循环流化床锅炉高温绝热旋风分离器超温分析及技术改造浅谈

动力与电气工程
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DOI：10.16661/ki.1672-3791.2017.28.056
循环流化床锅炉高温绝热旋风分离器超温分析
及技术改造浅谈
①
高贵君 王鹏
(神华国神集团郭家湾电厂 陕西榆林 719408)
摘 要：目前国内循环流化床锅炉旋风分离系统大多采用汽冷旋风分离器和高温绝热旋风分离器两种形式,而高温绝热分离器存在外表温度高,散热损失大的缺点,尤其在北方全封闭结构厂房中显得更加突出。

本文分析了某电厂旋风分离器表面超温的原因,并对试验性技术改造方案提出了改进建议。

关键词：旋风分离器 炉墙衬里 保温绝热材料 技术改造中图分类号：TK229.66
文献标识码：A
文章编号：1672-3791(2017)10(a)-0056-02
1 设备概况与现状
某电厂2台锅炉为循环流化床锅炉,采用高温绝热旋风分离器,其外部安装金属护板,内衬整体为砖砌结构,从上到下依次为：筒体炉墙、锥体炉墙和料腿。

筒体炉墙直径9000m m,总厚350m m,采用砖砌结构,分3层,内层为113m m 耐磨耐火砖,中间层为116m m 耐火保温砖,外层为116m m保温砖。

烟气入口两侧有两道止推板,筒体烟气入口下面以及筒体与锥体交界处各布置一圈支撑托板。

筒体砖采用拉钩固定,其他不规则部分采用“Y”形抓钉固定的浇注料。

筒体砖与顶部浇注料以及托板之间均留有不同宽度的膨胀缝,所有膨胀缝内填充硅酸铝耐火纤维毡。

锥体炉墙厚度为350m m,结构与筒体炉墙一致,总高10951mm,分三段,每段之间布置一层支撑托板,采用不同尺寸的楔形砖和矩形砖来保证其形状并实现分层卸载,安装时要求砖缝均匀,均为1～2m m。

料腿直径1900m m同样采用砖砌结构,厚度300mm,外层保温砖厚度由116mm缩减为66mm,其他不变。

料腿最下方布置一层支撑托板,结构与锥体炉墙一致。

自投产以来该厂旋风分离器外壁温度超温严重,经现场测量冬季(环境温度为13℃)平均温度92.5℃,夏季(环境温度为35℃)平均温度115.2℃,折算后冬夏季温度均超过《火力发电厂保温油漆设计规程》DL/T5072-2007中：锅炉正常运行条件下,环境温度不高于27℃时,设备和管道结构外表面温度不应超过50℃,环境温度高于27℃时,保温结构外表面温度可比环境温度高25℃的规定。

锅炉旋风分离器散热损失很大,严重影响锅炉热效率,同时对设备和人员构成双重安全隐患。

2 旋风分离器超温原因分析
2.1 衬里材料导热系数的影响
旋风分离器表面超温需要从炉墙衬里材料导热系数出发分析原因。

下面以锅炉实际负荷300MW时旋风分离器筒体炉墙的运行和物理特性参数(如表1)为例,计算旋风分离器热通量密度和表面温度。

锅炉负荷300MW工况数值单位
符号
内衬内壁平均温度895
℃
1
t 分离器周围空气温度(
环境温度)25k
t 内衬内壁平均温度1168
K
1
T 分离器周围空气温度293k
T 分离器内层耐磨耐火砖厚度
113mm
1
δ分离器中层耐火保温砖厚度
116
2
δ分离器外层保温砖厚度
1163
δ分离器钢板厚度54
δ耐磨耐火砖平均导热系数(900℃) 1.575W/m·k
1
λ耐火保温砖平均导热系数(700℃)0.225
2
λ保温砖平均导热系数(500℃)
0.1453
λ分离器外钢板导热系数
45.44
λ分离器外表面对空气传热系数
12.3
W/m 2·k s
h 表1 锅炉分离器运行和物理特性参数
①作者简介:高贵君(1985,10—),男,汉族,陕西人,本科,助理工程师,主要从事火电机组锅炉方面的研究。

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2s 44332211k
1n 1i s i i s 592.28W/m h 1λδλδλδλδT T h 1
λδΔt q =++++-=+=∑=(1K q T T s 47.11251
1
12=⋅-=λδ(2)
q T T s 09.8202
2
23=⋅-=λδ(3)
K q T T s 27.3463
3
34=⋅-=λδ(4)
K
q T T s 15.3464
4
45=⋅
-=λδ(5)
50℃
15.7327355>=-=T t (6)
其中：q
s 为内衬热通量密度,W/m 2;
T 2 为耐磨耐火层与耐火保温层接触面温度,K;
T 3 为耐火保温层与保温层接触面温度,K;T 4 保温层与钢板接触面温度,K;T 5 壳体钢板与空气接触面温度,K;
t 5 壳体钢板表面温度,℃。

由上述公式(1)～(6)计算结果可知,当环境温度为25℃时,分离器外表温度达到73.15℃,大于国标标准50℃的要求,是分离器超温的主要原因。

2.2 旋风分离器内衬结构的影响
从分离器内衬结构可以看出,分离器内水平安装7层支撑托板,垂直安装3道止推板,全部固接在金属护板的内壁上。

另外砖块之间采用拉钩形式、不规则区域的浇注料采用抓钉固定。

止推板、拉钩、抓钉全部为金属材质,金属材质导热系数比内衬材料高,这是造成分离器散热量增加的一个因素。

另外,分离器各砖块之间的灰浆缝和预留的膨胀缝由于振动和热胀冷缩,加之长期经受高温烟气冲刷,最终也会导致分离器散热量增加。

3 旋风分离器衬里试验性技术改造方案
经过对分离器表面超温原因分析可以初步确定技术改造的方向。

一是选用新型保温绝热材料即导热系数低的内衬材料;二是减少金属固定件的传热;三是采用一体化浇注成型工艺。

为避免投资风险,先选取一个旋风分离器的筒体进行试验性改造,面积约200m 2。

3.1 新型保温绝热材料简介
目前将导热系数在0.05W/m ·℃以下的材料称为高效保温材料,市场上常见的有纳米微孔绝热保温板(以下称纳米板)。

纳米板最高使用温度为1100℃,体积密度约0.3g/cm 3,导热系数小于0.028W/m ·k(600℃),因此,可以在分离器外层使用纳米板替代保温砖。

致密性陶瓷纤维喷涂料最高使用温度1000℃,体积密度约0.3g/cm 3,导热系数0.09～0.11W/m ·k(350℃),特点是施工方便,特别适用于空间狭窄区域及炉衬修补,因此,可以在使用致密性陶瓷纤维喷涂料和耐火保温浇注料组合的方式替代耐火保温砖。

对于分离器内层由于气、固两相分离磨损率较高,因此,只能采用耐磨耐火浇注料,施工时一体化浇筑成型,能有效避免锅炉运行过程中振动导致的鼓包脱落。

K K K K ℃℃(1)
(2)(3)(4)(5)(6)
3.2 试验性技术改造方案
将旋风分离器内衬及附件全部拆除并按500m m×500mm间距开预留排气孔,便于施工后进行低温烘炉时能够及时排除内衬材料中的水汽。

用Φ8m m金属陶瓷组合抓钉按300m m×300m m间距错列焊接在金属内壁上,抓钉金属部分采用耐高温的0Cr25Ni20Si2材质。

将厚度为10mm的纳米微孔绝热保温板铺贴在筒体内壁上,接口处使用铝箔粘贴牢靠。

使用陶瓷纤维专用喷涂设备将致密性陶瓷纤维喷涂料分层喷涂,厚度为220m m。

喷涂完成后焊接耐火钢丝网,浇注轻质保温浇注料并捣实,厚度为30mm。

最后筑模浇注耐磨耐火浇注料,厚度为90m m并用振动棒振打,排除内部气孔。

全部施工完成后自然凝固48h,再拆除筑模模板,采用烘炉机对旋风分离器进行低温烘炉168h。

通过对改造后旋风分离器外表面温度实际测量,夏季(环境温度为38℃)平均温度91.5℃,折算后平均下降26.7℃。

3.3 试验性方案的改进
通过试验性改造发现旋风分离器外表面温度平均下降25℃～30℃,有较大幅度改变但并没有完全符合标准规定的限制。

按照稳态传热过程的方程式选取参数重新计算,发现施工方案核算基本正确,环境温度为25℃时,分离器表面温度理论计算值50.04℃。

结合现场实际分析主要是因为实际施工中受检测条件限制,施工方提供的内衬材料导热系数不能完全否和技术协议的要求,核算时预留量不够,施工作业水平有待提升。

对今后的技术改造提出以下改进措施：一是重新核算25℃时(计算过程省略)的旋风分离器表面温度并保留5℃以上的余量。

调整方案为Φ8m m金属陶瓷组合抓钉按350m m×350m m间距布置;10m m的纳米微孔绝热保温板铺贴3层,总厚度30mm;致密性陶瓷纤维喷涂料厚度和轻质保温浇注料厚度不变;耐磨耐火浇注料厚度调整为70mm。

二是加强工程施工材料的把关验收,将内衬材料送检测部门检测。

三是严把工程施工过程管理,严格按照保温绝热材料和耐磨耐火材料的施工工艺进行施工。

4 结语
选用导热系数更低的新型保温耐火材料,结合喷涂、浇筑一体化施工技术,可以大幅度降低循环流化床锅炉高温旋风分离器表面温度。

改造后可以提高锅炉设备安全性,改善生产运行人员的工作环境,进一步降低锅炉散热损失,提高锅炉经济性。

参考文献
[1] 孙天孙.传热学[M].2版.中国电力出版社,2009.[2] DL/T 5072—2007,火力发电厂保温油漆设计规程[S]．中华人民共和国国家发展和改革委员会,2007．[3] GBT 23294-2009,耐磨耐火材料[S]．中华人民共和国国家质量监督检验疫总局,2009．[4] 张程远.热处理箱式电阻炉陶瓷纤维炉衬改造[J].包钢科技,2013,39(3):16-17.
[5] 周立鸣,邓蔚.纳米孔硅质绝热材料[J].绝热材料的前景与施工,2002:11-14.
根据稳态传热过程的方程式和串联热阻叠加原则可知：
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