循環(huán)流化床鍋爐的高溫旋風(fēng)分離器是鍋爐的關(guān)鍵部件之一，其主要作用是將大量高溫固體物料從氣流中分離出來(lái)，送回爐膛，以保證燃料和脫硫劑多次循環(huán)燃燒反應(yīng)。中心筒是旋風(fēng)分離器的關(guān)鍵部件，它對(duì)旋風(fēng)分離器分離效率的高低起著決定性的作用。通常它插入到分離器內(nèi)一定深度，與分離器的圓筒體形成環(huán)形通道，進(jìn)入旋風(fēng)分離器的煙氣繞著中心筒旋轉(zhuǎn)，在離心力和重力的作用下，大部分灰粒被分離出來(lái)，含有細(xì)灰的煙氣折轉(zhuǎn)向上成為旋流，然后由中心筒排出進(jìn)入尾部煙道。
    中心筒長(zhǎng)度與分離器的直徑直接影響旋風(fēng)分離器的分離效率和壓力損失。Zenz研究了中心筒插入深度對(duì)分離器效率的影響，其結(jié)果見(jiàn)圖2，隨著中心筒插入深度的增加，分離效率提高，當(dāng)中心筒插入深度大約是入口管高度的0.4～0.5倍時(shí)，分離效率最高，因?yàn)橹行耐膊迦脒^(guò)深會(huì)縮短排氣管與錐體底部的距離，增加二次夾帶機(jī)會(huì)，而插入過(guò)淺，會(huì)造成正常旋流核心的彎曲，甚至破壞，使其處于不穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)也容易造成氣體短路而降低分離效率。圖3示出了中心筒插入深度對(duì)壓降的影響，當(dāng)中心筒插入深度。為入口管高度a的0.4～0.5倍時(shí)，壓力損失最小，此時(shí)分離效率最高。旋風(fēng)分離器發(fā)生故障頻率最高的部位是中心筒，常見(jiàn)問(wèn)題是變形或脫落，富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
1、300 MW CFB鍋爐及其分離器簡(jiǎn)介
    白馬示范工程機(jī)組，是當(dāng)時(shí)世界上最大的循環(huán)流化床(CFB)燃煤機(jī)組，鍋爐為雙爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、露天島式布置、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)、亞臨界自然循環(huán)型式，由法國(guó)ALSTOM公司設(shè)計(jì)制造，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。
    爐膛內(nèi)的物料在一次風(fēng)的快速流化作用下，較粗顆粒在爐內(nèi)形成內(nèi)循環(huán)，較細(xì)顆粒進(jìn)入旋風(fēng)分離器，大部分床料由旋風(fēng)分離器分離后到虹吸密封槽，虹吸密封槽的床料分成兩部分，一部分直接進(jìn)入爐膛，另一部分通過(guò)灰控閥進(jìn)入外置床，通過(guò)調(diào)整外置床的床溫對(duì)過(guò)熱汽溫和再熱汽溫及爐膛溫度進(jìn)行調(diào)整，外置床的返料和虹吸密封槽的返料進(jìn)入爐內(nèi)進(jìn)行再燃燒，小部分很細(xì)的顆粒被煙氣夾帶出旋風(fēng)分離器，進(jìn)入尾部煙道進(jìn)行對(duì)流換熱。鍋爐本體有4個(gè)旋風(fēng)分離器(#101、#201、#301、#401)，其結(jié)構(gòu)圖如圖l所示。旋風(fēng)分離器由頂部頂蓋、中部圓筒體和下部大錐體組成。頂蓋臺(tái)錐體、簡(jiǎn)體以及旋風(fēng)筒下錐體由碳鋼板卷制而成，中心簡(jiǎn)采用鋼板卷制成臺(tái)錐體，從大端到小端開有V型脹縮槽。
    中心筒與分離器本體的連接采用的是20組碳鋼懸掛裝置，每組懸掛裝置由焊接在分離器內(nèi)壁的#1掛撐與焊接在中心筒外壁的#2掛撐懸吊配合組成（如圖5所示），中心筒與分離器內(nèi)壁的間隙用耐火材料填充，以避免分離器發(fā)生氣體短路現(xiàn)象。
2、分離器出現(xiàn)問(wèn)題分析
2.1分離器故障
    2009年下半年以來(lái)，運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)，鍋爐運(yùn)行中，在保證入爐煤粒徑以及總風(fēng)量不變的情況下，爐膛頂部床層壓降、灰控閥開度，過(guò)熱器減溫水、分離器阻力、分離器溫升以及底灰，飛灰比例等均發(fā)生不同幅度的變化，鍋爐出現(xiàn)非正常經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，于是便將出現(xiàn)問(wèn)題后的各項(xiàng)數(shù)據(jù)與鍋爐設(shè)計(jì)值以及正常運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)相比較，并得出初步結(jié)論：鍋爐旋風(fēng)分離器出現(xiàn)了問(wèn)題．
    2010年1月機(jī)組檢修期間發(fā)現(xiàn)：鍋爐#I01、#201、#301、#401分離器中心筒均出現(xiàn)了不同程度的下移，使得中心筒與分離器內(nèi)壁出現(xiàn)了間隙，其中尤其以#401分離器下移幅度最大，間隙寬度達(dá)到150mm．     由于中心筒采用的是碳鋼掛撐裝置懸吊，吊掛中心筒的掛撐，在高溫?zé)煔獾募訜釛l件下，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，應(yīng)力逐漸降低，掛撐材質(zhì)的彈性變形隨時(shí)間的延長(zhǎng)不斷轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄宰冃�，同時(shí)高溫下，金屬原子的擴(kuò)散活動(dòng)能力增大，尤其在長(zhǎng)期高溫環(huán)境中，材質(zhì)的組織結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化，其性能變壞，嚴(yán)重時(shí)就會(huì)發(fā)生斷裂現(xiàn)象，#1掛撐與#2掛撐的碳鋼厚度較小，加之中心筒自身的重力作用。掛撐很容易被拉伸變形，最終導(dǎo)致中心筒下移，中心筒與分離器出口形成一定的間隙，同時(shí)由于循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)較復(fù)雜的氣固兩相流動(dòng)，進(jìn)入分離器的細(xì)灰在動(dòng)能的作用下對(duì)分離器耐火材料形成強(qiáng)力的沖刷，使得分高器出口耐火材料部分脫落，從而加大了中心筒與分離器出口的間隙，嚴(yán)重影響分離器的分離效果。
2.3出現(xiàn)的問(wèn)題及分析
    中心筒下移形成了煙氣從入口到尾部煙道的新通道，造成了煙氣直接短路，部分煙氣未經(jīng)分離直接進(jìn)入尾部煙道，整個(gè)分離器的效率降低，造成爐艟稀相區(qū)份額減少，爐膛上都床層壓降難以維持，水冷壁換熱減弱，同時(shí)進(jìn)入煙道的可燃物增多，飛灰含碳量增加，燃燒效率降低，鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)性不能得到保障．
    (1)床層壓降：在保證鍋爐負(fù)荷、總風(fēng)量以及爐膛床壓不變的情況下，由于分離器出現(xiàn)的煙氣短路現(xiàn)象，相對(duì)較多的細(xì)灰未經(jīng)分離。而從分離器的間隙直接進(jìn)入尾部煙道，爐膛上部細(xì)灰量的減少造成了爐膛稀相區(qū)份額減少，床層壓力難以維持．
    (2)灰控閥開度：由于鍋爐密相區(qū)燃燒份額較大，水冷壁的換熱減弱，爐膛的溫度較高，要維持爐膛在正常溫度環(huán)境下運(yùn)行，灰控閥開度必須增大，保證更多的低溫灰進(jìn)入爐膛，以降低爐膛溫度．
    (3)減溫水量：由于灰控閥的開度增大，進(jìn)入外置床的物料增加，致使外置床換熱增大，出現(xiàn)過(guò)熱蒸汽參數(shù)超標(biāo)的現(xiàn)象，因此，為保證合格的蒸汽品質(zhì)以及蒸汽溫度，減溫水的投入量應(yīng)適當(dāng)加大；
    (4)+分離器阻力：由于分離器出現(xiàn)了煙氣短路現(xiàn)象，破壞了床料的流場(chǎng)，減弱了床料的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，局部阻力降低。同時(shí)由于床料的運(yùn)動(dòng)軌跡變短，沿程摩擦阻力降低，最終導(dǎo)致分離器阻力下降。
    (5)飛灰含碳量：分離器出現(xiàn)煙氣短路導(dǎo)致大量未燃盡燃料直接進(jìn)入尾部煙道，從而出現(xiàn)飛灰中可燃物含量高的現(xiàn)象。
    (6)分離器出口溫度：由于分離器的分離效率降低，有相當(dāng)多的物料進(jìn)入分離器沒(méi)有被分離下來(lái)，直接進(jìn)入尾部煙道，在尾部煙道發(fā)生再次燃燒，致使分離器出口溫度升高．
2.4采取的措施
    由于當(dāng)時(shí)鍋爐沒(méi)有達(dá)到檢修要求，為維持鍋爐的運(yùn)行，保證蒸汽參數(shù)的合格，我們采用了以下措施：
    (1)提高一次風(fēng)量：逐漸提高爐膛頂部床壓，增大爐膛稀相區(qū)燃燒份額，以保證粒徑相對(duì)大的細(xì)灰被分離下來(lái)，進(jìn)入外置床進(jìn)行換熱，但這勢(shì)必會(huì)增大循環(huán)流化床鍋爐的磨損，同時(shí)由于總風(fēng)置的增大，風(fēng)機(jī)的電耗增加，達(dá)不到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的；
    (2)改變一、二次風(fēng)配比：在總風(fēng)量不變的情況下，將一次/二次風(fēng)配比從原來(lái)的0.68提高為0.73．二次風(fēng)的穿透力有所降低．一定粒徑的床料更容易進(jìn)入稀相區(qū)，增加了爐膛內(nèi)循環(huán)灰量，增強(qiáng)了床料在爐膛內(nèi)的傳熱：
    (3)適當(dāng)增加石灰石加入置，改變循環(huán)灰的粒徑分布：增加石灰石加入量，以彌補(bǔ)因分離器煙氣短路現(xiàn)象造成的細(xì)床料損失，通過(guò)增大石灰石的中位粒徑，延長(zhǎng)石灰石在爐膛內(nèi)的停留時(shí)間，增加了稀相區(qū)的濃度；
    (4)減少鍋爐排渣量：增大爐膛的總差壓，提高了一定粒徑的床料的濃度，為稀相區(qū)濃度的增加創(chuàng)造了條件，在一、二次風(fēng)配比改變的基礎(chǔ)上，使?fàn)t膛上部床壓得以提升，稀相區(qū)燃燒份額相對(duì)增大．
    在2010年9月進(jìn)行的B級(jí)檢修工作中，根據(jù)Alstom公司提供的原始設(shè)計(jì)資料，對(duì)分離器中心筒的插入深度進(jìn)行了調(diào)整．并恢復(fù)到原來(lái)的數(shù)值，所采取的方式是：將變形的掛撐進(jìn)行了更換，確保中心筒的插入深度h與入口管高度口的比值為0.4～0.5（Alstom公司原設(shè)計(jì)值為0.42）；并在中心筒的頂部焊接寬度為50mm左右的銅板圍帶，在鋼板圍帶外面敷設(shè)一層耐火材料（見(jiàn)圖7），以防止中心筒再次下移，造成分離器出口與中心筒之間的間隙，消除煙氣短路現(xiàn)象，表2為技改后鍋爐運(yùn)行參數(shù)與鍋爐設(shè)計(jì)值的比較，從表上可以看出，技改后的運(yùn)行參數(shù)較設(shè)計(jì)值無(wú)較大的偏差．
3、結(jié)論
    (1)中心筒插入深度直接影響旋風(fēng)分離器的分離效率和壓力損失。當(dāng)中心筒插入深度h大約是入口管高度口的0.4～0.5倍時(shí)，壓力損失最小，分離效率最高。
    (2)分離器中心簡(jiǎn)下移帶來(lái)一系列問(wèn)題，鍋爐的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)發(fā)生了不同程度的變化，主要表現(xiàn)在爐膛床層壓降、灰控閥的開度，減溫水量等的變化，影響了鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
    (3)根據(jù)法國(guó)Alstom公司提供的原始設(shè)計(jì)資料，對(duì)分離器中心筒的插入深度進(jìn)行了調(diào)整，并將變形的掛撐進(jìn)行了更換，消除了分離器煙氣短路現(xiàn)象，取得了明顯的效果，鍋爐運(yùn)行參數(shù)較設(shè)計(jì)值無(wú)較大的偏差。