循環(huán)流化床鍋爐中心筒變形脫落原因分析及處理

1 3×75t/h 鍋爐旋風(fēng)分離器中心筒構(gòu)造及原理

延安煉油廠3×75t/h 循環(huán)流化床鍋爐為濟(jì)南鍋爐廠制造的YG-75/5.29 -M23次高壓鍋爐，采用高溫旋風(fēng)分離器，結(jié)構(gòu)為雙旋分離器，設(shè)置在爐膛出口左右各一個(gè)，正常運(yùn)行溫度在900～980。C。高溫旋風(fēng)分離器由圓筒體、圓錐體、中心筒組成，進(jìn)口截面尺寸為850mm×2400mm，內(nèi)徑尺寸為Φ3200mm，由磷酸鹽材質(zhì)耐火磚砌成，中心筒直徑為Φ1500mm。（圖1）

圖1 旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)示意圖

圓筒體：對(duì)分離效率影響很大，筒體直徑越小，離心率越大、分離效率越高，其直徑一般應(yīng)根據(jù)所處理的氣流量確定。

中心筒：主要起導(dǎo)流作用，并讓煙氣在分離器筒內(nèi)有停留時(shí)間進(jìn)行分離。通常插入到分離器內(nèi)一定深度，使它與圓錐體形成環(huán)形通道，進(jìn)入到旋風(fēng)分離器的氣流旋轉(zhuǎn)到錐體后折轉(zhuǎn)向上成為旋流，然后由中心筒排出，最潔凈的煙氣在中心部分。中心筒的插入深度及直徑大小對(duì)分離效率和阻力都有顯著影響。若插入過短易造成煙氣短路，分離效率降低；插入過深造成二次夾帶，也使分離效率下降，本廠中心筒插入深度為圓筒體內(nèi)徑的0.6倍。

圓錐體：可使主氣流易于由下變成向上流，由于其截面積向下不斷縮小，顆粒在離心率的作用下移向器壁的距離不斷縮短，切向速度不斷增加對(duì)顆粒的分離有利，但相應(yīng)阻力增加，同時(shí)也有利于將捕集的顆粒排到返料器。

高溫旋風(fēng)分離器工作原理：煙氣從爐膛出口分左右兩股進(jìn)入兩個(gè)旋風(fēng)分離器，沿筒體的切線方向?qū)?，?jīng)過轉(zhuǎn)彎煙道提高煙氣流速，從筒體與鍋爐中心筒組成的圓形通道內(nèi)旋轉(zhuǎn)往下進(jìn)到錐體，到達(dá)錐體端點(diǎn)前返轉(zhuǎn)向上由中心筒排出。鍋爐煙氣中的顆粒物在旋轉(zhuǎn)過程中由于離心力的作用被拋向圓筒體壁，由于筒壁阻擋速度減小，加上重力作用，顆粒物就被分離出來落入下面的返料器中。

2 中心筒在運(yùn)行中存在的問題

延安煉油廠3×75t/h 循環(huán)流化床鍋爐自2005年投產(chǎn)運(yùn)行以來，暴露出一些問題，很大程度影響著鍋爐的帶負(fù)荷能力和安全穩(wěn)定運(yùn)行：

1#鍋爐南北兩側(cè)中心筒嚴(yán)重變形，筒體失圓，下筒體表面出現(xiàn)坑坑洼洼，并有磨損穿透的孔洞三處，分離器分離效率降低，鍋爐飛回含碳量增大，尾部受熱面超溫磨損加劇；2#鍋爐固定中心筒的八角頂大面積澆注料已脫落，起支撐固定作用的槽鋼、圓鋼、扁鋼暴露在耐火澆注料外，直接受980℃左右高溫?zé)煔獾暮婵?，中心筒隨時(shí)都有墜落的可能；3#鍋爐在2017年10月3日發(fā)生左側(cè)中心筒脫落事故，中心筒變形嚴(yán)重，分離器分離效率降低，鍋爐飛回含碳量增大，尾部受熱面超溫磨損加劇。停爐檢查發(fā)現(xiàn)支撐拉筋焊口開裂以致中心筒脫落；循環(huán)流化床鍋爐在每一個(gè)運(yùn)行周期中，中心筒變形失圓，支撐拉筋都會(huì)有不同程度的斷裂或焊口裂紋，在每年的檢修中都會(huì)對(duì)中心筒承重部位進(jìn)行檢查、補(bǔ)焊消缺，對(duì)2015年至2017年循環(huán)流化床鍋爐中心筒支撐拉筋缺陷處理數(shù)進(jìn)行了調(diào)查及統(tǒng)計(jì)。

表1 2015年7月至2017年10月中心筒支撐拉筋缺陷數(shù)統(tǒng)計(jì)表

3 原因分析

我廠75t/h 循環(huán)流化床鍋爐系濟(jì)南鍋爐廠生產(chǎn)制造，高溫旋風(fēng)分離器中心筒采用的安裝方式為焊接式固定，用8根442×40×8mm 支撐拉筋鋼板在筒體和八角梁上斜拉焊接固定，中心筒插入耐火澆筑料300mm，筒體外沿與澆筑圓形通道內(nèi)沿直接接觸，煙氣通過筒體出口的澆筑圓形通道流向鍋爐高過室，再經(jīng)過過熱器進(jìn)入尾部煙道。

在啟爐過程中，鍋爐中心筒的筒體出現(xiàn)向外膨脹，由于兩端支撐焊死，圓形通道也朝向筒體方向膨脹，筒體和支撐鋼筋和澆筑部分產(chǎn)生相向膨脹，產(chǎn)生擠壓力，造成筒體的上口變形。筒體上口變形嚴(yán)重后就會(huì)使煙氣從新形成的通道進(jìn)入高過室，形成煙氣短路，一部分煙氣沒有經(jīng)過分離直接進(jìn)入高過室，影響分離效果，同時(shí)可燃物增多，在尾部的煙道二次再燃燒，很大程度影響鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

由于中心筒受熱膨脹，會(huì)使支撐拉筋鋼板在膨脹力的作用下受相向擠壓力；在停爐降溫的過程中，由于中心筒向筒中心方向收縮，造成支撐拉筋鋼板受向筒心方向的拉力。這樣由于鍋爐負(fù)荷變化，啟停爐溫度驟變，支撐拉筋受交變應(yīng)力易使拉筋斷裂（圖2）。當(dāng)一根或幾根拉筋斷裂后受力不均，出現(xiàn)傾斜，在中心筒本身重力作用下與耐火材料之間出現(xiàn)空隙，加大煙氣短路，鍋爐帶負(fù)荷能力下降。當(dāng)拉筋斷裂較多后，中心筒在自身重力作用下脫落，掉落至分離器圓錐體段，造成重大鍋爐運(yùn)行事故。

圖2 中心筒筒體變形及拉筋斷裂

4 分析討論，實(shí)施改造

車間通過充分的分析討論，決定對(duì)中心筒更換改造為“圈梁坐式”結(jié)構(gòu)：筒體結(jié)構(gòu)和原始尺寸不變，設(shè)上中下三道加固筋，保留原有的八根支撐拉筋，增加八個(gè)不銹鋼槽鋼件預(yù)埋澆注料內(nèi)作為支撐梁(支座結(jié)構(gòu)，見圖3)；中心筒筒體采用310S（0Cr25Ni20），厚度由8mm 改為10mm，增強(qiáng)高溫抗變形性能；安裝時(shí)和耐火材料預(yù)留10mm 間隙使中心筒能自由膨脹。

圖3 改造結(jié)構(gòu)圖

通過以上措施，可以彌補(bǔ)我廠75t/h 鍋爐中心筒在原設(shè)計(jì)上的不足，解決鍋爐中心筒變形脫落的問題。2018年至2019年在鍋爐檢修期間逐臺(tái)對(duì)3×75t/h 鍋爐中心筒實(shí)施改造更換，運(yùn)行至目前3臺(tái)75t/h 鍋爐筒體無明顯變形，支撐拉筋良好，澆注料墻體無裂縫，性能良好，確保了鍋爐裝置的安全、平穩(wěn)、長(zhǎng)周期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。