一种燃机排气扩散段结构及修复方法与流程

1.本发明涉及锅炉结构技术领域，尤其涉及一种燃机排气扩散段结构及修复方法。


背景技术：

2.近年来，燃机电厂频繁调峰运行，排气扩散段冷热交替变化，产生的交变应力，导致排气扩散段的内护板脱落、内外护板间保温吹损，造成排气扩散段超温，严重时漏烟气等情况，运行时测量外护板最高温度达到430℃，严重威胁机组安全经济性运行。特别在燃机燃烧状况不稳定时，导致排气扩散段进气流量的变化，造成内外护板间保温棉及护板支撑架损坏更严重。在机组调峰备用期间，对排气扩散段检查，经常发现其内护板脱落，内外护板间保温棉的吹损，内护板支架吹落的现象。
3.排气扩散段是燃机排气至余热锅炉的过渡段，形状为锥筒形，在入口处有金属波纹膨胀节，出口处有非金属膨胀节。其作用是把燃机排放的温度较高的螺旋状烟气进行扩容降压并导流为具有一定规律的紊流气体进入余热锅炉入口烟道，避免热应力集中产生热变形，提高余热锅炉运行的安全性。燃机电厂作为频繁调峰机组，排气扩散段经常出现内护板脱落的现象，导致内外护板间保温棉吹损，造成余热锅炉管屏鳍片管间堵塞和排气扩散段局部超温，严重影响机组的效率和安全稳定运行。
4.与现有技术相对比：专利公布号【cn 113356990 a】，该技术中存在的缺陷为：1、在装置的实际运行中，排气扩散段的高温气流仍会通过钢板底座两端的螺栓进入保温层内，造成内外护板间保温棉的吹损，内护板支架吹落；2、没有解决气流卷吸现象，使得气流冲击力大；3、保温材料的敷设采用高温粘接剂+错缝、压缝施工方法，而由于该扩散段体积较大，并不能在实际施工时应用该方法；4、由于装置整体结构较大，为减小对装置进行修复时的工作量，排气扩散段往往设置为多块内外护板组合式安装，现有技术未提出关于这一核心部分的安装办法。


技术实现要素：

5.本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
6.鉴于上述现有燃机排气扩散段结构及修复方法在实际施工中仍存在的问题，提出了本发明。
7.因此，本发明目的是提供一种燃机排气扩散段结构及修复方法，其目的在于：解决返回气流卷吸现象，避免返回气流直接冲击板间缝隙的问题，用于提升装置稳定性。
8.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：包括导流模块、连接模块、扰流模块和保温模块，其中，导流模块包括配合设置的外护板和内护板；连接模块包括设置于所述外护板和内护板之间的内护板支架，所述内护板支架区分为与所述外护板相连接的支撑段、与所述外护板和内护板之间的延伸段、与所述内护板相连接的固定段；扰流模块设置于
所述内护板背离所述内护板支架一侧，包括扰流罩和扰流块；以及，保温模块，设置于所述外护板和内护板之间，包括保温棉和陶瓷纤维布。
9.作为本发明所述燃机排气扩散段结构的一种优选方案，其中：所述内护板支架为“n”型结构，所述支撑段根部发生90
°
折弯。
10.作为本发明所述燃机排气扩散段结构的一种优选方案，其中：所述内护板区分为7段，所述内护板第1段包括8块第一板块，所述第一板块宽度为800mm、长度为1200mm、弧度为45
°
；所述内护板第2段包括8块第二板块，所述第二板块宽度为600mm、长度为1200mm、弧度为45
°
；所述内护板第3段至第7段均包括16块第三板块，所述第三板块宽度为1000mm、长度为2560mm、弧度为22.5
°
，各段内护板间存在一块宽度为400mm、长度为2560mm的第四板块。
11.作为本发明所述燃机排气扩散段结构的一种优选方案，其中：所述保温棉为4层，每两层保温棉之间设置有陶瓷纤维布，所述保温棉靠近所述内护板一层设置有钢丝网。
12.作为本发明所述燃机排气扩散段结构的一种优选方案，其中：所述固定段连接有螺栓，所述螺栓远离所述延伸段一端设置有螺帽，所述螺栓和螺帽之间设置有垫片。
13.作为本发明所述燃机排气扩散段结构的一种优选方案，其中：所述内护板背离所述内护板支架一侧对称设置有与所述螺栓相配合的导流板。
14.本发明要解决的另一个技术问题是提供一种燃机排气扩散段修复方法，其目的在于：在燃机排气扩散段外护板超温时，对燃机排气扩散段进行修复。
15.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种燃机排气扩散段修复方法，还包括如下步骤：s1：确定排气扩散段内部损坏情况，准备检修的备品备件和工器具；s2：清理所述外护板的内表面，采用激光测量仪对所述内护板支架定位；s3：将所述内护板支架焊接在所述外护板内表面；s4：铺设保温模块；s5：制作内护板等大小模型；s6：安装加工后的内护板；s7：对排气扩散段内部进行初步清理；s8：安装扰流模块；s9：再次检查其内部各部件情况，验收合格后完成修复。
16.作为本发明所述燃机排气扩散段结构的一种优选方案，其中：备品备件主要包括321不锈钢钢板、321不锈钢螺栓、保温棉、陶瓷纤维布、321钢丝网、321钢丝和焊条。
17.作为本发明所述燃机排气扩散段结构的一种优选方案，其中：所述相邻内护板支架间隔为300mm。
18.作为本发明所述燃机排气扩散段结构的一种优选方案，其中：所述保温模块中各保温棉错列布置的距离为280mm~300mm。
19.本发明的有益效果：可有效减少燃机排气的高速气流对内护板螺栓的冲击力，避免燃机电厂频繁调峰运行导致的螺栓断裂；避免排气扩散段顶部烟气的卷吸现象，使烟气经过前后内护板间缝隙进入保温棉；避免垫片、导流板和内护板的松动，造成烟气经内护板上的孔大量进入保温棉，以及导致内护板受烟气的冲刷而对螺栓撞击；内护板支架固定支架强度增加，可有效增加对内护板的固定，避免内护板及其支架的吹损，进而保证机组的安
全稳定运行，适应电网调度调峰的要求。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：图1为本发明燃机排气扩散段结构的工作流程示意图。
21.图2为本发明燃机排气扩散段结构的外护板结构示意图。
22.图3为本发明燃机排气扩散段结构的内护板支架结构示意图。
23.图4为本发明燃机排气扩散段结构的剖面示意图。
24.图5为本发明燃机排气扩散段结构的内部结构示意图。
25.图6为本发明保温层结构示意图。
26.图7为本发明燃机排气扩散段结构的导流模块结构示意图。
27.图8为本发明燃机排气扩散段结构的整体结构示意图。
具体实施方式
28.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
29.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
30.其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
31.再其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
32.实施例1参照图1~8，为本发明第一个实施例，提供了一种燃机排气扩散段结构，此结构包括导流模块100、连接模块200、扰流模块300、保温模块400。
33.其中，导流模块100包括配合设置的外护板101和内护板102；连接模块200包括设置于外护板101和内护板102之间的内护板支架201，内护板支架201区分为与外护板101相连接的支撑段201a、与外护板101和内护板102之间的延伸段201b、与内护板102相连接的固定段201c。
34.扰流模块300设置于内护板102背离内护板支架201一侧，包括扰流罩301和扰流块302；以及，保温模块400，设置于外护板101和内护板102之间，包括保温棉401和陶瓷纤维布402。
35.本实施例中，内护板支架201为“n”型结构，支撑段201a根部发生90
°
折弯，内护板
102区分为7段，内护板102第1段包括8块第一板块102a，第一板块102a宽度为800mm、长度为1200mm、弧度为45
°
；内护板102第2段包括8块第二板块102b，第二板块102b宽度为600mm、长度为1200mm、弧度为45
°
；内护板102第3段至第7段均包括16块第三板块102c，第三板块102c宽度为1000mm、长度为2560mm、弧度为22.5
°
，各段内护板102间存在一块宽度为400mm、长度为2560mm的第四板块102d。
36.本实施例中，保温棉401为4层，每两层保温棉401之间设置有陶瓷纤维布402，保温棉401靠近内护板102一层设置有钢丝网403，固定段201c连接有螺栓202，螺栓202远离延伸段201b一端设置有螺帽203，螺栓202和螺帽203之间设置有垫片204，内护板102背离内护板支架201一侧对称设置有与螺栓202相配合的导流板103。
37.使用过程中，排气扩散段内护板支架201，在其根部两侧存在90
°
折弯，以增加其与外护板101内表面接触面积，进而增加支撑内护板102的强度。内护板支架201根部为两端两个方向均折弯。第1段与第2段内护板支架201为垂直气流方向布置，第3段至第7段内护板支架201为平行气流方向布置，并且最终各段内护板支架201高度相同，以便内护板102平整安装。
38.其中，这样安装内护板支架201的理由是：第一段内护板102与燃机膨胀节相连接，此段燃机气流较大，需要内护板支架201提供更高的支撑稳定性，以起到更好的防护作用，第3段至第7段内护板支架201为平行气流方向布置，此段气流较第1段和第2段排气扩散段有所减小，为减少安装所需材料和人力，采用此方式布置。
39.本实施例中，外护板101与内护板102之间共包含四层保温棉401，并且每两层保温棉之间均包含陶瓷纤维布402；保温棉401为块状结构，保温棉401均由陶瓷纤维布402包裹，以减少气流对保温棉401冲击，相邻两层的保温棉401为错列布置，以避免烟气流入直接接触外护板101。在第四层保温棉401上面依次铺设陶瓷纤维布402、钢丝网403。
40.排气扩散段内部共包含7段内护板102，第1段与第2段内护板102上不包含导流板103和扰流块302，第3段至第7段内护板上不包含扰流罩301。考虑到内护板102存在一定的弧度与锥度，排气扩散段入口温度和流速均较高，沿着排气扩散段圆周方向，第1段包括8块第一板块，第一板块宽度为800mm、长度为1200mm、弧度为45
°
；内护板第2段包括8块第二板块，第二板块宽度为600mm、长度为1200mm、弧度为45
°
；内护板第3段至第7段均包括16块第三板块，第三板块宽度为1000mm、长度为2560mm、弧度为22.5
°
，各段内护板间存在一块宽度为400mm、长度为2560mm的第四板块。
41.此布置方式的原理为：1、以靠近燃机扩散段为第1段，此处受到气流的力更大，为减小强烈气流影响，采用弧度较大的内护板安装方式，以减小气流冲击；2、采用板块拼接模式，在装置某部分出现问题时可以直接对出现问题的板块进行替换，在此条件下，第1、2段受到的气流扰动大，因此采用较窄的内护板板块进行组合，以方便对这部分板块进行更换；3、针对气流扰动大的第1、2段结构，对高强度的气流采用防护的理念，在固定段201c处安装扰流罩301，此扰流罩301以防护为主，并对气流起到初步扰流作用；4、针对气流扰动较高的第3~7段结构，对较高强度的气流采用引流的理念，设计导流板103和扰流块302，以避免气流的卷吸现象，避免排气扩散段顶部烟气的卷吸现象，造成烟气经内护板上的孔大量进入保温棉。
42.安装方法：排气扩散段内护板支架201上螺栓202螺杆依据穿过陶瓷纤维布402、钢
丝网403、内护板102、导流板103、垫片204、螺帽203；钢丝网403固定在螺栓202螺杆上；垫片204为锁紧垫圈，避免螺帽203松动造成内护板102松动；螺帽203与螺栓202螺杆最后点焊在一起，进一步避免松动。
43.实施例2参照图1，为本发明的第二个实施例，该实施例不同于第一个实施例的是：提供一种燃机排气扩散段修复方法，其特征在于：采用上述实施例1中的燃机排气扩散段结构，包括：s1：确定排气扩散段内部损坏情况，准备检修的备品备件和工器具；s2：清理所述外护板的内表面，采用激光测量仪对所述内护板支架定位；s3：将所述内护板支架焊接在所述外护板内表面；s4：铺设保温模块；s5：制作内护板等大小模型；s6：安装加工后的内护板；s7：对排气扩散段内部进行初步清理；s8：安装扰流模块；s9：再次检查其内部各部件情况，验收合格后完成修复。
44.本实施例中，备品备件主要包括321不锈钢钢板、321不锈钢螺栓、保温棉、陶瓷纤维布、321钢丝网、321钢丝和焊条，相邻内护板支架201间隔为300mm，保温模块400中各保温棉401错列布置的距离为280mm~300mm。
45.以下是本方法的细化说明：（1）依据排气扩散段内部损坏情况，准备检修的备品备件和工器具，确认机械加工厂，组织施工的人员，提前做好施工的谋划和安排。备品备件主要包括321不锈钢钢板、321不锈钢螺栓、保温棉、陶瓷纤维布、321钢丝网、321钢丝和焊条等。备注：321为材质符号；（2）清理排气扩散段外护板101内表面，确认清洁后利用激光测量仪对内护板支架201定位，在外护板101圆周方向上按照相同的间隔300mm标记出内护板支架的焊接位置，依据同样的方法，考虑到沿着气流方向，间隔300mm分别标记出每个内护板支架201的焊接位置；（3）依据标记，将内护板支架201焊接在外护板101内表面，其根部应垂直于外护板101满焊，在焊接时同步用激光测量仪定位，保证每个内护板支架201高度均为200mm，应特别注意第1段与第2段内护板支架201必须与其它段的高度相同。焊接内护板支架201前，应先将支架螺栓202焊接固定，使螺栓202伸出支架高度不少于40mm。
46.（4）内护板支架201焊接完成后，将用陶瓷纤维布包裹缝制的保温棉401安装在两行内护板支架之间，第二层保温块与第一层保温块错列布置，第三层保温块与第二层保温块错列布置，第四层保温块与第三层保温块错列布置，错列布置的距离为280mm左右。同时，在相互接触的两层保温块间铺设陶瓷纤维布402，陶瓷纤维布穿过内护板支架201，以保证保温棉与内护板支架间无缝隙。在第四层保温棉4上同样铺设一层陶瓷纤维布402，同时在陶瓷纤维布402上铺设不锈钢丝网403，钢丝网403用不锈钢丝固定牢固。
47.（5）制作内护板102模型。依据排气扩散段内护板的布置和尺寸状况，利用硬质纸板制作各段各块的内护板模型，并做好安装各段各块的标记；先用模型内护板安装，在模型内护板上标记好螺栓孔，以便应用模型机加工内护板102，内护板102上圆形螺栓孔直径为
40mm。
48.（6）安装机加工的内护板102，安装排气扩散段内护板时，必须保证每个孔与螺栓无应力配合，同时螺栓位于内护板小孔的中间；沿着气流的方向，后面内护板的后边缘安装在前面内护板前边缘的下方，并且保证无间隙。内护板安装后，依次安装导流板103（若有）、垫片204和螺栓螺母，螺栓螺母先用手临时拧紧，最终用力矩扳手将每个螺母的力矩控制在50nm。
49.（7）清理排气扩散段内部的卫生，在每个螺栓螺帽处进行点焊处理，将螺帽与螺杆焊接牢固，避免螺帽203和垫片204松动。点焊后，再用角磨机将每个内护板支架螺栓202的螺杆伸出长度切削至15mm左右，以减少气流对螺栓的冲击力，避免螺栓的断裂。
50.（8）在排气扩散段第1段与第2段内护板支架螺栓202的迎风面焊接扰流罩301，以避免高速气流对螺栓的冲击力和烟气卷吸大量进入保温棉401间。同时沿着气流方向，在第3段至第7段内护板导流板103间的前边缘处焊接扰流块302，避免烟气卷吸经过内护板段间搭接处缝隙大量进入保温棉401内，进而造成外护板101的超温。应满焊扰流罩301和扰流块302。
51.（9）清理排气扩散段内部卫生，再次检查其内部各部件情况，验收合格后完成修复。
52.结合附图1~8所示，第一段内护板102与燃机膨胀节相连接，此段燃机气流较大，需要内护板支架201提供更高的支撑稳定性，以起到更好的防护作用，第3段至第7段内护板支架201为平行气流方向布置，此段气流较第1段和第2段排气扩散段有所减小，为减少安装所需材料和人力，采用此方式布置。
53.以靠近燃机扩散段为第1段，此处受到气流的力更大，为减小强烈气流影响，采用弧度较大的内护板安装方式，以减小气流冲击；采用板块拼接模式，在装置某部分出现问题时可以直接对出现问题的板块进行替换，在此条件下，第1、2段受到的气流扰动大，因此采用较窄的内护板板块进行组合，以方便对这部分板块进行更换；针对气流扰动大的第1、2段结构，对高强度的气流采用防护的理念，在固定段201c处安装扰流罩301，此扰流罩301以防护为主，并对气流起到初步扰流作用；针对气流扰动较高的第3~7段结构，对较高强度的气流采用引流的理念，设计导流板103和扰流块302，以避免气流的卷吸现象，避免排气扩散段顶部烟气的卷吸现象，造成烟气经内护板上的孔大量进入保温棉。
54.应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：
1.一种燃机排气扩散段结构，其特征在于：包括，导流模块（100），其包括配合设置的外护板（101）和内护板（102）；连接模块（200），包括设置于所述外护板（101）和内护板（102）之间的内护板支架（201），所述内护板支架（201）区分为与所述外护板（101）相连接的支撑段（201a）、延伸于所述外护板（101）和内护板（102）之间的延伸段（201b）、与所述内护板（102）相连接的固定段（201c）；扰流模块（300），设置于所述内护板（102）背离所述内护板支架（201）一侧，包括扰流罩（301）和扰流块（302）；以及，保温模块（400），设置于所述外护板（101）和内护板（102）之间，包括保温棉（401）和陶瓷纤维布（402）。2.根据权利要求1所述的燃机排气扩散段结构，其特征在于：所述内护板支架（201）为“n”型结构，所述支撑段（201a）根部发生90
°
折弯。3.根据权利要求1或2所述的燃机排气扩散段结构，其特征在于：所述内护板（102）区分为7段，所述内护板（102）第1段包括8块第一板块（102a），所述第一板块（102a）宽度为800mm、长度为1200mm、弧度为45
°
；所述内护板（102）第2段包括8块第二板块（102b），所述第二板块（102b）宽度为600mm、长度为1200mm、弧度为45
°
；所述内护板（102）第3段至第7段均包括16块第三板块（102c），所述第三板块（102c）宽度为1000mm、长度为2560mm、弧度为22.5
°
，各段内护板（102）间存在一块宽度为400mm、长度为2560mm的第四板块（102d）。4.根据权利要求3所述的燃机排气扩散段结构，其特征在于：所述保温棉（401）为4层，每两层保温棉（401）之间设置有陶瓷纤维布（402），所述保温棉（401）靠近所述内护板（102）一层设置有钢丝网（403）。5.根据权利要求2或4所述的燃机排气扩散段结构，其特征在于：所述固定段（201c）连接有螺栓（202），所述螺栓（202）远离所述延伸段（201b）一端设置有螺帽（203），所述螺栓（202）和螺帽（203）之间设置有垫片（204）。6.根据权利要求5所述的燃机排气扩散段结构，其特征在于：所述内护板（102）背离所述内护板支架（201）一侧对称设置有与所述螺栓（202）相配合的导流板（103）。7.一种燃机排气扩散段修复方法，其特征在于：采用如权利要求1-6任一所述的燃机排气扩散段结构，其具有如下修复步骤：确定排气扩散段内部损坏情况，准备检修的备品备件和工器具；清理所述外护板（101）的内表面，采用激光测量仪对所述内护板支架（201）定位；将所述内护板支架（201）焊接在所述外护板（101）内表面；铺设保温模块（400）；制作内护板（102）等大小模型；安装加工后的内护板（102）；对排气扩散段内部进行初步清理；安装扰流模块（300）；再次检查其内部各部件情况，验收合格后完成修复。
8.根据权利要求7所述的燃机排气扩散段修复方法，其特征在于：备品备件主要包括321不锈钢钢板、321不锈钢螺栓、保温棉、陶瓷纤维布、321钢丝网、321钢丝和焊条。9.根据权利要求8所述的燃机排气扩散段结构，其特征在于：所述相邻内护板支架（201）间隔为300mm。10.根据权利要求9所述的燃机排气扩散段结构，其特征在于：所述保温模块（400）中各保温棉（401）错列布置的距离为280mm~300mm。

技术总结
本发明公开了一种燃机排气扩散段结构，包括导流模块、连接模块、扰流模块和保温模块，其中，导流模块包括配合设置的外护板和内护板；连接模块包括设置于所述外护板和内护板之间的内护板支架，所述内护板支架区分为与所述外护板相连接的支撑段、与所述外护板和内护板之间的延伸段、与所述内护板相连接的固定段；扰流模块设置于所述内护板背离所述内护板支架一侧，包括扰流罩和扰流块；以及，保温模块，设置于所述外护板和内护板之间，包括保温棉和陶瓷纤维布。该燃机排气扩散段结构可有效减少燃机排气的高速气流对内护板螺栓的冲击力，避免燃机电厂频繁调峰运行导致的螺栓断裂。燃机电厂频繁调峰运行导致的螺栓断裂。燃机电厂频繁调峰运行导致的螺栓断裂。


技术研发人员：刘杨 吕文杰 刘棋 刘郁森
受保护的技术使用者：华能河南中原燃气发电有限公司
技术研发日：2023.02.12
技术公布日：2023/5/31