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流化床锅炉旋风分离器浇注料脱落原因与处理措施

华电淄博热电有限公司#3、4 炉由哈尔滨锅炉厂有限责任公司制造,型号 HG-465/13.7-L.PM7,为自然循环,单汽包、一次中间再热、平衡通风、露天布置,钢架为双排柱悬吊结构、燃煤、固态排渣、超高压循环流化床锅炉。循环物料的分离采用高温绝热旋风分离器,锅炉采用支吊结合的固定方式。锅炉启动采用床下床上联合启动方式。
锅炉本体采用 2 个内径为 8.08 米的高温绝热分离器,布置在燃烧室与尾部对流烟道之间,外壳由钢板制造,内衬绝热材料及耐磨耐火材料,分离器上部为圆筒形,下部为锥形。防磨绝热材料采用拉钩、抓钉、支架固定。高温绝热分离器回料腿下布置一个非机械型回料阀,回料为自平衡式,流化密封风用高压风机单独供给。回料阀外壳由钢板制成,内衬绝热材料和耐磨耐火材料。耐磨材料和保温材料采用拉钩、抓钉和支架固定。以上三部分构成了循环流化床锅炉的核心部分—物料热循环回路。
旋风分离器除中心筒外,所有组件均由δ=12mm 碳钢钢板卷制而成,内敷保温、耐火防磨材料,钢板外表面设计温度为 450C。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。
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。
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。
处理措施
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。选材应选用优质材料,不定期抽样化验、分析。
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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