循环流化床锅炉旋风分离器中的事故分析

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【摘要】旋风分离器是循环流化床锅炉中的重要设备，在控制床温床压、减小烟道受热面的磨损、燃料的充分燃烧、锅炉效率等方面发挥了重要作用。本文主要介绍了循环流化床锅炉旋风分离器的概念及运行当中遇到的问题并提出了相应的解决措施。

【关键词】循环流化床锅炉；回料阀；受热面；燃烧；磨损

1.引言

循环流化床锅炉技术是近二十年来迅速发展的一项高效低污染清洁燃烧枝术。它在运行当中暴露出了若干问题并逐一得到了解决。旋风分离器是循环流化床锅炉的重要设备之一。在循环流化床锅炉的运行当中回料装置将会遇到一系列的故障，由于回料装置常常出现各种问题，引起锅炉的非计划性停炉，给企业带来直接的经济损失。

2.回料装置出现故障的表现形式

回料装置的问题主要表现为：

2.1 回料器床料不均匀

回料不均的现象，回料器本体剧烈振动，回料器床压、床温大幅度波动，导致锅炉被迫减负荷运行。此外炉膛内循环物料入口正对的布风板风帽受到循环物料的长期冲击，部分风帽从根部折断，致使炉膛布风板漏渣、流化风带渣及布风不均匀等一系列现象发生[1]。

2.2 U阀回料器的磨损

U阀回料器中耐磨材料及回料腿处的磨损较为严重，从而有一些非常坚硬的防磨材料脱落，炉膛出口处水平烟道内也会发现同类防磨材料。在回料腿内部的浇注料出现大面积脱落现象。

2.3 返料装置床层结焦

结焦是高温分离器回料系统内经常出现的故障。原因是循环物料在炉膛内停留时间短温度过高，灰渣超过了自身的软化温度而粘结在床层上。结焦后导致物料不能正常流化，形成的大渣块堵塞物料流通回路。

2.4 回料装置辅助部件的故障

回料装置辅助部件的问题表现为U阀风的流量表计实测误差大，流化风的控制门设置不合理，无法实现风量的平稳调节，不能使风机的风门在关闭状态下实现快速启动。

3.返料装置中回料器的结构

U型回料器由立管、布风板、松动室、回料室、风室、舌板等组成[2]。U型回料器的结构如图1所示。

4.返料器投运时的注意事项及处理措施

分离器工作时分离下来的物料落入U型回料器立管，立管下方为松动风侧，以舌板为分界线，另一侧为流化风侧。实际上，旋风分离器就是一个小型流化床。在运行时，由于分离器分离下来的物料在立管内聚积，所以松动风侧的压力大于流化风侧的压力。因此物料在松动风、流化风的作用下，依靠压差的作用顺利的进入料腿，物料经过回料腿进入炉膛进一步燃烧，从而完成整个物料循环过程。

炉子在启动时，炉膛密相区内处于正压状态，而返料器内为负压。因而，回料器在投运时将可能发生压力反窜事故。为防止这种事故的发生，料腿和立管之间应形成封闭状态，具体的处理措施是：在锅炉启动前，给旋风分离器的U型回料阀中装满符合要求的循环物料，使料腿和立管之间形成料封，如图2所示。防止炉内的正压烟气反串进入负压的分离器内造成烟气短路，破坏分离器内的正常气固两相流动及炉内正常的燃烧和传热。这样就避免了炉膛压力反窜于回料阀及旋风分离器的事故。

图1 U型返料器结构图

图2 回料器启动过程与工作原理

5.返料器在运行当中的事故及分析

5.1 风帽底板与侧板的焊接开缝

锅炉正常运行时，返料装置内的循环物料对风帽底板与侧板的焊缝形成长期磨损及冲击。操作人员的操作不当时会引起返料装置内床温过高，整个返料装置的平均温度升高，造成部分设备的受热变形，发生变形时各个部件之间会产生一定程度的拉力，当产生拉力时而被长期磨损及冲击的风帽底板与侧板的焊缝则是最脆弱的部位，它们在拉力的作用下容易将焊缝崩开。当焊缝崩开后，由于风帽底板上有床料，所以此处的压力要大于焊缝崩开出的压力，经过风室的风就会从焊缝崩开处通过。这样长期运行就会对保温棉、保温浇注料、耐磨浇注料造成一定的冲击将其顶开。若不及时处理，保温棉将会被风掏空带走。由于返料装置内温度很高，外护板出现烧红现象，迫使操作人员紧急停炉。

5.2 风帽堵塞

（1）在分离器正常运行时，物料对耐火材料有磨损和冲击，造成耐火材料的脱落。当锅炉运行异常时，会对返料装置内的温度有很大影响，造成温度的不稳定波动，温度过高时会导致固定耐火砖的抓丁变形，抓丁硬度变小耐火砖容易脱落，耐火砖脱落后就会落得返料器风帽上造成风帽堵塞返料器异常。

（2）当返料装置发生前面所述风帽底板与侧板的焊接开缝事故时，返料器保温棉会被冲刷掉落到风帽上面，由于物料的冲击导致保温棉进入风帽内部，引起风帽的堵塞返料器异常。

（3）锅炉在运行过程中，一、二次风的配比不合理会造成返料器工作异常。二次风量小于条件值时对炉膛内燃烧的扰动减少，燃煤颗粒在炉膛内的上升速度加快，扰动减小将导致燃煤颗粒在炉膛内的停留时间过短即煤粒在炉膛内的燃烧时间减少，从而还处于燃烧状态的煤粒进入旋风分离器，导致返料器床温过高，当床温长时间高于某个值时会造成床层结焦而堵塞。

5.3 磨损

返料装置中两个磨损最为严重的部位。旋风分离器内容易发生磨损的部位：从旋风分离器入口方向能看到的筒体内壁区域和锥体下部。入口方向能看到的筒体内壁区域的磨损情况与管道输送转弯处的磨损非常相似[3]。在这个区域，固体颗粒尤其是大颗粒由于受离心力、惯性力及重力多种力的作用，其运动并不是沿着气流方向，而是脱离气流流线撞击旋风分离器壁面，旋风分离器壁面磨损主要是由于两相流中颗粒对壁面的切向冲刷、正压力挤压及两者之间的摩擦导致的，磨损是由于切削磨损、撞击磨损和摩擦磨损三种磨损的相互作用。最大磨损出现在颗粒冲击角度为20o的部位[4]。

磨损最严重的另一区域是锥体下部末位置或锥体底端。有研究表明，旋风分离器锥体部分的壁面磨损率与直径的3次方成反比，如式3-1所示：

e=γDc-3 （3-1）

其中，e指壁面的磨损量，Dc为锥体某一位置的直径，γ为一待定比例常数。

6.结语

循环流化床锅炉各个单元的正常工作是锅炉出力的保证，了解返料装置故障的表现形式是分析返料装置故障的关键[5]。为了提高企业的经济效益，促进循环流化床锅炉的发展，必须提高锅炉的热效率。而提高锅炉热效率最有效的方法就是提高飞灰的燃尽程度，减少其他因素造成的q4值的损失。要保证飞灰的燃尽程度就必须保证返料装置的安全稳定高效运行，这样就减少了锅炉的热损失有效的提高了锅炉的热效率企业的热经济性。

参考文献

[1]李海广.循环流化床锅炉“J”型回料阀特性研究[J].包头：内蒙古科技大学学报，2009.

[2]朱皑强，芮新红.循环流化床设备及系统[M].北京：中国电力出版社，2008.

[3]Jones P J，Leung L S.Downflow of Solids through Pipes and Valves.London：Academic Press，1985：293-329.

[4]孙胜.入口烟道结构对旋风分离器烟道壁面磨损和分离性能影响的实验研究[D].浙江大学，2013.

[5]Wang J，boumn H H，Dries H.An experimental study of cyclone dipleg flow in fluidized catalytic cracking.Powder Technology.2001，112（3）：221-228.