循环流化床锅炉中心筒变形脱落原因分析及处理

1 3×75t/h 锅炉旋风分离器中心筒构造及原理

延安炼油厂3×75t/h 循环流化床锅炉为济南锅炉厂制造的YG-75/5.29 -M23次高压锅炉，采用高温旋风分离器，结构为双旋分离器，设置在炉膛出口左右各一个，正常运行温度在900～980。C。高温旋风分离器由圆筒体、圆锥体、中心筒组成，进口截面尺寸为850mm×2400mm，内径尺寸为Φ3200mm，由磷酸盐材质耐火砖砌成，中心筒直径为Φ1500mm。（图1）

图1 旋风分离器结构示意图

圆筒体：对分离效率影响很大，筒体直径越小，离心率越大、分离效率越高，其直径一般应根据所处理的气流量确定。

中心筒：主要起导流作用，并让烟气在分离器筒内有停留时间进行分离。通常插入到分离器内一定深度，使它与圆锥体形成环形通道，进入到旋风分离器的气流旋转到锥体后折转向上成为旋流，然后由中心筒排出，最洁净的烟气在中心部分。中心筒的插入深度及直径大小对分离效率和阻力都有显著影响。若插入过短易造成烟气短路，分离效率降低；插入过深造成二次夹带，也使分离效率下降，本厂中心筒插入深度为圆筒体内径的0.6倍。

圆锥体：可使主气流易于由下变成向上流，由于其截面积向下不断缩小，颗粒在离心率的作用下移向器壁的距离不断缩短，切向速度不断增加对颗粒的分离有利，但相应阻力增加，同时也有利于将捕集的颗粒排到返料器。

高温旋风分离器工作原理：烟气从炉膛出口分左右两股进入两个旋风分离器，沿筒体的切线方向导入，经过转弯烟道提高烟气流速，从筒体与锅炉中心筒组成的圆形通道内旋转往下进到锥体，到达锥体端点前返转向上由中心筒排出。锅炉烟气中的颗粒物在旋转过程中由于离心力的作用被抛向圆筒体壁，由于筒壁阻挡速度减小，加上重力作用，颗粒物就被分离出来落入下面的返料器中。

2 中心筒在运行中存在的问题

延安炼油厂3×75t/h 循环流化床锅炉自2005年投产运行以来，暴露出一些问题，很大程度影响着锅炉的带负荷能力和安全稳定运行：

1#锅炉南北两侧中心筒严重变形，筒体失圆，下筒体表面出现坑坑洼洼，并有磨损穿透的孔洞三处，分离器分离效率降低，锅炉飞回含碳量增大，尾部受热面超温磨损加剧；2#锅炉固定中心筒的八角顶大面积浇注料已脱落，起支撑固定作用的槽钢、圆钢、扁钢暴露在耐火浇注料外，直接受980℃左右高温烟气的烘烤，中心筒随时都有坠落的可能；3#锅炉在2017年10月3日发生左侧中心筒脱落事故，中心筒变形严重，分离器分离效率降低，锅炉飞回含碳量增大，尾部受热面超温磨损加剧。停炉检查发现支撑拉筋焊口开裂以致中心筒脱落；循环流化床锅炉在每一个运行周期中，中心筒变形失圆，支撑拉筋都会有不同程度的断裂或焊口裂纹，在每年的检修中都会对中心筒承重部位进行检查、补焊消缺，对2015年至2017年循环流化床锅炉中心筒支撑拉筋缺陷处理数进行了调查及统计。

表1 2015年7月至2017年10月中心筒支撑拉筋缺陷数统计表

3 原因分析

我厂75t/h 循环流化床锅炉系济南锅炉厂生产制造，高温旋风分离器中心筒采用的安装方式为焊接式固定，用8根442×40×8mm 支撑拉筋钢板在筒体和八角梁上斜拉焊接固定，中心筒插入耐火浇筑料300mm，筒体外沿与浇筑圆形通道内沿直接接触，烟气通过筒体出口的浇筑圆形通道流向锅炉高过室，再经过过热器进入尾部烟道。

在启炉过程中，锅炉中心筒的筒体出现向外膨胀，由于两端支撑焊死，圆形通道也朝向筒体方向膨胀，筒体和支撑钢筋和浇筑部分产生相向膨胀，产生挤压力，造成筒体的上口变形。筒体上口变形严重后就会使烟气从新形成的通道进入高过室，形成烟气短路，一部分烟气没有经过分离直接进入高过室，影响分离效果，同时可燃物增多，在尾部的烟道二次再燃烧，很大程度影响锅炉的安全稳定运行。

由于中心筒受热膨胀，会使支撑拉筋钢板在膨胀力的作用下受相向挤压力；在停炉降温的过程中，由于中心筒向筒中心方向收缩，造成支撑拉筋钢板受向筒心方向的拉力。这样由于锅炉负荷变化，启停炉温度骤变，支撑拉筋受交变应力易使拉筋断裂（图2）。当一根或几根拉筋断裂后受力不均，出现倾斜，在中心筒本身重力作用下与耐火材料之间出现空隙，加大烟气短路，锅炉带负荷能力下降。当拉筋断裂较多后，中心筒在自身重力作用下脱落，掉落至分离器圆锥体段，造成重大锅炉运行事故。

图2 中心筒筒体变形及拉筋断裂

4 分析讨论，实施改造

车间通过充分的分析讨论，决定对中心筒更换改造为“圈梁坐式”结构：筒体结构和原始尺寸不变，设上中下三道加固筋，保留原有的八根支撑拉筋，增加八个不锈钢槽钢件预埋浇注料内作为支撑梁(支座结构，见图3)；中心筒筒体采用310S（0Cr25Ni20），厚度由8mm 改为10mm，增强高温抗变形性能；安装时和耐火材料预留10mm 间隙使中心筒能自由膨胀。

图3 改造结构图

通过以上措施，可以弥补我厂75t/h 锅炉中心筒在原设计上的不足，解决锅炉中心筒变形脱落的问题。2018年至2019年在锅炉检修期间逐台对3×75t/h 锅炉中心筒实施改造更换，运行至目前3台75t/h 锅炉筒体无明显变形，支撑拉筋良好，浇注料墙体无裂缝，性能良好，确保了锅炉装置的安全、平稳、长周期经济运行。