465t/h循環(huán)流化床鍋爐分離器中心筒改造探究
465t/h循環(huán)流化床鍋爐分離器中心筒改造探究
循環(huán)流化床鍋爐高溫循環(huán)灰的分離裝置是循環(huán)流化床鍋爐循環(huán)系統(tǒng)中的關鍵部件之一，其主要作用是將大量的高溫固體物料從煙氣中分離出來，送回燃燒室，維持燃燒室內較高的固體顆粒濃度，并保證燃料和脫硫劑多次循環(huán)和反復燃燒。從運行機理上來說，只有當分離器完成了含塵氣流的氣固分離并連續(xù)地把收集下來的物料回送至爐膛，實現(xiàn)灰平衡及熱平衡，才能保證爐內燃燒的穩(wěn)定與高效；對系統(tǒng)結構而言，分離器設計、布置是否合理直接關系著鍋爐系統(tǒng)安裝、運行、維護等各方面的經(jīng)濟性與可靠性。
分離器的性能在很大程度上影響著鍋爐的燃燒效率、脫硫效率等關鍵參數(shù)。目前，大型循環(huán)流化床鍋爐廣泛采用高溫旋風分離器，必須滿足下列要求：（1）能夠在高溫下正常工作，不僅能承受高溫，而且還能消除由于溫度變化引起的脹差，避免由于高溫環(huán)境導致碳粒燃燒而產(chǎn)生的結焦等現(xiàn)象；（2）能夠滿足極高濃度含塵煙氣流的分離，能抵抗由于極高固體顆粒濃度煙氣沖刷帶來的磨損；（3）具有低阻特性；（4）具有較高的分離效率；（5）與鍋爐整體上適應，使鍋爐結構緊湊。作為大型循環(huán)流化床鍋爐的基本結構形式，爐外高溫分離技術在煤種適應性及鍋爐熱效率等方面具有明顯的優(yōu)勢。
循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)由爐膛、旋風分離器和回料閥組成。含灰煙氣在爐膛出口處分為左右兩股，沿切向引入分離器筒體。如圖1所示，由于筒壁的約束作用，氣流由直線運動轉變成圓周運動，旋轉氣流的絕大部分沿器壁呈螺旋形向下，朝錐體流動，通常這股氣流被稱為外旋流。含灰煙氣在旋轉過程中產(chǎn)生離心力，將重度大于氣體的顆粒甩向器壁，顆粒一旦與器壁接觸便失去慣性力，靠入口速度的初始動量隨外螺旋氣流沿壁面下落，最終進入回料閥經(jīng)回料腿送回爐膛再次燃燒。旋轉向下的外旋氣流在到達錐體時，因倒圓錐體向下漸縮的形狀，根據(jù)“旋轉矩”不變的原理，在不考慮摩擦損失的情況下，其切向速度會不斷提高。另一方面，外旋流旋轉過程中使周邊氣流壓力升高，在圓錐中心部位形成低壓區(qū)，由于低壓區(qū)的吸引，當氣流到達椎體下端的某一位置時，便向分離器中心靠攏，以同樣旋轉方向的旋風在分離器內部由下反轉向上，繼續(xù)作螺旋運動，稱為內旋流。最后，失去大部分大顆粒飛灰的螺旋煙氣經(jīng)中心筒進入尾部煙道外，小部分未被捕集的顆粒也由此逃出。氣體中的顆粒只要在氣體旋轉向上排出前能夠碰到器壁，即可沿器壁滑落到排塵口，從而達到氣固分離的目的。
旋風分離器主要作用是將大量高溫固體物料從煙氣流中分離出來，送回燃燒室，以維持燃燒室的快速流化狀態(tài)，促使燃料多次循環(huán)、反復燃燒，從而保證鍋爐的燃燒熱效率。因此，旋風分離器的結構性能直接決定著整個循環(huán)流化床鍋爐的運行效率和熱負荷能力。
某公司3#、4#機組為哈爾濱鍋爐廠HG-465/13.7-L.PM7型超高壓自然循環(huán)CFB鍋爐，B-MCR蒸發(fā)量為465t/h。鍋爐設計采用2個直徑8.08m的高溫絕熱旋風分離器，布置在燃燒室與尾部對流煙道之間，外殼由鋼板制造，內襯為絕熱材料及耐磨耐火材料，分離器上部為圓筒形，下部為錐形。防磨絕熱材料采用拉鉤、抓釘、支架固定。除中心筒外，旋風分離器所有組件均有12mm碳鋼板卷制而成，內敷保溫、耐火防磨材料，鋼板外設計溫度為450℃。旋風分離器煙氣進口處凈截面為3060mm×5700mm。鍋爐MCR工況時，旋風分離器的入口設計煙速為16m/s。
公司3#、4#機組運行時間較長，安全性能越來越差。為了確保機組高效節(jié)能安全運行，分別在2007年和2010年進行改造，將中心筒材質更換為更耐高溫的1Cr25Ni20Si2不銹鋼，并將中心筒吊裝方式由懸掛式改為支撐式，一定程度上解決了筒體變形、吊掛裝置碳化嚴重的問題。
目前，3#、4#機組分離器存在著以下幾個問題：分離器出口水平煙道處澆筑料磨損嚴重，每次停爐都需要對其進行大面積修補；并且2臺鍋爐從各自A、B分離器出口處直到空預器出口，煙溫相差很大，4#爐兩側溫差甚至超過了30℃，鍋爐安全性及熱效率受到很大的負面影響。為提高3#、4#機組的運行效率和穩(wěn)定性，對分離器存在的問題進行研究是十分必要的。
針對3#、4#機組存在的分離器出口水平煙道澆筑料磨損嚴重和尾部煙道兩側煙溫相差大的問題進行分析，發(fā)現(xiàn)其主要原因為分離器煙速較高。
1）分離器出口煙氣攜帶大量飛灰顆粒，以螺旋氣流形式前進。同樣的煙氣流量，螺旋氣流外側煙氣線速度更大，對煙道澆筑料的磨損會更為嚴重。
2）煙氣流速過快，從2個分離器出來的2股煙氣在尾部煙道內得不到充分混合，導致煙道兩側溫差較大，鍋爐熱效率降低。
分離器入口煙速受一二次風量影響，由鍋爐負荷決定；并且分離器分離效率也受煙速影響，進入分離器的煙氣速度越高，分離器分離效果越好。所以，降低煙速只能從降低分離器出口煙速著手。
在分離器中心筒上部加裝6塊均勻布置的12mm厚1Cr25Ni20Si2不銹鋼阻流板。
1）在中心筒上部加裝阻流板后，內旋上升煙氣被阻流板延滯，速度降低，減小了在中心筒入口對外旋下降煙氣的卷吸作用，提高了旋風分離器的分離效率，提高鍋爐運行經(jīng)濟性。
2）內旋上升煙氣被阻流板延滯，外圍氣流轉動動能下降，線速度降低，大大減小了其離開分離器后對水平煙道澆筑料的磨損速率。
3）降低了煙氣在尾部煙道局部部位的流動速度，強化了煙氣與尾部受熱面的熱交換，緩解尾部煙道局部受熱面的磨損和過熱現(xiàn)象，其中3#爐降低7℃，4#爐降低4℃，鍋爐熱效率顯著提高。
4）3#、4#爐排煙溫度每降低1℃，鍋爐熱效率提高0.51%，煤耗降低0.185g/（kW·h）。3#、4#爐排煙溫度分別降低了4℃和7℃，機組年利用小時按機組額定負荷5000h測算，3#、4#機組每年分別節(jié)煤536.5t和938.9t，可創(chuàng)造年經(jīng)濟效益
