塔式炉高温炉烟管道选材设计管理及施工维护方案对比

刘晨光

摘要：高温炉烟管道作为褐煤塔式锅炉的重要组成部件，其运行性能的稳定性和安全性，对锅炉整体的安全运行有着至关重要的影响。本文介绍燃用褐煤的塔式锅炉风扇磨高温炉烟管道选材、设计管理和施工维护，并简单介绍高温炉烟管道的几种结构形式。

关键词：塔式炉 高温炉烟管道 设计管理 施工维护

1. 引言

褐煤塔式炉已经有60余年的应用历史，由于褐煤的水分含量大，所以需要对煤粉进行干燥，目前褐煤塔式炉通常会配置风扇磨，通过高温炉烟管道从炉膛抽取高温炉烟，与煤粉在进入风扇磨前进行混合和干燥。高温炉烟管道的设计结构直接关系到机组的安全可靠运行，通常是由锅炉厂直接设计供货。本文简单介绍高温炉烟管道的几种结构形式，重点说明管道材料的选择，以及可能会影响施工的几个因素。

2. 常见高温炉烟管道结构型式及选材

风扇磨通常是环绕锅炉布置，所以高温炉烟管道同样是布置在锅炉四周，从炉膛内抽取高温烟气，用于干燥煤粉。根据高温炉烟管道的保温方式，通常有两种高温炉烟管道的结构形式，外保温型式和内保温型式，在实际运行过程中，高温炉烟管道的保温层如果脱落，将会导致管道等部件被高温烧穿或变形，所以保温形式的选择非常重要。

1. 外保温型式高温炉烟管道

外保温型式高温炉烟管道在接触高温烟气侧采用耐高温的合金钢作为内衬板，然后依次由内向外是保温材料和金属外护层。外保温型式高温炉烟管道相对来说，有利于现场施工，吊装重量轻，安装难度较低。但是其缺点同样明显，首先就是成本高，因为使用了耐高温的合金钢衬板，投资费用要高出很多；其次是与高温炉烟直接接触耐高温合金钢容易收到热应力的影响而出现裂缝，维修比较困难；最后是保温材料脱落，膨胀差异导致的保温材料裂缝脱落，只有在金属外护层发生明显变形时才能发现。

2. 内保温形式高温炉烟管道

内保温形式高温炉烟管道在最外侧是碳钢钢管作为主体职称材料，然后依次向内是保温材料和耐火材料，保温材料和耐火材料通过各种金属件固定在碳钢钢管上。内保温形式高温炉烟管道相对来说，投资成本低，材料易于获得，与外保温型式相比，在热应力等方面的影响较小，但是在实际运行中，还是有一些严重的问题，首先是高温炉烟冲刷耐火材料，尤其是耐火材料连接处，非常容易造成耐火材料脱落，然后保温材料烧穿，外层钢管也会变形会烧穿；其次是内部金属件容易开焊，直接导致耐火材料和保温材料脱落；再次是锅炉启停及磨煤机启停过程中，高温炉烟温度从环境温度都1000℃左右急剧变化，由于管道本身的保温结构形式热补偿能力差，运行一段时间后，保温和耐火材料脱落，严重时，会将磨煤机叶轮和打击板损坏，直接导致停炉；最后是现场施工困难，施工周期长，高空作业多。

另外还有一种膜式水冷壁高温炉烟管道，就是在碳钢管道内部并行排列围绕布置管束，管束与锅炉汽水系统相连，能够更为合理的利用烟气的热能，提高机组效率，这种方式也存在一定问题，因为管束中的冷水和高温烟气的热交换，致使保温材料可能会出现脱落的情况。

3. 高温炉烟管道内保温及耐火材料的选择

结合国内外项目实际情况，做一个简单的成本对比，根据国内某电厂的传统方式的内外结合保温形式作为参考，内外结合保温形式是综合了内保温和外保温的优点而设计的一种保温形式。即高温段采用普通碳钢管加内保温，与原煤混合的干燥段采用耐热钢，加外保温。

我们执行设计管理的国外某项目高温炉烟管道全部采用内保温形式，故只参考国内电厂内保温形式的数据。

（1）国内电厂内保温的管道大约40米，除钢管以外的材料清单如下：

主要材料如下：

钢管 φ3220*10 Q235-B

陶瓷纤维毡 δ=405mm

Y型钩钉 δ=14mm 304

钢板网 δ=2mm，20*40 304

耐火浇注料 δ=114mm 刚玉耐磨浇注料

高温承重环 310S

根据国内电厂给出材质和型号，以及参考图纸资料可计算得出，内部保温材料总重约960吨，共计8根管道，每根40米，可估算得出每米的内部材料重量约为3吨，钢管是φ3220*16 的Q235-B，每米钢管的重量约为1.3吨，由此可知每米钢管和内部材料的总重量为4.3吨，

此重量未包含管道附件重量。如包含加强板、支架、吊架、膨胀节等材料重量，估算每米的总重量为5吨。

（2）国外项目高温炉烟管道长度约65米，如果采用传统的内保温形式，则单台炉高温炉烟管道的总重量计算如下

主要材料如下：

钢管 φ3216*10 A36 416t

陶瓷纤维毡 δ=405mm 330t

Y型钩钉 δ=14mm 304 107t

钢板网 δ=2mm，20*40 304 67t

耐火浇注料 δ=114mm 刚玉耐磨浇注料 1069t

高温承重环 310S 215t

内部保温材料总重1788t，由此可知每米钢管和内部材料的总重量约为4.23t，此重量未包含管道附件重量。如包含加强板、支架、吊架、膨胀节等材料重量，估算每米的总重量为4.77吨。

（3）通过如上对比，国外项目由于施工工期较短，施工机械配置不足等问题，我们积极的寻找新的办法，在通过多方询问，寻找到高温炉烟管道内衬碳化硅的形式，并对厂家进行了实地考察。如下为耐磨耐热碳化硅陶瓷的技术参数：

名称	技术参数
耐磨碳化硅陶瓷	体积密度：≥2.45g/cm3
	莫氏硬度：8-9级
	常温耐压强度：≥98MPa
	导热系数：11 w/m•k
	线膨胀系数(1000℃)：4.5×10-6
	耐火度：≥1450 ℃
	耐磨性（cm3）≤5
	化学成分	SiC：≥70%
	热振稳定性	≥25次（1100性，空冷）

高温炉烟管道内层碳化硅陶瓷与外壁之间的支撑件、承重环和连接件采用耐热不锈钢材料制造，每种材料的选用必须经过强度计算后才能确定。承重环的规格、数量应满足高温炉烟管道的强度计算和安装要求。

高温炉烟管道系统要求在供方工厂内预制完成，在工地现场提供管道外壁钢管的焊接连接的技术服务和支吊架安装的技术服务工作，管道接口处应采用可靠的密封绝热结构，以防止高温烟气泄露导致局部超温。这样能最大限度减少现场施工的作业量，同时保证耐火浇注料的浇筑环境，现场的高空作业也会大幅度的减少。

3. 常见高温炉烟管道施工及维护方式对比

1. 外保温型式高温炉烟管道

外保温型式的高温炉烟管道在现场施工过程中，在组合场或锅炉附近，先将一段内部钢板组合焊接完成，然后点焊所有保温钩钉，并安装完保温材料和外部金属防护层，预留钢板顶部和底部的焊接段，全部完成预制后，整体吊装就位，然后将连接处进行焊接，补充保温材料和外层金属防护层，高空作业较少，大部分工作在地面组合场完成，且后期维护量和维护费用也相对较低，在安装完成后，后期运行基本不需要进行管道内的维护施工，对于施工人员的安全维护有利。

2. 内保温形式高温炉烟管道

内保温形式的高温炉烟管道在现场施工过程中，需要先将完成钢板吊装就位，然后在连接处搭设内部以及外部脚手架，钢板焊接完成后，安装保温材料，砌筑耐火砖或浇筑耐火材料，等待浇注料成型上强度，然后进行下一段的施工，直至完成全部管道安装。从各个电厂的大修统计数据中可以看出，由于高温炉烟烟管道内衬材料的脱落，增大了维修工作量和维修费用，而且危险性高。另外，由于脱落的内保温材料均进入磨煤机，故增加了磨煤机的磨损，也就是增加了磨煤机维护量。而且这种保温脱落现象通过检修也难以根本解决。

3. 碳化硅内衬内保温形式高温炉烟管道

碳化硅内衬形式的好处是可以在厂内或现场组合场完成预制，如同外保温型式管道一样，而且由于碳化硅硬度高，基本不会发生变形，抗磨性能也非常出色，所以不论是热膨胀的影响，还是从安装工序的安排，都能对保温脱落起到一定的防护作用。

4. 结语

对每一个配置高温炉烟管道的电厂来说，在高温炉烟管道的结构型式选择上，材料的选择上，都是一个重要的课题，而且很多国内电厂都经历过大修，积累了很多宝贵的经验，也都会以专题报告的形式对问题进行分析，随着越来越多新材料的涌现，锅炉设计技术的不断更新，高温炉烟管道的设计将会越来越轻量化、施工简单化。面对能源问题日益受到更大的重视，以及我国“双碳”目标的指引下，只有更为环保的利用褐煤资源，才能让褐煤锅炉，以及高温炉烟管道有更多、更好的应用。