循环流化床锅炉旋风分离器烧红问题分析及处理措施
2022-02-06京能赤峰能源发展有限公司周燕辉徐英俊
京能(赤峰)能源发展有限公司 周燕辉 徐英俊 郑 健 孙 晗
京能(赤峰)能源发展有限公司煤矸石电厂I期建设两台2×150MW超高压循环流化床燃煤供热机组,同步配套两台无锡华光锅炉股份有限公司设计制造的UG-480/13.7-M型超高压循环流化床锅炉,其型式为一次中间再热、自然循环、平衡通风、双高温绝热旋风分离器、自平衡“U”形回料阀。两台循环流化床锅炉各采用2个内径为7.1米的高温绝热分离器,进口采用蜗壳形式、蜗壳最大直径φ8.9m,布置在燃烧室与尾部对流烟道之间,外壳由钢板制造,分离器上部为圆筒形下部为锥形,内衬整体为砖砌结构、绝热材料及耐磨耐火材料,防磨绝热材料采用拉钩、抓钉、支架固定。从上到下依次为筒体炉墙、锥体、料腿和返料器。
炉膛出口烟道、筒体炉墙均采用砖砌结构,分为3层,外层为113mm耐磨耐火高铝砖、中间层为116mm耐火保温浇注料、内层为116mm硅酸铝耐火纤维毯。延筒体垂直方向每隔一定间距设置托砖架,筒体砌砖由矩型砖、异型砖、楔形砖构成,异型砖采用事先焊接在筒体上的“Y”形抓钉固定,矩型砖、楔形砖依靠砌筑而成,其他不规则部分采用浇注料浇筑而成。筒体炉墙的下部结构依次为锥体、立管、返料器,同样是由3层构成,但与筒体炉墙不同的是这三部分采用耐火绝热材料结构,其厚度均为350mm,内层为60mm硅酸铝耐火纤维毯、中间层为170mm轻质保温浇注料、外层为120mm高强度耐磨耐火浇注料。
自双机投产以来,该厂旋风分离器中心筒顶部、38.5米炉膛出口水平烟道、16.4米返料器处外壁均发生过烧红现象,外壁一但烧红、钢板碳化速度加快,严重时沿着碳化处向外漏灰,由于高温灰呈流体状,随着运行时间增加会迅速贴着钢板内壁蔓延至周边区域,导致其他位置烧红,如处理不及时会危及整个返料系统的安全稳定运行,严重时导致机组故障停运。
图1 旋风分离烧红位置图
1 旋风分离器烧红原因及烧红后处理方法
1.1 衬里砌砖脱落的影响
在热胀冷缩的作用下,机组正常运行时,砌砖间灰浆缝和预留的膨胀缝是涨开的,砌砖之间挤压在一起、高温灰是进不到保温层的,但是随着机组运行时间增加,高浓度飞灰从炉内出来后频繁冲刷、撞击该处的砌砖,导致砌砖出现龟裂、脱落等现象,严重时导致墙体坍塌。另外,由于近几年机组深度调峰频率的增加,旋风分离器的振动进一步加大,加剧了砌砖的脱落。高温耐磨耐火砖脱落后,里面的耐火保温砖在高浓度飞灰的冲刷下会快速的脱落,导致高温烟气接触旋风分离器钢板内壁,导致分离器外表面烧红,并逐渐蔓延到其它部位。
1.2 旋风分离器内浇注料裂缝的影响
从旋风分离器内衬结构可看出,分离器锥体及下部正压区域的结构采用耐火绝热材料结构,与上部结构不同,这些部位最外层为高强度耐磨浇注料,在机组运行中,立管及返料器物料浓度高,返料量较大,且运行工况恶劣,导致浇注料磨损速度大,含尘烟气反复冲刷导致部分区域浇注料出现龟裂,随着运行时间的增加,部分浇注料裂缝被高温灰冲刷穿透,通过浇注料的裂缝窜到保温层里,由于保温层不具备耐磨性,中间保温浇注料及内层硅酸铝纤维毯很快被吹空,这样高温灰直接接触旋风分离器钢板内表面,也会导致返料腿外表面烧红。
1.3 常规处理方案
经过调研一些循环流化床机组,业内普遍的解决方案基本一致,在分离器烧红处外壁焊接密封罩壳,外面敷以硅酸铝纤维毯,然后将密封罩壳全部灌注浇注料,通过实际运行效果来看并不理想,主要是没有分析清楚旋分分离器烧红的根本原因,只是将旋分分离器外壁焊接密封罩壳用浇注料灌注,由于浇注料硅酸铝纤维板及浇注料二者绝热效果好,导致烧红处热量不能及时散发,反而加速了旋风分离器烧红处外壁碳化的速度,导致烧红问题没有从根本上解决,导致烧红的面积逐渐扩大,进而进一步影响机组的安全稳定运行,所以这种方法不建议使用。
1.4 试验性技术处理方案
经过细致、严谨的对分离器表面烧红原因分析,得出旋风分离器表面烧红是由于高温灰通过浇注料裂缝或炉墙砌缝流动到分离器保温层内与分离器内壁钢板接触而导致的,通过分析灰的熔融特性得出,高温的灰渣呈流体状,随着温度的降低熔渣中晶体不断析出,熔渣流型逐渐偏离牛顿流体的特征,如果温度逐渐下降到临界粘度温度时为固-液共存的最高温度,如果低于这一温度,黏度骤然增加、迅速固化,就会出现晶体渣的特征。所以根据这一思路可以想一种办法降低与分离器钢板接触灰的温度,灰温度一旦降低到临界粘度温度时灰就会停止流动,那返料腿烧红的问题就迎刃而解了。经过实践,可以通过以通过以下两种方式进行解决处理:
在旋风分离器烧红处外表面加装微型冷却装置,由旋分分离器外表敷设的水箱或蛇形管换热器、冷却水系统、水泵等组成,通过循环水系统强制冷却,将旋分分离器烧红处外表面敷设的水箱或蛇形管换热器内的高温水进行冷却,从而将分离器外壁的热量及时带走,快速降低烧红铁板内部灰的流动性,从而降低烧红处外表面温度。为了保证冷却效果,应使进入水箱的水温度越低越好,最好保证冷水水温不超20℃,这样才能保证冷却效果,经过实际运行参数分析,如果高于这一温度,由于冷却效果降低导致烧红处的温度会有所上升,这是其中一种处理方法。
在旋风分离器烧红处的外表面焊接密封罩壳,但所有罩壳必须要形成一个通道,这样使空气可以很好的流通,向密封罩壳接入一定压力的冷空气(压缩空气或一、二次风冷风),如图2、3所示,分别对各个密封罩壳进行强制通风冷却,但是在选择冷却风的时候要保证冷却风要有0.25MPa的压头,通过实验数据分析,使用一、二次风冷却效果并不理想,原因是在机组低负荷时一、二次风压头较小,风量不足,另一方面一、二次风冷风温较高,冷却效果不理想。所以可以考虑在室外加装一台风机单独向装置进行通风冷却,这样既能保证风压又能可以降低风温,提高整个装置的冷却效果,可有效降低灰的流动性,降低旋风分离器外壁温度,从而解决分离器外壁烧红的问题。
图2 烧红部位密封罩壳通入冷却风
图3 烧红部位密封罩壳通入冷却风
上述是解决在线处理分离器烧红的两种有效方法,适宜用在立管及返料器等正压区域的烧红部位处理。第一种处理方法准备时间比较长、设备多且工艺复杂,但是冷却效果好;第二种方法冷却效果虽然不如第一种,但是准备时间较短,只需焊接密封罩壳,大大缩短了处理时间。在实际处理的时候,应根据烧红的部位、面积选择合适的处理方法,通过以上两种处理方法使得分离器烧红问题得以很好解决。
1.5 灌注法处理方案
这种方法适用于炉膛出口到中心筒负压区域旋风分离器烧红的处理,由于该区域处于负压区,可以将烧红部分区域开孔,通过机械辅助向烧红区域注入一定量的浇注料,使用的浇注料浓度应适宜,浓度太高流动性差,注入难度大;浓度太小不宜成型,在搅拌时必须控制好浇注料浓度,注入时应一次注入,如果面积较大可以分多孔分别注入,始终要保持作业的连续性,防止浇注料固化、粘结。但是该方法具有一定的危险性,在开孔的过程中容易造成人员烫伤,所以需要做好安全措施才能进行施工,这种方法不建议使用。
1.6 运行优化调整
该厂的流化风和返料风各有一个风箱,通过管径不同的管子连接在高压流化风机出口母管上,在前后返料风管上各设置电动调节阀、流量计,从而可以较好的调节、分配风量,另外从高压流化风母管引出一路卸荷风去一次风,可以降低返料风室风压,从而达到控制返料量和返料温度的目的。
通过运行实验数据分析可以看出,在机组高负荷的时,返料器及立管内物料浓度大,一部分高温灰通过浇注料裂缝进入到保温层后被钢板外面低温装置冷却,这部分灰经过被冷却后停止流动,随着运行时间的增加,后面进入的灰的流动性被前面的灰冷却,流动性逐渐降低、直至停止流动,这样灰就充满了整个浇注料裂缝了,没有高温灰流入保温层,返料器外表面的温度自然就降低了,但是这样使得钢板烧红的问题得到了解决,适合旋风分离器立管及返料器正压区域外壁烧红的处理。
综合以上三种处理方法分析得出,可以通过调节返料器返料风门开度与实验性技术处理方案二者相结合的方法来处理分离外壁烧红的问题,一方面通过外壁的冷却装置可以使进入浇注料裂缝内部高温灰流动性逐渐降低,直至灰将整个浇注料、砌砖裂缝填充;一方面通过调整返料风门开度、卸荷风来减小返料风室压力,保持返料风室内有较多的灰量,控制进入炉内的返料量,这样使灰将整个浇注料或砌砖裂缝覆盖,降低灰对裂缝的扰动性。但是这样调整得必须保证返料器返料正常,通过试验数据,确定最佳开度。
2 旋风分离器烧红后的监督管理
通过数据分析对比(表1)可以看出,通过加装冷却装置,烧红处各点温度基本恢复正常,但随着机组深度调峰频次的增加,各点温度变化还是存在反复的,偶尔会发生温度升高的现象。尤其是在机组减负荷的过程中会出现这种状况,由于之前物料是在一个平稳的环境下,在机组减负荷的过程中返料器内物料的平衡状态被破坏。在这个过程中,旋风分离器返料量的变化导致烧红处的温度有一定的波动,所以运行中要加强旋风分离器外壁温度监视,发现异常及时处理,避免烧红部位扩大,影响机组的安全稳定运行。
表1 改造后分离器运行和物理特性参数
在机组加减负荷过程中必须严格控制变负荷率,按照规程规定要求进操作,从而进一步降低分离器的震动,根据负荷的变化,应及时调节返料风门,在调整时缓慢操作、避免返料器内物料大幅波动。旋分分离器在烧红后,应及时在烧红区域及下部通道加装硬隔离围栏并粘贴警示标识,防止人员误入烫伤。
3 结语
经过锅炉专业人员科学、严谨的对分离器表面烧红原因分析,确定处理的方案。采用试验性技术处理与高压流化风运行优化调整相结合的处理方法,经过处理后的旋风分离器温度正常,旋风分离器烧红的问题得到了很好的解决。通过简单高效的创新方法,解决了旋风分离器烧红的问题,保证了锅炉安全稳定运行。