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1、循环流化床锅炉旋风分离器靶区磨损分析与技术改造,中国华能集团清洁能源技术研究院黄中2013年9月11日 宜兴,一、技术背景二、主要问题与研究对象三、数值模拟分析四、改造方案设计与实施五、结论,主要内容,循环流化床锅炉技术的特点,燃料适应性广、负荷调节比宽添加石灰石可以有效炉内脱硫燃烧温度+分级燃烧低NOX排放灰渣综合易于利用大型化、超临界参数方向发展迅速,300MW等级投产机组近百台4月14日，四川白马循环流化床示范电站有限责任公司60万千瓦超临界循环流化床示范机组已经顺利投入商业运行！,循环流化床锅炉的常见问题,厂用电率高，可靠性有待提高目前国内常规的300MW CFB锅炉机组运行可靠性较低
2、，以非计划停运次数为例，CFB锅炉的平均值为5.6/台年，连续运行时间低于6000小时，掺烧低热值燃料后的CFB锅炉，相关技术指标低于煤粉锅炉,循环流化床锅炉的常见问题,燃用煤质差，锅炉灰渣量的增加造成了渣的冷却和输送问题，300MW CFB锅炉Gxh=10000t/h，Gixh=30000t/h炉内受热面磨损，水冷壁过渡区域及炉膛四角、悬吊屏穿墙、等磨损严重，影响电厂长周期运行,循环流化床锅炉的常见问题,耐磨浇注料脱落、磨损分离器靶区损坏,一、技术背景二、主要问题与研究对象三、数值模拟分析四、改造方案设计与实施五、结论,主要内容,旋风分离器的作用,维持物料正常循环，提高锅炉运行经济性分离器设
3、计要求恶劣条件下稳定工作 分离效率高、本体阻力小 分离器使用中的问题效率不能保证设备能耗高磨损较为严重,D-筒体直径；a-进口高度；b-进口宽度；De-中心筒直径；hc-中心筒插入深度；h-筒体高度；H-总高度；d-排灰口直径,工作环境恶劣,循环流化床锅炉旋风分离器工作环境,烟气携带颗粒从分离器入口烟道进入分离器，受到筒体制约形成两个同心涡流，外部涡流向下运动，内部涡流向上运动，颗粒受离心力作用移动至壁面被分离下来,旋风分离器的结构形式,分离器靶区的各种问题,分离器靶区是高含尘气流在分离器内发生急剧旋转时的主要受冲击区域（该区域受高含尘气流的冲击最大，气流在此区域流速最高且存在急剧的转向），也
4、是颗粒与分离器壁面发生第一次撞击的区域靶区一般敷设有较厚的耐火耐磨材料，但这些耐火耐磨材料容易磨损、脱落并引发分离器故障,分离器是循环流化床锅炉运行最恶劣的区域靶区是分离器运行最恶劣的部位可谓“恶劣之极”,分离器靶区的各种问题,分离器故障中约有一半是耐火耐磨材料损坏引起的如果分离器出现故障，将会带来以下问题：细颗粒得不到有效燃烧影响锅炉运行的经济性飞灰量增大加剧尾部受热面磨损，增加除尘设备工作压力进入循环回路循环灰量减少、循环量下降，影响炉膛传热极端情况下如果分离器堵塞，锅炉将被迫停炉检修,分离器靶区的损坏原因,分离器靶区耐火耐磨材料损坏的主要原因包括：高含尘气流冲刷造成的磨损。高含尘气流对耐
5、火耐磨材料的强烈冲刷，磨损程度随气流含尘浓度、烟气速度的增加而加剧热应力和机械应力造成的脱落。启动及负荷变化时，温度梯度和局部高温引起的热冲击以及机械应力致使耐火耐磨材料产生裂缝和剥落耐火耐磨材料物理化学特性变化造成的损坏,锅炉由东方锅炉（集团）股份有限公司设计制造单汽包、自然循环、循环流化床燃烧方式锅炉分离器靶区磨损严重，停炉多次,研究对象,分离器靶区防磨技术,针对靶区磨损问题，早期采用整体增加靶区耐火材料厚度及“搓板结构”进行改造。运行结果显示，这些改造改变了含尘气流在分离器筒体内的流动、破坏了分离器的流场，造成了分离效率的下降，对锅炉的经济运行产生不利影响由于耐火材料厚度增加带来了施工、
6、固定和养护的新问题,一、技术背景二、主要问题与研究对象三、数值模拟分析四、改造方案设计与实施五、结论,主要内容,模型简化与假设 忽略分离器内的传热、燃烧，认为烟气密度和黏度不变；认为颗粒为球形，颗粒的速度同入口烟气速度相同；颗粒轨迹的计算过程中，只考虑重力、离心力和阻力。计算流程,数值模拟方法及计算模型,采用数值模拟方法对研究对象锅炉分离器进行了建模计算利用分区优化网格对计算区域进行划分，重点对壁面附近的网格进行加密,数值模拟方法及计算模型,30m颗粒的运动轨迹,颗粒运动轨迹模拟,100m颗粒的运动轨迹,对靶区撞击颗粒的粒径范围是100m-1000m低于此粒径的颗粒容易被气流裹挟或撞击分离器锥
7、段区域壁面被分离捕集，或从分离器中心筒逃逸进入尾部烟道大于此粒径的颗粒则很难被炉膛上升气流携带进入分离器,速度矢量模拟,靶区部位（气流直接冲击区域）集中在分离器入口烟道与分离器筒体相交线20的范围内该区域直接受到高含尘、高流速气流的冲刷（气流冲刷靶区的速度可达分离器入口速度的1.61.8倍），磨损最为严重,一、技术背景二、主要问题与研究对象三、数值模拟分析四、改造方案设计与实施五、结论,主要内容,采用VBA语言设计程序输入采用Excel工作表形式提供了设计型谱规范了设计流程,设计软件校核计算,开展校核计算完成工况分析,分离器靶区改造,分离器设计参数无大问题应从工艺和运行角度寻求改进措施,分离器
8、靶区改造,材料方面，传统设计更多考虑的是耐磨损和耐高温，对于靶区温度变化频繁考虑不足、使用材料的抗热震稳定性较差在进行靶区改造时应提高材料的导热系数，增加SiC等材质的含量，使在分离器靶区时材料的综合性能可以得到保证高强度耐火耐磨化学成分,分离器靶区改造,运行方面，床温、氧量等控制参数将直接影响到烟气对靶区的冲刷，一般循环流化床锅炉的运行床温为850920，炉膛出口氧量为1.0%2.0%，但是有些锅炉在运行中由于燃烧组织不当，存在比较明显的后燃或大运行氧量，这就使得进入分离器的实际烟气量远高于设计值，增大了分离器靶区的磨损，因此需要结合锅炉实际情况通过运行优化提出适宜的操作参数改造期间针对锅炉
9、开展的冷态试验、热态试验和运行优化调整发现锅炉的一次风量和二次风量显示值较真实值偏低、氧量指示不准，实际风量高出设计推荐值15%，后期进行了优化调整，提出了运行控制参数,施工中施工方式不当，施工可塑料必须逆气流方向施工，禁止施工缝和气流方向一致，导致气流贯穿冲刷靶区耐火材料不能过分追求其平整度和光滑度合理设置沥青路面般不规则小气孔,分离器靶区改造,改造的实施,拆除旧有搓板结构使用高强度材料和改进工艺补焊销钉重新进行靶区弧线修复,改造后,改造前,改造的实施,连续运行18个月靶区未见磨损,一、技术背景二、主要问题与研究对象三、数值模拟分析四、改造方案设计与实施五、结论,主要内容,结论,分析了循环流
10、化床锅炉分离器靶区磨损的成因，开展了数值模拟研究，完成了分离器靶区改造实践证明，通过合理选材、恰当施工、优化运行等方面的努力可以有效提高分离器靶区的抗磨损能力，提高循环流化床锅炉的连续运行周期对分离器靶区进行技术改造有利于提高循环流化床锅炉可用率、有利于减轻运行维护工作量华能清能院愿与广大电力生产企业一起促进循环流化床锅炉技术的全面、协调和可持续发展，为中国电力发展多做贡献,中国华能集团清洁能源技术研究院低质煤清洁高效利用技术部北京市海淀区知春路甲48号 盈都大厦A座22层黄 中 所长助理、高级工程师手机：13636706755电话：010-56436960 029-82102325 传真：010-58733800 029-82102702邮件：，,
