循環流化床鍋爐旋風分離器耐磨損改造及效果
吳劍恒 莊松田
（福建省石獅熱電有限責任公司 福建 石獅 362700）
[內容摘要] 介紹兩臺35t/h 循環流化床鍋爐存在的旋風分離器磨損情況，對其磨損原因進行了分析，并采取了改造，取得了良好的效果。
[關 鍵 詞] 循環流化床鍋爐；旋風分離器；磨損；技術改造
一 前言
某公司的2臺35t/h循環流化床鍋爐自1998年12月投運以來，已累計運行32909h和32312h，各項指標均達到設計要求。但旋風分離器磨損嚴重，先后更換3次中心筒和出口轉向室，并對筒體耐磨可塑料進行2次修補，費時費力又耗財，給正常的生產經營帶來較大的不良影響。
本文分析了這2臺35t/h 循環流化床鍋爐旋風分離器（含筒體、中心筒、出口轉向室）的磨損原因，先后采取了更換分離器材質以及“龜甲網＋純剛玉耐磨耐火可塑料”，取得了良好的效果。
二 磨損情況
（一） 旋風分離器簡介
35t/h循環流化床鍋爐采用中溫分離技術，2個旋風分離器左右對稱布置在水平煙道出口。分離器采用下出灰、上排氣方式，分離后的煙氣通過布置在分離器上部的連接煙道引出，進入省煤器上部煙道。分離器與回料器之間設有儲灰倉，儲灰倉的灰通過回料裝置送入爐膛循環燃燒。
該直徑較小，分離效率較高，可提高鍋爐燃燒效率；設計入口煙溫為567℃，回料溫度遠低于煤著火溫度，不存在分離器內燃燒結焦等問題，利于鍋爐安全、連續運行。分離器結構簡圖見圖1。
分離器入口截面為1950mm×340mm，設計煙速25.0m/s，用12mm厚的12Cr1MoV鋼板制成，入口處、四周及頂部焊有60mm長的φ6銷釘（密度174 mm×174mm），敷設70mm厚的耐磨可塑料。筒體通流部分直徑φ1620mm。
1—分離器錐體
2—分離器筒體
3—入口膨脹節
4—中心筒
5—出口膨脹節
6—出口轉向室
圖1 旋風分離器結構簡圖
中心筒直徑800mm，長度1887mm，厚度12mm，材質12Cr1MoV，額定工況下中心筒內的設計煙速為35.0m/s。
出口轉向室用12mm厚的12Cr1MoV鋼板制成，出口截面為1288 mm×898 mm，設計出口煙速為14.3m/s。
（二） 旋風分離器磨損情況
1999年9月，發現1#爐（已累計運行5538h）分離器漏灰，停爐檢查發現左側中心筒法蘭處被磨穿1個長152mm、寬12mm的口子，右側中心筒相同部位有1個長93mm、寬8mm的口子；左、右側轉向室法蘭處則磨有128mm×9 mm、86mm×7mm的口子；其他部位也有磨損痕跡。檢修時，在磨穿部位外部加焊10mm厚的鋼板。
2000年2月春節檢修時，兩臺爐（分別累計運行8233h、8119h）的中心筒和轉向室磨損嚴重，其中1#爐左側中心筒法蘭處被磨穿1個長862 mm、寬42mm的口子，中部被磨穿3個372mm×24mm、165mm×13mm、146mm×11mm的口子（見圖2）；右側中心筒相同部位則分別有356mm×22 mm和170mm×12mm、126mm×9mm的口子；中心筒還有許多深3～6mm的沖蝕點，局部沖蝕點已經連接成片。1#爐左、右側轉向室法蘭處被磨穿一個736mm×41mm、650mm×27mm的口子。分離器入口處、迎流面等局部磨損嚴重，可塑料表層部分脫落。2#爐磨損情況類似。因此只能更換全部中心筒和轉向室，并對可塑料脫落部分進行修補。
圖2 中心筒磨損情況
從中心筒和轉向室的磨損情況可以清楚地看出，被磨損部位都是由內側往外壁磨的，同時煙氣流沖蝕軌跡清晰可見（見圖3）。
圖3 中心筒沖蝕情況
三 原因分析
結合循環流化床鍋爐的燃燒機理[1]，根據磨損情況可以判斷，分離器的磨損是受到含塵煙氣的高速撞擊和沖刷而造成的，即是一種沖蝕磨損。對于循環流化床鍋爐而言，沖蝕磨損的影響因素主要有粒子速度、粒子濃度、粒子顆粒度、環境溫度、材料性能及沖蝕時間等。根據有關試驗得出經驗公式：ε∝υ3d2p/2g，即：磨損率ε與粒子濃度p成正比關系，與粒子顆粒度d成二次方關系，與粒子速度υ成三次方關系[2]。
由于影響分離器磨損的因素較多，其中部分因素是實際運行中產生的，簡要分析如下：
（一）燃料特性
入爐煤細粉所占比例過大，小于1mm的顆粒重量百分比達到47.44%（表1），遠高于設計值（30%）；并且無煙煤煤質脆、強度低，煤粒在揮發份析出階段破碎和燃燒過程磨損、擠壓產生大量細粉，提高了分離器入口的飛灰濃度，增大磨損速度。
表1 實際燃用煤種篩分特性
|
粒徑范圍
/mm
|
>8
|
8～3
|
3～1
|
1～0.6
|
0.6～0.28
|
<0.28
|
|
重量百分比/%
|
10.82
|
22.05
|
19.69
|
9.43
|
13.36
|
24.65
|
表2 實際燃用煤種特性
|
組分
|
Var
/%
|
War
/%
|
Aar
/%
|
Car
/%
|
Qar net
/KJ·Kg－1
|
|
設計煤種
|
3.69
|
12.73
|
15.35
|
68.56
|
22390
|
|
實際燃用煤種
|
3.58
|
8.00
|
26.91
|
61.51
|
20720
|
五 影響及效果
（一） 煙氣速度
由于澆注1層耐磨耐火可塑料，使旋風分離器進口截面縮小為1920mm×310mm，額定工況下進口煙速增至27.8 m/s，增加了11.1%；中心筒內徑減為φ730 mm，通流面積減小11.50%，煙速增加到39.6m/s，增加13.0%；轉向室出口截面縮為1242mm×852mm，煙速增加到15.6m/s，增加9.3%。
（二）煙氣阻力
由于分離器通流面積減少，提高了分離器進、出口煙氣速度，增大了分離器本體的阻力。在同等負荷下，引風機的電流也有所增加。
（三）分離效率
通過表3和表4可知，電除塵飛灰中d＞98μm的粒子含量由87.99%降低到38.50%，降低了49.49%；回料灰中d＜125μm的粒子含量由24.02%增加到56.11%，增加了32.09%。這表明，旋風分離器效率有所提高，降低了分離器后的飛灰濃度和顆粒度，從而減小了分離器的磨損率。
（四）磨損情況
2004年1月，對1#、2#鍋爐旋風分離器（累計運行12096h、11512h）進行檢查，除分離器入口、迎流面和中心筒法蘭處等處有小面積脫落、磨損外，大部分耐磨耐火可塑料表面仍基本完好，沒有明顯的磨損痕跡（見圖5）。這表明，雖然煙氣速度有所增大，但由于分離效率的提高，使飛灰濃度和顆粒度均大幅度降低，并且純剛玉耐磨耐火可塑料的耐磨性能遠遠好于12Cr1MoV鋼和310S耐磨耐熱不銹鋼，更能承受分離器劇烈的磨損。
圖5 中心筒磨損情況（改造后）
（五）鍋爐效率
由于分離效率的提高，電除塵飛灰d＞98μm的粒子含量大幅度降低，使大量的細顆粒參加循環燃燒，提高了燃燼度，使飛灰可燃物含量降低了2%～5%，機械未完全燃燒損失（q4）降低了1.08～2.58個百分點（渣灰比按40：60計算），鍋爐運行熱效率相應得到了提高。
六 結論
運行實踐證明，純剛玉耐磨耐火可塑料的耐磨性能（表5）遠遠好于12Cr1MoV鋼和310S耐磨耐熱不銹鋼，更能承受分離器劇烈的磨損。
若鍋爐平均效率提高1.50%，按年運行5000h計算，每年可節約標煤350t，折合人民幣12萬元。
根據目前的磨損情況，改造后的分離器運行周期可以達到3年，并且可以對磨損嚴重的部分進行修補，以延長其壽命。每個周期可以節約維護費用25萬元以上，并大大減低了檢修人員的勞動強度。
本次改造從材料性能著手，使分離器磨損率降低，達到預期的目的。但是沒有解決入爐煤細粉多、回料裝置料位、負荷波動等問題。
[參考文獻]
[1] 岑可法，倪明江，等.循環流化床鍋爐理論設計與運行.北京:中國電力出版社,1998.
[2]姚佰洪，林觀振.HMS高耐磨磚在循環流化床鍋爐上的應用.福建熱能動力，2000（12）.
[作者簡介]
吳劍恒（1975～），男，工程師，1997年畢業于中國礦業大學機電學院，獲工學學士學位，主要從事電廠生產運行和技術管理工作。
莊松田（1975～），男，大專畢業，主要從事電廠鍋爐管理與檢修工作。
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