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(guān)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(nèi)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(fù)燃燒。從運行機理上來說，只有當(dāng)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(nèi)燃燒的穩(wěn)定與高效；對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)而言，分離器設(shè)計、布置是否合理直接關(guān)系著鍋爐系統(tǒng)安裝、運行、維護(hù)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(guān)鍵參數(shù)。目前，大型循環(huán)流化床鍋爐廣泛采用高溫旋風(fēng)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(dǎo)致碳粒燃燒而產(chǎn)生的結(jié)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(yīng)，使鍋爐結(jié)構(gòu)緊湊。作為大型循環(huán)流化床鍋爐的基本結(jié)構(gòu)形式，爐外高溫分離技術(shù)在煤種適應(yīng)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(fēng)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(zhuǎn)變成圓周運動，旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jìn)入回料閥經(jīng)回料腿送回爐膛再次燃燒。旋轉(zhuǎn)向下的外旋氣流在到達(dá)錐體時，因倒圓錐體向下漸縮的形狀，根據(jù)“旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(dāng)氣流到達(dá)椎體下端的某一位置時，便向分離器中心靠攏，以同樣旋轉(zhuǎn)方向的旋風(fēng)在分離器內(nèi)部由下反轉(zhuǎn)向上，繼續(xù)作螺旋運動，稱為內(nèi)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(jìn)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(zhuǎn)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(dá)到氣固分離的目的。
旋風(fēng)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(fù)燃燒，從而保證鍋爐的燃燒熱效率。因此，旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)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(fù)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(shè)計采用2個直徑8.08m的高溫絕熱旋風(fēng)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(nèi)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(fēng)分離器所有組件均有12mm碳鋼板卷制而成，內(nèi)敷保溫、耐火防磨材料，鋼板外設(shè)計溫度為450℃。旋風(fēng)分離器煙氣進(jìn)口處凈截面為3060mm×5700mm。鍋爐MCR工況時，旋風(fēng)分離器的入口設(shè)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(jìn)行改造，將中心筒材質(zhì)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(yán)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(yán)重，每次停爐都需要對其進(jìn)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(yù)器出口，煙溫相差很大，4#爐兩側(cè)溫差甚至超過了30℃，鍋爐安全性及熱效率受到很大的負(fù)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(jìn)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(yán)重和尾部煙道兩側(cè)煙溫相差大的問題進(jìn)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(jìn)。同樣的煙氣流量，螺旋氣流外側(cè)煙氣線速度更大，對煙道澆筑料的磨損會更為嚴(yán)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(nèi)得不到充分混合，導(dǎo)致煙道兩側(cè)溫差較大，鍋爐熱效率降低。
分離器入口煙速受一二次風(fēng)量影響，由鍋爐負(fù)荷決定；并且分離器分離效率也受煙速影響，進(jìn)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(nèi)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(fēng)分離器的分離效率，提高鍋爐運行經(jīng)濟性。
2）內(nèi)旋上升煙氣被阻流板延滯，外圍氣流轉(zhuǎn)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(fù)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 品牌認(rèn)證 1850天 已認(rèn)證
