CN113007737A - 一种垃圾电站用余热锅炉水冷壁管排回收再利用工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垃圾电站用余热锅炉水冷壁管排回收再利用工艺，可替代余热锅炉内的浇注料墙，将报废水冷壁管排翻面使用，原背面即未损伤面作为受热面，经表面处理后，在管道中装填耐高温浇注料，鳍片表面堆焊镍基合金，形成再利用水冷壁管排结构，该管排结构替代余热锅炉的浇注料，主要应用于余热锅炉内工况最恶劣、温度最高的第一烟道中下部，具有与传统浇注料相同稳定炉膛燃烧温度的作用，同时为报废的水冷壁再利用提供了新途径，并节约了大量合金资源。

Description

一种垃圾电站用余热锅炉水冷壁管排回收再利用工艺

技术领域

本发明属于垃圾焚烧余热锅炉***水冷壁的再利用技术领域，具体涉及一种垃圾电站用余热锅炉水冷壁管排回收再利用工艺。

背景技术

近年来，随着国家循环经济方针政策的贯彻执行，我国垃圾焚烧发电进入快速发展轨道，垃圾焚烧发电装机规模、发电量等呈井喷式高速发展，目前居世界第一。水冷壁是锅炉的主要受热部分，由管子和鳍片焊成的气密式结构(如图1和图2所示)，敷设在锅炉炉膛内壁组成的蒸发受热面，也称水冷壁管排。水冷壁管排的作用是吸收炉膛中高温烟气的辐射热量,其中超过50％的热量由水冷壁管排吸收后，用于加热管内水的温度，持续产生蒸汽推动汽轮机叶片旋转进行发电；同时降低锅炉炉墙温度，延长锅炉寿命。

水冷壁管排失效的原因主要是受热面受到长期高温腐蚀、烟灰磨损、结渣以及蠕胀、疲劳等原因产生表面锈蚀坑、飞灰磨痕、疲劳裂纹后，从而引起受热面管道减薄，最终发生爆管、泄露等危险事故。为此，国家标准规定将水冷壁的报废壁厚减薄30％视为报废门槛值。以使用较普遍的

管道为例，管道受热面管厚度从5mm减薄到3.5mm就可考虑报废。但企业为经济性考虑，经常会延时更换，实际上绝大多数管排受热面直到管厚为2～3mm才报废，每年全国共报废数十万平米、上万吨的水冷壁管排。

虽然水冷壁管排的受热面受到高温腐蚀和烟灰冲蚀，表面损伤较为严重，但是水冷壁管排背面的工作温度仅为100～200℃，基本没有受到高温腐蚀，当水冷壁管排报废时，其背面表面仅有一层“浮锈”，管道厚度完整，除锈后多数呈“七成新”状态。水冷壁报废意味着把管排背面50％优质的合金材料未尽其用就被扔掉，造成宝贵资源的极大浪费，重新回炉冶炼又造成制造能源的二次浪费。

传统余热锅炉在锅炉内衬以及其它金属结构高温处均设置浇注料以保护锅炉及管道。其中有一部分浇注料位于余热锅炉第一烟道中下部分并紧贴水冷壁管排，一方面为使炉膛内的热不散发出去以保证垃圾燃烧稳定，另一方面也为遮挡水冷壁免受垃圾焚烧过程中火焰(>1000℃)的直接烘烤，以延长水冷壁管排的使用寿命。浇注料是一种耐高温混合无机材料，加水搅拌后，采用浇注方法施工，既可预先制作成具有规定形状尺寸的预制件，也可沿水冷壁外壁销钉(起到提高浇注料强度的作用)处现场浇筑。但不管是预制板式还是现浇式浇注料，在长期高温烘烤下极易脆化，一般使用1～2年就发生开裂，并逐渐产生局部塌落，多数3～4年就要大面积局部补填浇注料乃至更换，维护成本高。

发明内容

为解决现有的水冷壁管排整体报废造成的资源浪费以及浇筑料存在的寿命不长、维护保养难等技术问题，本发明提供一种垃圾电站用余热锅炉水冷壁管排回收再利用工艺，将报废水冷壁管排翻面使用，原背面即未损伤面作为受热面，经表面处理后，在管道中装填耐高温浇注料，鳍片表面堆焊镍基合金，形成再利用水冷壁管排结构，该管排结构替代余热锅炉的浇注料，主要应用于余热锅炉内工况最恶劣、温度最高的第一烟道中下部，具有与传统浇注料相同稳定炉膛燃烧温度的作用，同时为报废的水冷壁再利用提供了新途径，并节约了大量合金资源。

本发明所提供的技术方案如下：

一种垃圾电站用余热锅炉水冷壁管排回收再利用工艺，可替代余热锅炉内的浇注料墙，包括以下步骤：

(1)筛选从垃圾电站报废的管排，挑出受热面无爆口、宏观裂纹、热变形等外观损伤较轻的作为再利用毛坯，将再利用毛坯翻面使用，即原背面变为受热面，原受热面变为背面；

(2)对再利用毛坯进行变形矫正，去除受热面的积灰和结焦，对再利用毛坯的受热面和背面做喷砂清洁处理后，在受热面喷涂耐高温绝热辐射涂料；

(3)在再利用毛坯的管道中装填浇注料，待凝固后，管道两头用圆钢板焊死，并在受热面上的鳍片表面堆焊镍基合金；

(4)对再利用毛坯在加工过程中产生的二次变形进行矫正，检测去除不合格品，得到再利用水冷壁管排结构；

(5)将再利用水冷壁管排结构吊装竖立，与服役水冷壁管排并排紧靠安装，二者间局部采用连接板焊接固定。

优选地，步骤(1)中，管排中的管壁的厚度在2mm以上。

优选地，步骤(2)中，采用手持砂轮去除受热面的积灰和结焦。

优选地，步骤(3)中，所述镍基合金中添加有Ni、Cr、Co、C、Fe、Si、B和C，其中铬质量分数为10～20％，镍质量分数为50～65％。

优选地，步骤(2)中，所述耐高温绝热辐射涂料的主要成分为SiC陶瓷粉。

优选地，步骤(3)中，浇注料由以下质量分数的物质组成：氧化铝55-60％、铝酸盐水泥7～10％、铝矾土细粉15～24％、不锈钢粉3～5％、微米级硅粉1～3％、减水剂0.1～0.2％、助剂3～5％。

更优选地，所述不锈钢粉采用含铬18％～20％、镍10％～12％、钼约3％的不锈钢为原料，经雾化后，在润滑剂存在下球磨、过筛分级制成。

与现有技术相比，本发明具有以下技术优势：

(1)本发明中的再利用水冷壁管排结构在管道内灌装浇筑料，在实际应用中可起到支撑骨架作用；在长期炉膛高温烘烤过程中，管排上喷涂合金的高温氧化物产物逐渐渗进浇注料后所形成的一体化结构，可大大减小高温浇注料的脆性，并抑制裂纹扩展倾向，提高了水冷壁管排结构的整体韧性，即使长期使用后管壁局部减薄甚至局部被烧损缺失后导致浇注料外露，也不会发生局部坍塌或碎裂的现象。再利用水冷壁管排结构在维护保养和使用寿命方面均具有显著优势。

(2)从经济性出发，报废管排的收购成本约4000元/吨，虽然在再利用过程中也要使用浇注料，但用量约为传统浇注料的10％～15％；虽然鳍片表面堆焊镍基合金，但鳍片宽度仅为70～100mm，堆焊面积较小。与传统的卫燃带浇注料(厚度约50mm)的成本相比，再利用水冷壁管排结构产品成本比传统浇筑料降低15％以上；与传统的浇注料墙(厚度约150mm)相比，成本降低30％以上。本发明不仅为报废的水冷壁再利用提供了新途径，而且再保证使用效果的同时，降低了生产成本。

(3)本发明中所使用的耐高温绝热辐射涂料是一种耐高温(温度可以达到1700℃)、强辐射率(0.95)、耐蚀性和高耐磨性的特种功能节能涂料，将其喷涂在受热面上，通过涂料涂层红外辐射，改善炉内热交换、提高炉膛内温度场强及均匀性、使燃料燃烧更充分，可达到增加热效率，减少能耗、保护水冷壁和延长其使用年限的技术效果。

(4)本发明在以氧化铝为主的浇注料中加入一定量的微米级的金属硅粉，较大粒径的氧化铝为骨料，较小粒径的其它原料为粉料，并填充进入骨料的空隙，铝酸盐水泥作为结合剂将各原料紧密结合，提高浇注料的强度，能先于易氧化的碳素材料被氧化，形成稳定的金属氧化物和碳化物，从而增强浇注料的使用性能。另外，金属性是金属普遍具有的某些共性，非金属性是非金属普遍具有的某些共性，而在金属和非金属的分界线上的金属硅粉就会有两者的某些共性，从而使浇注料与金属管道内壁间有良好的亲和性。金属硅粉加入量在1～3％，量过多将影响浇注料的高温强度和热膨胀系数。

(5)本发明在以氧化铝为主的浇注料中加热一定量的微米级的不锈钢粉，不锈钢粉属于金属类物质，而作为水冷器管排的钢管也是金属，二者间有亲和性，故二者间的结合强度就明显要高于普通浇筑料与钢管内壁间的结合强度，起到浇筑料与管相连接的作用；不锈钢粉作为增强相，在受到热冲击时韧性较好，可提高浇注料整体的抗拉和抗折强度，从而可抑制初期的龟裂和爆裂，同时与水冷壁管内壁有较好的亲和性。

附图说明

图1为本发明背景技术中水冷壁管排图片

图2为本发明背景技术中水冷壁管排局部照片

图3为本发明具体实施方式中的再利用水冷壁管排结构示意图

图4为本发明在高温烘烤下管壁金属材料与浇注料融合示意图(200h)

图5为本发明在高温烘烤下管壁金属材料与浇注料融合示意图(300h)

其中：1、耐高温绝热辐射涂料2、浇注料3、堆焊镍基合金4、管外径5、鳍片。

具体实施方式

现结合具体实施例和附图对本发明做进一步说明。

本发明公开了一种垃圾电站用余热锅炉水冷壁管排回收再利用工艺，可替代余热锅炉内的浇注料墙，包括以下步骤：

(1)在从垃圾电站收购来的报废管排中挑选出受热面无爆口、宏观裂纹及热变形等外观损伤相对较轻，且管壁壁厚仍在2mm以上的管排(据统计约占报废管排总量的60％)作为再利用毛坯。将再利用毛坯翻面使用，即原背面变为受热面，原受热面变为背面。

(2)采用专用工装对再利用毛坯进行变形矫正，并用手持砂轮磨除受热面的积灰和结焦，对再利用毛坯的受热面和背面做喷砂清洁处理后，在受热面喷涂耐高温绝热辐射涂料，涂料的主要成分为SiC陶瓷粉，可大大减少管壁对炉膛高温的吸收量。

(3)在再利用毛坯的管道中装填浇注料，待凝固后，管道两头用圆钢板焊死，并在受热面上的鳍片表面堆焊镍基合金，镍基合金中添加有Ni、Cr、Co、C、Fe、Si、B和C，其中铬质量分数为10～20％，镍质量分数为50～65％；如图3所示。

(4)对再利用毛坯在加工过程中产生的二次变形进行矫正，检测去除不合格品，得到再利用水冷壁管排结构；

(5)将再利用水冷壁管排结构吊装竖立，与服役水冷壁管排并排紧靠安装，二者间局部采用连接板焊接固定。

其中，浇注料浇注料由以下质量分数的物质组成：氧化铝55-60％、铝酸盐水泥7～10％、铝矾土细粉15～24％、不锈钢粉3～5％、微米级硅粉1～3％、减水剂0.1～0.2％、助剂3～5％。是采用低碳钢即含铬18％～20％，镍10％～12％，钼约3％的不锈钢为原料，不锈钢粉是采用低碳钢即含铬18％～20％，镍10％～12％，钼约3％的不锈钢为原料，经雾化后，在润滑剂(硬脂酸)存在下球磨、过筛分级制成。不锈钢粉末粒子形状为规则的圆球状，密度7.9g/cm3，平均粒径<33μm。有良好的高温耐腐蚀性和耐久力。

该烧注料经试验4小时烧制后检测，体积密度平均值1.84g/cm3，抗折强度平均值10.74MPa，

性能测定

1、按照电力行业标准DL/T939-2005中公开的方法对再利用水冷壁管排结构的不圆度、表面均匀性等进行测定，得到以下结果；(1)管排表面无裂纹、撞伤、压扁、沙眼和分层等缺陷；(2)管排表面光洁、无腐蚀；(3)管受热面壁厚负公差小于壁厚的15％；(4)弯管表面无拉伤，波浪度小于新管出厂要求；(5)弯管弯曲部分实测壁厚大于直管的理论计算壁厚；(6)弯管的不圆度小于6％，通球试验合格；(7)鳍片堆焊边缘无咬边。

2、将再利用水冷壁管排结构放进1300℃电炉中，经过200和300小时的高温烘烤加速试验，取出后的表面形貌见图4、图5；在受到炉膛长期高温烘烤过程中，管壁合金材质与浇注料逐渐会发生融合成为一体现象，合金的高温氧化物产物逐渐渗进浇注料后所形成的一体化结构，增强了浇注料的塑性，大大减小了高温浇注料的脆性和抑制裂纹扩展倾向。

Claims (6)

1.一种垃圾电站用余热锅炉水冷壁管排回收再利用工艺，可替代余热锅炉内的浇注料墙，其特征在于包括以下步骤：

(1)筛选从垃圾电站报废的管排，挑出受热面无爆口、宏观裂纹、热变形等外观损伤较轻的作为再利用毛坯，将再利用毛坯翻面使用，即原背面变为受热面，原受热面变为背面；

(2)对再利用毛坯进行变形矫正，去除受热面的积灰和结焦，对再利用毛坯的受热面和背面做喷砂清洁处理后，在受热面喷涂耐高温绝热辐射涂料；

(3)在再利用毛坯的管道中装填浇注料，待凝固后，管道两头用圆钢板焊死，并在受热面上的鳍片表面堆焊镍基合金；

(4)对再利用毛坯在加工过程中产生的二次变形进行矫正，检测去除不合格品，得到再利用水冷壁管排结构；

(5)将再利用水冷壁管排结构吊装竖立，与服役水冷壁管排并排紧靠安装，二者间局部采用连接板焊接固定。

2.根据权利要求1所述的一种垃圾电站用余热锅炉水冷壁管排回收再利用工艺，其特征在于：步骤(1)中，管排中的管壁的厚度在2mm以上。

3.根据权利要求1所述的一种垃圾电站用余热锅炉水冷壁管排回收再利用工艺，其特征在于：步骤(3)中，所述镍基合金中添加有Ni、Cr、Co、C、Fe、Si、B和C，其中铬质量分数为10～20％，镍质量分数为50～65％。

4.根据权利要求1所述的一种垃圾电站用余热锅炉水冷壁管排回收再利用工艺，其特征在于：步骤(2)中，所述耐高温绝热辐射涂料的主要成分为SiC陶瓷粉。

5.根据权利要求1所述的一种垃圾电站用余热锅炉水冷壁管排回收再利用工艺，其特征在于：步骤(3)中，浇注料由以下质量分数的物质组成：氧化铝55-60％、铝酸盐水泥7～10％、铝矾土细粉15～24％、不锈钢粉3～5％、微米级硅粉1～3％、减水剂0.1～0.2％、助剂3～5％。

6.根据权利要求5所述的一种垃圾电站用余热锅炉水冷壁管排回收再利用工艺，其特征在于：所述不锈钢粉采用含铬18％～20％、镍10％～12％、钼约3％的不锈钢为原料，经雾化后，在润滑剂存在下球磨、过筛分级制成。

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