電廠鍋爐爐墻結構的研究

李 銳 翟志斐

（河南第一火電建設公司保溫施工處，河南 鄭州 450001）

1 爐墻介紹

爐墻的密封和絕熱性質應能使它的外壁保持一個人為規定的較為合理的溫度，并使進入外界的熱流量能符合環境保護的要求。

1.1 爐墻保溫概述

鍋爐密封和保溫性能的優劣直接影響鍋爐的熱效率、煤的損耗、整個鍋爐的使用壽命以及工作環境的保護。因此，提高爐墻砌筑保溫施工質量，確保鍋爐正常運行，應引起設計和施工人員的足夠重視。

1.2 爐墻傳熱計算基本原則

通常，鍋爐爐墻的外表面溫度基本控制在不超過環境空氣溫度的25℃ 以上，換句話說，當鍋爐周圍的環境空氣溫度為25℃ 時，爐墻的外表面溫度應不超過50℃ 。鍋爐爐墻的傳熱計算基本就是按這個原則規定而進行的。

1.3 提高爐墻密封和絕熱的意義

目前，我國電站鍋爐在運行時的散熱損失相對于鍋爐的熱效率而言所占的比例很小，qs≤0.18%～0.2%，表面上似乎對鍋爐的熱經濟性影響不大，然而，進一步分析一下，如果要想在其他方面使鍋爐的熱效率再提高0.18%～0.2%卻是很不容易的，或許要花費不小的代價而收效甚微。另外，鍋爐的密封結構不嚴密耐火和絕熱材料的使用選擇不當，將直接造成爐內的高溫煙氣泄漏和吸入冷風，影響正常的燃燒過程和破壞受熱面的熱量傳遞導致熱效率的降低，同時，漏出的煙灰堆積會無形中增加吊桿和鋼架的載荷，并使有些受力部件始終處于溫度較高的惡劣工況下工作，對鍋爐的安全運行留下了隱患。因此，爐墻的性能優劣是不容忽視的，從經濟安全的角度出發，爐墻這一部件應作為電站鍋爐的一個重要部件來開發研究。既然爐墻起著密封和絕熱的作用，那么對爐墻的結構就有了一個基本的要求，使之充分發揮本身的功用從而提高整臺鍋爐的經濟性和安全性。

2 爐墻結構研究

2.1 鍋爐的密封難點

鍋爐的密封難點主要集中在爐頂區域，此處有大量的受熱面管束管排穿出。而懸吊這些受熱面的各種吊桿又占據了爐頂上大部分的空間，在鍋爐啟停階段，這些受熱面管束管排集箱和吊桿相對于爐頂都有著位移量不等的膨脹。這種狹小的空間和相互間的位移給爐頂密封的設計和安裝帶來了極大的困難。

目前，國內300MW級以上的鍋爐全部采用了全鋼結構，這樣利用機械裝置就可人為地設置整臺鍋爐的膨脹中心，由于整個鍋爐是懸吊結構，所以膨脹中心設置在爐頂大罩殼頂面和爐膛中心的交界點處，通過計算可得出鍋爐任意一點的位移量，這就給鍋爐密封設計帶來了很大幫助。有了位移量和位移方向，各種密封結構也就應運而生了。

2.2 密封結構的金屬材料

爐頂密封結構的可靠性還需要有合理的金屬材料來保證。

因為有相當多的熱面被布置在爐膛和水平煙道上方，所以前爐頂過熱器設計上采用分段鰭片散裝管，故爐頂空隙較多，要求整個前爐頂區域全部用鋼板覆蓋密封，又因為此區域的爐內煙氣溫度很高，所以密封鋼板采用耐高溫性能較好的不銹鋼（如ICr18NigTi等）或低合金耐熱鋼（如12CrlMoV等）。

同時，為延長這些密封鋼板的使用壽命，在鋼板與向火面間應澆灌不定型的耐火材料。

其它密封件則采用低合金耐腐蝕鋼（Corten),對于那些密封附件如加強筋等可使用一般的碳鋼。密封板的厚度一般取≦5mm，起柔性連接用的膨脹節等其厚度應自≦2mm，而起阻擋高溫煙氣作用的梳形板厚度可增加至6mm以上。總體來講，整個爐頂密封構件基本上是連續布置的，各種密封結構之間是相互聯系的，因此，密封鋼板的厚度需嚴格控制在一定的范圍之內，如鋼板過厚，則會增加整個爐頂密封結構的剛性，一旦發生膨脹不暢通現象，極易造成受熱面管子被拉壞的情況。當然，較薄的鋼板會給連續的密封焊接帶來一定的困難，所以爐頂密封的焊接工作必須要由合格的焊工來完成。

2.3 密封結構中的耐火材料

鍋爐密封結構中還有一個很重要的組成部分，這就是耐火材料。

2.3.1 耐火材料的重要性

前文中曾提及，為阻擋爐內高溫煙氣對密封結構的沖刷和腐蝕，減輕或降低密封鋼板的變形拉裂等情況產生，在密封板與向火面之間應用耐火材料加以分隔。此外，對于300MW級以下的鍋爐密封乃至整個爐墻，耐火材料的重要性就顯得更為突出。在一般的高壓或超高壓鍋爐的爐墻結構中，耐火材料作為密封的第二道防線而被大量使用，圖5所示的結構即為超高壓鍋爐爐頂密封所采用的金屬與非金屬材料的雙重密封結構，該結構的可靠性在國內為數眾多的電廠鍋爐運行中被證明是令人滿意的。

2.3.2 耐火材料的要求

正因為耐火材料有耐高溫、抗腐蝕的特殊性能，所以現代鍋爐對耐火材料的性能要求也在不斷提升，各種位置對耐火材料的要求各不相同，因此設計選用耐火材料性能的合理性是爐墻在鍋爐正常運行中安全可靠的重要保證。

對耐火材料的普遍要求一般是材料的密度、耐火度（耐火等級）和抗壓強度，至于材料的熱傳導性沒有特別要求。而對于特殊位置的特殊要求是建立在普遍要求基礎上的，例如爐頂密封中要求耐火材料還應具有同金屬相近的熱膨脹性，受熱后能隨同金屬一起膨脹，這樣就能避免材料的開裂，保證密封的可靠性；對置于煙道中的耐火材料，如省煤器框架爐墻的向火面集箱的保護層和折煙角等使用的耐火材料，必須具備足夠的耐磨性能，足以抵抗煙氣對其不間斷的沖刷。

對耐火材料熱震穩定性要求較高的應當是渣斗爐墻了，渣斗在鍋爐運行時的冷熱工況經常變化，雖然對溫度要求相對較低，但急冷急熱性能則顯得尤為重要，其次是抗沖擊性能與此相反，衛燃帶爐墻由于長期處于燃燒區域，火焰溫度極高，故對耐火材料的耐火度就要求很高，普通的耐火材料不能勝任。除耐火度外，此處的耐火材料還需具有較佳的防結焦性能，否則，隨著結焦厚度的增加，耐火層會連同焦塊一起塌落，最終導致燃燒工況的變化，影響整臺鍋爐的正常運行。

以上可見耐火材料在爐墻結構中的重要性了。而且，不僅在設計中要正確合理地選用，安裝時更應嚴格地按設計要求進行施工，以充分發揮耐火材料自身的特點。

2.4 爐墻的保溫結構

爐墻的密封性能主要由金屬密封件和耐火材料等來保證，它的絕熱性就應該由保溫材料來負責實施了。

2.4.1 敷管式爐墻

電站鍋爐普遍采用的是膜式水冷壁和尾部包覆受熱面，所以，爐墻的結構形式就可采用輕型敷管式爐墻（除高壓超高壓等鍋爐的省煤器框架外）。

所謂敷管式爐墻即指將輕質的保溫材料緊貼在鍋爐的各受熱面外側，保溫材料不能直接接觸火焰。目前，保溫材料大多數以輕質的纖維狀材料和發泡狀材料為主。廣泛被爐墻所采用的有礦巖棉、玻璃棉廈合硅酸鹽等等，它們的共同點是密度低，保溫效果較好。

敷管式爐墻結構簡單，一般采用多層布置，其目的很明確，第一是多層布置的結構可以使保溫材料層與層之間錯縫壓縫，減少因接縫處縫隙所造成的散熱，其次，多層結構可根據不同的溫度條件而采用相應的保溫材料，提高鍋爐保溫的經濟性。在多層的保溫結構中，緊貼水冷壁涎伸側墻（水平煙道）和包覆壁（尾部煙道）的內層基本上選用耐溫性較好的硅酸鋁纖維制品，并依據需要內側面做成與這些管壁相吻合的梳形面，這樣可最大限度地阻止保溫材料與管壁間留出空隙而產生熱空氣的波動。然后，可根據爐墻傳熱計算的要求，在確定保溫層總厚度的前提下平均分配余下的層數，并選用導熱系數低的保溫材料。

2.4.2 集中保溫

同樣，鍋爐的其他部位如爐頂大罩殼、折煙角和爐底框架等區域采用集中保溫后，保溫形式與水冷壁等一致，所不同的只是保溫總厚度而已。這里所提到的集中保溫這一概念，也是爐墻結構的一種，以前只有300MW 級或以上容量鍋爐采用此結構，現在在其它較小容量的鍋爐上也開始引用這一爐墻形式。其優點是，免除了這些位置上錯綜復雜的各類管道、管束、管排和集箱等的逐一保溫工序。在這些區域設置罩殼形式，而在罩殼外統一保溫，且保溫效果較好，同時還為鍋爐檢修帶來了極大的便利。

上述保溫結構中的保溫材料通過保溫抓釘、自鎖壓板和六角鐵絲網被緊固在受熱面管子上并與之緊密的貼合，在鍋爐運行時隨同受熱面一起膨脹，整體性較好。

2.4.3 其他保溫結構

其他還有煙風道、空氣預熱器次風箱等的保溫，這些部件的保溫基本上也采用多層結構，只是在加強筋膨脹節等特殊位置加以局部處理。

鍋爐框架的水平樓板及罩殼頂部由于在鍋爐檢修時有人員走動以及臨時堆放一些設備，所以此處的保溫結構要求有較高的抗壓強度。顯然，輕質柔性的保溫材料就不適用了，一般在這些位置均采用輕質絕熱的澆注型保溫材料，并在澆注保溫材料自然固化后覆蓋一層耐壓強度較高的抹面涂料，在兩者材料的結合面鋪設一層鉛絲網以增加整個平面的整體強度。為防止澆注保溫材料和抹面涂料在鍋爐運行時受熱膨脹而出現開裂現象，在這些材料中應按規定的節距設置縱、橫的膨脹縫，膨脹縫應連續布置并用纖維狀保溫材料填塞而避免熱量從此處散發。

在多層保溫結構中，由于保溫材料是依靠焊于受熱管子（或鰭片）和鋼板上的保溫抓釘和自鎖壓板來緊固的，這樣就會產生爐內的熱量從這些金屬抓釘和自鎖壓板傳至保溫層外，為解決這一問題，可以在多層的保溫層結構外再敷設一層保溫毯，保溫毯用專用的鉤釘和壓板緊固在保溫層外側。

[1]鍋爐密封及爐墻設計手冊[M].上海：上海發電設備成套設計研究所出版，1991.

[2]中國動力工程學會.火力發電設備技術手冊[M].北京：機械工業出版社，2000.

[3]日本耐火材料技術協會.筑爐工藝學［M].北京：冶金工業出版社，1987.