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(chǎng)2臺(tái)660 MW機(jī)組脫硫裝置在投運(yùn)后8個(gè)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(dǎo)致煙氣泄漏。通過(guò)對(duì)煙道整體結(jié)構(gòu)的分析，提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。實(shí)際運(yùn)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(chǎng)2臺(tái)660 MW機(jī)組分別于2010年12月和2011年11月投運(yùn)，煙氣脫硫系統(tǒng)同步投入運(yùn)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(jì)效率不低于95%。2臺(tái)機(jī)組在分別投運(yùn)后8個(gè)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(jī)，本文就此進(jìn)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(fēng)機(jī)增壓后進(jìn)入GGH（煙氣換熱器）降溫，然后至吸收塔進(jìn)行脫硫，脫硫后的凈煙氣再返回GGH，在GGH中利用原煙氣對(duì)凈煙氣加熱后，排入煙囪[1]。

每臺(tái)鍋爐配置1臺(tái)由上海鼓風(fēng)機(jī)廠(chǎng)生產(chǎn)的100%容量動(dòng)葉可調(diào)軸流式增壓風(fēng)機(jī)，型號(hào)為RAF42-20-1，設(shè)計(jì)流量為3 231 833 m3/h，風(fēng)機(jī)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(jìn)口專(zhuān)用鋼涂搪瓷，配低泄漏風(fēng)系統(tǒng)和密封風(fēng)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(shù)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(jì)軸向補(bǔ)償量為±45 mm?？紤]到強(qiáng)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(dǎo)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(gè)剛性吊架，在吸收塔入口處的底部設(shè)置1個(gè)滑動(dòng)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(diǎn)布置

脫硫系統(tǒng)運(yùn)行后，此段煙道整體向GGH側(cè)移動(dòng)，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(dǎo)致煙氣泄漏。檢修時(shí)被迫開(kāi)啟脫硫旁路，更換新的非金屬膨脹節(jié)，3個(gè)月后又出現(xiàn)同樣的情況。脫硫系統(tǒng)初期安裝時(shí)，滑動(dòng)支架4與土建支墩中心線(xiàn)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(chǎng)情況如圖2和圖3所示。

圖2 煙道底部的滑動(dòng)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(jì)算,熱態(tài)膨脹后應(yīng)向吸收塔側(cè)移動(dòng)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(jì)資料和全面分析后，認(rèn)為原設(shè)計(jì)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(yuǎn)，有約14 m的懸臂長(zhǎng)度，這應(yīng)是膨脹節(jié)拉裂問(wèn)題的癥結(jié)所在。

增壓風(fēng)機(jī)在BMCR工況下壓頭為3 533 Pa，煙氣經(jīng)過(guò)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(jiàn)圖1。

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

表1 煙道各荷載點(diǎn)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

計(jì)算結(jié)果遠(yuǎn)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(jì)算，煙道中心點(diǎn)的水平允許位移約為±700 mm，不能對(duì)煙道起到水平限位作用。因此，當(dāng)煙氣壓力隨著增壓風(fēng)機(jī)壓頭的增大而增大時(shí)，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(dòng)，不僅抵消了煙道自身的熱膨脹量，還超過(guò)了原膨脹節(jié)的設(shè)計(jì)補(bǔ)償量，最終將膨脹節(jié)拉裂。

4 處理措施

考慮到經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，非計(jì)劃停機(jī)實(shí)施整改的難度很大。通過(guò)多次討論和詳細(xì)復(fù)核計(jì)算，采用了在運(yùn)行狀態(tài)下整改的實(shí)施方案。

（1）先將偏移的煙道復(fù)位，用6～8個(gè)手拉葫蘆將煙道向吸收塔側(cè)水平拉動(dòng)糾偏，每個(gè)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(diǎn)的強(qiáng)度經(jīng)復(fù)核后可以抵抗水平拉力，但每個(gè)葫蘆仍應(yīng)依次緩慢拉動(dòng)，同時(shí)注意固定點(diǎn)的焊縫強(qiáng)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(yùn)行。

（2）煙道復(fù)位后，在滑動(dòng)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(gè)M24×470雙頭螺柱將支墩包裹起來(lái)，用于焊接限位裝置，限位裝置由2個(gè)工字鋼I20和30 mm厚的擋塊組成，如圖4所示。同時(shí)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(wú)需補(bǔ)強(qiáng)。

圖4 煙道支架4處的改進(jìn)措施

（3）設(shè)置限位裝置后，煙道的滑動(dòng)支架4（鋼管Φ219×9，材料20號(hào)鋼）受力與原設(shè)計(jì)有很大差別，承擔(dān)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(jì)規(guī)范》（GB 50017－2003）相關(guān)規(guī)定核算后，支架鋼管本身滿(mǎn)足計(jì)算要求，但支架根部的焊縫強(qiáng)度不足，應(yīng)采取補(bǔ)強(qiáng)措施。在支架鋼管根部設(shè)置1塊加強(qiáng)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(zhǎng)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?yàn)闊煹老到y(tǒng)結(jié)構(gòu)受力的設(shè)計(jì)缺陷，并非膨脹節(jié)本身質(zhì)量問(wèn)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(wú)異常，改造效果明顯。

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

（3）原設(shè)計(jì)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(dǎo)致煙道荷載發(fā)生轉(zhuǎn)移，致使支吊點(diǎn)承擔(dān)的荷載與設(shè)計(jì)荷載不符，同時(shí)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(dòng)支架4更改為水平限位的導(dǎo)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(chǎng)煙風(fēng)煤粉管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[S].北京∶中國(guó)電力出版社，2000.

[3]GB 50017－2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京∶中國(guó)計(jì)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(zhǎng)治人，工程師，碩士，從事火電廠(chǎng)脫硫、脫硝的技術(shù)設(shè)計(jì)與研發(fā)。