吳劍恆莊松田
（福建省石獅熱電有限責任公司福建石獅 362700）
[內容摘要] 介紹兩台35t/h 迴圈流化床鍋爐存在的旋風分離器磨損情況，對其磨損原因進行了分析，並採取了改造，取得了良好的效果。
[關鍵詞] 迴圈流化床鍋爐；旋風分離器；磨損；技術改造
一前言某公司的2臺35t/h迴圈流化床鍋爐自2023年12月投運以來，已累計執行32909h和32312h，各項指標均達到設計要求。但旋風分離器磨損嚴重，先後更換3次中心筒和出口轉向室，並對筒體耐磨可塑料進行2次修補，費時費力又耗財，給正常的生產經營帶來較大的不良影響。
本文分析了這2臺35t/h 迴圈流化床鍋爐旋風分離器（含筒體、中心筒、出口轉向室）的磨損原因，先後採取了更換分離器材質以及「龜甲網＋純剛玉耐磨耐火可塑料」，取得了良好的效果。
二磨損情況
（一） 旋風分離器簡介
35t/h迴圈流化床鍋爐採用中溫分離技術，2個旋風分離器左右對稱布置在水平煙道出口。分離器採用下出灰、上排氣方式，分離後的煙氣通過布置在分離器上部的連線煙道引出，進入省煤器上部煙道。分離器與回料器之間設有儲灰倉，儲灰倉的灰通過回料裝置送入爐膛迴圈燃燒。
該直徑較小，分離效率較高，可提高鍋爐燃燒效率；設計入口煙溫為567℃，回料溫度遠低於煤著火溫度，不存在分離器內燃燒結焦等問題，利於鍋爐安全、連續執行。分離器結構簡圖見圖1。
分離器入口截面為1950mm×340mm，設計煙速25.0m/s，用12mm厚的12cr1mov鋼板製成，入口處、四周及頂部焊有60mm長的φ6銷釘（密度174 mm×174mm），敷設70mm厚的耐磨可塑料。筒體通流部分直徑φ1620mm。
1—分離器錐體
2—分離器筒體
3—入口膨脹節
4—中心筒
5—出口膨脹節
6—出口轉向室
圖1 旋風分離器結構簡圖
中心筒直徑800mm，長度1887mm，厚度12mm，材質12cr1mov，額定工況下中心筒內的設計煙速為35.0m/s。
出口轉向室用12mm厚的12cr1mov鋼板製成，出口截面為1288 mm×898 mm，設計出口煙速為14.3m/s。
（二） 旋風分離器磨損情況
2023年9月，發現1#爐（已累計執行5538h）分離器漏灰，停爐檢查發現左側中心筒法蘭處被磨穿1個長152mm、寬12mm的口子，右側中心筒相同部位有1個長93mm、寬8mm的口子；左、右側轉向室法蘭處則磨有128mm×9 mm、86mm×7mm的口子；其他部位也有磨損痕跡。檢修時，在磨穿部位外部加焊10mm厚的鋼板。
2023年2月春節檢修時，兩台爐（分別累計執行8233h、8119h）的中心筒和轉向室磨損嚴重，其中1#爐左側中心筒法蘭處被磨穿1個長862 mm、寬42mm的口子，中部被磨穿3個372mm×24mm、165mm×13mm、146mm×11mm的口子（見圖2）；右側中心筒相同部位則分別有356mm×22 mm和170mm×12mm、126mm×9mm的口子；中心筒還有許多深3～6mm的沖蝕點，區域性沖蝕點已經連線成片。1#爐左、右側轉向室法蘭處被磨穿乙個736mm×41mm、650mm×27mm的口子。分離器入口處、迎流面等區域性磨損嚴重，可塑料表層部分脫落。
2#爐磨損情況類似。因此只能更換全部中心筒和轉向室，並對可塑料脫落部分進行修補。
圖2 中心筒磨損情況
從中心筒和轉向室的磨損情況可以清楚地看出，被磨損部位都是由內側往外壁磨的，同時煙氣流沖蝕軌跡清晰可見（見圖3）。
圖3 中心筒沖蝕情況
三原因分析
結合迴圈流化床鍋爐的燃燒機理[1]，根據磨損情況可以判斷，分離器的磨損是受到含塵煙氣的高速撞擊和沖刷而造成的，即是一種沖蝕磨損。對於迴圈流化床鍋爐而言，沖蝕磨損的影響因素主要有粒子速度、粒子濃度、粒子顆粒度、環境溫度、材料效能及沖蝕時間等。根據有關試驗得出經驗公式：
ε∝υ3d2p/2g，即：磨損率ε與粒子濃度p成正比關係，與粒子顆粒度d成二次方關係，與粒子速度υ成三次方關係[2]。
由於影響分離器磨損的因素較多，其中部分因素是實際執行中產生的，簡要分析如下：
（一）燃料特性
入爐煤細粉所佔比例過大，小於1mm的顆粒重量百分比達到47.44%（表1），遠高於設計值（30%）；並且無煙煤煤質脆、強度低，煤粒在揮發份析出階段破碎和燃燒過程磨損、擠壓產生大量細粉，提高了分離器入口的飛灰濃度，增大磨損速度。
表1 實際燃用煤種篩分特性
表2 實際燃用煤種特性
（二）回料裝置料位
理論上講，當調整好回料裝置的回料風、鬆動風並建立正常的灰迴圈後，迴圈灰量應隨鍋爐負荷的變化具有自平衡特性。但實際執行中，由於燃用煤種灰分含量高於設計值（如表2），分離器收集的灰量無法全部返回爐膛再燃燒（否則床溫無法維持或過熱蒸汽超溫），就會出現積灰現象；同時，缺乏有效的料位監測儀器，不能確切掌握灰位而進行排灰，多餘的灰就在分離器下部聚積，達到一定高度，就直接從中心筒排到尾部煙道，造成中心筒和轉向室的嚴重磨損（每次停爐檢查，灰位達到分離器錐體人孔門處）。
（三）分離效率
根據文獻[1]，小直徑旋風分離器對100μm左右的粒子應有較高的分離效率。但從表3和表4看出，電除塵灰中d＞98μm的粒子所佔比例達到87.99%，而回料灰中d＜125μm的粒子僅為24.
02%。分離器對98μm＜d≤121μm的粒子分離效率較低，不僅造成飛灰可燃物含量偏高，降低了鍋爐執行效率；而且提高了分離器後的飛灰濃度，加劇中心筒和轉向室的磨損。
表3 電除塵飛灰篩分特性
表4 回料灰篩分特性
（四）負荷波動
我廠以供熱為主、熱電聯產，熱負荷波動大，鍋爐負荷頻繁變化。低負荷（q＜25t/h＝執行時，床溫較低，分離下來的灰無法全部返回爐膛，最終經中心筒排出；超負荷（q＞40t/h）執行時，風量增加到50000 m3/h以上（一、二次風之和），執行煙速比設計值提高28%以上，這些均加劇中心筒和轉向室的磨損。
（五） 設計原因
鍋爐廠在設計時，低估了旋風分離器惡劣的工作環境，沒有充分考慮中心筒和出口轉向室的磨損問題（其內壁沒有襯任何耐磨材料），使高速的含塵煙氣直接沖刷、撞擊金屬元件而造成嚴重磨損。
四解決措施
（一） 採用耐磨耐熱不鏽鋼
2023年11月， 新換的12cr1mov鋼板（δ=12mm）製成的中心筒和出口轉向室執行僅9個月（分別累計執行6310h、6231h），又發現鍋爐漏灰，停爐檢查發現中心筒和出口轉向室區域性已被磨穿，部位和磨損情況與2023年2月基本一致（如圖4）。
圖4 轉向室磨損情況
為此，公司耗資十幾萬元，採用12mm厚的310s（0cr25ni20si2）耐磨耐熱不鏽鋼替代12cr1mov，更換中心筒和出口轉向室，並對筒體耐磨可塑料進行修補。
（二） 龜甲網＋耐磨耐火可塑料
2023年11月，310s不鏽鋼製成的中心筒和轉向室分別累計執行6270h、6425h，又被磨穿，磨損情況與2023年2月相似。
公司技術管理人員在充分調研的基礎上，借鑑其他鍋爐的成功經驗，採用「龜甲網＋純剛玉耐磨耐火可塑料」對分離器進行技術改造：
1 打掉分離器入口處、筒體內壁敷設的耐磨可塑料表面層，露出銷釘，在銷釘上焊接規格為20×2的龜甲網，再敷設一層厚度為25mm的純剛玉耐磨耐火可塑料；
2 對中心筒和出口轉向室磨穿部位進行修補，然後在其內壁焊接龜甲網，再敷設23mm厚的純剛玉耐磨耐火可塑料（中心筒和轉向室金屬部分僅起支架作用）；
3 為減小煙速增大對分離器出口連線煙道造成的磨損，對其也採用「龜甲網＋純剛玉耐磨耐火可塑料」處理。
施工時，首先將龜甲網平整焊接，龜甲網上的金屬銷釘進行圈焊，焊渣及雜物清除乾淨，才能敷設可塑料。嚴格按生產廠家提供的施工工藝，將可塑料、新增劑、磷酸鋁膠水按比例混合後，在攪拌機內充分攪拌至料色均
一、手捏成團且不粘手後方可出料，然後將拌好的可塑料倒入龜甲網中，並及時用加橡皮墊的木錘沿同一方向或呈放射狀方向搗打3～5遍至實。敷設時，注意可塑料的施工厚度以蓋過龜甲網5mm為宜，過薄起不到防磨作用，太厚則容易脫落，必須按照規定厚度一次性布料，切忌在平行於工作面的方向上出現分層施工現象。
表5 純剛玉耐磨耐火可塑料效能表
五影響及效果
（一） 煙氣速度
由於澆注1層耐磨耐火可塑料，使旋風分離器進口截面縮小為1920mm×310mm，額定工況下進口煙速增至27.8 m/s，增加了11.1%；中心筒內徑減為φ730 mm，通流面積減小11.
50%，煙速增加到39.6m/s，增加13.0%；轉向室出口截面縮為1242mm×852mm，煙速增加到15.
6m/s，增加9.3%。
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