循環(huán)流化床鍋爐中回料管的材質(zhì)與結(jié)構(gòu)探討

張振斌

(唐山三友化工股份有限公司,河北唐山 063305)

1 循環(huán)流化床鍋爐的飛灰返料裝置

熱電廠循環(huán)流化床鍋爐多采用兩個(gè)中溫旋風(fēng)分離器將煙氣與飛灰進(jìn)行分離,每個(gè)中溫旋風(fēng)分離器通過一根連接管與一個(gè)返料裝置相連,在返料裝置出口處通過兩個(gè)回料管連接至鍋爐燃燒室,單臺(tái)鍋爐共有4根回料管,沿鍋爐燃燒室后墻均勻分布。鍋爐的再循環(huán)灰量通過一股高壓頭、小流量的風(fēng)來輸送、調(diào)節(jié)。而有些循環(huán)流化床鍋爐采用后墻給煤,燃料、灰回料管(以下簡稱“返料料腿”)作為鍋爐返料裝置的一部分,主要承擔(dān)著循環(huán)流化床鍋爐的燃料(煤)和循環(huán)灰料的給送任務(wù),一旦料腿磨損、泄漏,不僅破壞鍋爐物料給送的平衡,還影響鍋爐內(nèi)部的爐壓平衡,嚴(yán)重時(shí)造成鍋爐停爐[1]。

某熱電公司的循環(huán)流化床鍋爐采用的是中溫旋風(fēng)分離器,共有2臺(tái),布置在前部爐膛豎井及尾部對(duì)流煙道豎井之間,分離器用12 mm厚的20#鋼板制成,內(nèi)設(shè)有防磨內(nèi)襯,分離器效率為97%～99%,額定負(fù)荷時(shí)工作溫度為400～500 ℃。從循環(huán)流化床鍋爐出來的煙氣中攜帶著大量未燃盡煤顆粒和煤灰,如果隨著煙氣進(jìn)入后續(xù)流程,不僅煤灰會(huì)造成尾部煙道其它設(shè)備(如低溫省煤器管排、空氣預(yù)熱器管束、風(fēng)機(jī)葉輪等)的磨損,而且未燃盡的煤顆粒還會(huì)造成燃煤的浪費(fèi)和鍋爐燃燒效率的降低。因此,需要利用旋風(fēng)分離器將這些未燃盡的煤顆粒和煤灰盡可能地從煙氣中剝離出來,并返回至返料裝置。返料裝置作為循環(huán)流化床鍋爐重要的附屬設(shè)備,主要作用是將旋風(fēng)分離器出來的飛灰通過回料管再次送入爐膛,減少鍋爐的飛灰量[3],為鍋爐物料循環(huán)提供動(dòng)力[2]使鍋爐的燃燒效率得到提高,同時(shí),利用返料調(diào)節(jié)鍋爐的床溫床壓,降低NOX的生成量,減少氨的消耗量,維持鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1.落煤口 2.中溫旋風(fēng)分離器 3.鍋爐返料室 4.針織物補(bǔ)償器 5.鍋爐返料管 6.鍋爐燃燒室

2 回料管應(yīng)用材質(zhì)與結(jié)構(gòu)

某熱電公司的循環(huán)流化床鍋爐每一個(gè)旋風(fēng)分離器下通過一根φ500×12的連接管與同一個(gè)返料裝置相連,返料裝置由合金鋼板制成。在標(biāo)高約17 m接口法蘭的上方接有給煤機(jī)出口,法蘭下方為燃料、石灰石與再循環(huán)灰的混合室。在標(biāo)高約14 m的斜接管處,通過一股高壓頭小流量的風(fēng)輸送并調(diào)節(jié)再循環(huán)灰量。在返料裝置的布風(fēng)板床上設(shè)溢流灰排放口,以供檢修時(shí)排灰,同時(shí)在床下設(shè)漏灰排灰口。

2.1 ZG30Cr26Ni5Re材質(zhì)回料管

在返料裝置的出口處,通過兩根長度3 850 mm、φ377×10的ZG30Cr26Ni5Re耐熱稀土鑄鋼管,出口呈15°角斜面,作為供料管連至燃燒室。每臺(tái)鍋爐配置兩臺(tái)給煤機(jī),并且與兩臺(tái)返料裝置共用四個(gè)供料管。在標(biāo)高8 m處沿燃燒室寬度方向均勻分布。但運(yùn)行一周期之后,由于沖刷磨損,造成管壁變薄或者出現(xiàn)漏洞,威脅鍋爐的長周期穩(wěn)定運(yùn)行。如果料腿在鍋爐運(yùn)行時(shí),發(fā)生泄漏,需要采取臨時(shí)措施,停止單側(cè)給煤及返料裝置運(yùn)行,降低鍋爐負(fù)荷,對(duì)漏點(diǎn)進(jìn)行焊補(bǔ);在鍋爐停爐檢修時(shí)對(duì)回料管進(jìn)行整體更換。

2.2 雙金屬材質(zhì)回料管

為了使鍋爐長周期穩(wěn)定運(yùn)行,首次將返料料腿的材質(zhì)改為雙金屬,并在內(nèi)管壁上堆焊耐磨層,減少磨損,雖然耐磨性強(qiáng)延長了回料管的使用壽命,但是伸進(jìn)爐膛的端口部分,在爐膛的900～1000 ℃高溫條件下作用下耐熱性較差,容易發(fā)生變形,口徑變小,導(dǎo)致輸送能力變小,從而降低鍋爐的運(yùn)行負(fù)荷。另一方面受加工工藝的要求,在加工制作時(shí)料管需要分段制作再進(jìn)行拼接,制作周期相對(duì)較長。

雙金屬料管的價(jià)格每根約為0.8萬元,三臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐共12根回料管,半年需要更換一次,僅回料管的價(jià)錢就要19.2萬元/a。而ZG30Cr26Ni5Re耐熱稀土鑄鋼管,每根回料管的價(jià)格約為1萬元,每臺(tái)爐檢修頻率為每年4次,更換回料管的備件費(fèi)用約48萬元/a。雖然雙金屬料管平均節(jié)省了28.8萬元/a備件費(fèi)用,但相對(duì)鍋爐負(fù)荷的降低而言,又顯的微不足道。

2.3 ZG40Cr25Ni7Si2TiRe材質(zhì)回料管

經(jīng)過長期的摸索和實(shí)踐,發(fā)現(xiàn)ZG40Cr25Ni7Si2TiRe材質(zhì)既耐磨又耐熱,且強(qiáng)度高,受環(huán)境變化影響小,最終選擇將料腿的材質(zhì)由ZG30Cr26Ni5Re改為了ZG40Cr25Ni7Si2TiRe,并設(shè)計(jì)成如圖2所示的形式。由于內(nèi)管壁磨損最嚴(yán)重,將回料管設(shè)計(jì)成偏心的,且下半圈管壁厚度大于上半圈管壁厚度;在重力和返料風(fēng)的作用下,燃煤自上而下的速度越來越快,參考公路上敷設(shè)緩沖帶降低車速的原理,所以在內(nèi)管壁上、下均勻布置有多條緩沖帶,緩沖帶沿回料管內(nèi)管壁磨損最嚴(yán)重的下半圈設(shè)置,但由于弧形緩沖帶對(duì)降低燃煤下降速度效果不明顯,加之一體成型的鑄造工藝,緩沖帶截面改為梯形,上端寬20 mm,與內(nèi)管壁連接的下底寬30 mm,每條緩沖帶的間隔為100 mm,不僅可減緩燃煤和鍋爐返料室的返料灰進(jìn)入鍋爐燃燒室的速度,減少物料對(duì)管壁的沖刷磨損,緩解回料管內(nèi)管壁磨損變薄而出現(xiàn)漏洞的情況。同時(shí),緩沖帶的梯形斜面可避免交界處積煤,且緩沖帶與回料管的材質(zhì)一樣,均采用ZG40Cr25Ni7Si2TiRe材質(zhì)一次成型結(jié)構(gòu)鑄造,提高了回料管的耐燃性,避免了回料管伸入鍋爐燃燒室內(nèi)部分變形,延長了回料管的使用周期。

目前,新型回料管已投入使用4年,效果良好,料管內(nèi)管壁和梯型緩沖帶幾乎無磨損,每年在檢修時(shí)不需要對(duì)回料管進(jìn)行更換。

新型ZG40Cr25Ni7Si2TiRe材質(zhì)回料管的價(jià)格約1.5萬元/根,三臺(tái)鍋爐約18萬元,在回料管上花費(fèi)的費(fèi)用為每4年約24萬元(18萬元的備件費(fèi)用和6萬元的施工費(fèi)用),平均6萬元/a。而原ZG30Cr26Ni5Re回料管就要花費(fèi)75.6萬元/a(48萬元的備件費(fèi)用、3.6萬元的檢修費(fèi)用和24萬元的施工費(fèi)用)。因此,在備件和檢修施工費(fèi)用方面,可節(jié)約69.6萬元/a。算上臨時(shí)檢修造成的能耗損失,效益相對(duì)客觀。

該公司結(jié)合使用時(shí)間和成本投入,最終選擇確定了材質(zhì)為ZG40Cr25Ni7Si2TiRe的新型料管,具體參數(shù)見表1和結(jié)構(gòu)見圖2。

表1 三種回料管參數(shù)對(duì)比表

3 結(jié) 語

對(duì)于該公司的循環(huán)流化床來說,ZG40Cr25Ni7Si2TiRe材質(zhì)燃料、灰回料管的成功應(yīng)用,不僅解決了耐熱稀土鑄鋼管的磨損泄漏和雙金屬遇熱變形堵塞料管等問題,還將料管的使用周期時(shí)間由三個(gè)月增加到四年,單臺(tái)爐每年減少臨時(shí)檢修次數(shù)十次以上,保障了鍋爐的長周期穩(wěn)定運(yùn)行。