引言

循环流化床锅炉高温循环灰的分离装置是循环流化床锅炉循环系统中的关键部件之一，其主要作用是将大量的高温固体物料从烟气中分离出来，送回燃烧室，维持燃烧室内较高的固体颗粒浓度，并保证燃料和脱硫剂多次循环和反复燃烧。从运行机理上来说，只有当分离器完成了含尘气流的气固分离并连续地把收集下来的物料回送至炉膛，实现灰平衡及热平衡，才能保证炉内燃烧的稳定与高效；对系统结构而言，分离器设计、布置是否合理直接关系着锅炉系统安装、运行、维护等各方面的经济性与可靠性。

分离器的性能在很大程度上影响着锅炉的燃烧效率、脱硫效率等关键参数。目前，大型循环流化床锅炉广泛采用高温旋风分离器，必须满足下列要求：（1）能够在高温下正常工作，不仅能承受高温，而且还能消除由于温度变化引起的胀差，避免由于高温环境导致碳粒燃烧而产生的结焦等现象；（2）能够满足极高浓度含尘烟气流的分离，能抵抗由于极高固体颗粒浓度烟气冲刷带来的磨损；（3）具有低阻特性；（4）具有较高的分离效率；（5）与锅炉整体上适应，使锅炉结构紧凑。作为大型循环流化床锅炉的基本结构形式，炉外高温分离技术在煤种适应性及锅炉热效率等方面具有明显的优势。

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旋风分离器设备简介

2.1   旋风分离器的工作原理

循环流化床锅炉燃烧系统由炉膛、旋风分离器和回料阀组成。含灰烟气在炉膛出口处分为左右两股，沿切向引入分离器筒体。如图1所示，由于筒壁的约束作用，气流由直线运动转变成圆周运动，旋转气流的绝大部分沿器壁呈螺旋形向下，朝锥体流动，通常这股气流被称为外旋流。含灰烟气在旋转过程中产生离心力，将重度大于气体的颗粒甩向器壁，颗粒一旦与器壁接触便失去惯性力，靠入口速度的初始动量随外螺旋气流沿壁面下落，最终进入回料阀经回料腿送回炉膛再次燃烧。旋转向下的外旋气流在到达锥体时，因倒圆锥体向下渐缩的形状，根据“旋转矩”不变的原理，在不考虑摩擦损失的情况下，其切向速度会不断提高。另一方面，外旋流旋转过程中使周边气流压力升高，在圆锥中心部位形成低压区，由于低压区的吸引，当气流到达椎体下端的某一位置时，便向分离器中心靠拢，以同样旋转方向的旋风在分离器内部由下反转向上，继续作螺旋运动，称为内旋流。最后，失去大部分大颗粒飞灰的螺旋烟气经中心筒进入尾部烟道外，小部分未被捕集的颗粒也由此逃出。气体中的颗粒只要在气体旋转向上排出前能够碰到器壁，即可沿器壁滑落到排尘口，从而达到气固分离的目的。

旋风分离器主要作用是将大量高温固体物料从烟气流中分离出来，送回燃烧室，以维持燃烧室的快速流化状态，促使燃料多次循环、反复燃烧，从而保证锅炉的燃烧热效率。因此，旋风分离器的结构性能直接决定着整个循环流化床锅炉的运行效率和热负荷能力。

2.2   公司旋风分离器设备现状

某公司3#、4#机组为哈尔滨锅炉厂HG-465/13.7-L.PM7型超高压自然循环CFB锅炉，B-MCR蒸发量为465t/h。锅炉设计采用2个直径8.08m的高温绝热旋风分离器，布置在燃烧室与尾部对流烟道之间，外壳由钢板制造，内衬为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。除中心筒外，旋风分离器所有组件均有12mm碳钢板卷制而成，内敷保温、耐火防磨材料，钢板外设计温度为450℃。旋风分离器烟气进口处净截面为3060mm×5700mm。锅炉MCR工况时，旋风分离器的入口设计烟速为16m/s。

公司3#、4#机组运行时间较长，安全性能越来越差。为了确保机组高效节能安全运行，分别在2007年和2010年进行改造，将中心筒材质更换为更耐高温的1Cr25Ni20Si2不锈钢，并将中心筒吊装方式由悬挂式改为支撑式，一定程度上解决了筒体变形、吊挂装置碳化严重的问题。

目前，3#、4#机组分离器存在着以下几个问题：分离器出口水平烟道处浇筑料磨损严重，每次停炉都需要对其进行大面积修补；并且2台锅炉从各自A、B分离器出口处直到空预器出口，烟温相差很大，4#炉两侧温差甚至超过了30℃，锅炉安全性及热效率受到很大的负面影响。为提高3#、4#机组的运行效率和稳定性，对分离器存在的问题进行研究是十分必要的。

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分离器中心筒改造及效果分析

3.1   存在的问题分析

针对3#、4#机组存在的分离器出口水平烟道浇筑料磨损严重和尾部烟道两侧烟温相差大的问题进行分析，发现其主要原因为分离器烟速较高。

1）分离器出口烟气携带大量飞灰颗粒，以螺旋气流形式前进。同样的烟气流量，螺旋气流外侧烟气线速度更大，对烟道浇筑料的磨损会更为严重。

2）烟气流速过快，从2个分离器出来的2股烟气在尾部烟道内得不到充分混合，导致烟道两侧温差较大，锅炉热效率降低。

3.2   分离器中心筒改造方案

分离器入口烟速受一二次风量影响，由锅炉负荷决定；并且分离器分离效率也受烟速影响，进入分离器的烟气速度越高，分离器分离效果越好。所以，降低烟速只能从降低分离器出口烟速着手。

在分离器中心筒上部加装6块均匀布置的12mm厚1Cr25Ni20Si2不锈钢阻流板，如图2、图3所示。

3.3   改造效果分析

1）在中心筒上部加装阻流板后，内旋上升烟气被阻流板延滞，速度降低，减小了在中心筒入口对外旋下降烟气的卷吸作用，提高了旋风分离器的分离效率，提高锅炉运行经济性。

2）内旋上升烟气被阻流板延滞，外围气流转动动能下降，线速度降低，大大减小了其离开分离器后对水平烟道浇筑料的磨损速率。

3）降低了烟气在尾部烟道局部部位的流动速度，强化了烟气与尾部受热面的热交换，缓解尾部烟道局部受热面的磨损和过热现象，其中3#炉降低7℃，4#炉降低4℃，锅炉热效率显著提高。

4）3#、4#炉排烟温度每降低1℃，锅炉热效率提高0.51%，煤耗降低0.185g/（kW·h）。3#、4#炉排烟温度分别降低了4℃和7℃，机组年利用小时按机组额定负荷5000h测算，3#、4#机组每年分别节煤536.5t和938.9t，可创造年经济效益100万元。

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结语

在分离器中心筒上部加装阻流板，可有效延滞分离器内旋上升气流，提高了旋风分离器分离效率；降低了分离器出口气流的旋转程度，减轻了对水平烟道浇筑料的磨损情况；促进了来自2台分离器的两股气流充分混合，强化了烟气与尾部受热面的热交换，缓解了尾部烟道局部受热面的磨损和过热现象，并降低了排烟温度，锅炉热效率和安全性大大提高，可创造年经济效益100万元。