CN103398375A - 带有耐磨靶区及导向装置的循环流化床锅炉旋风分离器 - Google Patents

带有耐磨靶区及导向装置的循环流化床锅炉旋风分离器 Download PDF

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一种带有耐磨靶区及导向装置的循环流化床锅炉旋风分离器，包括分离器入口烟道，和分离器入口烟道的出口相连接的分离器筒体，在分离器筒体下方依次连接的分离器锥体和分离器立管以及分离器筒体上部插入的分离器中心筒，所述分离器中心筒下部设置有中心筒缩口，所述分离器入口烟道为渐缩入口烟道，其内安装有烟气导向凸台，出口处设置有烟气导流口，所述烟气导向凸台和烟气导流口上覆盖有高强度耐火耐磨材料层，所述烟气导向凸台周边设置有一个或多个积灰吹扫口；本发明通过对旋风分离器内流场进行的优化，减少了气流的直接冲击，减少了靶区耐火耐磨材料层的磨损，能够提高循环流化床锅炉的连续运行周期。

Description

带有耐磨靶区及导向装置的循环流化床锅炉旋风分离器
技术领域
本发明属于循环流化床锅炉技术领域，具体涉及一种带有耐磨靶区及导向装置的循环流化床锅炉旋风分离器。
背景技术
我国是世界上循环流化床锅炉装机台数最多的国家，循环流化床锅炉已经日渐成为火力发电领域不可或缺的重要组成部分。受到燃用煤种较差等因素的影响，循环流化床锅炉的故障率较高，其中旋风分离器故障是影响循环流化床锅炉长周期高效运行的一项主要问题。
旋风分离器是循环流化床锅炉分离循环物料的重要设备，其作用是利用离心分离原理将颗粒从烟气中分离捕集出来，经返料器回送完成物料的循环过程。如果旋风分离器出现故障，这会带来以下问题：⑴细颗粒得不到有效燃烧影响锅炉的运行经济性；⑵飞灰量增大加剧尾部受热面的磨损，增加除尘设备的能耗；⑶进入循环回路的循环灰量减少，循环量下降，影响炉膛传热特性；⑷如果旋风分离器堵塞，锅炉将被迫停用检修。
旋风分离器工作环境恶劣，由于烟气速度高（20m/s～30m/s）、灰颗粒粗且浓度高，高含尘气流发生急剧旋转时很容易造成气流接触区域耐火耐磨材料的磨损。同时，旋风分离器一般敷设有较厚的耐火耐磨材料，在启动及负荷变化时比较容易出现较大的温度梯度和局部高温并引起耐火耐磨材料的脱落。据统计，旋风分离器故障中约有一半是耐火耐磨材料磨损和脱落引起的。
旋风分离器耐火耐磨材料磨损和脱落的具体原因包括：高含尘气流冲刷造成的磨损、热应力和机械应力造成的脱落、耐火耐磨材料物理化学特性变化造成的损坏。
高含尘气流冲刷造成的磨损主要表现为高含尘气流对耐火耐磨材料的强烈冲刷，这类磨损随气流含尘浓度、烟气速度的增加而加剧，同时还受到高含尘气流撞击角度的影响；热应力和机械应力造成的脱落主要表现为启动及负荷变化时，温度波动、热冲击以及机械的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主要是受烟气中的碱金属、微颗粒渗透影响，最终造成耐火耐磨材料渐腐蚀失效和变质破坏。
传统方法一般通过改进施工工艺、提高材料品质、降低烟气速度、控制升温速率等手段进行控制，但受限较多且效果有限。
例如实用新型专利201020177453.9公开了一种多阶弧形缓冲防磨装置，通过耐热钢锚固件和耐火材料在分离器壁面上设置厚度100～200mm的弧形防磨缓冲坡。该方法本质是一种被动防磨方式（磨损产生的根源并未彻底消除），增加耐火材料的厚度则会增加受热应力脱落的风险。特别由于弧形防磨缓冲坡改变了气流在旋风分离器筒体内的流动、破坏了旋风分离器的流场，这会对锅炉的安全经济运行产生不利影响。
又例如发明专利01123924.7公开了一种可降低磨损的气固旋风分离方法及其装置，通过在筒体壁面上设置开口，用于分离一部分含尘气流。这种方式除了现场安装施工困难外，同样会破坏分离器的流场、降低分离效率，降低循环流化床锅炉运行的经济性。
发明专利201010602889.2公开了一种循环流化床锅炉旋风分离器，其在烟道内壁和靶区浇筑瓦楞状表面的耐磨料，并在分离器入口设置下倾角。这种方式改变了气流的流动防线，会影响分离效率，瓦楞状的表面施工非常困难，同时下倾角的设计如果在锅炉改造中实施，需要大面积更改锅炉水冷壁，改造难度大。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种带有耐磨靶区及导向装置的循环流化床锅炉旋风分离器，本发明通过对旋风分离器内流场进行的优化，减少了气流的直接冲击，减少了靶区耐火耐磨材料层的磨损，能够提高循环流化床锅炉的连续运行周期。
为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：
一种带有耐磨靶区及导向装置的循环流化床锅炉旋风分离器，包括分离器入口烟道1，和分离器入口烟道1的出口相连接的分离器筒体2，在分离器筒体2下方依次连接的分离器锥体3和分离器立管4以及分离器筒体2上部插入的分离器中心筒5，所述分离器中心筒5下部设置有中心筒缩口6，所述分离器入口烟道1为渐缩入口烟道，其内安装有烟气导向凸台7，出口处设置有烟气导流口8，所述烟气导向凸台7和烟气导流口8上覆盖有高强度耐火耐磨材料层S；所述烟气导向凸台7周边设置有一个或多个积灰吹扫口9。
当分离器为水冷或汽冷型时，所述分离器筒体2的筒壁间设置有水冷壁管10，筒壁内靶区覆盖有耐火耐磨材料层A，筒壁外覆盖有耐火保温材料层B，耐火保温材料层B外设置有分离器外壳11。
当分离器为绝热型时，所述分离器筒体2筒壁内靶区覆盖有耐火耐磨砖层C，筒壁外覆盖有耐火保温材料层B，耐火保温材料层B外设置有分离器外壳11。
无论采用何种形式分离器，所述分离器筒体2筒壁内靶区覆盖有高强度耐火耐磨材料层S。
所述高强度耐火耐磨材料层S采用高强度耐火耐磨可塑料，其靠近分离器上部区域的厚度大于靠近分离器下部区域20～100mm，其表面开有无规则非贯通的小气孔，其内部设置有固定销钉12并均匀密布有不锈钢纤维13。
所述高强度耐火耐磨材料层S每隔间距400mm～1500mm设置膨胀缝L，膨胀缝L与气流流动方向倾斜相异。
所述烟气导向凸台7靠近锅炉侧与水平面的夹角为15～45°，靠近分离器筒体2的出口侧与水平面的夹角为5～15°。
所述分离器入口烟道1的出口面积为入口面积的40%～75%。
所述分离器中心筒5和中心筒缩口6插入分离器筒体2的深度是分离器入口烟道1高度的30%～90%，中心筒缩口6的最小直径是分离器中心筒5直径的60～90%。
本发明和现有技术相比，优点如下：
1、本发明分离器入口烟道1为渐缩入口烟道，使旋风分离器内含尘气流的流动流速是逐步增加的，因此流场趋于稳定、烟气所携带的颗粒浓度均一，减少了向壁侧的颗粒浓度，缓解了磨损。同时，为了避免气流中的灰颗粒在分离器入口烟道1沉积而影响流场（颗粒沉积会降低通流面积，增加烟气流速），分离器入口烟道1安装有烟气导向凸台7，烟气导向凸台7周边设置有积灰吹扫口9并通过压缩空气或蒸汽吹扫分离器入口烟道1的积灰，减轻了分离器入口烟道的积灰，防止积灰被气流裹挟冲刷靶区时产生的周期性磨损（低负荷时烟气流速下降生成积灰，高负荷时烟气流速上升减少积灰，积灰的生成和消除过程会造成灰浓度的周期性波动）；分离器入口烟道1的末端还设置有烟气导流口8用于进一步调整分离器内的流场提高分离效率。烟气导向凸台7和烟气导流口8均覆盖有高强度耐火耐磨材料层S，用以提高其抗磨损性能。
2、本发明分离器靶区即为高含尘气流直接冲击区域，该区域受到气流的冲击最大（气流在此区域流速高且存在急速的转向），也是颗粒与分离器筒体壁面发生第一次撞击的区域，负荷变动时的热应力大，工作环境极其恶劣，耐磨耐磨材料极易损坏和脱落。高强度耐火耐磨材料层S所用材料为高强度耐火耐磨可塑料，靠近分离器上部区域的厚度大于分离器下部区域20～100mm。高强度耐火耐磨材料层S表面有大量有无规则非贯通的小气孔（即表面有如沥青路面般不规则的小气孔），用于克服光滑平整表面在运行中出现的粉尘颗粒切削磨损。
3、由于高强度耐火耐磨材料层S的膨胀系数与钢不同，其膨胀和收缩无法与水冷壁管10和分离器外壳11同步，因此高强度耐火耐磨材料层S内除了有固定销钉12外，并均匀密布不锈钢纤维13，热量传导快、有效消除了热应力并补偿膨胀，提高了强度，避免脱落。
4、高强度耐火耐磨材料层S每隔设400mm～1500mm间距设置膨胀缝L，膨胀缝L与气流流动方向倾斜相异（区别于传统垂直膨胀缝），防止气流贯穿高强度耐火耐磨材料层，同时避免烟气中的有害成分渗透进入高强度耐火耐磨材料层，延长了高强度耐火耐磨材料层的寿命。
总之，本发明通过对旋风分离器内流场进行的优化，减少了气流的直接冲击，减少了靶区耐火耐磨材料层的磨损。
附图说明
图1为本发明的主视图。
图2为本发明的俯视图。
图3为本发明的一种靶区布置图（水冷或气冷型分离器）。
图4为本发明的一种靶区布置图（绝热型分离器）。
图5为本发明的一种固定销钉和不锈钢纤维布置结构剖视图。
图6为本发明的一种固定销钉和不锈钢纤维布置结构侧视图。
图7为传统膨胀缝布置方式示意图。
图8为本发明的膨胀缝与气流流动方向倾斜相异布置方式示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明作进一步的详细描述。
如图1和图2所示，本发明一种带有耐磨靶区及导向装置的循环流化床锅炉旋风分离器，包括分离器入口烟道1，和分离器入口烟道1的出口相连接的分离器筒体2，在分离器筒体2下方依次连接的分离器锥体3和分离器立管4以及分离器筒体2上部插入的分离器中心筒5，所述分离器中心筒5下部设置有中心筒缩口6，所述分离器入口烟道1为渐缩入口烟道，其内安装有烟气导向凸台7，出口处设置有烟气导流口8，所述烟气导向凸台7和烟气导流口8上覆盖有高强度耐火耐磨材料层S；所述烟气导向凸台7周边设置有一个或多个积灰吹扫口9。
实施例一
本实施例一种带有耐磨靶区及导向装置的循环流化床锅炉旋风分离器，该旋风分离器为汽冷型，分离器中心筒5下部设置有中心筒缩口6，二者插入分离器的总深度是分离器入口烟道1高度的60%，中心筒缩口6的最小直径是中心筒5直径的60%；分离器入口烟道1为渐缩入口烟道，其出口面积为入口面积的50%；分离器入口烟道1内安装有烟气导向凸台7，烟气导向凸台7靠近锅炉侧与水平面的夹角为30°，靠近分离器筒体2的出口侧与水平面的夹角为10°；此外，分离器入口烟道1的末端设置有烟气导流口8用于进一步优化分离器内的流场提高分离效率。烟气导向凸台7周边设置有积灰吹扫口9并通过压缩空气吹扫分离器入口烟道1的积灰，分离器入口烟道1每侧设置两个积灰吹扫口9。烟气导向凸台7和烟气导流口8均覆盖有高强度耐火耐磨材料层S，用以提高其抗磨损性能。
如图3所示，分离器筒体2的筒壁间设置有水冷壁管10，筒壁内靶区覆盖有耐火耐磨材料层A，筒壁外覆盖有耐火保温材料层B，耐火保温材料层B外设置有分离器外壳11，在靶区（气流直接冲击区域即图3中阴影部分）可以用高强度耐火耐磨材料层S取代耐火耐磨材料层A。本实施例耐火耐磨材料层A采用耐火耐磨刚玉可塑料，耐火保温材料层B采用轻质耐火保温浇注料，高强度耐火耐磨材料层S采用碳化硅耐磨抗腐蚀可塑料。
高强度耐火耐磨材料层S靠近分离器上部区域的厚度大于分离器下部区域30mm，高强度耐火耐磨材料层S表面有大量无规则非贯通的小气孔。
如图5和图6所示，为了使高强度耐火耐磨材料层S的膨胀与水冷壁管10和分离器外壳11同步，高强度耐火耐磨材料层S内均匀密布不锈钢纤维13。如图8所示，高强度耐火耐磨材料层S每隔设500mm间距设置膨胀缝L，膨胀缝L与气流流动方向倾斜相异，和图7所示的传统垂直膨胀缝布置方式相比，防止气流贯穿高强度耐火耐磨材料层，同时避免烟气中的有害成分渗透进入高强度耐火耐磨材料层。
实施例二
本实施例一种带有耐磨靶区及导向装置的循环流化床锅炉旋风分离器，该旋风分离器为绝热型，分离器中心筒5下部设置有中心筒缩口6，二者插入分离器的总深度是分离器入口烟道1高度的80%，中心筒缩口6的最小直径是中心筒5直径的90%；分离器入口烟道1为渐缩入口烟道，其出口面积为入口面积的70%；分离器入口烟道1内安装有烟气导向凸台7，烟气导向凸台7靠近锅炉侧与水平面的夹角为40°，靠近分离器筒体2的出口侧与水平面的夹角为15°；此外，分离器入口烟道1的末端设置有烟气导流口8用于进一步优化分离器内的流场提高分离效率。烟气导向凸台7周边设置有积灰吹扫口9并通过压缩空气吹扫分离器入口烟道1的积灰，分离器入口烟道1每侧设置两个积灰吹扫口9。烟气导向凸台7和烟气导流口8均覆盖有高强度耐火耐磨材料层S，用以提高其抗磨损性能。
如图4所示，分离器筒体2筒壁内靶区覆盖有耐火耐磨砖层C，筒壁外覆盖有耐火保温材料层B，耐火保温材料层B外设置有分离器外壳11，在靶区（气流直接冲击区域即图4中阴影部分）用高强度耐火耐磨材料层S取代耐火耐磨砖层C。本实施例耐火耐磨砖层C采用耐火耐磨砖，耐火保温材料层B采用耐火保温砖，高强度耐火耐磨材料层S采用碳化硅耐磨抗腐蚀可塑料。
高强度耐火耐磨材料层S靠近分离器上部区域的厚度大于分离器下部区域100mm，高强度耐火耐磨材料层S表面有大量无规则非贯通的小气孔。
如图5和图6所示，为了使高强度耐火耐磨材料层S的膨胀与水冷壁管10和分离器外壳11同步，高强度耐火耐磨材料层S内均匀密布不锈钢纤维13。如图8所示，高强度耐火耐磨材料层S每隔设1000mm间距设置膨胀缝L，膨胀缝L与气流流动方向倾斜相异，和图7所示的传统垂直膨胀缝布置方式相比，防止气流贯穿高强度耐火耐磨材料层，同时避免烟气中的有害成分渗透进入高强度耐火耐磨材料层。

Claims (8)

1.一种带有耐磨靶区及导向装置的循环流化床锅炉旋风分离器，包括分离器入口烟道（1），和分离器入口烟道（1）的出口相连接的分离器筒体（2），在分离器筒体（2）下方依次连接的分离器锥体（3）和分离器立管（4）以及分离器筒体（2）上部插入的分离器中心筒（5），其特征在于：所述分离器中心筒（5）下部设置有中心筒缩口（6），所述分离器入口烟道（1）为渐缩入口烟道，其内安装有烟气导向凸台（7），出口处设置有烟气导流口（8），所述烟气导向凸台（7）和烟气导流口（8）上覆盖有高强度耐火耐磨材料层（S），分离器筒体（2）筒壁内靶区位置覆盖有高强度耐火耐磨材料层（S）；所述烟气导向凸台（7）周边设置有一个或多个积灰吹扫口（9）。
2.根据权利要求1所述的一种带有耐磨靶区及导向装置的循环流化床锅炉旋风分离器，其特征在于：当分离器为水冷或汽冷型时，所述分离器筒体（2）的筒壁间设置有水冷壁管（10），筒壁内靶区覆盖有耐火耐磨材料层（A），筒壁外覆盖有耐火保温材料层（B），耐火保温材料层（B）外设置有分离器外壳（11）。
3.根据权利要求1所述的一种带有耐磨靶区及导向装置的循环流化床锅炉旋风分离器，其特征在于：当分离器为绝热型时，所述分离器筒体（2）筒壁内靶区覆盖有耐火耐磨砖层（C），筒壁外覆盖有耐火保温材料层（B），耐火保温材料层（B）外设置有分离器外壳（11）。
4.根据权利要求1所述的一种带有耐磨靶区及导向装置的循环流化床锅炉旋风分离器，其特征在于：所述高强度耐火耐磨材料层（S）采用高强度耐火耐磨可塑料，其靠近分离器上部区域的厚度大于靠近分离器下部区域20～100mm，其表面开有无规则非贯通的小气孔，其内部设置有固定销钉（12）并均匀密布有不锈钢纤维（13）。
5.根据权利要求4所述的一种带有耐磨靶区及导向装置的循环流化床锅炉旋风分离器，其特征在于：所述高强度耐火耐磨材料层（S）每隔间距400mm～1500mm设置膨胀缝（L），膨胀缝（L）与气流流动方向倾斜相异。
6.根据权利要求1所述的一种带有耐磨靶区及导向装置的循环流化床锅炉旋风分离器，其特征在于：所述烟气导向凸台（7）靠近锅炉侧与水平面的夹角为15～45°，靠近分离器筒体（2）的出口侧与水平面的夹角为5～15°。
7.根据权利要求1所述的一种带有耐磨靶区及导向装置的循环流化床锅炉旋风分离器，其特征在于：所述分离器入口烟道（1）的出口面积为入口面积的40%～75%。
8.根据权利要求1所述的一种带有耐磨靶区及导向装置的循环流化床锅炉旋风分离器，其特征在于：所述分离器中心筒（5）和中心筒缩口（6）插入分离器筒体（2）的深度是分离器入口烟道（1）高度的30%～90%，中心筒缩口（6）的最小直径是分离器中心筒（5）直径的60～90%。
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