循环流化床锅炉旋风分离器磨损问题

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摘要 本文介绍了循环流化床锅炉旋风分离器的结构特征和作用，通过对旋风分离器磨损问题的分析和研究，找出了磨损的原因和影响磨损严重程度的主要因素。同时针对以上问题采取了改变原旋风分离器材质、改变旋风分离器的几何尺寸改变旋风分离器的烟气动力场、改变旋风分离器工作环境等措施，达到减少旋风分离器的磨损，延长旋风分离器的使用时间，特别是筒芯的使用时间可以延长了3倍以上，降低了锅炉的故障率，减少了锅炉的检修费用，提高了锅炉运行的经济性。

关键词 旋风分离器；磨损原因；解决方法

中图分类号TK22 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）86-0034-02

1 概述

循环流化床锅炉以其适应燃烧煤种广，特别是能够燃烧低热值的褐煤，近二十多年在我国迅速发展起来，成为小型热电厂和供暖锅炉的首选炉型。我公司从1992年～2002年先后建设了五台75吨/小时的循环流化床锅炉，在长期的生产运行过程中，我们发现旋风分离器磨损问题非常严重，通过我们的研究和分析，找到了一些解决方法，达到减少旋风分离器的磨损，延长旋风分离器的使用时间，特别是筒芯的使用时间可以延长了3倍以上，降低了锅炉的故障率，减少了锅炉的检修费用，提高了锅炉运行的经济性。

2 旋风分离器的结构特征和作用

旋风分离器的结构主要是由外筒和筒芯组成的，挟带煤粉的烟气沿外筒内侧切向进入，在外筒和筒芯之间旋转，靠贯性作用，较大的煤粉颗粒撞向外筒，并沿筒壁下降，返回到炉膛继续燃烧，较小的粉尘随烟气经筒芯进入尾部烟道。旋风分离器的作用就是风粉分离，这是循环流化床锅炉区别其他炉型的基本特征，有了旋风分离器使飞出炉膛的较大煤粒再返回炉膛，继续燃烧，与沸腾炉相比提高了锅炉的效率，与煤粉锅炉相比节约了碎煤机电耗，因此，循环流化床锅炉近年来得到了迅速发展。

3 旋风分离器存在的问题

原设计的旋风分离器外筒和筒芯的材质是普通碳钢，在外筒内侧挂碳化硅砖，在运行的过程中由于温度的变化和磨损因素的影响，经常会发生碳化硅砖脱落的现象，碳化硅砖脱落后，外筒壁磨损非常快，3个月左右的时间就会把外筒壁磨漏，造成被迫停炉事故；筒芯的磨损相对于外筒小一些，一个新的筒芯，壁厚10mm，连续运行时间在一年左右，再坚持运行就要影响到锅炉的效率和出力，因此，循环流化床锅炉旋风分离器防磨问题是必须要认真对待和解决的。

4 旋风分离器磨损问题的研究

4.1 磨损部位的研究

我公司是1992年开始建设，锅炉1993年投产，当时循环流化床锅炉在我国刚开始应用，对循环流化床锅炉的运行经验很少，锅炉运行一年多后，发现锅炉带负荷能力下降，由于回送灰不足，锅炉床温控制不住，负荷从原来的70吨/小时到 50吨/小时，有时会由于床温度控制不住造成锅炉结焦事故，被迫停炉。同时，化验飞灰的停含炭量不正常的升高，由原来的2%以下升高到6%以上，通过计算，锅炉的效率降低，停炉后全面检查，锅炉的其他系统没有问题，只是分离器的筒芯磨损严重，筒芯下部1/3基本磨没了。在以后的运行过程中通过研究发现了磨损的规律，外筒内侧正对烟气进口的迎风面处，是磨损最严重的部位；筒芯下部外侧是烟气进口的侧对180°位置，内侧在烟气进口的下部位置，具体图示：

4.2 旋风分离器磨损原因分析

旋风分离器的磨损是由于烟气中挟带的煤粉颗粒对分离器的撞击造成的，磨损的严重程度与煤粉颗粒的大小、速度、浓度紧秘相关，同时也与煤粉颗粒的本身物理特性有关。根据物理学定理：，颗粒越大、速度越快，颗粒具有的能量越大，撞击力越大；浓度越大撞击的频率越大，磨损就越严重；颗粒的硬度高、几何形状尖锐磨损就越严重。旋风分离器内烟气流动的动力来源于引风机产生的负压，在筒芯内的负压大于分离器烟气进口的负压，烟气进入旋风分离器后旋转下行，再经筒芯上行排出，在旋转的过程中，较大的颗粒在外层，对外筒壁冲击较大，因此外筒内壁磨损严重。在烟气下行到接近筒芯底部时产生扰动，烟气迅速流向筒芯，这样筒芯的下部磨损就比上部严重。经过多年的检查发现，在筒芯的下部磨损也不是均匀的，大多数情况是在筒芯下部外侧是烟气进口的侧对180°位置磨损严重，说明烟气在此位置形成了旋涡，在此位置颗粒的冲击比其他位置多造成的。详见示意图：

环境温度的影响：目前在我国运行的循环流化床锅炉有两种分离器布置方式，一种是低温分离，分离器的工作温度400℃～450℃，另一种是高温分离，工作温度800℃～850℃，我公司75吨/小时锅炉采用的是低温分离方式，由于温度低，灰粒的硬度大，因此磨损比较严重，而高温分离器煤粉颗粒在800℃～850℃时，已经快接近它的软化温度（1 100℃左右），它的硬度明显下降，磨损状况就减轻了很多。

5 解决磨损的方向和措施

5.1 对分离器材质的研究和改进

在选用分离器筒芯材料时，即要考虑筒芯的耐用性，又要考虑它的经济性，为此我们进行了多次试验，首先选用的是价格较低的16Mn钢，使用效果没有明显改变，使用1年多后就不能再用了；改用硬质合金浇注的筒芯，使用时间较长，能达到3年左右，但价格是普通钢的3倍，考虑到检修费用和锅炉的安全性，还是采用合金钢材料综合性价比更高一些。

针对分离器外筒的挂砖容易脱落的问题，我们采用了浇筑耐高温混凝土的方法，先在筒壁上焊上白钢网筋，再浇筑混凝土，这样就解决了脱落问题，浇筑一次能够坚持使用三年以上时间，若在这期间发现磨损严重，可及时进行修补或重新浇筑，提高了外筒的使用寿命，解决了外筒磨损问题。

5.2 通过改变旋风分离器的几何尺寸改变旋风分离器的烟气动力场

根据流体力学公式Q=A×V，在烟气流量一定的条件下，流通面积与流速成反比，因此，保留旋风分离器的外筒尺寸不变，把旋风分离器的筒芯尺寸做成锥形，在原筒芯的基础上把上口直径加大500mm，下口直径减小500mm，这样减小了烟气进口的流通面积，提高了烟气流速，使更多、更小的颗粒流向外侧，顺外壁流下；到下部流通面积扩大，烟气流速下降，减小烟气的挟带作用，提高了旋风分离器的分离效果，减小了颗粒对筒芯的磨损，对降低飞灰的含炭量、提高锅炉效率起到了积极作用。由于分离器外筒的磨损比筒芯磨损好解决，这样改造的综合效果很明显。

5.3 低温分离改为高温分离

前面叙述过高温分离器的磨损比低温的小，现在已经有成功的案例把低温分离改为高温分离，这项改造是对锅炉整体的改动，把锅炉前竖井里的省煤器、过热器全部移到后竖井里，改造的工期长、费用高、需要有适当的施工环境，但改造后不仅解决了分离器磨损，而且也解决了省煤器、过热器的磨损问题，对减少锅炉的检修费用、提高锅炉的安全经济运行都会起到关键的作用，从长远来讲，这种改造有它自身的价值。

参考文献

[1]东北电业管理局编.火力发电实用技术手册.辽宁科学技术出版社.

[2]BG-75/5.29-M1循环流化床锅炉热力计算书.北京锅炉厂.

[3]河南省电力公司编.火电工程调试技术手册.中国电力出版社.