旋风分离器烟气进口处净截面为 3060×5700mm,锅炉 MCR 工况时,旋风分离器的入口烟速为 16m/s。
1、 设备运行情况
参数:在正常运行过程中,分离器温度:800℃至900℃;入口烟气流速:16m/s;分离器烟道阻力 49Pa;转向室烟风阻力 31.85Pa;分离器烟风阻力 1666Pa;分离器外壳表面温度:70℃至80℃局部甚至更高。
#3、4 机组于 2002 年8月、12 月先后投产,运行到目前两台机组均已运行 14 年。近年来在大、小修检查中,旋风分离器入口浇注料频繁脱落、裂纹,甚至大范围坍塌,造成回料阀堵塞,使得循环物料返回受阻,外循环破坏;另外由于浇注料的脱落、裂纹,保温砖直接受到物料冲击,造成局部浇注料脱落部位外壳烧红,甚至碳化。
2、 脱落原因分析
浇注料在高温使用过程中承受各种物理、化学作用的影响,发生熔蚀、磨损或崩裂而导致损毁。一般耐磨耐火浇注料掉落可以分为三种:
(1)热掉落;热掉落是启停炉或负荷剧烈波动时由于温度循环波动和热冲击使耐火层内部和表面产生大的温度梯度,从而产生较大的应力,应力的变化导致耐火材料表面开裂引起掉落。
(2)结构掉落;结构掉落是由于材料在长期使用过程中,材料组成和晶相结构发生改变,在小的温度应力下使其表面发生变质、开裂。
(3)机械应力掉落:机械掉落是耐火材料与穿透耐火材料内衬处的金属热膨胀系数不同导致。
我公司锅炉在启停过程中,严格按照规程要求,控制升降温速度,可以排除热掉落的可能性。如冷态启动要求:床温温升率不超过 2℃/min;点火升温过程中,控制所有烟气温度测点的温度变化率均小于超过 100℃/h;床温>520℃向炉膛以 10%的给煤量脉动给煤,使床温保持 4℃~6℃/min 增加。综合分析,我公司#3、4 锅炉分离器浇注料掉落的原因主要为结构掉落和机械应力掉落。
#3、4 机组运行长达 14 年之久,分离器浇注料从未进行全面更换,检修标准项目只是对掉落部位进行修补和加固。长时间运行,已使得浇注料的材料组成和晶相发生改变,浇注料表面已经凹凸不平,密布许多小裂纹。在运行过程中,分离器处浇注料由于长期受到高温和高速烟气冲刷震荡,浇注料上的微小裂纹不断扩大、延伸,高温高速烟气在裂纹处形成涡流,逐渐将内部保温掏空,穿透浇注料的固定销钉直接受到烟气的冲刷,材质碳化,导致固定作用失效。
分离器使用的固定浇注料销钉与浇注料之间的膨胀系数存在较大差异,温度变化过程中,销钉与周围浇注料存在较大应力,在销钉周边容易产生裂纹。后来浇注料的修复时,直接将浇注料重新敷设到裸露的销钉上,或在裸露的断裂销钉上重新焊补新销钉,再敷设浇注料。裸露的销钉早已在高温烟气下碳化,强度大幅度降低,当锅炉升温时,原来的销钉不足以提供相应的拉力,造成销钉断裂,使得浇注料再次掉落甚至大范围坍塌。
3、 处理措施
3.1 设计阶段
要合理设计、选择销钉材质、形式及抓钉密度。满足工况的浇注料选材,浇注料存在多种类别和型号,分离器入口烟道和筒体部位要承受 900℃左右的高温,烟气流速 16m/s 左右,磨损严重,侧墙和顶部容易坍塌。选材上要求浇注料满足质量轻,致密,气孔率、线膨胀系数、热导率、热容及温度传导性、抗磨性、抗热爆裂性、耐热抗震性能好。选材应选用材料,不定期抽样化验、分析。
3.2 施工阶段
浇注料搅拌要均匀,合理配比,严格控制掺水量,防止浇注料强度过低,抹料时要根据设计图纸预留膨胀缝和排气孔。浇注料掉落处敷设前,需将原有销钉凿除,重新焊接销钉,或者在相邻部位重新开孔焊接新销钉,将开孔处用保温封堵后再敷设浇注料。浇注料大面积坍塌处,新销钉焊接完毕后,可在其上面用钢筋编网,增加韧性。对裂纹较深的浇注料,需将裂纹处凿出 V 字型沟槽,沟槽表面避免形成光滑面。
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