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动力与电气工程56科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATIONDOI：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)-0056-021 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。
1 75th循环流化床旋风分离器优化改造(1)中心简直径与长度。
在保证分离效率不降低的条件下，把旋风分离器中心简直径由原来的1500 mm改成1200 mm中心筒长度由1925 mm改成1 835 mm。
缩短了中心筒长度，使压力损失减少。
在保证压降<2 000 Pa的前提下，采取缩小中心筒直径的方法来提高分离效率，即De／Do=0．375，在0．3～0．5的适宜范围内。
75 t／h循环流化床在炉膛出口设有2个旋风分离器。
旋风分离器切向进口截面为850×2 400mm2，内径3 200mm，出口直径1 500mm旋风分离器的圆形简体和气体的切向入口使气固混合物进入围绕旋风分离器的两个同心涡流，外部涡流向下。
内部涡流向上。
由于固体密度比烟气密度大，在离心力作用下，固体离开外部涡流移向壁面，再沿旋风分离器的壁面滑落，经返料器返回炉膛循环再燃，相对干净的气体通过内部涡流向上移动，由旋风分离器顶部的中心筒出口排出。
75 t／h循环流化床旋风分离器剖面图见图2。
影响旋风分离器分离特性的因素主要是旋风分离器的结构参数、粉尘的物理性质和分离器的运行参数，如切向进口风速、烟气温度、粒径、进口颗粒浓度、切向进口宽度和进口形式、中心筒长度和直径、固体的再夹带等。
由于旋流在中心筒与壁面之间运动，因此，中心筒的插入深度直接影响旋风分离器性能。
有研究表明，筒长度对分离效率的影响(见图3)是：中心简长度增加，分离效率提高，当中心筒长度大约是人口管高度的0．4～O．5倍时，分离效率最高，随后分离效率随着中心筒长度增加而降低。
因此，中心筒过短或过长都不利于分离，因为中心筒插入过深会缩短其与锥体底部的距离，增加二次夹带机会；而插入过浅，会造成正常旋流核心弯曲，甚至破坏，使其处于不稳定状态，同时也容易造成气体短路而降低分离效率。
另外，中心筒长度对压力损失也有影响(见图4)。
中心筒的压力损失主要是筒内摩擦损失，气体因同时进行旋转运动和直线运动需要消耗更多的能量，筒内气体静压能的损失转化为旋转时的动能。
探究循环流化床锅炉排烟温度偏高、偏低原因及控制措施摘要：本文首要阐述了排烟温度对循环流化床锅炉运行的影响，然后分析了排烟温度偏高、偏低造成的因素，最后提出了降低锅炉排烟温度措施。
关键词：循环流化床；排烟温度；控制措施1 排烟温度对锅炉运行的影响排烟温度指锅炉末级受热面出口处的烟气温度。
排烟温度过高，会使锅炉效率降低。
排烟热损失是锅炉各项热损失中最大的一项，影响排烟热损失的主要因素为排烟温度与排烟量，排烟温度越高排烟量越大则排烟热损失就越大。
此外锅炉排烟温度过高对炉后布袋除尘及脱硫的安全运行也构成了威胁。
排烟温度过低，烟气中的硫化物结露析出，粘结在省煤器及空预器上，造成尾部受热面低温腐蚀，对烟囱内壁也将产生腐蚀，影响尾部受热面和烟囱的使用寿命。
烟气温度过低还会造成烟气自然爬升高度不够，烟尘扩散面积偏小，加大局部区域的大气污染。
2 影响排烟温度的因素2.1 燃料性质①水分。
煤中水分加热变为水蒸气，烟气量增加，排烟热损失增大；水分高，提高了烟气的酸露点，易产生低温腐蚀。
②灰分。
灰分越高，受热面的沾污、磨损越严重。
尾部受热面积灰会使受热面换热量减少，排烟温度升高。
灰分高的煤发热量低，相同负荷下消耗的燃料量增加，造成烟气流速和烟气量增加，导致排烟温度和排烟量都升高，从而降低锅炉效率。
③挥发分。
煤中挥发分越低，越不容易着火燃烧，燃烧的时间也会增加，炉膛出口烟气温度越高，烟气中携带的未燃尽颗粒越多，有时在旋风分离器和尾部烟道内还在继续燃烧，导致排烟温度较高。
2.2 受热面积灰与结焦。
受热面积灰与结焦，使烟气与受热面之间传热热阻增大，传热量减少，导致排烟温度升高。
且尾部受热面积灰堵塞，使尾部烟道形成烟气走廊，产生高温度区和低温度区，在低温度区内空气预热器处烟气结露腐蚀管壁，管子腐蚀严重穿透后造成空预器漏风，送风短路进入烟道，影响锅炉送风。
2.3 锅炉漏风。
循环流化床锅炉漏风主要指分离器、烟道包墙、顶棚、检修孔和人孔门处漏风。
流化床锅炉旋风分离器施工工法流化床锅炉旋风分离器施工工法一、前言随着工业的发展和环保意识的增强，流化床锅炉作为一种高效、清洁的能源利用方式，得到了广泛的应用。
流化床锅炉旋风分离器作为流化床锅炉关键设备之一，其施工工法对于锅炉的正常运行至关重要。
本文将详细介绍流化床锅炉旋风分离器施工工法的特点、适应范围、工艺原理、施工工艺、劳动组织、机具设备、质量控制、安全措施、经济技术分析以及工程实例。
二、工法特点流化床锅炉旋风分离器施工工法的特点主要有：1. 施工工期短：采用了优化的施工流程和先进的工艺技术，能够有效缩短施工工期，提高施工效率。
2. 施工质量高：通过严格的施工标准和质量控制措施，确保施工质量符合设计要求，同时保证设备的正常运行和使用寿命。
3. 施工方法灵活多样：根据实际工程情况和要求，可以选择不同的施工方法，能够适应各种不同的场地和空间条件。
4. 技术先进可靠：采用了先进的工艺和设备，能够保证流化床锅炉旋风分离器的稳定运行和高效工作。
5. 施工成本低：相对于传统的施工方法，流化床锅炉旋风分离器施工工法能够降低材料和人工的消耗，降低施工成本。
三、适应范围流化床锅炉旋风分离器施工工法适用于各种规模的工业锅炉和电力厂的锅炉，能够满足不同的容量和参数要求。
同时，该工法还适用于新建锅炉和改造升级项目，可以有效提高锅炉的燃烧效率和环保性能。
四、工艺原理流化床锅炉旋风分离器施工工法的理论基础是流化床锅炉的工艺原理。
流化床锅炉旋风分离器通过对燃料进行流化使其与空气充分接触，形成高温高速的流化床状态，从而实现燃烧效果的最大化。
同时，旋风分离器通过其特殊的结构和作用，将烟气中的固体颗粒物进行分离，保证烟气排放达到环保要求。
五、施工工艺1. 前期准备：包括施工方案设计、材料准备、机具设备调配、劳动力组织等。
2. 基础施工：包括基础的打桩、浇筑、硬化等工作，确保旋风分离器的稳固和安全。
3. 结构施工：包括旋风分离器的安装、焊接、固定等工作，确保结构的完整和密闭性。
旋风分离器发展及工作原理摘要：综述了旋风分离器的发展概况，并从气体、粉尘运动的工作原理以及分类等方面介绍了。
一、旋风分离器的发展旋风分离器的应用已有近百年的历史，因其结构简单，造价低廉，没有活动部件，可用多种材料制造，操作条件范围宽广，分离效牢较高，所以至今仍是化工、采矿、冶金、机械、轻工等工业部门里最常用的一种除尘、分离设备。
随着工业发展的需要，为使旋风分离器达到高效低阻的目的，自1886年Morse的第一台圆锥形旋风分离器问世以来百余年里，由于分离器的结构、尺寸、流场特性的不同，出现了许多不同用途的旋风分离器，现从两个方面来进行概述。
1.气体、粉尘运动的研究旋风分离器内颗粒流体的流动属于稀浓度颗粒流体力学，故可先分析纯气体流场，再计及颗粒在其中的运动。
在1949年，TerLinden研究得出切向速度轴对称分布，在同一断面随其与轴心的距离减小而增大，达到最大值后又逐渐减小；径向速度在中心区方向朝外，在外围区方向朝内，形成源汇流；轴向速度在外部区域气流向下，在轴心区域气流向上；压力分布是壁面处大于中心处。
1962年，Lewellen把不可压缩流体的连续性方程和Navier-stokes方程在圆柱坐标系和轴对称定常流动下进行了简化，通过引入流函数和环量，得到了强旋转简化层流模型。
1975年Bloor、Ingham运用普朗特提出的混合长理论确定湍流表观粘度，并对水力旋流器流场进行了分析，建立了适合于工程应用的初级湍流模型。
1982年Boysan等人利用Rodi推得的关于雷诺应力的近似代数关系式，得到了高级湍流模型。
用这些模型计算得到的切向速度数值解与实验测定结果较吻合。
2.旋风分离器内气固流况的剖析通过对旋风分离器内气固流况的剖析，针对影响旋风分离器效率的顶部上涡流和下部的二次带尘，影响动力消耗的进口膨胀损失和出口旋转摩擦等因素，人们进行改进。
为了消除因上涡流而引起粉尘从出口管短路逃逸的现象，Cardiff 大学的Biffin等人研制的新型带集涡室的旋风分离器、德国西门子公司顶端带导向叶片的旋流分离器、日本专利多头切向进口的多管分离器，以及国内的倾斜螺旋形进口的CLT/A、CLG、DⅠ型等也都是为了削弱上涡流的带尘。
摘要在循环流化床锅炉里，通常将旋风分离器布置在锅炉炉膛出口，以便将高温烟气流中的热固体物料分离下来进入回料阀进入炉膛继续循环，以便保证炉膛内一定的灰浓度同时也提高了燃烧效率。
现在我国大部分旋风分离器都是根据烟气量计算出旋风分离器筒体直径后，通过设计手册确定各部分尺寸，但这种设计方法针对性差，实际分离效果不能满足要求。
针对这问题，本设计以130t/hCFBB旋风分离器的设计为例，通过对压降损失和分离效率的计算，筛选出最佳的分离粒径，以该粒径为参考，确定旋风分离器各部分的尺寸关系并最终计算出各部分的尺寸，完成旋风分离器的设计。
通过本设计的设计思路和方法，可有效地提高分离效率，为循环流化床锅炉的稳定运行提供了保障。
关键词：高温旋风分离器；分离效率；压降损失；尺寸计算AbstractCyclone plays an important role in circulating fluidized bed.In the circulating fluidized bed boiler,Usually arranged in the boiler furnace cyclone export to the high temperature gas stream down into the thermal separation of solid materials into the furnace return valve to cycle in order to guarantee a certain degree of gray levels within the furnace also increases combustion efficiency.Now most of our cyclone are calculated according to smoke after the cyclone cylinder diameter,through the various parts of the design manual to determine size,but targeted poor design, the actual separation can not meet the requirements.To address this problem, The design makes 130t/hCFBB cyclone design for example,On the calculation of the pressure drop and separation efficiency, then select the best particle size, To the diameter of reference to determine the relationship between the size of various parts of cyclone and finally calculate the size of each part to complete the design of cyclone.Through the design of design ideas and methods can effectively improve the separation efficiency, sTab operation of circulating fluidized bed boiler to provide a guarantee.Key Words：high temperature cyclone separator；separation efficiency；pressure drop；size calculation目录前言 (1)1 绪论 (2)1.1 循环流化床锅炉的发展趋势及其所带来的技术难题 (2)1.1.1 国内外循环流化床锅炉发展 (2)1.1.2 循环流化床锅炉大型化的技术难题 (4)1.2 循环流化床分离装置的发展 (4)1.2.1 循环流化床分离装置的分类 (4)1.2.2 分离器的发展及应用 (5)2 旋风分离器的发展及应用 (11)2.1 旋风分离器的结构及工作原理 (12)2.2 旋风分离器气粒两相运动研究的进展 (12)2.3 旋风分离器的分离机理 (14)3 旋风分离器内气流运动概况分析 (16)3.1 颗粒的沉降速度和离心分离速度 (16)3.2 旋风分离器内气流流动概况 (19)3.3 极限粒径 (22)4 压降和效率的计算方法 (27)4.1 压降 (27)4.1.1 压降的影响因素 (27)4.1.2 压降的计算 (27)4.2 效率 (29)4.2.1 表示方法 (29)4.2.2 效率的计算方法 (30)5 结构尺寸的确定 (33)5.1各部尺寸关系 (33)5.1.1 进口管 (33)5.1.2 排气管 (35)5.1.3 筒体直径 (36)5.1.4 圆柱体长度 (36)5.1.5 圆锥体 (37)5.1.6 集灰斗 (37)5.1.7 旁室 (37)5.2 尺寸计算 (38)5.3 小结 (39)6 影响分离性能的因素 (40)7 结论 (41)致谢 (42)参考文献 (43)附录A (44)附录Ｂ (53)前言随着经济发展，石油、煤炭等一次能源消耗量不断增加，储量急剧减少，全世界都面临着能源危机。
而且工业化进程也带来了严重的环境污染，由此而产生的自然灾害越来越强烈，给人们生产生活造成极大不便。
因此，节约能源和加强环保这两方面的要求使得CFBB(Circulating Fluidized Bed Boiler，循环流化床锅炉)这种以其低污染排放、和煤粉炉相近的燃烧效率以及燃料适应性广、负荷调节性能好等优点著称的洁净煤燃烧技术得到越来越广泛的应用。
而旋风分离器作为一种循环流化床的分离机构是循环流化床的关键部位之一，其主要作用是将大量的高温固体物料从气流中分离出来，送回燃烧室以维持燃烧室的快速流态化状态，保证燃料和脱硫剂多次循环往复，只有这样才有可能达到理想的燃烧效率和脱硫效率。
因此，旋风分离器的性能直接影响整个循环流化床锅炉的总体设计、系统布置及锅炉的运行性能。
对于提高旋风分离器分离效率的研究也就成为循环流化床各项研究的重中之重。
1 绪论1.1 循环流化床锅炉的发展趋势及其所带来的技术难题1.1.1 国内外循环流化床锅炉发展自从20世纪70年代末循环流化床锅炉技术投入商业应用以来，为了满足日趋严格的环保法规和提高能源利用效率，循环流化床锅炉正逐步向大型化方向发展。
国外容量在300MW等级以下的CFBB技术已经较为成熟。
法国、美国及德国等已经提出更大容量的CFBB方案。
目前世界上已在运行的最大容量循环流化床锅炉为美国佛罗里达300MW燃用石油焦的循环流化床锅炉,另有近10台200～300MW循环流化床锅炉正在安装或制造[1]。
一般认为，目前的技术水平制造600MW循环流化床锅炉是有把握的，而800MW的循环流化床锅炉也开始进入人们的视野。
当前全世界(除中国外)100MW以上循环流化床锅炉运行台数约60台。
其中已经投产运行的有40余台。
这些循环流化床锅炉主要在欧美，只有20%左右在亚洲。
单台连续运行最高记录为13个月，可用率达到98%。
大型循环流化床锅炉制造商中成绩比较突出、影响较大的有鲁奇公司、美国ABB-CE公司、福斯特惠勒(Foster Wheeler)公司、法国通用电气阿尔斯通斯坦因工业公司(GASI)、芬兰奥斯龙(Alstom)公司、德国巴布科克(Babcock)公司、意大利堪培拉(Tempella)公司、日本石川岛播磨重工(IHI)、三井造船(MHI)等(近年来的商业兼并，使其中一些公司已不存在)。
其中在大型循环流化床锅炉的发展中起重要作用的ALSTOM公司(包括吸收了德国Lurgi公司CFBB技术的ALSTOM-stein公司和兼并了美国CE公司的ALSTOM-CE公司)在普罗旺斯250MW CFB锅炉机组[2]的成功投运后受法国电力部(EDF)所托继续开发研究600MW等级CFB锅炉，该锅炉的一个显著的特点就是采用了超临界参数。
现在ALSTOM公司已经完成了超临界参数600MW CFB锅炉的概念设计。
锅炉采用单炉膛、双布风板结构，设置6个分离器和6个外置式换热器[3]。
表1-1列出了ALSTOM公司近年生产的大型循环流化床锅炉，从侧面反映了循环流化床锅炉技术在迅速朝着大型化的方向发展。
Foster Wheeler公司(包括原Ahlstrom公司的能源子公司Pyropower公司)是美国三大电站锅炉制造商之一。
它在循环流化床锅炉的大型化方面开展了积极的工作。
它对循环流化床锅炉技术大型化的发展起到了不可忽略的作用。
如最早采用水(汽)冷式旋风分离器，提出一体式返料换热器(The Integrated Recycle Heat Exchanger,INTREX TM）等技术。
在Turow 262 MW CFB锅炉的基础上，该公司利用引进西门子公司Benso的立式技术，完成了超临界参数600 MW CFB锅炉的概念设计。
锅炉采用紧凑式布置；8个方型汽冷分离器和8个INTREX TM换热器；尾部烟道采用双烟道结构来调节再热器汽温。
2003年3月，FosterWheeler公司获得世界上首台460MW超临界循环流化床锅炉(Lagisza,Poland)的制造合同，这将是迄今为止世界上最大的循环流化床锅炉机组。
表1-1 ALSTOM公司生产的大型循环流化床锅炉Tab 1-1 Large-scale CFBB by ALSTOM序名称容量/MW 主汽参数燃料投运号1 Emile Huchet,France 125 367t/h，13.4Mpa，545℃烟煤19902 Texas-New Mexico Power CO.,USA 2×165 500t/h，13.7MPa，540℃褐煤19903 Provence Gardanne Power Plant，France 250 700t/h，16.3MPa,565℃烟煤19954 Tonehae，Korea 2×220 693t/h，17.2MPa，543℃无烟煤19985 Warrior Run，USA 208 660t/h，13MPa，541℃烟煤19996 Mai-Liao，Taiwan，China 2×150 500t/h，14.9MPa，541℃石油焦19997 Tamuin，Mexico 2×130 395t/h，15.4MPa，541℃石油焦20018 Can,TurkeY 2×160 462t/h，19.9MPa，543℃褐煤20029 Akrimota，India 2×125 405t/h，15.8MPa，540℃褐煤200210 Guayama，San Juan Puerto Rico 2×250 367 t/h，18MPa，540℃烟煤200211 Red Hills，USA 2×250 753t/h，20.3Mpa，568℃褐煤2002在我国，CFBB基础研究、工程应用等与国外相比还有一定差距。
