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关于浅谈水泥窑余热发电电动烟道调节阀

    水泥窑纯低温余热发电是利用窑头和窑尾的中低温烟气来实现的,达到设计发电量的同时,吨熟料耗煤量不增加,且水泥生产线运行正常稳定是这类工程最佳的建设效果。其中烟气量的调节非常关键,它会直接影响到发电系统和水泥工艺系统的平衡和匹配,影响到余热发电量、熟料质量和吨熟料耗煤量等指标的实现。就目前水泥窑余热发电工艺,当窑头温度过高时,因汽化率高、系统不稳定,窑头锅炉汽包压力过大,加上窑头余风温度波动较大,波动周期很短,入口风温经常在30min内从300℃变化到450℃左右。而汽轮机入口主蒸汽温度波动范围一般要求控制在35℃以内,超出此范围则无法运行,这时窑头锅炉的旁路烟道调节阀调节必须频繁动作。由于窑尾的过热能力不够,当窑头产汽量太大时,过热蒸汽温度下降,此时只能通过开启旁路烟道阀门调节,以减少入窑头锅炉的烟气量,保证系统稳定。因此,这些烟道调节阀的性能好坏,将直接影响余热发电系统运行的好坏,仍至将直接影响到水泥生产线的运行效益。本文就电动烟道调节阀使用中的问题及其设计、制作质量控制措施作一介绍,供参考。

    1 常用电动烟道调节阀及其使用中的问题

    以图1中AQC炉为例,阀1、阀2、阀3和阀4均属电动烟道调节阀。其中阀1控制热风调节;阀2为AQC炉出口调节阀;阀3为旁路阀;阀4控制低温风。当篦冷机风温正常时,阀1、阀2全开,AQC炉满负荷运行;而当AQC炉风温大幅上升时,逐渐开启阀4,由于阀4是低温风,可降低炉入口风温,若温度仍持续上升,还要将阀3打开至大于50%,并关小阀2控制风温,使炉入口温度控制到合适的范围。

    目前,常用电动烟道调节阀有百叶阀型、插板阀型、蝶阀型、蝶阀加插板阀型等多种。一方面这些阀门一般口径都比较大,制作周期长,运输不方便,用户更换不易,给企业带来了诸多不便;另一方面在使用中,普遍存在着阀门阀板变形、卡死或咬死、磨损大、泄漏率大等诸多问题。其中:

    (1)百叶阀型,泄漏率大,一般在5%以上,不适宜选用;

    (2)插板阀型,泄漏率小,阀门体积大,鉴于烟气温度高、含尘量大的特殊性,使用过程中阀板容易变形卡死,也无法达到密闭的效果;

    (3)蝶阀型,泄漏率较大,有经验厂家也很难做到泄漏率1%,且单片式阀板重量大,加上管道负压大,阀板振动厉害,执行机构力矩要增大,目前普遍选用这种结构;

    (4)蝶阀加插板阀型,设计时在蝶阀前面加上一个插板阀,目的是为了达到密闭的效果,但轨道积灰阀板容易变形卡死,也起不到应有的作用,又增加了投资。

    但不管选择哪一种电动烟道调节阀,当电厂锅炉需要停机检修水泥窑生产线继续生产的时候,由于其目前存在的使用问题,锅炉也无法进行检修。

    2 电动烟道调节阀的设计和生产控制

    电动烟道调节阀和其他烟气阀门不同,其阀的结构及阀内件有很大的差异,如导向间隙、阀板转动间隙、轴承方式等。除了从设计、制造方面控制外,还要针对高温条件下材料的各种物理性能、机械性能发生变化,分析材料的机械性能、热胀量、热交变以及擦伤对调节阀使用性能的影响。

    (1)选材控制。在电动烟道调节阀的设计和生产过程中,首先考虑阀板的材质和机械性能、热胀量、热交变。一般温度在450℃以下的可以选择16Mn钢板制作;温度在450~600℃选择1Cr18Ni9Ti不锈钢板制作;目前普遍选用的阀板材质是Q235-A。另外,为了降低成本,阀板厚度很薄,加上加强筋设置上的不合理,导致当温度在450℃左右时,阀板的机械性能降低,很容易出现阀板变形,继而使阀门失去了调节的效果。因此,阀板材质的选择必须根据各条生产线的情况而定。

    (2)阀板的定位与支撑。电动烟道调节阀的阀板的卡死或咬死,主要原因在于阀门口径大、阀板重量大,阀板因热效应产生位移和重力下垂造成的。对于介质温度高于400℃以上的场合,普通的定位导向结构是不可靠的,很容易使阀板出现卡死或咬死。制作时应该考虑采用外部轴承结构来保证阀板的定位与支撑,这样可以避免内部高温对导向结构的影响。轴承与阀板定位,采用“日”字型定位可起到非常好的定位、支撑和保护作用,既能保证阀板在纵向的准确定位,又可避免阀板因热效应产生位移和重力下垂造成的堵卡、偏移,造成单边卡死或咬死。由于使用管道负压大(一般3~8kPa)、阀板振动大、粉尘多、温度高的特点,若使用滚动轴承,润滑油很容易干,灰尘容易进入,动作时不灵活,增加启闭力矩,加大执行器的负载,因此轴承应该选用耐高温滑动轴承。

    (3)填料的密封质量控制。阀门的前后轴颈处由于填料的塑性,使其产生径向力,并与阀杆紧密接触。但这种接触并不是非常均匀的,有些部位接触得紧,有些部位接触得松。阀门在使用过程中,阀杆和填料之间存在着轴向运动,填料接触压力逐渐衰减,填料老化,烟气就会沿着填料与阀杆的接触间隙向外泄漏,因此,电动烟道调节阀密封处必须填料函各部与填料接触部分的金属表面进行精加工,提高表面光洁度,减少填料磨损。填料选用柔性石墨,具有气密性好,摩擦力小,长期使用后变化小,压盖螺栓重新拧紧后摩擦力不发生变化,耐压性和耐热性良好,不受内部介质的侵蚀,有效地保护了阀杆填料函的密封,保证了填料密封的可靠性和长期性。

    (4)泄漏率控制措施。在高温条件下电动烟道调节阀实现较高的切断性能是很困难的,常规的高性能密封方式难以实现。目前为防止因高温中材料膨胀而产生的卡阻问题,密封间隙通常留得很大。由于正常使用时阀板基本上不是全关或全开,即使阀板是全关闭,阀体与阀板之间也存在着较大的间隙,烟气通过时速度和压力增大,且烟气中含有磨蚀性较强的熟料颗粒粉尘,加上比较高的介质温度,使得阀板的机械性能和强度有很大的降低,导致磨损速度加快,泄漏率慢慢增大,几个月后就会影响到工艺上的调节(见图2)。因此要达到阀门的泄漏率小,必须改变阀门的结构(见图3)。图3方案是:采用在阀体焊接不锈钢圈,形成阀体上凸台;阀板密封面上堆焊耐磨合金工艺层,形成圆线密封面。这样处理后能达到很好的密封效果,泄漏率可控制在III级以内,具有了较好的密封可靠性;在高温介质中阀板的机械性和强度大大增强了,也解决了长期困扰的磨损问题,使用寿命也得以延长;同时在水泥线不停产的情况下,关闭旁路电动烟道调节阀,电厂可以照常进行维护检修了,不耽误水泥线的正常运行。

    3 结语

    电动烟道调节阀作为余热发电工艺管道上不可缺少的附件,其作用是不能忽视的,质量好坏不仅仅决定余热锅炉运行效果,它往往也影响热工制度的稳定与否,为保证水泥线和余热发电的正常运行,在选择时应该从系统的运行角度出发进行考虑。