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摘 要：针对440T/H CFB锅炉由于分离器中心筒变形导致锅炉返料回灰不畅，影响锅炉稳定运行。该文从中心筒的制造方法，材料选择及固定方式等方面分析了现有中心筒变形原因，并提出了改造方案。
关键词：CFB锅炉 中心筒 变形改造
中图分类号：TK229.6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）05（c）-0066-02
1 设备概括
神华鄂尔多斯煤制油是我国第一条百万吨级煤直接液化项目，目前已成功运行多年。为综合利用资源，保护环境，提高经济效益，就地配套建设油灰渣、煤矸石、煤泥、洗中煤综合利用动力中心，设置3×440 t/h CFB锅炉+2×100 MW汽轮发电机组，既解决环保问题，同时为直接液化项目提供所需的蒸汽、电力、除盐水，实现循环经济战略。其中3台锅炉为无锡华光锅炉股份有限公司开发设计生产的UG-440/10-M型CFB锅炉，为高温高压、单炉膛、单锅筒横置、汽水自然循环、全钢架、全悬吊结构、π型布置。锅炉采用紧身封闭，在运转层9m标高设置格栅平台。炉膛采用气密型膜式水冷壁；炉膛和尾部竖井烟道之间并排布置两个蜗壳式绝热型旋风分离器；尾部竖井烟道内布置两级三组对流过热器；过热器下方布置四组省煤器及一、二次风各三组空气预热器，无再热器。前墙均布4个给煤口、后墙布置2个返料口，底部布置4个排渣口。
2 运行情况
#1锅炉自投用以来年运行均能达到设计的7500 h以上。运行初期1-3年间因磨损导致水冷壁管泄漏的停炉时有发生，为此先后进行了防磨喷涂、加装防磨梁、加装防侧磨片等多项改造措施，取得了一定的效果，最长连续运行达到过210 d。2013年初在对#1锅炉停炉检查时发现右侧中心筒出现变形，中心筒中及下段变为椭圆状（如图1），左侧中心筒下部几乎完全合拢（如图2）。
但因检修时间短、材料备件短缺未能进行中心筒的更换，将右侧中心筒做了简单的加强和防坠措施，左侧中心筒下半部进行了切除同时也进行了防坠保护。启动初期时因循环物料量少，左侧中心筒被截短，左侧分离器回料量减少，床温上升缓慢，随着投煤量加大有所缓解，锅炉负荷能够达到90%额定出力。但分离器返料波动较大，左侧返料器温度偏低60 ℃左右，分离器温度偏低20 ℃左右，但阻力变化较小。
3 变形原因简要分析
3.1 从中心筒制造工艺分析
目前中心筒的制造分两种方法：当壁厚在8-12 mm时多使用钢板卷制，材质为Cr25Ni20；超过12 mm多使用高铬鎳耐热钢并添加稀有材料铸造而成。我中心使用的中心筒恰好是由钢板卷制，钢板厚度为δ=10 mm。通过近些年同类型电厂使用情况来看，钢板卷制的中心筒均出现了不同程度的变形，主要是因为受工艺限制钢板卷制的中心筒壁厚普遍较薄，虽然使用了Cr25Ni20等耐热钢，但对于长期悬吊于接近1000 ℃环境下的大型部件来说强度仍显不足，在锅炉启动时，中心筒整体受热不均，停炉时受冷不均匀，尤其在发生水冷壁爆管等极端情况下，极易产生变形，成为椭圆形，插入深度越深越容易变形，中心筒直径越大越容易变形。同时，壁厚过薄也不利于抗磨。
3.2 从筒体加强结构分析
我中心使用的中心筒插入深度为3800 mm，从中心筒下沿起，每隔900 mm设置一道加强圈，共设置3道，加强圈下部均布12个三角形的加强肋板，双面焊接在中心筒和加强圈上。从实际变形情况分析，加强结构设置单薄三角形肋板数量明显不足，从图三中可以看出在相邻的两个肋板中间的加强圈变形尤为严重。由此可以看出，由钢板卷制的中心筒加强结构的设计同样重要，如加强圈厚度可再适当增加，三角型肋板改为上下两圈圆锥板加强。
3.3 从悬吊结构分析
吊挂方式采用吊杆吊挂，中心筒由24个卡槽和24个吊架固定，由于卡槽强度不够，卡槽易断裂并脱离中心筒，导致中心筒易下移并产生偏斜，这也会使分离效率下降，并且此种卡槽连接方式，在中心筒受热膨胀、受冷收缩时，卡槽与中心筒连接处胀缩受阻，胀缩顶拉力会使中心筒上部产生严重变形，同时卡槽易被扭断，使中心筒下沉，严重时会导致中心筒脱落。
4 改造方案的选择
针对中心筒变形原因的分析，通过周边同类型电厂的调研，并对多家投标单位方案评选后，最终选用了山东烟台通用风帽有限公司的方案，并由其进行安装，具体方案如下：
（1）中心筒由钢板卷制改为铸造，厚度由原来的δ=10 mm增加到δ=16 mm，厚度增加，强度相应的有所提高。材料由1Cr25Ni20变为ZG40Cr26Ni20MoMnSiNRe，C由0.1%变为0.15%～0.2%，增加了Mn、N、Re微量元素，在合金中掺入少量Re能增大硬度，多用于制造长期耐受磨损的金属零件，进一步提高中心筒的抗磨性能。
（2）筒体加强
筒体加强圈与筒体一体铸造，厚度δ=20 mm，同时三角型的加强筋板增加到32块，均匀焊接在加强圈上层，加强圈下层也增加32块三角型加强筋，并与上层的错开一定角度。加强圈共有3道，这样筒体强度得到提高，抗变形能力更加可靠。
（3）固定方式改为自由吊挂的支承方式
自由吊挂是指中心筒通过上部大筋板安放在支架上的安装方式，这种安装方式大筋板与支架间为自由配合（无焊接等任何方式的固定），可以相对滑动，因此中心筒在受热膨胀时或冷却收缩时均不会受到较大的阻力发生变形。并且由于大筋板、三角筋板和中心筒为一体铸造具有较高的强度，不会发生扭曲变形，具有良好的使用效果。
如图5，筒体δ=16 mm厚，筒体上圈筋板为吊挂筋板δ=20 mm厚，宽度200 mm，与筒体一体铸造而成强度很高，筋板上部配有32个均布的三角筋板，连接筒体与上圈筋板以增加上圈吊挂筋板的强度。上圈筋板的下平面上也均布32个三角筋板与筋板上平面三角筋板错开布置，使上圈吊挂筋板的牢固度更强，不会发生上圈吊挂筋板走形弯曲等现象，这样筒体偏斜也就不会发生。
5 改造效果
2013年6月份利用停工检修机会，对中心筒进行了更换，单侧中心筒更换工期6 d。启动后使用效果良好，锅炉各项参数恢复正常。2014年停炉检查，中心筒结构完好，通过标记观察，未发生明显位移。 2014年6月份停工检修期间计划对另外两台锅炉的中心筒进行统一更换。
6 结语
通过对我动力中心锅炉中心筒变形改造分析，建议中心筒尽量铸造，但要严格控制铸造工艺，防止气孔、沙眼的形成。中心筒的设计应充分考虑筒体的加强，以提高抗变形能力。中心筒的悬挂应充分考虑各种工况下的膨胀和位移，使用自由吊挂的方法。
参考文献
[1] 杨建球.循环流化床锅炉运行、改进及循环流化床锅炉新技术与工程应用手册[M].中国电力出版社，2010.
[2] 李新刚.循环流化床锅炉中心筒改造[J].投资与创业，2012（6）.
[3] 李文广.两起CFB锅炉旋风分离器中心筒故障的分析与处理[J].锅炉技术，2008（6）.
关键词：CFB锅炉 中心筒 变形改造
中图分类号：TK229.6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）05（c）-0066-02
1 设备概括
神华鄂尔多斯煤制油是我国第一条百万吨级煤直接液化项目，目前已成功运行多年。为综合利用资源，保护环境，提高经济效益，就地配套建设油灰渣、煤矸石、煤泥、洗中煤综合利用动力中心，设置3×440 t/h CFB锅炉+2×100 MW汽轮发电机组，既解决环保问题，同时为直接液化项目提供所需的蒸汽、电力、除盐水，实现循环经济战略。其中3台锅炉为无锡华光锅炉股份有限公司开发设计生产的UG-440/10-M型CFB锅炉，为高温高压、单炉膛、单锅筒横置、汽水自然循环、全钢架、全悬吊结构、π型布置。锅炉采用紧身封闭，在运转层9m标高设置格栅平台。炉膛采用气密型膜式水冷壁；炉膛和尾部竖井烟道之间并排布置两个蜗壳式绝热型旋风分离器；尾部竖井烟道内布置两级三组对流过热器；过热器下方布置四组省煤器及一、二次风各三组空气预热器，无再热器。前墙均布4个给煤口、后墙布置2个返料口，底部布置4个排渣口。
2 运行情况
#1锅炉自投用以来年运行均能达到设计的7500 h以上。运行初期1-3年间因磨损导致水冷壁管泄漏的停炉时有发生，为此先后进行了防磨喷涂、加装防磨梁、加装防侧磨片等多项改造措施，取得了一定的效果，最长连续运行达到过210 d。2013年初在对#1锅炉停炉检查时发现右侧中心筒出现变形，中心筒中及下段变为椭圆状（如图1），左侧中心筒下部几乎完全合拢（如图2）。
但因检修时间短、材料备件短缺未能进行中心筒的更换，将右侧中心筒做了简单的加强和防坠措施，左侧中心筒下半部进行了切除同时也进行了防坠保护。启动初期时因循环物料量少，左侧中心筒被截短，左侧分离器回料量减少，床温上升缓慢，随着投煤量加大有所缓解，锅炉负荷能够达到90%额定出力。但分离器返料波动较大，左侧返料器温度偏低60 ℃左右，分离器温度偏低20 ℃左右，但阻力变化较小。
3 变形原因简要分析
3.1 从中心筒制造工艺分析
目前中心筒的制造分两种方法：当壁厚在8-12 mm时多使用钢板卷制，材质为Cr25Ni20；超过12 mm多使用高铬鎳耐热钢并添加稀有材料铸造而成。我中心使用的中心筒恰好是由钢板卷制，钢板厚度为δ=10 mm。通过近些年同类型电厂使用情况来看，钢板卷制的中心筒均出现了不同程度的变形，主要是因为受工艺限制钢板卷制的中心筒壁厚普遍较薄，虽然使用了Cr25Ni20等耐热钢，但对于长期悬吊于接近1000 ℃环境下的大型部件来说强度仍显不足，在锅炉启动时，中心筒整体受热不均，停炉时受冷不均匀，尤其在发生水冷壁爆管等极端情况下，极易产生变形，成为椭圆形，插入深度越深越容易变形，中心筒直径越大越容易变形。同时，壁厚过薄也不利于抗磨。
3.2 从筒体加强结构分析
我中心使用的中心筒插入深度为3800 mm，从中心筒下沿起，每隔900 mm设置一道加强圈，共设置3道，加强圈下部均布12个三角形的加强肋板，双面焊接在中心筒和加强圈上。从实际变形情况分析，加强结构设置单薄三角形肋板数量明显不足，从图三中可以看出在相邻的两个肋板中间的加强圈变形尤为严重。由此可以看出，由钢板卷制的中心筒加强结构的设计同样重要，如加强圈厚度可再适当增加，三角型肋板改为上下两圈圆锥板加强。
3.3 从悬吊结构分析
吊挂方式采用吊杆吊挂，中心筒由24个卡槽和24个吊架固定，由于卡槽强度不够，卡槽易断裂并脱离中心筒，导致中心筒易下移并产生偏斜，这也会使分离效率下降，并且此种卡槽连接方式，在中心筒受热膨胀、受冷收缩时，卡槽与中心筒连接处胀缩受阻，胀缩顶拉力会使中心筒上部产生严重变形，同时卡槽易被扭断，使中心筒下沉，严重时会导致中心筒脱落。
4 改造方案的选择
针对中心筒变形原因的分析，通过周边同类型电厂的调研，并对多家投标单位方案评选后，最终选用了山东烟台通用风帽有限公司的方案，并由其进行安装，具体方案如下：
（1）中心筒由钢板卷制改为铸造，厚度由原来的δ=10 mm增加到δ=16 mm，厚度增加，强度相应的有所提高。材料由1Cr25Ni20变为ZG40Cr26Ni20MoMnSiNRe，C由0.1%变为0.15%～0.2%，增加了Mn、N、Re微量元素，在合金中掺入少量Re能增大硬度，多用于制造长期耐受磨损的金属零件，进一步提高中心筒的抗磨性能。
（2）筒体加强
筒体加强圈与筒体一体铸造，厚度δ=20 mm，同时三角型的加强筋板增加到32块，均匀焊接在加强圈上层，加强圈下层也增加32块三角型加强筋，并与上层的错开一定角度。加强圈共有3道，这样筒体强度得到提高，抗变形能力更加可靠。
（3）固定方式改为自由吊挂的支承方式
自由吊挂是指中心筒通过上部大筋板安放在支架上的安装方式，这种安装方式大筋板与支架间为自由配合（无焊接等任何方式的固定），可以相对滑动，因此中心筒在受热膨胀时或冷却收缩时均不会受到较大的阻力发生变形。并且由于大筋板、三角筋板和中心筒为一体铸造具有较高的强度，不会发生扭曲变形，具有良好的使用效果。
如图5，筒体δ=16 mm厚，筒体上圈筋板为吊挂筋板δ=20 mm厚，宽度200 mm，与筒体一体铸造而成强度很高，筋板上部配有32个均布的三角筋板，连接筒体与上圈筋板以增加上圈吊挂筋板的强度。上圈筋板的下平面上也均布32个三角筋板与筋板上平面三角筋板错开布置，使上圈吊挂筋板的牢固度更强，不会发生上圈吊挂筋板走形弯曲等现象，这样筒体偏斜也就不会发生。
5 改造效果
2013年6月份利用停工检修机会，对中心筒进行了更换，单侧中心筒更换工期6 d。启动后使用效果良好，锅炉各项参数恢复正常。2014年停炉检查，中心筒结构完好，通过标记观察，未发生明显位移。 2014年6月份停工检修期间计划对另外两台锅炉的中心筒进行统一更换。
6 结语
通过对我动力中心锅炉中心筒变形改造分析，建议中心筒尽量铸造，但要严格控制铸造工艺，防止气孔、沙眼的形成。中心筒的设计应充分考虑筒体的加强，以提高抗变形能力。中心筒的悬挂应充分考虑各种工况下的膨胀和位移，使用自由吊挂的方法。
参考文献
[1] 杨建球.循环流化床锅炉运行、改进及循环流化床锅炉新技术与工程应用手册[M].中国电力出版社，2010.
[2] 李新刚.循环流化床锅炉中心筒改造[J].投资与创业，2012（6）.
[3] 李文广.两起CFB锅炉旋风分离器中心筒故障的分析与处理[J].锅炉技术，2008（6）.