錄入:永嘉縣有業(yè)泵閥有限公司

 

隨著我國新型干法水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術的日益成熟，眾多余熱發(fā)電項目陸續(xù)投產(chǎn)，如何增強設備可靠性，提高余熱發(fā)電運轉率，進而提高余熱回收效率，已成為業(yè)內關注焦點。廢氣閥門作為純低溫余熱發(fā)電與水泥生產(chǎn)線連接的關鍵輔機設備，直接關系到水泥窯的穩(wěn)定運行、廢氣的充分利用和整個系統(tǒng)運行效率和可靠性。本文作者結合多年工程實踐和閥門制造情況，探討廢氣閥門對提高純低溫余熱發(fā)電廢氣利用和運行效率的影響。

 

　　我們承擔的國家863課題2007AA05Z251，產(chǎn)學研結合專門研究中低溫余熱回收及能量梯級利用技術。我們針對余熱發(fā)電的共性技術和關鍵設備技術，進行了系統(tǒng)分析研究，從而指導工程實踐，取得了余熱發(fā)電理論和關鍵設備技術的重大突破。本文為該課題的初步研究成果。

 

　　2 水泥窯余熱發(fā)電常用廢氣閥門

　　2.1一般情況下，一條水泥線余熱發(fā)電需增設七個廢氣閥門，即SP鍋爐進口煙道閥01、出口煙道閥02、SP鍋爐的旁路閥03,如圖1所示； AQC爐的進口風道閥04、出口風道閥05、AQC鍋爐的旁路閥06、沉降室的冷風閥07，如圖2所示。

 

 

另外也有在篦冷機前端增加一個開口，同樣設置一臺電動調節(jié)百葉閥08（本文稱作過熱器爐的進口風道閥門，如圖2所示），抽取500~800℃高溫段煙氣，通過過熱器進沉降室，而提高煙氣溫度，提高窯頭煙氣的利用率。

 

　　一般情況下SP鍋爐的進口風道閥門01、SP出口風道閥門02、SP鍋爐旁路閥03的煙氣溫度在330℃左右，400℃以下，波動較小、粉塵磨損也較弱，閥門運行故障少。同理AQC爐的出口風道閥門05、沉降室的冷風閥07受溫度、磨損影響也較少。

 

　　影響余熱發(fā)電穩(wěn)定運行、故障率較高的是AQC爐的進口風道閥門04、AQC鍋爐的旁路閥06、過熱器爐的進口風道閥門08。

 

　　AQC爐的進口風道閥門04設在篦冷機出風口與沉降室之間，也可設在沉降室出口與AQC爐之間，常用電動調節(jié)百葉閥（本文統(tǒng)稱AQC爐的進口風道閥門），作為調節(jié)篦冷機出風口煙氣量，該閥門是確保水泥熟料線和AQC鍋爐正常運行的關鍵。余熱發(fā)電一般在篦冷機中部靠前抽風。氣體介質含有不大于30mg/Nm3的熟料顆粒，速度8—15m/s，溫度在正常300~400℃，zui高時達到500℃以上，腐蝕性大。

 

　　AQC鍋爐的旁路閥06設在篦冷機后部出口與電收塵之間，氣體介質含有不大于30mg/Nm3的熟料顆粒，速度8—15m/s，溫度在正常200--500℃左右，zui高時達到800℃以上，腐蝕性大。

 

　　過熱器爐的進口風道閥門08設在篦冷機前部出風口與過熱器爐之間，常用電動調節(jié)百葉閥來調節(jié)篦冷機抽出的高溫煙氣量，該閥門直接影響水泥窯三次風和過熱器鍋爐正常運行。氣體介質含有不大于30mg/Nm3的熟料顆粒，速度8—15m/s，溫度在正常500℃左右，zui高時達到800℃以上，腐蝕性大。

 

　　2.2煙道閥原則上由窯操控制。啟停操作方式：任何情況下開SP鍋爐時，首先打開SP鍋爐的進出口風道閥門，然后再逐步關小SP鍋爐的旁路閥；同理開AQC爐時，首先打開AQC鍋爐的進出口風道閥門，然后再逐步關小AQC鍋爐的旁路閥。停止SP鍋爐時，首先打開SP鍋爐旁路閥門，然后再逐步關小SP鍋爐的進出口煙道閥門；同理停止AQC鍋爐時，首先打開AQC鍋爐旁路閥門，然后再逐步關小AQC鍋爐的進出口煙道閥門。確保不影響水泥窯的通風、正常運行。 沉降室增加冷風閥，適時調整進口風溫；

 

　　3 存在問題

　　3.1 AQC爐的進口風道閥門、AQC鍋爐的旁路閥、過熱器爐的進口風道閥門統(tǒng)稱篦冷機出風口閥門，AQC爐的進口風道閥門、AQC鍋爐的旁路閥用調節(jié)百葉閥閥門材質一般選用閥體碳鋼，閥板碳鋼或一般不銹鋼，軸2Cr13。過熱器爐的進口風道閥門用調節(jié)百葉閥閥門材質一般采用閥體碳鋼、閥板不銹鋼，軸2Cr13。水泥窯運行經(jīng)常要根據(jù)三次風溫度或熟料產(chǎn)量，來調節(jié)燃煤、調整篦床的走料厚度、篦床的速度，因而篦冷機的操作不是固定不變的，操作過程中極易出現(xiàn)料層太薄、料層阻力變小、冷卻風量增加、出現(xiàn)飛砂現(xiàn)象，由于飛砂都是熟料顆粒和粉塵，硬度高且煙氣有一定的腐蝕性，調節(jié)閥門的的閥板在高溫下作用下，碳鋼中的滲碳體由于獲得能量將發(fā)生遷移和聚集，形成晶粒粗大的滲碳體并夾雜于鐵素體中，其滲碳體會從片狀逐漸轉變成球狀，出現(xiàn)球化。由于石墨強度極低，并以片狀出現(xiàn)，使材料強度大大降低，脆性增加，加速材料石墨化。碳鋼長期工作在425℃以上環(huán)境下，就會發(fā)生石墨化，在大于475℃更明顯。在高溫下受外力作用時，隨著時間的延長，材料產(chǎn)生蠕變, 溫度升高或應力增大，蠕變速度加快。例如，碳素鋼工作溫度超過300～350℃，合金鋼工作溫度超過300～400℃就會有蠕變。蠕變嚴重會產(chǎn)生大量變形導致結構斷裂。碳鋼當它處于570℃的空氣中時，會產(chǎn)生FeO+Fe304+ Fe203氧化皮，該氧化皮很容易脫落而使金屬減薄。達到某一溫度后，鋼材受溫度影響較大，溫度升高，鋼材強度降低，機械性能迅速降低，采用碳鋼閥板多則十個月少則三個月就磨損完了，即使采用不銹鋼閥板，若不在表面做特殊的處理，在幾個月的時間內，閥板也會被磨損掉，失去了調節(jié)作用，嚴重影響了熟料線的正常生產(chǎn)。

 

　　3.2 AQC鍋爐的出口閥存在的問題

　　目前該閥門都采用百葉閥，泄漏率比較高，當鍋爐需要檢修而水泥生產(chǎn)線不停的時候，由于閥門的泄漏，還有一部分高溫煙氣從電收塵器往鍋爐進，使得檢修人員無法進入鍋爐進行檢修。在AQC鍋爐與電收塵之間的閥門，在電廠正常運行時都是全開的，正常情況下不需要進行調節(jié)，只是在鍋爐檢修時關閉。做為設備是沒有不出現(xiàn)故障的時候的，鍋爐也是一樣的，尤其是水泥余熱廢氣含有大量的粉塵和具有較大的腐蝕性，水泥余熱發(fā)電鍋爐存在的故障率更高。

 

　　3.3一般情況下SP鍋爐的進出口風道閥門、SP鍋爐的旁路閥、AQC爐的出口風道閥門、沉降室的冷風閥故障率較低，但需要經(jīng)常動動閥軸，避免長時間不動而銹死。

 

　　4、改進措施

　　4.1 AQC爐的進口風道閥門、AQC鍋爐的旁路閥、過熱器爐的進口風道閥門統(tǒng)稱篦冷機出風口閥門，其改進措施：我們在閥板上進行特殊處理，閥板的迎風面打注上具有高溫結構強度高、高溫蠕變率低、熱膨脹小、抗化學侵蝕性強、抗熱震等優(yōu)點的澆注料，閥板不使用鉤釘而采用焊高強度龜夾網(wǎng)可以避免因高溫而產(chǎn)生熱脹冷縮澆注料的剝落。經(jīng)過處理，澆注料的導熱系數(shù)為1.8 W/m.k；耐壓強度：1100℃×3h≥150 Mpa，1500℃×3h≥120 Mpa；抗折強度：1100℃×3h≥13 Mpa；線變化率：1450℃×2h≤±0.3%；耐磨性：≤6 CC,這樣閥板具有較強的抗高溫和耐磨特性，可以大大的延長閥板的使用壽命，也節(jié)約了投資。該閥門已經(jīng)在數(shù)條5000t/d余熱發(fā)電上使用，*，深受用戶好評。

 

　　4.2 AQC爐的出口風道閥門的改進措施 

　　我們把該閥設計為插板閥結構（見下圖），在閥體上設有50mm寬的密封面，在插板上設有斜塊，同時閥體上對應部位也設有斜塊，插板和閥門的通徑大100mm作為和閥體密封接觸，當插板閥關閉時越關越緊，起到閥門關閉時的密封效果，同時在閥體的外部設置夾緊螺栓作為預備夾緊裝置，在插板閥的底部設置吹灰口，當插板閥關閉不嚴時，打開吹灰口，清理灰塵后再關閉上述插板閥的結構特征，因此它的密封效果非常顯著，其泄露率小于0.1%,是目前百葉閥*的，給鍋爐檢修帶來了方便和安全保證。通過在數(shù)條水泥窯余熱發(fā)電上使用,效果很好。

 

 

　　5 關于廢氣調節(jié)閥門的泄漏

　　5.1廢氣調節(jié)閥門普遍存在的泄漏問題

　　目前大部分水泥余熱發(fā)電項目，都把煙氣閥門設計為三軸和五軸百葉閥，該閥門泄漏率均在3~10%之間。由于閥門存在的泄漏導致系統(tǒng)調節(jié)精度無法保證，損失了不少余熱，影響鍋爐檢修時時間及檢修安全性。

 

　　廢氣調節(jié)閥門存在的泄漏的問題歸根結底是閥門的結構問題。目前在水泥余熱發(fā)電煙風閥門上，關于閥門的結構形式，有著不同的說法。采用百葉式主要考慮，閥板三葉或五葉式，受熱面積小，不易變形，變形后泄漏量更大，但也不會卡死，還能進行調節(jié)，閥板輕力矩比較小，可由于葉片與葉片之間的空隙，長時間受到熟料粉塵的磨損，很快泄漏量逐漸增大；采用單片式主要考慮泄漏率小，調節(jié)精度比較好，但由于閥板重量較大，閥門力矩多葉的大。根據(jù)工藝的要求如果在閥板不變形的情況下，明顯采用單片式優(yōu)于百葉式。

 

　　水泥余熱發(fā)電由于自身的特點，區(qū)別于水泥工藝和火電廠煙風閥門有著很大的差別。在水泥工藝線上，由于低價競爭，加上工藝上對閥門的泄漏要求不是很高，很多廠家生產(chǎn)的閥門，閥體和閥板厚度都在5mm左右，而且泄漏率大。火電廠風閥介質一般是常溫干凈風，主要用于風量的調節(jié)。水泥余熱發(fā)電煙氣溫度高，并含有熟料粉塵，速度高負壓大，特別是窯尾含塵量達到80mg以上、負壓7000Pa，如在余熱發(fā)電也同樣采用此閥門，勢必造成閥板變形，出現(xiàn)閥板卡死，流量無法調節(jié)。

 

　　5.2改進閥門的結構形式降低閥門的泄漏率

除窯頭抽氣口調節(jié)風門外，其他閥門的閥板在考慮機械性能、熱脹量、熱交變和重力等因素的影響，采用16Mn鋼板（根據(jù)具體溫度而定）制作單片式閥板，閥板采用箱式結構，且厚度在12mm以上，設置合理的加強筋，具有機械強度高，受熱不易變形的特點。我們在數(shù)十個余熱發(fā)電項目上采用單片式結構，至今均沒有出現(xiàn)閥板變形卡死，泄漏率低調節(jié)性能好。由此可見，單片式結構煙風閥門并不是象人們所擔心的變形卡死的主要原因，采用單片式結構，更能使閥門泄漏率低調節(jié)性能好。