循環流化床鍋爐中心筒變形脫落原因分析及處理

1 3×75t/h 鍋爐旋風分離器中心筒構造及原理

延安煉油廠3×75t/h 循環流化床鍋爐為濟南鍋爐廠制造的YG-75/5.29 -M23次高壓鍋爐，采用高溫旋風分離器，結構為雙旋分離器，設置在爐膛出口左右各一個，正常運行溫度在900～980。C。高溫旋風分離器由圓筒體、圓錐體、中心筒組成，進口截面尺寸為850mm×2400mm，內徑尺寸為Φ3200mm，由磷酸鹽材質耐火磚砌成，中心筒直徑為Φ1500mm。（圖1）

圖1 旋風分離器結構示意圖

圓筒體：對分離效率影響很大，筒體直徑越小，離心率越大、分離效率越高，其直徑一般應根據所處理的氣流量確定。

中心筒：主要起導流作用，并讓煙氣在分離器筒內有停留時間進行分離。通常插入到分離器內一定深度，使它與圓錐體形成環形通道，進入到旋風分離器的氣流旋轉到錐體后折轉向上成為旋流，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顆粒的分離有利，但相應阻力增加，同時也有利于將捕集的顆粒排到返料器。

高溫旋風分離器工作原理：煙氣從爐膛出口分左右兩股進入兩個旋風分離器，沿筒體的切線方向導入，經過轉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旋轉往下進到錐體，到達錐體端點前返轉向上由中心筒排出。鍋爐煙氣中的顆粒物在旋轉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 中心筒在運行中存在的問題

延安煉油廠3×75t/h 循環流化床鍋爐自2005年投產運行以來，暴露出一些問題，很大程度影響著鍋爐的帶負荷能力和安全穩定運行：

1#鍋爐南北兩側中心筒嚴重變形，筒體失圓，下筒體表面出現坑坑洼洼，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℃左右高溫煙氣的烘烤，中心筒隨時都有墜落的可能；3#鍋爐在2017年10月3日發生左側中心筒脫落事故，中心筒變形嚴重，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。停爐檢查發現支撐拉筋焊口開裂以致中心筒脫落；循環流化床鍋爐在每一個運行周期中，中心筒變形失圓，支撐拉筋都會有不同程度的斷裂或焊口裂紋，在每年的檢修中都會對中心筒承重部位進行檢查、補焊消缺，對2015年至2017年循環流化床鍋爐中心筒支撐拉筋缺陷處理數進行了調查及統計。

表1 2015年7月至2017年10月中心筒支撐拉筋缺陷數統計表

3 原因分析

我廠75t/h 循環流化床鍋爐系濟南鍋爐廠生產制造，高溫旋風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，再經過過熱器進入尾部煙道。

在啟爐過程中，鍋爐中心筒的筒體出現向外膨脹，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生相向膨脹，產生擠壓力，造成筒體的上口變形。筒體上口變形嚴重后就會使煙氣從新形成的通道進入高過室，形成煙氣短路，一部分煙氣沒有經過分離直接進入高過室，影響分離效果，同時可燃物增多，在尾部的煙道二次再燃燒，很大程度影響鍋爐的安全穩定運行。

由于中心筒受熱膨脹，會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。這樣由于鍋爐負荷變化，啟停爐溫度驟變，支撐拉筋受交變應力易使拉筋斷裂（圖2）。當一根或幾根拉筋斷裂后受力不均，出現傾斜，在中心筒本身重力作用下與耐火材料之間出現空隙，加大煙氣短路，鍋爐帶負荷能力下降。當拉筋斷裂較多后，中心筒在自身重力作用下脫落，掉落至分離器圓錐體段，造成重大鍋爐運行事故。

圖2 中心筒筒體變形及拉筋斷裂

4 分析討論，實施改造

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

圖3 改造結構圖

通過以上措施，可以彌補我廠75t/h 鍋爐中心筒在原設計上的不足，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對3×75t/h 鍋爐中心筒實施改造更換，運行至目前3臺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、長周期經濟運行。