金属内衬型绝热渣管和渣阀在CFB排渣系统中的应用

引言

在循环流化床锅炉使用过程中,炉膛排渣温度可达900C左右。目前锅炉排渣口至冷渣器进渣口采用310S耐热钢光管外设管式水冷套落渣管。整根落渣管主要分为光管式内管、光管式水冷套、膨胀节、简易插板阀及捅渣装置等附件。由于光管式水冷套没有全部覆盖光管式内管,因此一部分内管裸露在环境中,在渣管运行过程中,裸露在环境中的光管呈高温亮红色,发红发热。落渣管路周边环境温度高,人员烫伤频繁,操作不方便。渣管经常出现磨穿泄漏和焊缝失效开裂,需要频繁检修,维护强度大。简易插板阀体在运行过程中呈暗红色且经常卡死,无法开关。由于渣管和渣阀的安全性、可靠性已经严重影响到锅炉的正常运行,所以对其进行优化改进势在必行。

1存在的问题及分析

1.1渣管

目前渣管主要分为两个部分,分别是310S材质的光管式内管和光管式水冷套。光管式内管分为上下两个部分,上部上端与炉膛排渣口相连,下端与插板阀连接,下部上端与膨胀节下端连接,下端与冷渣器进口连接,水冷套不与内管接触且水冷套对内管没有全部覆盖。该结构存在以下问题。

1.1.1光管式内管

首先,由于水冷套没有覆盖整根内管,有部分内管直接裸露在环境中,而管内物料温度则高达700~900℃,所以内管裸露部分出现了红热情况,如图1所示。

图1  内衬310S不锈钢内管裸露部分红热情况

其次,水冷套没有与内管直接接触冷却,对内管的冷却能力差,内管的工作温度达到600℃以上,内管所使用的310S材质在此温度下耐磨性较差,因而导致内管容易磨穿泄漏。

最后,由于内管工作温度高,其连接焊缝的可靠性差,同时膨胀节被压缩后的反作用力需红热渣管来承担,因此焊缝容易开裂,造成检修维护工作量大。

1.1.2光管式水冷套

首先,由于光管式水冷套与内管没有直接接触,所以水冷套对内管的冷却只能依赖间隙内的空气对流以及内管表面辐射,冷却效果差。

其次,光管之间的距离较大,因此,水冷套角系数小,即内管辐射热被水冷套吸收的份额小,有很大部分的热被释放到渣管周边环境中,导致渣管周边环境温度达到40℃以上,热污染严重,不仅浪费能源,使操作环境恶劣,而且环境温度高导致周边电子设备故障频繁。

最后,光管式水冷套对内管覆盖不全,导致一部分内管裸露在外,进一步加剧了热污染,降低了设备操作的安全性。

1.2简易插板阀

目前所用的插板阀两端均采用焊接连接,整体为不锈钢材质,无绝热结构,因而在高温渣流通过时,受渣流传热影响,阀体呈暗红色,如图2所示。

图2 阀体暗红示意图

长时间被高温热渣灼烧,阀体和阀板产生变形,最终导致阀板无法动作,连接焊缝会失效开裂泄漏。同时,阀板与阀体连接位置密封效果差,漏灰漏烟严重。

2解决办法及说明

2.l设备结构和特点

采用独有的全管路"无红落渣管"技术,整根落渣管包括炉膛排渣口异型连接段、膨胀节下端连接锥段和冷渣器入口异型连接段,均采用金属内衬型绝热结构。

(1)金属内衬型绝热渣管如图3所示。

图3 金属内衬型绝热渣管

金属内衬型绝热渣管为拥有专利技术的模块化结构,每个模块均为双层结构。模块之间的内部连接为承插连接,外部连接为焊接连接。模块内部渣流通道为耐热耐磨的稀土合金元件,外部为优质碳钢元件,内部元件采用导向悬挂式结构固定在外管上,内外层之间填塞优质绝热材料。

金属内衬型绝热渣管结构能够有效减少内部热量向外传递,降低能耗,确保外管工作温度预期低于150℃,避免外管发红发热。渣管外管工作温度低于150℃,强度高,渣管所需要承担的外力均由外管来承受,有效地解决了红热渣管焊缝容易开裂等耐受力差的问题,提高了渣管可靠性。渣管内筒采用高耐热耐磨的稀土铸钢,其耐温超过1100℃,且在高温下不会产生热变形,从而大大延长了使用寿命。内管所有的承插口均预留足够的膨胀间隙,再加上独有的导向悬吊结构,内管可以有效地吸收高温下内管与外管间的膨胀差,确保内管除了承受本身自重之外,不承受任何外力作用,提高了渣管的可靠性,延长了使用寿命。

所有管道部分(包括弯头和波纹补偿器下面的连接锥段)的设计制造均采用标准化模块,质量稳定,能够满足快速安装和检修的需要。渣管模块在工厂内完成组装,到现场后可按需要迅速拼焊成型。设备安装周期短,检修维护量小,劳动强度低。

(2)金属内衬型绝热灰渣阀如图4所示。

图4 金属内衬型绝热灰渣阀

灰渣阀体拥有专利技术,采用两层结构,内衬为金属内阀体,采用耐磨耐高温的稀土合金,外阀体为优质碳钢,内阀体采用弹性结构支撑在外阀体上,内外层之间填塞优质轻质绝热材料。阀板采用与内阀体同样的耐磨耐高温的稀土合金。

金属内衬型灰渣阀内外阀体功能分工明确:内部仅作为一个渣流通道,具有耐磨和耐高温的特点,但是不会受到来自外界设备(例如高温金属膨胀节)的作用力,保证了其在高温环境下工作的可靠性。内外阀体之间填塞了优质绝热材料,有效减少了内部热量向外传递,外阀体工作温度维持在150℃以下,工作温度低的外阀体强度高,足够承受外界的作用力(如膨胀节压缩反作用力),从而有效解决了阀体红热和变形的问题,避免了因阀体变形所产生的渣管堵塞。

金属内衬型灰渣阀内阀体(分为上下内阀体两个部分)、阀板由高耐热耐磨的稀土铸钢整体浇铸而成,在高温下不会发生变形。同时,阀体内部为"挤排式"结构,正常排渣时在内阀体内部会形成一段无渣空间,在闭合动作时,阀板可以很轻松地将阀板前端及两侧的固体灰渣推至无渣空间,而不会因固体颗粒的阻碍使阀板无法动作。阀门结构和阀板材质均能保证阀板开启和关闭灵活,有效解决了因阀板变形和物料堵塞所产生的阀门卡涩问题。

金属内衬型绝热灰渣阀的阀板密封采用独特的多次密封结构:一次密封采用梯形槽自紧式石墨盘根密封结构,二次密封采用阀板整体全密封结构,有效避免了因为阀板动作所产生的漏灰漏烟现象,针对性地解决了原简易插板阀漏灰漏烟导致工作环境极差的问题。

2.2预期效果

采取上述措施能有效地解决原落渣管路局部红热,现场环境温度高,焊缝易开裂,渣管易磨穿漏渣,阀门易卡涩堵渣等问题。投入新设备后,设计预期效果如表1所示。

3新设备实际应用效果

3.1使用效果

从本电厂新投入的金属内衬型渣管和灰渣阀使用情况来看,渣管红热现象得到大幅改善:渣管路周边环境温度正常,不影响正常运行操作:渣管没出现外表连接焊缝开裂和磨穿漏渣漏烟情况:灰渣阀动作非常灵活,无卡涩堵渣等异常发生。整个设备使用结果统计如表2所示。

从表2所示的实际应用效果统计来看,金属内衬型绝热渣管和渣阀投用以来,需要改善的项目均达到甚至超出预期效果。

3.2存在的不足

(1)渣管是否运行的就地确认不方便。

渣管均采用了全管路绝热结构,管路外表面温度≤150℃,就地操作人员无法通过渣管是否红热来判断是否已经处于运行状态,建议开发适用于新型渣管的观察装置,方便就地观察。

(2)渣管配备的手动捅渣门密封效果差。

手动捅渣门采用的是推拉式孔板门。为方便就地捅渣时操作,孔板与捅渣门阀体之间留有间隙,导致在人工捅渣时出现烟灰泄漏。建议对捅渣门结构进行改进,确保捅渣时的密封效果。

4结语

从麟游电厂金属内衬型绝热渣管和金属内衬型绝热灰渣阀的使用结果来看,在CFB锅炉落渣管路上使用金属内衬型绝热渣管和渣阀,达到了提高落渣管安全性和可靠性,减少系统能耗,降低检修维护强度的目的,为CFB锅炉落渣管进行安全、环保和节能改造提供了一种可行的选择,推荐采用。