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宣曉東
（浙江長廣生物質發電有限公司，浙江 湖州 313113）
摘要：現階段國內生物質直燃技術應用已相對普遍，生物質鍋爐在不斷的改善與發展。文章對生物質循環流化床鍋爐U型返料閥風帽使用中存在的問題進行分析，并提出對此解決的方法以獲得低成本的處理。
生物質能具有環境友好、來源廣泛、儲量豐富、可再生及可儲存等特點。國家制定了《能源發展“十三五”規劃》和《可再生能源發展“十三五”規劃》，大力發展清潔能源，生物質直燃發電技術獲得了廣泛的推廣和應用，循環流化床鍋爐對生物質能具有適應性好、高效低污染的清潔燃燒特征，具有其它燃燒技術無可比擬的獨特優勢而逐漸受到關注。國內利用該技術處理生物質是20世紀80年代末開始的，在實際應用中因生物質燃料的特點，設備顯露出一些問題，這些問題不僅用戶單位在持續改進，也引起各制造設計單位的重視，在技改與新建的設備中不斷的更新技術。
1返料閥結構與工作原理
浙江某生物質電廠投運的兩臺75t/h生物質直燃循環流化床鍋爐，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行探討。U閥是連接分離器立管與回料至爐膛的設備，結構上分松動風室和返料風室，風室之間為返料隔板，回料至爐膛由阻隔墻構成，風室底部分別布置小風帽，小風帽底部分別對應松動風箱室與返料風箱室，風箱室的風壓由羅茨風機提供。返料閥結構如圖1。
循環流化床鍋爐的爐內傳熱以顆粒對流換熱為主，不同篩分粒度的顆粒組成內循環與外循環，內循環顆粒組成爐膛差壓的主要因素，外循環是爐膛出口的顆粒被旋風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。旋風分離器因切圓方向進入攜帶顆粒的煙氣，在離心力的作用下，細的顆粒（灰）通過中心筒進入尾部煙道，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物料的自平衡運行，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。返料閥風室的風帽起著閥內循壞灰底部的流化作用，其風量形成一個濃度流化區，可以更好的發揮返料流暢的自平衡作用。
2返料閥存在的問題
由于生物質燃料成分的特點，在燃燒生物質燃料過程中堿金屬、硫和氯元素以很容易以氣體的形態揮發。公司的返料閥工作溫度800±50℃左右，根據研究資料K、Na、Cl元素析出規律，溫度在700~1150℃范圍內時，KCl（g）和NaCl（g）的生成量均表現先增大后減小，溫度高于700℃時，堿金屬很容易以氯化物的形式析出進入氣相，在850℃左右達到最大值。
由于生物質中氯元素含量較高，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，形成金屬氯化物，這種腐蝕也稱為活性氧化腐蝕。燃燒產生的氣態堿金屬與爐內金屬層會導致堿金屬氯化物的硫酸鹽化，若此時SO2參與發生硫酸鹽化生成K2SO4并釋放Cl2，釋放出的Cl2便會擴散基體表面參與氣相腐蝕，使金屬表面進一步腐蝕惡化。生物質在燃燒過程中與金屬的腐蝕非常復雜，很多理論仍需進一步探索和發展，目前學者普遍認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。
公司循環流化床鍋爐的返料閥風帽材質為ZG8Gr26Ni4MnNRe，具有良好的熱疲勞性能和抗高溫氧化性和耐磨性能，返料閥工作環境為高溫外循環灰連續大量循環，不可避免的存在磨損與腐蝕共存的情況，由于磨損剝離保護層的作用，腐蝕現象變得更為突出。風帽磨損后，松動風室無法保障物料的流態化能力。返料風室無法保證克服物料進入爐膛阻隔板高度的壓力損失，影響物料順利進入爐膛。從每次的停爐跟蹤檢查情況看，風帽的磨損主要表現在頂端封頭開始，外徑磨損縮小，金屬被腐蝕氧化嚴重，有明顯的層狀剝離，嚴重時頂部被腐蝕穿孔。從穿孔的痕跡看，并未發現明顯的機械磨損，風帽的損壞也未表現集中某一區域。代表風帽的腐蝕具有普遍性，這主要是接觸循環灰濃度最高區域，也是風帽工作溫度最高區域，這也和風帽進風冷卻方式有關，也較符合金屬工作溫度對腐蝕的影響是正比關系，一般使用2年左右小風帽腐蝕到必須更換的程度。
3返料閥小風帽的更換與改進
由于原小風帽環焊在金屬底板上，返料閥風帽磨損后的更換，首先割除返料閥箱體金屬密封罩，然后全部拆除返料風室澆筑頂板、風帽底板等處的澆注料騰出作業空間，然后進行更換風帽，更換后又是一個重新澆筑復原過程。為保證施工質量，必須有一個烘爐的過程，整個項目的返料風帽材料費不高，但存在拆卸與復原返料閥工期長和更換成本高的問題。
改進措施：利用返料閥更換風帽大修的機會，將風帽進行改型，風帽底板進行擴孔，風帽的安裝方式原上部插入環焊改為底部上穿點焊。經過兩年周期的使用后，割除松動風箱室與返料風箱室的鋼側板，上部采用敲擊方式即可成功的取出損壞風帽換新。改進前后對比如圖2所示。
4結語
返料器小風帽形式的改進，通過實際驗證證明是成功的，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原的方式，除風帽的材料費外需十萬元以上，工期不低于10天考慮，在施工作業中容易帶來交差作業，也容易引發安全管控風險的問題。按照目前的方式更換除風帽的材料費外，費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濟效益。
參考文獻：
[1]國際能源署(IEA)生物質能協定任務32課題組編.生物質燃燒與混合燃燒技術手冊[M].
[2]NB/T42030-2014生物質循環流化床鍋爐技術條件[M].中國電力出版社. |
