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锅炉末级再热器管排防振固定钢板与管夹的设计改进
发布时间:2011/4/12  阅读次数:1041  字体大小: 【】 【】【
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锅炉末级再热器管排防振固定钢板与管夹的设计改进
作者:吴 磊   
单位:上海吴泾第二发电有限责任公司检修部机械一班
摘要:本文分析了600MW亚临界锅炉在正常运行时,针对炉膛内部末级再热器横向定位钢板频繁脱落问题进行原因分析,并根据分析结果设计出改型的定位钢板,以提高锅炉运行的安全稳定性。
关键词:末级再热器 定位钢板
1 结构简介
我公司二台600MW燃煤机组锅炉为亚临界压力一次中间再热控制循环炉,单炉膛П型露天布置,全钢架悬吊结构,固态排渣。其中锅炉再热器由墙式辐射再热器,屏式再热器和末级再热器三级组成,布置在烟气高温区均为顺列布置,各级受热面之间采用集中的大管道及三通联接。末级再热器位于折焰角水平烟道内,末级过热器之前,共76片,每片有10根管子并联套弯,管子外径φ63mm,材料为12Cr1MoV和SA213 T91,采用塔式布置。管间的纵向定位采用不锈钢板制成的梳形管夹定位,沿高度布置4处。管屏间的横向节距为254mm,横向定位用不锈钢板通过U型杆与各管屏相连,以保持管屏间的横向节距:即76片末再管屏共分为15个单元,炉膛中央6片为1个单元,管屏之间用U型杆和定位钢板(后面简称“定位钢板1”)固定,剩余的70片呈左右对称分为14个单元,之间用U型杆和定位钢板(后面简称“定位钢板2”)固定,单元与单元之间的相邻2片管屏之间再用U型杆和较短的定位钢板(后面简称“定位钢板3”)固定,具体的横向定位如下图1所示:
图1:末级再热器横向定位布置图
2 缺陷的危害性
经过几年的运行后,我们发现:定位钢板3与U型杆焊接处在锅炉正常运行时会断裂,导致定位钢板3脱落,并从折焰角上方落至炉底斜水冷壁管,然后沿斜坡滑至出渣口进入碎渣机,最终导致碎渣机卡涩。这种情况在今年到目前为止已发生过四次(其中#1炉3次,#2炉1次),对锅炉的安全稳定运行造成了极大的隐患:
1) 对碎渣机造成损害,导致除渣系统故障,影响正常的除渣运行。
(2) 定位钢板3的脱落会使单元与单元间失去约束,造成单元间横向节距的不均匀,而横向节距较大的地方烟气流速会升高,烟气辐射层厚度增大,传热量增大,最终引起热偏差,对锅炉的稳定性造成影响。
(3) 也是最重要的一点:当定位钢板3脱落后,从几十米的高处砸到水冷壁斜坡,加之高温下水冷壁较常温下更显脆弱,对水冷壁的伤害是不言而喻的,尽管停炉检修通过补焊、换管等各种手段可以消除缺陷,但这只是弥补,最根本的方法还是要堵住危害的源头。鉴于定位钢板3的频繁脱落,我们经过对脱落的定位钢板进行查看分析,并模拟末级再热器管屏由冷态到热态定位钢板3的运动情况,发现原定位钢板3的设计上存在一定的缺陷,决定对其进行改型。
3 分析及改型
根据分析:原定位钢板3尺寸为390×80×10,冷态下的横向定位已如图1所示。当正常运行时,在高温下,由于管屏的受热膨胀,会发生横向偏移,根据受力分析,由于定位钢板3只固定2排管屏,其每个U型杆与定位钢板3之间的焊接处较之定位钢板1、2将承受更大的膨胀力,在此作用下定位钢板3将会绕焊接处进行如图2的侧视图箭头所示的逆时针翻转:
图2
当翻转到一定程度,考虑到焊接的热影响区金属韧性与塑性的下降,最终焊接处断裂,定位钢板3脱落。经过上述的分析,得出需改进的方向及措施:
(1) 定位钢板3之所以脱落,就是因为其逆时针翻转后焊接处所能承受的力矩过小而造成的,因此将改进后的定位钢板3中间开槽,U型杆从槽中穿过,U型杆两端铰螺纹,穿过定位钢板后用螺帽固定,螺帽与定位钢板处再点焊,如图3所示:
图3
(2) 考虑到改型前后,管屏的偏移应力是不变的,为了避免定位钢板3的翻转应力过多地转移到管子上,对管子造成不利,将原来固定2排管屏增加到4排,即每个单元上各2排,分散了钢板与U型杆结合处单位面积上的应力。
(3) 在材料的选择上,原来定位钢板3的材料为1Cr20Ni14Si2,其最高工作温度为1030oC,这次改型的定位钢板3与U型杆的材料改为1Cr25Ni20Si2,其最高工作温度为1100oC,提高了安全系数。
(4) 考虑到改型后定位钢板3万一脱落,为了降低其对水冷壁的伤害,这次设计将钢板的四边进行倒圆角,最大限度地减低了钢板坠落对炉底斜水冷壁管的冲击。
附改型后的定位钢板与U型杆的设计图。
参考文献:
[1] 郭延秋 . 大型火电机组检修实用技术丛书——金属与焊接分册 . 中国电力出版社
[2] 2008t/h亚临界压力控制循环锅炉产品说明书 . 上海锅炉厂
附图
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