×300 mm，厚10 mm），如圖4所示，筋板焊接采用雙面角焊縫，焊高10 mm，大大增加了焊縫的長度和截面模量，使焊縫的應(yīng)力在許用范圍內(nèi)。

5 結(jié)論和建議

（1）造成膨脹節(jié)破裂的原因為煙道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)受力的設(shè)計缺陷，并非膨脹節(jié)本身質(zhì)量問題。按照上述措施整改后，煙道膨脹節(jié)未再發(fā)生破損和拉裂現(xiàn)象，煙道混凝土支墩和支架鋼管處均無異常，改造效果明顯。

（2）設(shè)計人員應(yīng)考慮到煙道膨脹節(jié)處煙氣壓力對煙道的作用，并合理選擇支吊架型式。

（3）原設(shè)計中煙道的吊架使煙道垂直熱位移向下，而支架使煙道的垂直熱位移向上，在同一平面內(nèi)的熱膨脹方向不一致，易導致煙道荷載發(fā)生轉(zhuǎn)移，致使支吊點承擔的荷載與設(shè)計荷載不符，同時也容易造成煙道變形，不利于煙道玻璃鱗片內(nèi)襯的附著。建議將滑動支架4更改為水平限位的導向支架，不承受垂直荷載。

[1]邵峰，戎淑群.濕法煙氣脫硫工藝系統(tǒng)介紹與分析[J].能源工程，2005（5）∶42－47.

[2]DL/T 5121－2000火力發(fā)電廠煙風煤粉管道設(shè)計技術(shù)規(guī)程[S].北京∶中國電力出版社，2000.

[3]GB 50017－2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].北京∶中國計劃出版社，2003.

（本文編輯：徐晗）

Cause Analysis and Treatment of Expansion Joint Crack of WFGD Projec

SHEN Hai-tao,DENG Fu-rong
（Zhejiang Tiandi Environmental Protection Engineering Co.，Ltd.，Hangzhou 310003，China）

The excessive displacement of the flue between GGH and absorber happened during eight months after FGD operation in 2×660 MW units of a power plant.The cracks appeared on the expansion joint at the absorber inlet that led to gas leakage.The treatment measure is put forward through the analysis of the whole flue structure.The actual operation after improvement indicates that the retrofit is reasonable and effective.

WFGD；flue；expansion joint；crack

TK226

：B

：1007-1881（2013）07-0058-03

2013-02-04

沈海濤（1982-），男，山西長治人，工程師，碩士，從事火電廠脫硫、脫硝的技術(shù)設(shè)計與研發(fā)。