循環(huán)流化床鍋爐高溫絕熱旋風(fēng)分離器超溫分析及技術(shù)改造淺談

高貴君++王鵬

摘 要：目前國(guó)內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐旋風(fēng)分離系統(tǒng)大多采用汽冷旋風(fēng)分離器和高溫絕熱旋風(fēng)分離器兩種形式，而高溫絕熱分離器存在外表溫度高，散熱損失大的缺點(diǎn)，尤其在北方全封閉結(jié)構(gòu)廠房中顯得更加突出。本文分析了某電廠旋風(fēng)分離器表面超溫的原因，并對(duì)試驗(yàn)性技術(shù)改造方案提出了改進(jìn)建議。

關(guān)鍵詞：旋風(fēng)分離器 爐墻襯里 保溫絕熱材料 技術(shù)改造

中圖分類號(hào)：TK229.66 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）10（a）-0056-02

1 設(shè)備概況與現(xiàn)狀

某電廠2臺(tái)鍋爐為循環(huán)流化床鍋爐，采用高溫絕熱旋風(fēng)分離器，其外部安裝金屬護(hù)板，內(nèi)襯整體為磚砌結(jié)構(gòu)，從上到下依次為：筒體爐墻、錐體爐墻和料腿。

筒體爐墻直徑9000mm，總厚350mm，采用磚砌結(jié)構(gòu)，分3層，內(nèi)層為113mm耐磨耐火磚，中間層為116mm耐火保溫磚，外層為116mm保溫磚。煙氣入口兩側(cè)有兩道止推板，筒體煙氣入口下面以及筒體與錐體交界處各布置一圈支撐托板。筒體磚采用拉鉤固定，其他不規(guī)則部分采用“Y”形抓釘固定的澆注料。筒體磚與頂部澆注料以及托板之間均留有不同寬度的膨脹縫，所有膨脹縫內(nèi)填充硅酸鋁耐火纖維氈。

錐體爐墻厚度為350mm，結(jié)構(gòu)與筒體爐墻一致，總高10951mm，分三段，每段之間布置一層支撐托板，采用不同尺寸的楔形磚和矩形磚來(lái)保證其形狀并實(shí)現(xiàn)分層卸載，安裝時(shí)要求磚縫均勻，均為1～2mm。料腿直徑1900mm同樣采用磚砌結(jié)構(gòu)，厚度300mm，外層保溫磚厚度由116mm縮減為66mm，其他不變。料腿最下方布置一層支撐托板，結(jié)構(gòu)與錐體爐墻一致。

自投產(chǎn)以來(lái)該廠旋風(fēng)分離器外壁溫度超溫嚴(yán)重，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量冬季（環(huán)境溫度為13℃）平均溫度92.5℃，夏季（環(huán)境溫度為35℃）平均溫度115.2℃，折算后冬夏季溫度均超過(guò)《火力發(fā)電廠保溫油漆設(shè)計(jì)規(guī)程》DL/T5072-2007中：鍋爐正常運(yùn)行條件下，環(huán)境溫度不高于27℃時(shí)，設(shè)備和管道結(jié)構(gòu)外表面溫度不應(yīng)超過(guò)50℃，環(huán)境溫度高于27℃時(shí)，保溫結(jié)構(gòu)外表面溫度可比環(huán)境溫度高25℃的規(guī)定。鍋爐旋風(fēng)分離器散熱損失很大，嚴(yán)重影響鍋爐熱效率，同時(shí)對(duì)設(shè)備和人員構(gòu)成雙重安全隱患。

2 旋風(fēng)分離器超溫原因分析

2.1 襯里材料導(dǎo)熱系數(shù)的影響

旋風(fēng)分離器表面超溫需要從爐墻襯里材料導(dǎo)熱系數(shù)出發(fā)分析原因。下面以鍋爐實(shí)際負(fù)荷300MW時(shí)旋風(fēng)分離器筒體爐墻的運(yùn)行和物理特性參數(shù)（如表1）為例，計(jì)算旋風(fēng)分離器熱通量密度和表面溫度。

其中：qs為內(nèi)襯熱通量密度，W/m2；

T2 為耐磨耐火層與耐火保溫層接觸面溫度，K；

T3 為耐火保溫層與保溫層接觸面溫度，K；

T4 保溫層與鋼板接觸面溫度，K；

T5 殼體鋼板與空氣接觸面溫度，K；

t5 殼體鋼板表面溫度，℃。

由上述公式（1）～（6）計(jì)算結(jié)果可知，當(dāng)環(huán)境溫度為25℃時(shí)，分離器外表溫度達(dá)到73.15℃，大于國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)50℃的要求，是分離器超溫的主要原因。

2.2 旋風(fēng)分離器內(nèi)襯結(jié)構(gòu)的影響

從分離器內(nèi)襯結(jié)構(gòu)可以看出，分離器內(nèi)水平安裝7層支撐托板，垂直安裝3道止推板，全部固接在金屬護(hù)板的內(nèi)壁上。另外磚塊之間采用拉鉤形式、不規(guī)則區(qū)域的澆注料采用抓釘固定。止推板、拉鉤、抓釘全部為金屬材質(zhì)，金屬材質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)比內(nèi)襯材料高，這是造成分離器散熱量增加的一個(gè)因素。另外，分離器各磚塊之間的灰漿縫和預(yù)留的膨脹縫由于振動(dòng)和熱脹冷縮，加之長(zhǎng)期經(jīng)受高溫?zé)煔鉀_刷，最終也會(huì)導(dǎo)致分離器散熱量增加。

3 旋風(fēng)分離器襯里試驗(yàn)性技術(shù)改造方案

經(jīng)過(guò)對(duì)分離器表面超溫原因分析可以初步確定技術(shù)改造的方向。一是選用新型保溫絕熱材料即導(dǎo)熱系數(shù)低的內(nèi)襯材料；二是減少金屬固定件的傳熱；三是采用一體化澆注成型工藝。為避免投資風(fēng)險(xiǎn)，先選取一個(gè)旋風(fēng)分離器的筒體進(jìn)行試驗(yàn)性改造，面積約200m2。

3.1 新型保溫絕熱材料簡(jiǎn)介

目前將導(dǎo)熱系數(shù)在0.05W/m·℃以下的材料稱為高效保溫材料，市場(chǎng)上常見(jiàn)的有納米微孔絕熱保溫板（以下稱納米板）。納米板最高使用溫度為1100℃，體積密度約0.3g/cm3，導(dǎo)熱系數(shù)小于0.028W/m·k（600℃），因此，可以在分離器外層使用納米板替代保溫磚。致密性陶瓷纖維噴涂料最高使用溫度1000℃，體積密度約0.3g/cm3，導(dǎo)熱系數(shù)0.09～0.11W/m·k（350℃），特點(diǎn)是施工方便，特別適用于空間狹窄區(qū)域及爐襯修補(bǔ)，因此，可以在使用致密性陶瓷纖維噴涂料和耐火保溫澆注料組合的方式替代耐火保溫磚。對(duì)于分離器內(nèi)層由于氣、固兩相分離磨損率較高，因此，只能采用耐磨耐火澆注料，施工時(shí)一體化澆筑成型，能有效避免鍋爐運(yùn)行過(guò)程中振動(dòng)導(dǎo)致的鼓包脫落。

3.2 試驗(yàn)性技術(shù)改造方案

將旋風(fēng)分離器內(nèi)襯及附件全部拆除并按500mm×500

mm間距開(kāi)預(yù)留排氣孔，便于施工后進(jìn)行低溫烘爐時(shí)能夠及時(shí)排除內(nèi)襯材料中的水汽。用Φ8mm金屬陶瓷組合抓釘按300mm×300mm間距錯(cuò)列焊接在金屬內(nèi)壁上，抓釘金屬部分采用耐高溫的0Cr25Ni20Si2材質(zhì)。將厚度為10mm的納米微孔絕熱保溫板鋪貼在筒體內(nèi)壁上，接口處使用鋁箔粘貼牢靠。使用陶瓷纖維專用噴涂設(shè)備將致密性陶瓷纖維噴涂料分層噴涂，厚度為220mm。噴涂完成后焊接耐火鋼絲網(wǎng)，澆注輕質(zhì)保溫澆注料并搗實(shí)，厚度為30mm。最后筑模澆注耐磨耐火澆注料，厚度為90mm并用振動(dòng)棒振打，排除內(nèi)部氣孔。全部施工完成后自然凝固48h，再拆除筑模模板，采用烘爐機(jī)對(duì)旋風(fēng)分離器進(jìn)行低溫烘爐168h。

通過(guò)對(duì)改造后旋風(fēng)分離器外表面溫度實(shí)際測(cè)量，夏季（環(huán)境溫度為38℃）平均溫度91.5℃，折算后平均下降26.7℃。

3.3 試驗(yàn)性方案的改進(jìn)

通過(guò)試驗(yàn)性改造發(fā)現(xiàn)旋風(fēng)分離器外表面溫度平均下降25℃～30℃，有較大幅度改變但并沒(méi)有完全符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限制。按照穩(wěn)態(tài)傳熱過(guò)程的方程式選取參數(shù)重新計(jì)算，發(fā)現(xiàn)施工方案核算基本正確，環(huán)境溫度為25℃時(shí)，分離器表面溫度理論計(jì)算值50.04℃。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際分析主要是因?yàn)閷?shí)際施工中受檢測(cè)條件限制，施工方提供的內(nèi)襯材料導(dǎo)熱系數(shù)不能完全否和技術(shù)協(xié)議的要求，核算時(shí)預(yù)留量不夠，施工作業(yè)水平有待提升。

對(duì)今后的技術(shù)改造提出以下改進(jìn)措施：一是重新核算25℃時(shí)（計(jì)算過(guò)程省略）的旋風(fēng)分離器表面溫度并保留5℃以上的余量。調(diào)整方案為Φ8mm金屬陶瓷組合抓釘按350mm×350mm間距布置；10mm的納米微孔絕熱保溫板鋪貼3層，總厚度30mm；致密性陶瓷纖維噴涂料厚度和輕質(zhì)保溫澆注料厚度不變；耐磨耐火澆注料厚度調(diào)整為70mm。二是加強(qiáng)工程施工材料的把關(guān)驗(yàn)收，將內(nèi)襯材料送檢測(cè)部門檢測(cè)。三是嚴(yán)把工程施工過(guò)程管理，嚴(yán)格按照保溫絕熱材料和耐磨耐火材料的施工工藝進(jìn)行施工。

4 結(jié)語(yǔ)

選用導(dǎo)熱系數(shù)更低的新型保溫耐火材料，結(jié)合噴涂、澆筑一體化施工技術(shù)，可以大幅度降低循環(huán)流化床鍋爐高溫旋風(fēng)分離器表面溫度。改造后可以提高鍋爐設(shè)備安全性，改善生產(chǎn)運(yùn)行人員的工作環(huán)境，進(jìn)一步降低鍋爐散熱損失，提高鍋爐經(jīng)濟(jì)性。

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