生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐返料閥風(fēng)帽的改進(jìn)

宣曉東

（浙江長廣生物質(zhì)發(fā)電有限公司，浙江 湖州 313113）

生物質(zhì)能具有環(huán)境友好、來源廣泛、儲量豐富、可再生及可儲存等特點(diǎn)。國家制定了《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》和《可再生能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，大力發(fā)展清潔能源，生物質(zhì)直燃發(fā)電技術(shù)獲得了廣泛的推廣和應(yīng)用，循環(huán)流化床鍋爐對生物質(zhì)能具有適應(yīng)性好、高效低污染的清潔燃燒特征，具有其它燃燒技術(shù)無可比擬的獨(dú)特優(yōu)勢而逐漸受到關(guān)注。國內(nèi)利用該技術(shù)處理生物質(zhì)是20世紀(jì)80年代末開始的，在實(shí)際應(yīng)用中因生物質(zhì)燃料的特點(diǎn)，設(shè)備顯露出一些問題，這些問題不僅用戶單位在持續(xù)改進(jìn)，也引起各制造設(shè)計(jì)單位的重視，在技改與新建的設(shè)備中不斷的更新技術(shù)。

1 返料閥結(jié)構(gòu)與工作原理

浙江某生物質(zhì)電廠投運(yùn)的兩臺75t/h生物質(zhì)直燃循環(huán)流化床鍋爐，鍋爐的燃燒部分主要由四部分組成：燃燒室、旋風(fēng)分離器、U型返料閥和尾部對流煙道。本文僅對U型返料閥存在的問題進(jìn)行探討。U閥是連接分離器立管與回料至爐膛的設(shè)備，結(jié)構(gòu)上分松動風(fēng)室和返料風(fēng)室，風(fēng)室之間為返料隔板，回料至爐膛由阻隔墻構(gòu)成，風(fēng)室底部分別布置小風(fēng)帽，小風(fēng)帽底部分別對應(yīng)松動風(fēng)箱室與返料風(fēng)箱室，風(fēng)箱室的風(fēng)壓由羅茨風(fēng)機(jī)提供。返料閥結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1

循環(huán)流化床鍋爐的爐內(nèi)傳熱以顆粒對流換熱為主，不同篩分粒度的顆粒組成內(nèi)循環(huán)與外循環(huán)，內(nèi)循環(huán)顆粒組成爐膛差壓的主要因素，外循環(huán)是爐膛出口的顆粒被旋風(fēng)分離器捕捉又回至爐膛，顆粒中的碳重新參與燃燒，以提高鍋爐燃燒效率。旋風(fēng)分離器因切圓方向進(jìn)入攜帶顆粒的煙氣，在離心力的作用下，細(xì)的顆粒（灰）通過中心筒進(jìn)入尾部煙道，粗顆粒被分離后落入分離器立管，顆粒在立管中形成一定高度的料封，這個(gè)高度與返料隔板與阻隔墻高度形成的阻力及爐膛回料口壓力形成外循環(huán)物料的自平衡運(yùn)行，料封高度的自平衡作用下阻礙了爐膛煙氣返竄至鍋爐尾部。返料閥風(fēng)室的風(fēng)帽起著閥內(nèi)循壞灰底部的流化作用，其風(fēng)量形成一個(gè)濃度流化區(qū)，可以更好的發(fā)揮返料流暢的自平衡作用。

2 返料閥存在的問題

由于生物質(zhì)燃料成分的特點(diǎn)，在燃燒生物質(zhì)燃料過程中堿金屬、硫和氯元素以很容易以氣體的形態(tài)揮發(fā)。公司的返料閥工作溫度800±50℃左右，根據(jù)研究資料K、Na、CL元素析出規(guī)律，溫度在700～1150℃范圍內(nèi)時(shí)，KCl（g）和NaCl（g）的生成量均表現(xiàn)先增大后減小，溫度高于700℃時(shí)，堿金屬很容易以氯化物的形式析出進(jìn)入氣相，在850℃左右達(dá)到最大值。

由于生物質(zhì)中氯元素含量較高，氯具有穿透金屬氧化層的能力，容易與金屬合金交界處反應(yīng)，形成金屬氯化物，這種腐蝕也稱為活性氧化腐蝕。燃燒產(chǎn)生的氣態(tài)堿金屬與爐內(nèi)金屬層會導(dǎo)致堿金屬氯化物的硫酸鹽化，若此時(shí)SO2參與發(fā)生硫酸鹽化生成K2SO4并釋放CL2，釋放出的CL2便會擴(kuò)散基體表面參與氣相腐蝕，使金屬表面進(jìn)一步腐蝕惡化。生物質(zhì)在燃燒過程中與金屬的腐蝕非常復(fù)雜，很多理論仍需進(jìn)一步探索和發(fā)展，目前學(xué)者普遍認(rèn)為溫度和燃料中堿金屬的含量是最重要的因素，并且金屬工作溫度對腐蝕的影響也很大。

公司循環(huán)流化床鍋爐的返料閥風(fēng)帽材質(zhì)為ZG8Gr26Ni4MnNRe，具有良好的熱疲勞性能和抗高溫氧化性和耐磨性能，返料閥工作環(huán)境為高溫外循環(huán)灰連續(xù)大量循環(huán)，不可避免的存在磨損與腐蝕共存的情況，由于磨損剝離保護(hù)層的作用，腐蝕現(xiàn)象變得更為突出。風(fēng)帽磨損后，松動風(fēng)室無法保障物料的流態(tài)化能力。返料風(fēng)室無法保證克服物料進(jìn)入爐膛阻隔板高度的壓力損失，影響物料順利進(jìn)入爐膛。從每次的停爐跟蹤檢查情況看，風(fēng)帽的磨損主要表現(xiàn)在頂端封頭開始，外徑磨損縮小，金屬被腐蝕氧化嚴(yán)重，有明顯的層狀剝離，嚴(yán)重時(shí)頂部被腐蝕穿孔。從穿孔的痕跡看，并未發(fā)現(xiàn)明顯的機(jī)械磨損，風(fēng)帽的損壞也未表現(xiàn)集中某一區(qū)域。代表風(fēng)帽的腐蝕具有普遍性，這主要是接觸循環(huán)灰濃度最高區(qū)域，也是風(fēng)帽工作溫度最高區(qū)域，這也和風(fēng)帽進(jìn)風(fēng)冷卻方式有關(guān)，也較符合金屬工作溫度對腐蝕的影響是正比關(guān)系，一般使用2年左右小風(fēng)帽腐蝕到必須更換的程度。

3 返料閥小風(fēng)帽的更換與改進(jìn)

由于原小風(fēng)帽環(huán)焊在金屬底板上，返料閥風(fēng)帽磨損后的更換，首先割除返料閥箱體金屬密封罩，然后全部拆除返料風(fēng)室澆筑頂板、風(fēng)帽底板等處的澆注料騰出作業(yè)空間，然后進(jìn)行更換風(fēng)帽，更換后又是一個(gè)重新澆筑復(fù)原過程。為保證施工質(zhì)量，必須有一個(gè)烘爐的過程，整個(gè)項(xiàng)目的返料風(fēng)帽材料費(fèi)不高，但存在拆卸與復(fù)原返料閥工期長和更換成本高的問題。

改進(jìn)措施：利用返料閥更換風(fēng)帽大修的機(jī)會，將風(fēng)帽進(jìn)行改型，風(fēng)帽底板進(jìn)行擴(kuò)孔，風(fēng)帽的安裝方式原上部插入環(huán)焊改為底部上穿點(diǎn)焊。經(jīng)過兩年周期的使用后，割除松動風(fēng)箱室與返料風(fēng)箱室的鋼側(cè)板，上部采用敲擊方式即可成功的取出損壞風(fēng)帽換新。改進(jìn)前后對比如圖2所示。

圖2

4 結(jié)語

返料器小風(fēng)帽形式的改進(jìn)，通過實(shí)際驗(yàn)證證明是成功的，無需再對返料閥密封箱體、返料閥本體的澆筑部分進(jìn)行拆卸，極大的簡化原施工方式。一臺爐兩只返料閥，若原采用拆卸與澆筑復(fù)原的方式，除風(fēng)帽的材料費(fèi)外需十萬元以上，工期不低于10天考慮，在施工作業(yè)中容易帶來交差作業(yè)，也容易引發(fā)安全管控風(fēng)險(xiǎn)的問題。按照目前的方式更換除風(fēng)帽的材料費(fèi)外，費(fèi)用可控制在兩千元左右，工期1天即可解決。該方式為單位取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。