330MW循环流化床锅炉回料阀炉衬改造方案

某厂建设有两台330MW循环流化床锅炉发电机组,锅炉为DG1165/17.5-Ⅱ1型亚临界参数国产化循环流化床汽包炉,自然循环、单炉膛、一次中间再热、汽冷式旋风分离器、平衡通风、露天布置、燃煤、固态排渣,受热面采用全悬吊方式,钢架为双排柱钢结构。两台机组分别于2014年1月25日和3月12日通过168h试运进入商业运行。运行过程中多次发生回料阀立管和阀体烧红,严重时钢板炭化开裂,引起回料阀喷红灰,造成了锅炉无法长周期运行等一系列问题,即使运行过程中对烧红部位用压缩空气吹及制作密封盒用保温浇注料浇灌,效果都不是太好。

汽冷式旋风分离器分离的固体粒子流经回料立管排出到回料器。回料器共三台,对应布置在每台旋风分离器的下方,支撑在构架梁上。分离器与回料器间、回料器与下部炉膛间均为柔形膨胀节连接。

回料器主要作用是把分离器分离下来的物料送到炉膛下部密相区,同时防止炉内的烟气从返料腿反窜进入回料器。回料器工作于环境最为恶劣的区域之一,该处是一个异形不规则区,膨胀复杂,其内既有高达900℃的高温循环灰,也有从阀体底面布风板上吹的七八十度的流化冷风,对内衬壁面物理冲击以及冷热交替的热应力冲击较为厉害,要求内衬材料具有一定的抗磨损性、抗结焦能力和很好的热震稳定性。特别是在阀体、给煤口等处,要充分考虑其结构复杂、外形多变,内衬材料热膨胀方向是多向变化,耐磨层最易撕裂开缝,特别是流化风的吹送,渣粒极易从缝隙中进入,胀裂耐磨层,使其脱落,损坏后面的保温层,破坏内衬,出现回料器壳体表面变形、烧红、烧穿等情况。

此部位是一个问题多发区,应特别针对此区域特性,在材料的应用、耐磨层内衬膨胀缝的设置、耐磨层材料的合理分块施工、防止材料开裂脱落等方面,采取有针对性的措施。

锅炉回料阀直筒段以及进炉膛处斜段采用耐磨浇注料(厚100mm)和绝热浇注料(厚120mm)与无石棉硅酸钙(厚180mm)的复合结构,总厚度400mm。回料阀体区域的内衬结构为:100mm耐磨浇注料+50mm耐磨浇注料+70mm绝热浇注料+160mm保温浇注料+20mm硅酸铝耐火纤维毡,总厚度400mm。回料阀布风板采用100mm耐磨浇注料+300mm绝热浇注料的复合结构,总厚度400mm。

锅炉回料阀在运行中,由于锅炉负荷及风量变化,内部炉衬出现裂缝,流化风进入裂缝长时间冲刷,造成裂缝与裂缝形成通道,将回料阀钢板与保温浇注料之间的硅酸铝耐火纤维毡吹走,热灰进入隔热层,将钢板烧红,如图1所示。

图1回料阀运行中烧红部位

(1)锅炉厂设计的回料立管炉衬为耐磨浇注料(厚100mm)和绝热浇注料(厚120mm)与无石棉硅酸钙(厚180mm)的复合结构,绝热浇注料与钢板之间是180mm的隔热棉。运行时,回料阀内900℃的热灰会将浇注料加热,浇注料受热膨胀,会挤压无石棉硅酸钙隔热棉,由于棉的厚度太厚,浇注料膨胀的余量太大,容易使浇注料产生裂纹,再加上运行中回料阀由于返料产生的震动,不仅浇注料裂纹会增加,裂纹的宽度也在变大,裂纹变大后,回料阀的流化风进入裂纹,对裂纹中的隔热棉进行吹扫,长时间这样运行隔热棉就被风带走,形成裂纹与裂纹贯通,热灰进入隔热棉区域,将外部钢板烧红,长时间运行,即导致钢板炭化开裂,严重影响锅炉安全稳定运行。

(2)设计人员考虑到回料阀的外部表面温度运行中不允许超过50℃,加厚了隔热棉的厚度,这样虽然能保证外表面温度不超标,但是给运行带来了隐患。

(3)回料阀浇注料施工过程需要分三步进行,第一步是抓钉焊完需铺设180mm无石棉硅酸钙棉,第二步是施工120mm保温浇注料,第三步是施工100mm耐磨浇注料。由于钢板表面已焊接有250mm×250mm间距的抓钉,无石棉硅酸钙棉不能大面积敷设,也不能很好地与钢板贴紧,保温浇注料施工因有180mm无石棉硅酸钙棉,松软,又不能很好地捣实,这都造成了整个浇注料施工不是很结实,使锅炉运行中回料阀内衬更容易产生裂纹,裂纹多就存在钢板被烧红的危险。

锅炉回料阀钢板被烧红是300MW循环流化床锅炉普遍存在的现象,许多电厂采取的措施是运行中使用压缩空气吹或者是做密封盒临时封堵,停炉后局部换钢板,治标不治本,有的电厂直接采取整个回料阀重新施工的方案,这种方案施工成本太高,一台炉重新施工的费用高达150~200万元。该厂针对回料阀钢板被烧红问题,经分析确定采取以下改造方案,既省钱,效果也不错。

(1) 锅炉检修时,将回料阀外部钢板均匀割400mm×200mm孔,孔与孔间距上下为500~700mm,左右为1000mm(便于人胳膊伸进钢板内部清理保温棉和保温浇注料),如图2所示。割孔与割下的钢板必须做记号,便于施工完毕,封堵孔时钢板能一一对应。

图2回料阀割孔

(2) 如图3所示,将回料阀内的保温棉和积灰全部掏出,保温浇注料容易清理也全部清理干净,做到孔与孔之间的回料阀无积灰和保温棉。掏干净后,再用压缩空气进一步吹扫干净,为下一步浇灌做准备。

图3 回料阀清理内部保温棉和保温浇注料

(3) 如图4、图5所示,在原有的抓钉上焊接小的V字型抓钉,必要时抓钉与抓钉之间焊接钢筋拉网,钢筋上再焊接抓钉,提高浇灌可塑料的牢固性;割孔部位的抓钉无生根的,采取两种固定方式:1)与回料阀钢板连接,保证抓钉与回料阀钢板连接牢固;2)将割孔部位的抓钉用耐热不锈钢条延长至超出回料阀钢板外10~20mm(掏空部位全部浇灌完可塑料后,封堵孔时,抓钉与钢板搭接住的直接用原割下的钢板封堵;延长抓钉的,先将封堵钢板割一个长孔,割孔位置与抓钉位置一致,将抓钉让出至封堵钢板外,先焊接钢板四周,再焊接超出钢板的抓钉)。

图4焊接抓钉和拉筋

图5抓钉与回料阀钢板搭接

(4)回料阀灌耐火可塑料,浇灌时,用小震动棒夯实,灌实后,用原割下的钢板焊接封堵。

这样施工完毕后,锅炉连续运行一年半,再未发生回料阀烧红现象。虽然回料阀外表面温度达到80~100℃,但是从电厂的长周期运行和经济效益综合考虑,效果还是不错的,每个回料阀施工费用只有10万元左右,大大节约了成本,也达到了预期效果。