中小型高温绝热CFB锅炉返料器开裂问题的探讨及对策

-探讨园地 中小型高温绝热 C F B锅炉返料器开裂问题的探讨及对策 5 5 文章编号 ： 1 0 0 4 8 7 7 4 ( 2 0 1 0 ) 0 4 5 5 - 0 2 中小型高温绝热 C F B锅炉返料器开裂 问题的探讨及对策 孙继常， 何国光 ( 无锡太湖锅炉有限公司， 无锡 2 1 4 1 2 8 ) Di s c u s s i o n a n d Co u n t e e s o n Re t u r n f e e d e r Cr a c k i n g o f S m a l l a n d M e d i u m S i z e He a t I n s u l a t i ng CFB Bo i l e r S UN J i c h a n g HE G u o g u a n g ( Wu x i T a i h u B o i l e r C o L t d ， wu x i 2 1 4 1 2 8 ， C h i n a ) 摘 要： 简要介绍了中小型高温绝热循环流化床锅炉返料器的结构及其常见的开裂部位， 讨论分析了其产生的原因， 并提出了改造或改进的措施。 关键词 ： 循环流化床锅炉 ； 返料器 ； 开裂 中图分类号 ： T K 2 2 9 6 6 文献标识码 ： B O 前言 随着循环流化床锅炉技术的不断成熟 ， 越来越多 的造纸、 印染等用热企业选择使用中小型高温循环流 化床锅炉( C F B B ) ， 与上世纪 9 o年代中后期高温绝热 C F B B返料器运行事故主要集中在返料器内部超温导 致的高温结焦有所不同， 目前不少企业发现返料器进 料 口( 立管) 和回料 口( 返料腿 ) 处常常出现不同程度 的开裂 ， 甚至是断裂事故。笔者经过大量的调研后 ， 发现返料器的结构设计和筑炉质量是导致事故 的主 要原因， 并提出了相应的改进或改造建议。 1 返料器 的结构 返料器( 也称 回送装 置) 一般 由立 管和 阀两部 分组成。立管的主要作用是 防止气体反窜 ， 形成足 够的压差来克服分离器与炉膛之 间的负压差 ， 而阀 则起调节和开闭固体颗粒流动的作用。在各种类型 的返料器中， 立管 的差别不是很大 ， 主要的差别是在 阀的部分。 返料器 的阀通 常分 为机械 阀和非机械 阀两大 类 。由于循环流化床锅炉 中循环物料 温度较高 ， 阀 需在高温下工作 ， 而机械阀在高温状态下会产生膨 胀和高温氧化 ， 运 动部件极 易出现卡塞 、 磨损等现 象 ， 所以在循环流化床锅炉 中几乎全部采用非机械 阀。非机械阀无须任何外界机械力 的作用 ， 仅用气 收稿 日期 ： 2 0 1 0 -0 3 3 0 第一作者： 孙继常， 工程师， 1 9 9 7年毕业 于哈 尔 滨 理 工 大 学 热能工程专业 ， 一直 从事循环流化床锅 炉 的 设计 与 开 发 工 作 。 体推动 固体颗粒运动， 实现在高温工况下简单 、 可靠 地输送 固体物料。 在可控型阀、 通流阀和稀相输送阀等 3种非机械 阀中， 可控型阀中 U型阀、 L阀在国内应用最为广泛。 本文以 u型阀为例 ， 简要介绍一下其结构 ， 见图 1 。 图 1 返料器结构示 意图 1 一 分离器2 一 立 管3 返料箱4 一 返料腿5 返料 器入 孔门 6 一 返料风 帽7 一 返料风室8 - 膨胀节9 一 炉膛水冷壁 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 6 工业锅炉 2 0 1 0年第 4期 ( 总第 1 2 2期 ) 循环流化床锅炉的返料器主要 由立管、 返料箱 、 返料腿等 3部分组成 ， 每部分结构从外 向内依次为 钢板 、 保温层、 隔热层和耐火层。返料箱为钢板焊接 而成的方形箱体 ， 其 内部用抓钉 或钢筋 固定浇筑保 温等材料 ， 砌筑成截面为 u型的阀体。在返料箱底 板上布置有返料风帽 ， 其下为返料风室 。通过调节 返料风的布置实现立管 内的物料“自动 ” 流入炉膛 内。 2 返料器开裂原因的分析 中小型高温 C F B锅 炉本 体一般采用 “ I I ” 型布 置 ， 炉膛部分采用全悬 吊结构 ， 高温绝热旋风分离器 采用锥体部位 的支撑结构 ， 返料器立管通过焊接方 式直接悬吊在分离器锥体下面 ， 返料腿焊接在炉膛 水冷壁上。为吸收返料器和水冷壁之间的膨胀差 ， 在返料腿上设有金属膨胀节 。如图 1 所示。 调研中发现 ： 返料器开裂的部位 ， 大多集 中在立 管与返料箱之间的焊缝 以及返料腿与返料箱之间的 焊缝处 ， 而且绝大多数是在调试过程中就会 出现不 同程度的焊缝开裂。因此 ， 多数情况下会认为是焊 缝质量不佳所致 ， 进行补焊或加强筋补强处理。但 也有为数不少的企业经过一段时问的运行及多次启 停炉之后， 发现该处焊缝又多次被撕裂 ， 甚至造成返 料箱体整体脱落的事故 。 之所 以出现上述事故 ， 可能存在以下两种原因： 一 是返料箱本身的 自重与其 内部物料的重量之和超 过焊缝的承载能力 ； 另一种是运行时热膨胀受 阻， 不 能 自由膨胀 ， 导致焊缝撕裂。根据文献 2 、 3 对 该处的焊缝进行校核计算后发现 ， 其焊缝满足标准 要求 ， 故排除第一种原因。 初步推断由于锅 炉运行过程 中热膨胀受阻 ， 不 能有效吸收返料器 和水冷壁之问的膨胀差 ， 应该是 此类事故 的罪魁祸首。调研 中曾多次仔细检查过返 料器周围的情况 ， 均没有发现 明显阻碍其膨胀 的地 方 ， 甚至是返料腿上( 如 图 1 所示 ) 的膨胀节 打开检 查也没发现其 明显受阻的现象。 近 日在浙江某公司调研其返料箱体整体脱落 的 事故时 ， 发现除返料腿 和水冷壁 以及立管分段处的 焊缝开裂外 ， 其余均正常 ( 返料箱与立管 、 返料腿之 间在此之前已经进行过加强 ) 。但查看返料器 内部 时， 发现人 L I q 上边沿原本完好的浇筑料出现裂缝 ， 并向下错位 了 2 e m左右。笔者认为之所以出现错 位现象 ， 是立管内的浇筑料在热态时的膨胀量大于 外部钢板卷制的立管的膨胀量 ， 二者之差产生的热 应力导致浇注料断裂 ， 而由于浇注料 的自重 ， 所以其 冷态时无法 向上恢复原位。正是由于膨胀差产生的 热应力 ， 在强度更高的浇注料断裂之前 ， 强度相对较 弱的返料箱与立管、 返料腿之间的焊缝经常被撕裂。 3 返料器 开裂问题 的对 策 针对上述原因 ， 可采取 以下 2种措施进行改造。 ( 1 ) 对于已经运行 的锅炉， 可在停炉检修期间， 根据立管的长度 ， 在立管部分设置 1 2圈膨胀缝， 并在膨胀缝附近的下面 ， 用耐热合金钢板制作托砖 架焊接在立管钢板上。上述浙江某公司整体脱落的 返料箱体 ， 采用该方案进行改造后 ， 现 已运行半年之 久 ， 在此期间也启停 了几次 ， 至今没有发现开裂的现 象 。由此可见 ， 该 方案具有可行性 。但 由于各生产 厂家提供的耐火材料膨胀特性数据差别较大 ， 建议 施工单位应严格按照材料生产厂家 的意见预留膨胀 缝的数量 。 ( 2 ) 对于新设 计的锅炉 ， 除可采取 上述措施 之 外 ， 亦可在立管和返料箱之问设置金属膨胀节 。但 返料箱体应考虑单独支 吊。 对于返料器的开裂问题 ， 采用第 1种方案改造 工程量小 ， 施工简便， 但需要选择经验丰富的浇筑料 生产厂家和施工单位 ， 人为因素影响较大； 而第 2种 所述方案改造工程量相对较大 ， 成本较高 ， 但效果较 好 ， 人为操作因素较小。 4结论 选择合理的设计结构和具有丰富经验的耐火材 料生产厂家和施工单位 ， 是避 免返料器进料 口( 立 管) 和回料 口( 返料腿 ) 处开裂 ， 甚至断裂事故发生 最有效的方法 。为此 ， 应 引起锅炉制造厂家和锅炉 使用单位 的足够重视 ， 耐火材料生产厂家 和施工单 位在施工过程 中也应给予足够的重视。懿