循環流化床鍋爐旋風分離器燒紅問題分析及處理措施

京能（赤峰）能源發展有限公司 周燕輝 徐英俊 鄭 健 孫 晗

京能（赤峰）能源發展有限公司煤矸石電廠I期建設兩臺2×150MW超高壓循環流化床燃煤供熱機組，同步配套兩臺無錫華光鍋爐股份有限公司設計制造的UG－480/13.7－M型超高壓循環流化床鍋爐，其型式為一次中間再熱、自然循環、平衡通風、雙高溫絕熱旋風分離器、自平衡“U”形回料閥。兩臺循環流化床鍋爐各采用2個內徑為7.1米的高溫絕熱分離器，進口采用蝸殼形式、蝸殼最大直徑φ8.9m，布置在燃燒室與尾部對流煙道之間，外殼由鋼板制造，分離器上部為圓筒形下部為錐形，內襯整體為磚砌結構、絕熱材料及耐磨耐火材料，防磨絕熱材料采用拉鉤、抓釘、支架固定。從上到下依次為筒體爐墻、錐體、料腿和返料器。

爐膛出口煙道、筒體爐墻均采用磚砌結構，分為3層，外層為113mm耐磨耐火高鋁磚、中間層為116mm耐火保溫澆注料、內層為116mm硅酸鋁耐火纖維毯。延筒體垂直方向每隔一定間距設置托磚架，筒體砌磚由矩型磚、異型磚、楔形磚構成，異型磚采用事先焊接在筒體上的“Y”形抓釘固定，矩型磚、楔形磚依靠砌筑而成，其他不規則部分采用澆注料澆筑而成。筒體爐墻的下部結構依次為錐體、立管、返料器，同樣是由3層構成，但與筒體爐墻不同的是這三部分采用耐火絕熱材料結構，其厚度均為350mm，內層為60mm硅酸鋁耐火纖維毯、中間層為170mm輕質保溫澆注料、外層為120mm高強度耐磨耐火澆注料。

自雙機投產以來，該廠旋風分離器中心筒頂部、38.5米爐膛出口水平煙道、16.4米返料器處外壁均發生過燒紅現象，外壁一但燒紅、鋼板碳化速度加快，嚴重時沿著碳化處向外漏灰，由于高溫灰呈流體狀，隨著運行時間增加會迅速貼著鋼板內壁蔓延至周邊區域，導致其他位置燒紅，如處理不及時會危及整個返料系統的安全穩定運行，嚴重時導致機組故障停運。

圖1 旋風分離燒紅位置圖

1 旋風分離器燒紅原因及燒紅后處理方法

1.1 襯里砌磚脫落的影響

在熱脹冷縮的作用下，機組正常運行時，砌磚間灰漿縫和預留的膨脹縫是漲開的，砌磚之間擠壓在一起、高溫灰是進不到保溫層的，但是隨著機組運行時間增加，高濃度飛灰從爐內出來后頻繁沖刷、撞擊該處的砌磚，導致砌磚出現龜裂、脫落等現象，嚴重時導致墻體坍塌。另外，由于近幾年機組深度調峰頻率的增加，旋風分離器的振動進一步加大，加劇了砌磚的脫落。高溫耐磨耐火磚脫落后，里面的耐火保溫磚在高濃度飛灰的沖刷下會快速的脫落，導致高溫煙氣接觸旋風分離器鋼板內壁，導致分離器外表面燒紅，并逐漸蔓延到其它部位。

1.2 旋風分離器內澆注料裂縫的影響

從旋風分離器內襯結構可看出，分離器錐體及下部正壓區域的結構采用耐火絕熱材料結構，與上部結構不同，這些部位最外層為高強度耐磨澆注料，在機組運行中，立管及返料器物料濃度高，返料量較大，且運行工況惡劣，導致澆注料磨損速度大，含塵煙氣反復沖刷導致部分區域澆注料出現龜裂，隨著運行時間的增加，部分澆注料裂縫被高溫灰沖刷穿透，通過澆注料的裂縫竄到保溫層里，由于保溫層不具備耐磨性，中間保溫澆注料及內層硅酸鋁纖維毯很快被吹空，這樣高溫灰直接接觸旋風分離器鋼板內表面，也會導致返料腿外表面燒紅。

1.3 常規處理方案

經過調研一些循環流化床機組，業內普遍的解決方案基本一致，在分離器燒紅處外壁焊接密封罩殼，外面敷以硅酸鋁纖維毯，然后將密封罩殼全部灌注澆注料，通過實際運行效果來看并不理想，主要是沒有分析清楚旋分分離器燒紅的根本原因，只是將旋分分離器外壁焊接密封罩殼用澆注料灌注，由于澆注料硅酸鋁纖維板及澆注料二者絕熱效果好，導致燒紅處熱量不能及時散發，反而加速了旋風分離器燒紅處外壁碳化的速度，導致燒紅問題沒有從根本上解決，導致燒紅的面積逐漸擴大，進而進一步影響機組的安全穩定運行，所以這種方法不建議使用。

1.4 試驗性技術處理方案

經過細致、嚴謹的對分離器表面燒紅原因分析，得出旋風分離器表面燒紅是由于高溫灰通過澆注料裂縫或爐墻砌縫流動到分離器保溫層內與分離器內壁鋼板接觸而導致的，通過分析灰的熔融特性得出，高溫的灰渣呈流體狀，隨著溫度的降低熔渣中晶體不斷析出，熔渣流型逐漸偏離牛頓流體的特征，如果溫度逐漸下降到臨界粘度溫度時為固-液共存的最高溫度，如果低于這一溫度，黏度驟然增加、迅速固化，就會出現晶體渣的特征。所以根據這一思路可以想一種辦法降低與分離器鋼板接觸灰的溫度，灰溫度一旦降低到臨界粘度溫度時灰就會停止流動，那返料腿燒紅的問題就迎刃而解了。經過實踐，可以通過以通過以下兩種方式進行解決處理：

在旋風分離器燒紅處外表面加裝微型冷卻裝置，由旋分分離器外表敷設的水箱或蛇形管換熱器、冷卻水系統、水泵等組成，通過循環水系統強制冷卻，將旋分分離器燒紅處外表面敷設的水箱或蛇形管換熱器內的高溫水進行冷卻，從而將分離器外壁的熱量及時帶走，快速降低燒紅鐵板內部灰的流動性，從而降低燒紅處外表面溫度。為了保證冷卻效果，應使進入水箱的水溫度越低越好，最好保證冷水水溫不超20℃，這樣才能保證冷卻效果，經過實際運行參數分析，如果高于這一溫度，由于冷卻效果降低導致燒紅處的溫度會有所上升，這是其中一種處理方法。

在旋風分離器燒紅處的外表面焊接密封罩殼，但所有罩殼必須要形成一個通道，這樣使空氣可以很好的流通，向密封罩殼接入一定壓力的冷空氣（壓縮空氣或一、二次風冷風），如圖2、3所示，分別對各個密封罩殼進行強制通風冷卻，但是在選擇冷卻風的時候要保證冷卻風要有0.25MPa的壓頭，通過實驗數據分析，使用一、二次風冷卻效果并不理想，原因是在機組低負荷時一、二次風壓頭較小，風量不足，另一方面一、二次風冷風溫較高，冷卻效果不理想。所以可以考慮在室外加裝一臺風機單獨向裝置進行通風冷卻，這樣既能保證風壓又能可以降低風溫，提高整個裝置的冷卻效果，可有效降低灰的流動性，降低旋風分離器外壁溫度，從而解決分離器外壁燒紅的問題。

圖2 燒紅部位密封罩殼通入冷卻風

圖3 燒紅部位密封罩殼通入冷卻風

上述是解決在線處理分離器燒紅的兩種有效方法，適宜用在立管及返料器等正壓區域的燒紅部位處理。第一種處理方法準備時間比較長、設備多且工藝復雜，但是冷卻效果好；第二種方法冷卻效果雖然不如第一種，但是準備時間較短，只需焊接密封罩殼，大大縮短了處理時間。在實際處理的時候，應根據燒紅的部位、面積選擇合適的處理方法，通過以上兩種處理方法使得分離器燒紅問題得以很好解決。

1.5 灌注法處理方案

這種方法適用于爐膛出口到中心筒負壓區域旋風分離器燒紅的處理，由于該區域處于負壓區，可以將燒紅部分區域開孔，通過機械輔助向燒紅區域注入一定量的澆注料，使用的澆注料濃度應適宜，濃度太高流動性差，注入難度大；濃度太小不宜成型，在攪拌時必須控制好澆注料濃度，注入時應一次注入，如果面積較大可以分多孔分別注入，始終要保持作業的連續性，防止澆注料固化、粘結。但是該方法具有一定的危險性，在開孔的過程中容易造成人員燙傷，所以需要做好安全措施才能進行施工，這種方法不建議使用。

1.6 運行優化調整

該廠的流化風和返料風各有一個風箱，通過管徑不同的管子連接在高壓流化風機出口母管上，在前后返料風管上各設置電動調節閥、流量計，從而可以較好的調節、分配風量，另外從高壓流化風母管引出一路卸荷風去一次風，可以降低返料風室風壓，從而達到控制返料量和返料溫度的目的。

通過運行實驗數據分析可以看出，在機組高負荷的時，返料器及立管內物料濃度大，一部分高溫灰通過澆注料裂縫進入到保溫層后被鋼板外面低溫裝置冷卻，這部分灰經過被冷卻后停止流動，隨著運行時間的增加，后面進入的灰的流動性被前面的灰冷卻，流動性逐漸降低、直至停止流動，這樣灰就充滿了整個澆注料裂縫了，沒有高溫灰流入保溫層，返料器外表面的溫度自然就降低了，但是這樣使得鋼板燒紅的問題得到了解決，適合旋風分離器立管及返料器正壓區域外壁燒紅的處理。

綜合以上三種處理方法分析得出，可以通過調節返料器返料風門開度與實驗性技術處理方案二者相結合的方法來處理分離外壁燒紅的問題，一方面通過外壁的冷卻裝置可以使進入澆注料裂縫內部高溫灰流動性逐漸降低，直至灰將整個澆注料、砌磚裂縫填充；一方面通過調整返料風門開度、卸荷風來減小返料風室壓力，保持返料風室內有較多的灰量，控制進入爐內的返料量，這樣使灰將整個澆注料或砌磚裂縫覆蓋，降低灰對裂縫的擾動性。但是這樣調整得必須保證返料器返料正常，通過試驗數據，確定最佳開度。

2 旋風分離器燒紅后的監督管理

通過數據分析對比（表1）可以看出，通過加裝冷卻裝置，燒紅處各點溫度基本恢復正常，但隨著機組深度調峰頻次的增加，各點溫度變化還是存在反復的，偶爾會發生溫度升高的現象。尤其是在機組減負荷的過程中會出現這種狀況，由于之前物料是在一個平穩的環境下，在機組減負荷的過程中返料器內物料的平衡狀態被破壞。在這個過程中，旋風分離器返料量的變化導致燒紅處的溫度有一定的波動，所以運行中要加強旋風分離器外壁溫度監視，發現異常及時處理，避免燒紅部位擴大，影響機組的安全穩定運行。

表1 改造后分離器運行和物理特性參數

在機組加減負荷過程中必須嚴格控制變負荷率，按照規程規定要求進操作，從而進一步降低分離器的震動，根據負荷的變化，應及時調節返料風門，在調整時緩慢操作、避免返料器內物料大幅波動。旋分分離器在燒紅后，應及時在燒紅區域及下部通道加裝硬隔離圍欄并粘貼警示標識，防止人員誤入燙傷。

3 結語

經過鍋爐專業人員科學、嚴謹的對分離器表面燒紅原因分析，確定處理的方案。采用試驗性技術處理與高壓流化風運行優化調整相結合的處理方法，經過處理后的旋風分離器溫度正常，旋風分離器燒紅的問題得到了很好的解決。通過簡單高效的創新方法，解決了旋風分離器燒紅的問題，保證了鍋爐安全穩定運行。