劉 璟

（河北都邦石化工程設(shè)計有限公司，河北石家莊 050032）

1 廢液焚燒波紋管膨脹節(jié)的破裂

生產(chǎn)己內(nèi)酰胺、硫銨的聯(lián)合裝置產(chǎn)生大量的有機廢液，焚燒爐燃燒后經(jīng)過脫硫裝置使煙氣達(dá)標(biāo)后排入大氣。有機廢液保證濃縮液的充分霧化，濃縮液進(jìn)入焚燒爐進(jìn)行高溫分解，其中的硫被氧化生成SO2和SO3，同時燃燒產(chǎn)物中還有大量的N2、部分過剩O2及微量的NOx、鉀離子、鈉離子，及從脫硝室出來的高溫?zé)煔膺M(jìn)入廢熱鍋爐［1－10］。

脫硝室與廢熱鍋爐之間設(shè)有金屬波紋管膨脹節(jié)，直徑為2 800mm，設(shè)計壓力為－10～10kPa，煙氣溫度為900～1 000 ℃。波紋管材質(zhì)為In－conel625，導(dǎo)流筒等組件材質(zhì)為310S，波紋管內(nèi)填塞硅酸鋁纖維包扎不銹鋼絲網(wǎng)隔熱層。金屬波紋管膨脹節(jié)簡圖見圖1，其中長度單位為mm。

膨脹節(jié)在使用1年左右出現(xiàn)損壞。直接與火焰加熱部分的材質(zhì)310S首先被燒損致使隔熱層脫落，造成波紋管變形嚴(yán)重，最終燒穿。

2 金屬波紋管膨脹節(jié)失效分析

1）原焚燒爐設(shè)計存在問題，燃燒段過長，到膨脹節(jié)位置仍存在明火。投用后由于廢液達(dá)到12t／h（設(shè)計處理能力為10t／h），爐熱負(fù)荷過大，膨脹節(jié)位置溫度高達(dá)1 250 ℃，超過310S材質(zhì)的耐受范圍。

2）焚燒爐爐體變形，膨脹節(jié)承受過大角位移，波紋管不能正常工作。金屬波紋管膨脹節(jié)在1 000 ℃多的高溫且有明火的情況下，即使波紋管采用Inconel625等高溫鎳基合金等材質(zhì)也很快就被燒毀，表現(xiàn)出其在使用溫度上的局限性。

圖1 金屬波紋管膨脹節(jié)簡圖Fig.1 Expansion joint structure of metal bellows

3 非金屬膨脹節(jié)優(yōu)點

1）補償能力大，可以在較小的尺寸空間內(nèi)提供比金屬膨脹節(jié)大得多的多維補償能力。

2）補償抗力小，非金屬膨脹節(jié)的補償元件用橡膠、纖維材料，塑料等制成，其變形抗力可以忽略不計，管線設(shè)計時不用考慮抵抗應(yīng)力。

3）耐熱性能好，通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計和選材，非金屬膨脹節(jié)可以在≤1 000 ℃的條件下長期工作。

4）耐酸堿性強，非金屬膨脹節(jié)的非金屬材料有極好的防酸堿腐蝕的性能，且不用考慮露點腐蝕的問題。

5）安裝尺寸小，更換方便，可以分體安裝，且可以只更換非金屬蒙皮。

6）減震效果顯著，非金屬膨脹節(jié)用柔性材料制造，能吸收、消除大部分振動。

4 非金屬膨脹節(jié)的設(shè)計與制造

除美國有一個膨脹節(jié)制造商學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)《EJMA》外，迄今為止中國國內(nèi)并無非金屬膨脹節(jié)設(shè)計與制造的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

在焚燒爐的高溫高硫腐蝕工況下，非金屬膨脹節(jié)能夠適應(yīng)1 250 ℃高溫，耐蝕性好，且一定程度上吸收角位移，容易更換損壞的蒙皮、保溫棉。非金屬膨脹節(jié)簡圖見圖2。

圖2 非金屬膨脹節(jié)簡圖Fig.2 Non－metallic expansion joint diagram

非金屬膨脹節(jié)的設(shè)計包括以下幾點。

1）蒙皮選用以下結(jié)構(gòu)：不銹鋼絲增強陶瓷纖維布、310不銹鋼絲網(wǎng)、玻璃纖維布、硅酸鋁纖維毯、玻璃纖維布、聚四氟乙烯玻璃纖維復(fù)合布、雙面硅橡膠玻璃纖維布、單面氟橡膠玻璃纖維布、單面硅橡膠玻璃纖維布等。硅橡膠的使用范圍為－100～350 ℃，其具有優(yōu)良的耐老化性、高透氣性和對氣體透過的選擇性。硅橡膠具有低吸濕性，可起隔離作用；310不銹鋼絲網(wǎng)起加強作用；聚四氟乙烯玻璃纖維復(fù)合布是密封層，耐酸堿性能極好，化學(xué)穩(wěn)定性極高。

2）保溫棉為隔熱層填充物，主要是硅酸鋁棉氈（即硅酸鋁纖維）。隔熱材料一般是熱導(dǎo)率很小的材料，其特點是質(zhì)輕、疏松、保溫、保冷、隔熱、吸聲。硅酸鋁纖維具有質(zhì)量小、耐高溫、熱穩(wěn)定性好、熱導(dǎo)率低、熱容小以及耐機械振動等特點。選用金屬絲網(wǎng)包扎含鋯硅酸鋁棉，含鋯硅酸鋁棉按GB／T 16400—2003標(biāo)準(zhǔn)，含鋯量一般為12%～15%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），最高推薦溫度為1 300 ℃。金屬絲網(wǎng)材質(zhì)為310S，主要起強化作用。

3）導(dǎo)流板用來避免高溫?zé)煔庵苯哟迪虮孛藁蛎善?，根?jù)煙氣性質(zhì)選擇合適的材料與厚度，可延長膨脹節(jié)的使用壽命。采用雙導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)，增強了填塞保溫棉的密封性，有效降低蒙皮處的溫度及腐蝕介質(zhì)的量，延長膨脹節(jié)的使用壽命。導(dǎo)流板材質(zhì)為310S，導(dǎo)流板內(nèi)壁設(shè)隔熱襯里，避免與高溫介質(zhì)直接接觸（襯里一般采用陶瓷質(zhì)錨固磚的結(jié)構(gòu)）。

5 結(jié) 語

在有機廢液焚燒爐尾部這種高溫高硫強腐蝕工況下，非金屬膨脹節(jié)比其他類型膨脹節(jié)更適合。非金屬補償器造價并不高，且近年來制造技術(shù)日趨成熟，制造逐漸國產(chǎn)化，其市場具有很大的發(fā)展空間。

／References：

［1］ EJMA—1993，美國膨脹節(jié)制造商協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)［S］.EJMA—1993，The United States Expansion Joint Manufacturers Association［S］.

［2］ GB／T 16400—2003，絕熱用硅酸鋁棉及其制品［S］.GB／T 16400—2003，Aluminum Silicate Wool and Their Products for Thermal Insulation［S］.

［3］ 王家萬.300 M WCFB鍋爐非金屬膨脹節(jié)破裂的原因分析［J］.熱力發(fā)電，2010，39（2）：104.WANG Jiawan .300 M WCFB boiler metal expansion joint rupture reason analysis［J］.Thermal Power Generation，2010，39（2）：104.

［4］ 邱智威.循環(huán)流化床鍋爐的三維膨脹問題及非金屬膨脹節(jié)的應(yīng)用［J］.鍋爐技術(shù)，2000，31（8）：8－9.QIU Zhiwei.The three－dimensional expansion of circulating fluidized bed boiler and application of non－metallic expansion joints［J］.Boiler Technology，2000，31（8）：8－9.

［5］ 孫海民.非金屬膨脹節(jié)及其應(yīng)用［J］.發(fā)電設(shè)備，1997（11／12）：64.SUN Haimin.Non metallic expansion joints and their application［J］.Power Generation Equipment，1997（11／12）：64.

［6］ 孫軼卿.非金屬膨脹節(jié)在大型燃煤電站煙風(fēng)道上的應(yīng)用分析［J］.陜西電力，2011（11）：76－78.SUN Yiqing.Application analysis of non－metallic expansion joints on aas and air channels in power plant［J］.Shaanxi Electric Power，2011（11）：76－78.

［7］ 齊 烽.大型CFB鍋爐流化床非金屬膨脹簡要介紹［J］.應(yīng)用能源技術(shù)，2011（2）：44－45.QI Feng.Large－scale CFB boiler brief introduction of non－metallic expansion joints［J］.Applied Energy Technology，2011（2）：44－45.

［8］ 周文源.大型循環(huán)流化床鍋爐投運中的問題及處理［J］.湖南電力，2012，32（4）：50－52.ZHOU Wenyuan.Problems in operation in a large circulating fluidized bed boiler and treatment［J］.Hunan Electric Power，2012，32（4）：50－52.

［9］ 劉 巍.解決循環(huán)流化床鍋爐返料器泄漏問題的研究［J］.河北工業(yè)科技，2010，27（6）：364－366.LIU Wei.Solution to circulating fluidized bed boiler retune feeder leakage［J］.Hebei Journal of Industrial Science and Technology，2010，27（6）：364－366.

［10］ 趙勝春.簡談循環(huán)流化床鍋爐運行弊端及預(yù)防措施［J］.科技資訊，2011（13）：121.ZHAO Shengchun.Defects of boiler operation of circulating fluidized bed and preventive measures［J］.Science and Technology Information，2011（13）：121.