130T/h循环流化床锅炉旋风分离器提效改造

130T/h循环流化床锅炉旋风分离器提效改造

任彦恒

库尔勒中泰纺织科技有限公司

摘要：针对某电厂130T/h循环流化床锅炉旋风分离器中心筒变形、脱落，分离器效率低等问题进行分析，提出了对中心筒长度、分离器入口流速进行改造的方案，并取得了良好的实施效果。

关键词：循环流化床锅炉  旋风分离器  中心筒  入口流速靶区磨损

引言

循环流化床蜗壳式旋风分离器是循环流化床中的关键部件，其主要作用是利用离心力把大量高温固体颗粒从烟气中分离出来，送回燃烧室。旋风分离器的分离效率直接影响了燃料的燃烧效率。在旋风分离器使用的过程中，进入其旋风分离器的高流速、高温度、高浓度的气固流容易磨损旋风分离器的内壁，尤其是分离器的靶区最易受到气固流的冲刷造成磨损严重。因此，分离器必须具有高效率、低阻力的性能指标且能够在较恶劣质的工况环境下长期工作，以保证燃烧、传热、炉内脱硫等方面需要。

1 锅炉概况

新疆某公司动力中心130t/h的次高温、次高压循环流化床锅炉，为单锅筒、π型、室内布置的循环流化床锅炉（NG-130/5.3-M9，杭锅设计制造），锅炉由一个膜式水冷壁炉膛、 两个蜗壳式汽冷旋风分离器、回料系统和尾部竖井烟道组成，在炉膛内部无任何附加受热面，尾部竖井烟道上部由汽包墙包覆，下部由护板烟道组成，依次布置有高、低温过热器以及省煤器。旋风分离器进口烟道由汽冷膜式壁包覆而成，本体为膜式包墙过热器结构，内敷耐磨材料。分离器靶区磨损泄漏成了长期困扰锅炉安全生产的一大难题，一直影响着锅炉的安全经济运行，运行周期最多为3个月就会发生一次分离器浇注料磨损脱落泄漏停运，非生产消耗增加，维护费用升高。

2  原因分析

2.1对旋风分离器中心筒变形、脱落，分离器效率低等问题进行分析如下：

1）原分离器中心筒为挂片式结构，挂片与挂片之间采用焊接方式相连，在机组运行时，高温环境下，焊接部位由于焊接热应力的不均匀释放导致了中心筒挂片变形、脱落。

2）原分离器中心筒长度只有入口烟道高度的35%，分离器中心筒插入深度会对效率和阻力产生双重影响，较短的插入深度易造成气流短路，效率变低，过长的插入深度阻力增大，效率反而变低，由于分离器内旋转气流在中心筒与壁面间运动，根据研究可知当中心筒长度约是入口烟道高度的0.4-0.5倍时，分离器效率最高。

3）原分离器入口烟道截面偏大，流速低，分离器效率已不满足现在低氮燃烧技术的使用要求。分离器入口烟气流速和分离器内部截面烟气上升速度对效率有不可忽略的影响。由于分离器进口烟气速度偏低，进口烟道的布置不能匹配旋风分离器筒体，可以采取减少进口截面积，以提高分离器进口烟气流速来达到提高分离效率的目的。进口烟速在一定范围内越高，分离效率越高，但运行阻力也越大。进口烟速过高，二次携带严重，却使效率降低。另外，烟速过大，压力损失也大大增加，能量损耗太大，而且也会加速对分离器本体的磨损，使运行寿命降低。

2.2对旋风分离器靶区磨损进行分析如下：

由于磨损的复杂性，科学界根据磨损的工况（环境、介质、干湿状态）、接触性质、力的作用方式和大小进行了不同分类，一般将磨损分成下列五种：黏着磨损、疲劳磨损、磨料磨损、冲蚀磨损、腐蚀磨损和微动磨损。冲蚀磨损是指一定质量的流体或固体颗粒以某种速度和角度对材料表面进行冲击所造成的磨损。旋风分离器的流场是一个复杂的三维湍流流场，影响旋风分离器壁面磨损的主要因素有颗粒的速度、气体的含尘浓度和冲角。当含尘气流以直流线方式进入分离器后，在壁面的约束下转变为旋转气流，气流中的固体颗粒在惯性力和离心力的作用下会脱离主气流而甩向壁面。而灰粒径大小的不同则决定了灰颗粒是否被提前甩向壁面。从现场浇注料表面形态，可以看出磨损区域发生了明显的塑性变形，有明显的犁沟状冲蚀磨损形貌存在，浇注料表面布满了条状磨痕，呈波纹状分布，磨痕方向大体一致。因此判断分离器靶区的磨损，是壁面局部区域受到颗粒的严重冲击、侵蚀造成的磨损。

而旋风分离器采用气冷方式，大大减小了耐火层厚度，膜式壁表面浇注料需要靠密集的销钉和钢筋网来固定，根据磨损量计算公式：

T=k·u·w3.5·t

K=c·n

其中：T-磨损量，g/m2；

      u-灰浓度，g/m3；

      w-烟气流速，m/s；

      t-时间，h；

      k-磨损系数；

      c-灰磨损系数，

      n-飞灰撞击率。

可知影响旋风分离器靶区磨损的主要因素有：浇注料的施工质量、气流速度、固体颗粒物性质、时间等，然而目前燃煤复杂多变，无法改变固体颗粒物性质；旋风分离器入口气流速度对旋风分离器效率影响很大，也无法去改变，因此只能从浇注料的施工质量和磨损时间着手解决分离靶区磨损问题。

3 改造方案

根据上述原因分析，改造方案如下：

1)对分离器挂片重新设计，对挂片的强度进行补强，并对挂片之间的焊接质量及焊后应力消除进行严格控制；

2)将分离器中心筒下部加长300mm，提高分离器分离效率；

3)将分离器入口烟道更改为渐缩型结构，切向进口，通过敷设浇注料方式改造进口炉膛出口截面 2.93X1.1m，分离器入口 2.93X0.95m。本次分离器进口烟道改造后，提高分离器进口烟气流速，保证较高的分离效率，通过耐磨耐火材料将旋风分离器入口烟道宽度减少，以达到提高烟气速度及分离效率的目的。本次分离器进口烟道改造后，分离器进口烟气流速约26m/s，保证较高的分离效率，分离器阻力会增加约400Pa。

4)对不定型耐火材料的材料性能指标、施工工艺和烘炉三个环节进行严格控制，另外在锅炉启动过程中应控制温升速度，避免急冷急热，造成炉衬损坏；

5)将靶区易磨损部位管屏进行外展，增加浇注料厚度，并将浇注料材质更换为耐磨耐热材料，延长浇注料使用寿命；分离器原耐火浇注料厚度为55mm±10mm，对分离靶区让管改造后，分离器靶区浇注料厚度为105mm±10mm；在分离器进口加装一道100mm*100mm的防磨梁来减缓流速，对分离器出口的冲刷段进行防护，减少分离器泄漏故障停炉。

6)对将点炉的温升速率调整至2-2.5min/℃，冷却时禁止大风量冷却，放缓降温速度，减少金属以及内衬材料热冲击应力。

4 改造效果

1)改造后，运行两年时间内分离器中心筒未出现脱落、变形。

2)旋风分离器改造后，炉膛上部差压增加约500Pa，炉膛灰浓度提高，炉膛吸热份额增加，炉膛上下床温差较小，炉膛床温可控制在894℃左右，有效减低炉膛NOx的氧化生成。从而说明了改造后分离效率得到提高，循环灰量增加。

3)分离效率提高后，燃煤在炉内循环燃烧的次数增加，燃烧时间加长，燃料燃尽率提高，有效降低锅炉的灰渣含碳量，提高锅炉的热效率。

4)通过技改后，运行实施8个月进行检查，分离器靶区磨损已基本得到解决，未发生靶区浇注料脱落爆管现象。

5 结论

1)应用实践表明，分离器中心筒挂板的重新设计及安装质量控制，提高了分离器中心筒的使用寿命，中心筒的脱落、变形得到控制。

2)分离器中心筒改造后，分离器压降增加约400Pa，炉膛上部差压增加约500Pa，分离器效率显著提升。

3)在现有使用工况下，通过分离器靶区让管改造、浇注料厚度增加和运行调整等方式，有效实现了靶区防磨的目标。

参考文献：

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[2] 路春美，循环流化床锅炉设备与运行

[3] 高丙光，李海霞，排气管高度对旋风分离器动力学特性影响

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[5] 茹 宇，许杰，循环流化床锅炉分离器中心筒改造对锅炉性能的影响

[6] 史剑，马春山. CFB锅炉浇注料开裂脱落的原因及预防措施

[7] 马增益;严建华;潘国清;池涌;倪明江;岑可法，惯性分离器对循环流化床顶部区域受热面磨损的影响