9FB燃机排气扩散段超温治理

张炎

大唐国际发电股份有限公司北京高井热电厂，北京 100041

摘要：本文主要介绍了高井热电厂9FB机组排气扩散段长期存在超温的情况，局部温度最高可达到500℃以上，对安全生产造成了很大的冲击，为此进行了专项改造，打破原有的陈旧保温形式，利用新的设计理念及保温形式，治理长期依旧困扰的问题。

关键词：燃气轮机 排气扩散段 保温形式

概述：高井热电厂使用的是美国通用电气公司（简称GE公司）生产的9371FB型燃气轮机，容量为3台350MW，分别为一台“二拖一机组”和一台“一拖一机组”，并于2014年6月和10月投产运行。自机组投产以来，排气扩散段就存在着烟气外漏的问题，多次造成烧损热工线缆，烧损88-BD风机轴承等问题，最严重时迫使逻辑保护动作，致使机组停机。为此，经过多年的探索和研究对策，最终确定了一套排气扩散段超温治理的方案。

1 排气扩散段的作用

排气扩散段是由两大部分，排气扩散段0706模块（图一）及排气烟道A042模块（图二）组成，0706与A042模块以法兰方式连接，连接中心以排气密封板形式阻挡烟气外漏。主要作用是由燃烧器燃烧形成的烟气，通过排气扩散段内的运输和降压后，提供给锅炉加热各汽包的给水用。

（图一 0706模块） （图二 A042模块）

2 排气扩散段泄漏的原因

（1）原始设计原因：

在机组启停及运行过程中，密封板会随着设备热胀冷缩而产生位移，较大的是轴向位移及径向位移，位移量分别为轴向60mm、径向40mm，如此反复的拉伸，致使不锈钢材质的金属密封板发生不可恢复的蠕变，机组运行中烟气从密封板缝隙处外泄。

（图三 排气密封板）

密封板外侧设置有三层保温棉，厚度为50mm，最外边用压板压住，机组正常运行过程中，烟气从密封板缝隙外漏入保温内部，而保温在密封板位移后会发生松弛，产生较大缝隙。且保温压板处于固定状态，不随排气烟道的膨胀而发生移动，保温随烟道产生位移，在冷态下，保温处于压紧状态，而热态时，保温未被压板压紧，压板松弛后还有出现掉落现象，故不能起到隔热作用。

（2）施工原因：

在密封板安装过程中，由于设计上尺寸的误差，导致两块密封板在安装过程中会出现较大接缝，如图三所示，烟气自然从缺口位置外泄，导致外部超温。

（图四）

3.排气扩散段超温的影响

（1）我厂的燃机排气扩散段长期存在着排气密封板发生泄漏而导致高温烟气外漏（650℃），机组正常运行过程中，化妆板外表面周向整体超温，局部达到250℃以上，存在烟气泄露隐患。

（2）燃机二瓦太空舱有水滴形通道穿过燃机排气扩散器，回油管及热工线缆从这个通道穿过，引到外部。水滴形通道内壁设计有保温，但保温很薄，通道出口处没有保温，此处温度达到500℃以上（金属已呈现红色），此处与回油管、热工线缆很接近，造成局部超温。

（3）燃机自投产以来，排气密封板处一直存在超温现象，1号燃机还发生了因为超温，燃机2号轴承隧道温度测点（TTIB）线缆熔化导致机组跳机的事件。在这区域还有燃机2号轴承振动测点线缆、二氧化碳灭火检测系统线缆，对热工元器件高温热辐射损伤严重，且加速电气元件老化速度，已经影响机组的安全稳定运行。

（4）因为超温，排气段罩壳通风冷却风机（88BD）风道内的温度达到了100℃以上，通风冷却风机马达轴承存在超温运行的风险。

3 新设计方案

经过长时间的分析、研究、调研，最终制定出一套解决方案，在不改变原有结构的基础上，加强密封性，使用耐温阻热等级较高的材料，阻挡烟气外泄，最终降低排气扩散段内设备的外部温度，提高机组运行安全性。

（1）在原密封板外侧增加扰流挡板

此设计也是最关键的一步，就是利用金属材质导热但阻气的特性，在原密封板的外侧加装一层互扣式扰流挡板，气流通过扰流板必须经过360°的折弯，流速大幅度减弱，降低气流对保温层伤害的因素；两板之间空隙抵消掉设备前后、上下、左右的位移应力，避免扰流板因密封板跟随机组位移发生变形而产生的拉应力造成破损。如图四所示：

图四 互扣式扰流板

在两段扰流板中间填充硅酸铝保温，降低烟气的流速至很低，几乎只有部分热量传导出去，而不会有烟气喷射出。

（2）主保温层

取消原有的三层硅酸铝保温棉毡，替换为耐温等级更高（耐温1200℃以上）的优质保温。保温棉使用陶瓷纤维布包裹，外部缠绕304不锈钢细丝网，并使用不锈钢固定扣进行固定。此设计大大增加了新成型棉被式保温的刚度与强度，减少了立面保温接缝的数量，减少了烟气泄漏的通道。此保温形式共设有三层棉被式成型保温，且层与层之间错口布置。

（3）三层保温结构的最外层采用铝制蒙皮与硅胶蒙皮结合的方式布置。外侧边缘采用铝制蒙皮围挡，铝制蒙皮外包裹硅胶布蒙皮，做膨胀弯以增加扩散段膨胀后带来的变形适应性，蒙皮的固定采用5*30mm304不锈钢绑带进行整圈绑扎。整体效果如图五所示：

图五 外部铝制蒙皮与硅胶蒙皮结合的方式布置图

5 方案的实施及效果

经过2018年9月的一拖一机组检修后，5号燃机排气扩散段超温治理改造施工，在一拖一机组开机后验证效果。

5号燃机排气扩散段内空间温度由改造前的50℃左右，降低至30℃左右。A042模块与0706模块连接处的密封板膨胀节外侧表面测温，平均温度在200℃以下，局部最高温度也降低至300℃左右。测量热工槽盒内线缆外表皮温度为70℃左右。测量88BD风机轴承温度降低至80℃左右。

6 结束语

经过排气扩散段超温治理改造后，大大提高了机组运行的安全性，同时也降低了每年检修期需重新修复排气扩散段保温的人工成本与材料成本；同时小幅降低了燃机排气至锅炉烟道入口处的烟气热损失，小幅度增加锅炉入口烟气流量。

作者简介：

张炎（1985），男，北京市石景山区，上海电力大学(学院)，工程师，热能与动力工程