第一篇：旋風(fēng)分離器的工藝計(jì)算

旋風(fēng)分離器的工藝計(jì)算

目錄

一.前言...........................................................................................................................3 1.1應(yīng)用范圍及特點(diǎn)...................................................................................................3 1.2分離原理.............................................................................................................3 1.3分離方法.............................................................................................................4 1.4性能指標(biāo)............................................................................................................4 二.旋風(fēng)分離器的工藝計(jì)算...............................................................................................4 2.1旋風(fēng)分離器直徑的計(jì)算.......................................................................................5 2.2由已知求出的直徑做驗(yàn)算....................................................................................5 2.2.1計(jì)算氣體流速.............................................................................................5 2.2.2計(jì)算旋風(fēng)分離器的壓力損失........................................................................5 2.2.3旋風(fēng)分離器的工作范圍...............................................................................6 2.3進(jìn)出氣管徑計(jì)算..................................................................................................6 三.旋風(fēng)分離器的性能參數(shù)...............................................................................................6 3.1分離性能............................................................................................................6 3.1.1臨界粒徑dpc...............................................................................................7 3.1.2分離效率....................................................................................................8 3.2旋風(fēng)分離器的壓強(qiáng)降...........................................................................................8 四.旋風(fēng)分離器的形狀設(shè)計(jì)...............................................................................................9 五．入口管道設(shè)計(jì)..........................................................................................................10 六.塵粒排出設(shè)計(jì)...........................................................................................................10 七.算例（以天然氣作為需要分離氣體）.........................................................................11 7.1工作原理............................................................................................................11 7.2基本計(jì)算公式....................................................................................................12 7.3算例..................................................................................................................13 八.影響旋風(fēng)分離器效率的因素.......................................................................................15 8.1氣體進(jìn)口速度...................................................................................................15 8.2氣液密度差.......................................................................................................15 8.3旋轉(zhuǎn)半徑..........................................................................................................15 參考文獻(xiàn)........................................................................................................................15

旋風(fēng)分離器的工藝計(jì)算

摘要：分離器已經(jīng)使用十分廣泛無論在家庭生活中還是工業(yè)生產(chǎn)，而且種類繁多每種都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。現(xiàn)階段旋風(fēng)分離器運(yùn)用比較廣泛，它的性能的好壞主要決定于旋風(fēng)分離器性能的強(qiáng)弱。這篇文章主要是討論旋風(fēng)分離器工藝計(jì)算。旋風(fēng)分離器是利用離心力作用凈制氣體,主要功能是盡可能除去輸送介質(zhì)氣體中攜帶的固體顆粒雜質(zhì)和液滴，以達(dá)到氣固液分離，以保證管道及設(shè)備的正常運(yùn)行。在本篇文章中，主要是對(duì)旋風(fēng)分離器進(jìn)行工藝計(jì)算。

關(guān)鍵字：旋風(fēng)分離器、工藝計(jì)算

一.前言

旋風(fēng)分離器設(shè)備的主要功能是盡可能除去輸送介質(zhì)氣體中攜帶的固體顆粒雜質(zhì)和液滴，達(dá)到氣固液分離，以保證管道及設(shè)備的正常運(yùn)行。它是利用旋轉(zhuǎn)氣流產(chǎn)生的離心力將塵粒從氣流中分離出來。旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒有轉(zhuǎn)動(dòng)部分制造方便、分離效率高，并可用于高溫含塵氣體的分離，而得到廣泛運(yùn)用。

旋風(fēng)分離器采用立式圓筒結(jié)構(gòu)，內(nèi)部沿軸向分為集液區(qū)、旋風(fēng)分離區(qū)、凈化室區(qū)等。內(nèi)裝旋風(fēng)子構(gòu)件，按圓周方向均勻排布亦通過上下管板固定；設(shè)備采用裙座支撐，封頭采用耐高壓橢圓型封頭。設(shè)備管口提供配對(duì)的法蘭、螺栓、墊片等。

通常，氣體入口設(shè)計(jì)分三種形式：

a)上部進(jìn)氣

b)中部進(jìn)氣

c)下部進(jìn)氣

對(duì)于濕氣來說，我們常采用下部進(jìn)氣方案，因?yàn)橄虏窟M(jìn)氣可以利用設(shè)備下部空間，對(duì)直徑大于300μm或500μm的液滴進(jìn)行預(yù)分離以減輕旋風(fēng)部分的負(fù)荷。而對(duì)于干氣常采用中部進(jìn)氣或上部進(jìn)氣。上部進(jìn)氣配氣均勻，但設(shè)備直徑和設(shè)備高度都將增大，投資較高；而中部進(jìn)氣可以降低設(shè)備高度和降低造價(jià)。

1.1應(yīng)用范圍及特點(diǎn)

旋風(fēng)分離器適用于凈化大于1-3微米的非粘性、非纖維的干燥粉塵。它是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、耐高溫、設(shè)備費(fèi)用和阻力較高（80~160毫米水柱）的凈化設(shè)備，旋風(fēng)分離器在凈化設(shè)備中應(yīng)用得最為廣泛。改進(jìn)型的旋風(fēng)分離器在部分裝置中可以取代尾氣過濾設(shè)備。

1.2分離原理

旋風(fēng)分離器的分離原理有兩種：

一、利用組分質(zhì)量（重量）不同對(duì)混合物進(jìn)行分離（如分離方法1、2、3、6）。

二、利用分散系粒子大小不同對(duì)混合物進(jìn)行分離（如分離方法4、5）。

1.3分離方法

旋風(fēng)分離器的分離方法有：

1、重力沉降：由于氣體與液體的密度不同，液體在與氣體一起流動(dòng)時(shí)，液體會(huì)受到重力的作用，產(chǎn)生一個(gè)向下的速度，而氣體仍然朝著原來的方向流動(dòng)，也就是說液體與氣體在重力場(chǎng)中有分離的傾向，向下的液體附著在壁面上匯集在一起通過排放管排出。

2、折流分離：由于氣體與液體的密度不同，液體與氣體混合一起流動(dòng)時(shí)，如果遇到阻擋，氣體會(huì)折流而走，而液體由于慣性，繼續(xù)有一個(gè)向前的速度，向前的液體附著在阻擋壁面上由于重力的作用向下匯集到一起，通過排放管排出。

3、離心力分離：由于氣體與液體的密度不同，液體與氣體混合一起旋轉(zhuǎn)流動(dòng)時(shí)，液體受到的離心力大于氣體，所以液體有離心分離的傾向，液體附著在分離壁面上由于重力的作用向下匯集到一起，通過排放管排出。

4、絲網(wǎng)分離：由于氣體與液體的微粒大小不同，液體與氣體混合一起流動(dòng)時(shí)，如果必須通過絲網(wǎng)，就象過篩一樣，氣體通過了，而液體被攔截而留在絲網(wǎng)上，并在重力的作用下下流至分離器底部排出。

5、超濾分離：由于氣體與液體的微粒大小不同，液體與氣體混合一起流動(dòng)時(shí)，如果必須通過微孔過濾，就象過篩一樣，氣體通過了，而液體被攔截而留在微孔過濾器上，并在重力的作用下下流至分離器底部排出。

6、填料分離：由于氣體與液體的密度不同，液體與氣體混合一起流動(dòng)時(shí)，如果遇到阻擋，氣體會(huì)折流而走，而液體由于慣性，繼續(xù)有一個(gè)向前的速度，向前的液體附著在阻擋填料表面上由于重力的作用向下匯集到一起，通過排放管排出。

1.4性能指標(biāo)

（1）分離精度

旋風(fēng)分離器的分離效果：在設(shè)計(jì)壓力和氣量條件下，均可除去≥10μm的固體顆粒。在工況點(diǎn)，分離效率為99%，在工況點(diǎn)±15%范圍內(nèi)，分離效率為97%。

（2）壓力降

正常工作條件下，單臺(tái)旋風(fēng)分離器在工況點(diǎn)壓降不大于0.05MPa。（3）設(shè)計(jì)使用壽命

旋風(fēng)分離器的設(shè)計(jì)使用壽命不少于20年。

二.旋風(fēng)分離器的工藝計(jì)算

關(guān)于液滴在旋風(fēng)分離器內(nèi)的運(yùn)動(dòng)的嚴(yán)密理論尚未建立，因而在計(jì)算時(shí)常利用基于試驗(yàn)研究所得的經(jīng)驗(yàn)公式。

旋風(fēng)分離器的工藝計(jì)算包括：確定旋風(fēng)分離器的筒體直徑、驗(yàn)算在選定直徑下旋風(fēng)分離器的最大流量和最小流量及相應(yīng)的壓力降，計(jì)算進(jìn)、出口管線直徑、確定分離器的其他各部分尺寸等。

詳細(xì)計(jì)算程序如下：

2.1旋風(fēng)分離器直徑的計(jì)算

旋風(fēng)分離器筒體直徑的計(jì)算公式由水力損失方程和流量公式聯(lián)立求解得到：

D?0.536式中

D—旋風(fēng)分離器筒體直徑，m；

Q1—工作條件下的氣體流量，m3/s；

ξ—阻力系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，一般取180；

rG—工作條件下的氣體重度，kg/m3；

△P—水力損失（分離器內(nèi)的壓力降），mmH2O（1mmH2O=9.8Pa）。

由實(shí)驗(yàn)得知，當(dāng)△P/rG值在55~180m范圍內(nèi)時(shí)，氣體凈化度可達(dá)到95%以上；若小于55m，則凈化度降低；高于180m，凈化度提高不明顯，但壓力損失大增。因此，設(shè)計(jì)時(shí)一般取△P/rG =70m，計(jì)算出分離器筒體直徑，然后進(jìn)行圓整。

2.2由已知求出的直徑做驗(yàn)算

由已知求出的直徑D取整，并選取旋風(fēng)分離器的直徑后，再做如下驗(yàn)算

2.2.1計(jì)算氣體流速

V?4Q14Q1?rG?P

2（2-1）

?D2（m/s）

（3-1）

式中

V—?dú)怏w在分離器內(nèi)的流速，m/s；

D—旋風(fēng)分離器筒體直徑，m；

Q1—工作條件下的氣體流量，m3/s； 2.2.2計(jì)算旋風(fēng)分離器的壓力損失

V2?P??rG2g（kgf/m2）

（3-2）

式中

g —重力加速度，m/s2；

△P—水力損失（分離器內(nèi)的壓力降），mmH2O（1mmH2O=9.8Pa）；

V—?dú)怏w在分離器內(nèi)的流速，m/s；

rG—工作條件下的氣體重度，kg/m3；

ξ—阻力系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，一般取180；

2.2.3旋風(fēng)分離器的工作范圍

根據(jù)計(jì)算出的D，取△P/rG =55m，即可計(jì)算出旋風(fēng)分離器的最小流速Vmin、最小流量Q1min和最小流速下的壓力損失△Pmin。由式（3-2）可知：

Vmin?△P2g?55?2?9.81?2.45(m/s)rG?180Q1min??D42?Vmin?1.924D(m/s)

23△Pmin=55 rG kg/m2

同樣，當(dāng)取△P/rG =180m，則可得到最大流速Vmax、最大流量Q1max和最大流速下的壓力損失△Pmax。同樣由式（3-2）知：

Vmax?△P2g?180?2?9.81?4.43(m/s)rG?180Q1max??D42?Vmax?3.48D(m/s)

23△Pmax=55 rG kg/m2

2.3進(jìn)出氣管徑計(jì)算

計(jì)算方法與重力分離器相同，即：出口管線直徑取0.67D，出口管線直徑取0.47D，（D為旋風(fēng)分離器的直徑）。

由多年的試驗(yàn)和實(shí)踐可知，計(jì)算所得的進(jìn)口流速應(yīng)在15~25m/s之間，出口流速應(yīng)在5~15m/s之間，在這之間則視為所設(shè)計(jì)的旋風(fēng)分離器負(fù)荷要求，否者不合格，重新選擇管徑進(jìn)行速度校核。

選取管徑后，應(yīng)核算在最大流量和最小流量時(shí)，氣體在進(jìn)口和出口處的流速是否在允許流速范圍內(nèi)。

三.旋風(fēng)分離器的性能參數(shù)

在滿足氣體處理量的前提下，評(píng)價(jià)旋風(fēng)分離器性能的主要指標(biāo)是塵粒的分離性能和氣體經(jīng)過旋風(fēng)分離器的壓強(qiáng)降。

3.1分離性能

分離性能的好壞常用理論上可以完全分離下來的最小顆粒尺寸：臨界粒徑dpc及分離效率η表示。3.1.1臨界粒徑dpc

臨界粒徑是指在與重力降塵室的情況相同，旋風(fēng)分離器能100%除去的最小顆粒直徑。推導(dǎo)臨界粒徑計(jì)算式的假設(shè)有以下幾個(gè)。

1.進(jìn)入旋風(fēng)分離器的氣流在器內(nèi)按入口形狀（即寬度為b）沿圓筒旋轉(zhuǎn)n圈，沉降距○離為b，即由內(nèi)旋轉(zhuǎn)半徑r=（0.5D-b）沉降到D/2處。

2.器內(nèi)顆粒與氣流的流速相同，它們的平均切向速度等于進(jìn)口氣速ui。

○3.顆粒的沉降運(yùn)動(dòng)服從斯托克斯定律。

○斯托克斯定律:

drd??dp(?p??)18?2r?

（8-1）

2其中：

ω—圓筒旋轉(zhuǎn)的角速度，rad/s； ρ—筒內(nèi)混合物的密度，kg/m； ρp—混合物中顆粒物的密度，kg/m3； μ—混合物的黏度，Pa?s；

dp—在半徑r=（0.5D-b）處的粒徑，m；

3可知，在半徑r=（0.5D-b）處粒徑dp的顆粒向筒壁半徑方向的沉降速度為：

drd??dp(?p??)18?2r??2dp(?p??)18u2?uir

2（8-2）

由此式可知，r小而u一定時(shí)，沉降速度最大，對(duì)與氣流以切向流入的旋風(fēng)分離器，時(shí)間τ=0，顆粒（0.5D-b）處；τ=τε時(shí)，顆粒沉降到器壁，即D/2處，則有

D?積分得

2D2rdr??d(?p??)dp18u2ui2??10d?

（8-3）

?t?9ub(D?b)(?p??)du2p2i

（8-4）

式中τ為沉淀時(shí)間。氣流的平均旋轉(zhuǎn)半徑rm =（D-b）/2，則旋轉(zhuǎn)n圈的停留時(shí)間為

??2?rmnui

（8-5）

若在各種不同粒徑的塵粒中，有一種粒徑的兇狠里所需沉降時(shí)間τε等于停留時(shí)間τ，則該粒徑就是理論上能完全分離的最小粒徑，即臨界粒徑，用dpc表示。由式（8-4）與（8-5）等號(hào)右邊值相等可求得

dpc?3ub?n(?p??)ui

（8-6）

計(jì)算時(shí)通常取n=5 dpc愈小，分離效率愈高，由估算式可見dpc隨b的加大而增大，即效率隨b增大而減小。當(dāng)氣體處理量很大又要求較高的分離效果時(shí)，常將若干小尺寸的旋風(fēng)分離并聯(lián)使用，稱為旋風(fēng)分離器組。粘度減小，進(jìn)口氣速提高有利于提高分離效率。

3.1.2分離效率

分離效率通常有兩種表示方法

總效率：指被除去的顆粒占?xì)怏w進(jìn)入旋風(fēng)分離器時(shí)帶入的全部顆粒的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)

?0?其中

C1?C2C

1（8-7）

C1—旋風(fēng)分離器入口氣體含塵濃度，%；

C2—旋風(fēng)分離器出口氣體含塵濃度，%；

總效率是工程上最常用的，也是最易測(cè)定的分離效率，其缺點(diǎn)是不能表明旋風(fēng)分離器對(duì)不同粒子的不同分離效果。

粒級(jí)效率：粒級(jí)效率指按顆粒大小分別表示出其被分離的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

含塵氣體中的顆粒通常是大小不均的，通過旋風(fēng)分離器后，各種尺寸的顆粒被分離下來的百分率也不相同。通常把氣流中所含顆粒的尺寸范圍等分成幾個(gè)小段，則其中平均粒徑為di的第i小段范圍顆粒的粒級(jí)效率定義為：

?P1?(C11?C21)/C11

（8-8）

不同粒徑的顆粒，其粒級(jí)效率是不同的。根據(jù)臨界粒徑的定義，粒徑大于或等于臨界粒徑dc的顆粒，ηp =100%。粒級(jí)效率為50%的顆粒直徑稱為分割直徑:

d50?0.27[?D/ui(?s??)]12

（8-9）

對(duì)于同一型式且尺寸比例相同的旋風(fēng)分離器，無論大小，皆可通用同一條粒級(jí)曲線。標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器的ηp與d/d50的關(guān)系：

總效率η0=Σxiηpi，xi為進(jìn)口處第i段顆粒占全部顆粒的質(zhì)量分率。3.2旋風(fēng)分離器的壓強(qiáng)降

氣體通過旋風(fēng)分離器的壓力損失△Px（單位為Pa），可用進(jìn)口氣體壓力ρu2／２的某一倍數(shù)。

壓強(qiáng)降可表示為進(jìn)口氣體動(dòng)能的倍數(shù)：

?Px???ui22

（8-10）

其中ξ—阻力系數(shù)，計(jì)算公式為

30(D5)2)(35D)D??(D2；

D?2D

ρ—筒內(nèi)混合物的密度，kg/m3；

u—混合物進(jìn)入的速度,m/s； 式中的阻力系數(shù)用下式計(jì)算

??30bhd2D

（8-11）

L?H其中b——旋風(fēng)分離器進(jìn)口的寬，m；

h——旋風(fēng)分離器進(jìn)口的高，m； D——旋風(fēng)分離器的直徑，m d——旋風(fēng)分離器進(jìn)氣口管徑，m L——旋風(fēng)分離器的寬度，一般和D相等，m H——旋風(fēng)分離器的高，m；

由于分離器各部分的尺寸都是D的倍數(shù)，所以只要進(jìn)口氣速ui相同，不管多大的旋風(fēng)分離器，其壓力損失都相同。因此，壓力損失相同時(shí)，小型分離器的b=D/5值較小，由于式（8-6）可知小型分離器的相比大型分離器，可以提高分離效率。旋風(fēng)分離器的壓力一般約為1～2 Pa。

四.旋風(fēng)分離器的形狀設(shè)計(jì)

旋風(fēng)分離器的形狀是影響分離效率的重要因素。例如，如果入口尺寸，錐體尺寸，排氣管，以及排放口不一樣，兩個(gè)相同筒徑的旋風(fēng)分離器會(huì)有相當(dāng)大的效 9

圖一 分離器形狀區(qū)別

在圖一中，分離器A的設(shè)計(jì)形式會(huì)造成一些問題：

入口設(shè)計(jì)可能不能提供充分的入口速度和想要的速度分布。切線式入口可能造成排氣管的磨損和因?yàn)榕艢夤艿母蓴_造成入口氣流紊亂。還有就是可能會(huì)造成入口氣流和排出氣流的短路，夾帶塵粒而出造成分離效率下降。考慮不周的內(nèi)部設(shè)計(jì)會(huì)造成氣流紊亂。這種情況下就會(huì)把本來應(yīng)被收集的塵粒裹挾到向上的排出氣流中而逃出分離器。急速的錐體直徑變化，會(huì)造成筒體和錐體連接處的磨損。它也阻止了收集到的塵粒平滑地從筒體到錐體的運(yùn)動(dòng)。這樣的錐體下部很容易被磨損。很明顯，在分離器和卸灰閥之間沒有用以幫助分離的灰斗。五．入口管道設(shè)計(jì)

不合適的管道設(shè)計(jì)是最常見的造成進(jìn)入旋風(fēng)分離器流量不足的重要原因。事實(shí)上，有一個(gè)普遍現(xiàn)象，那就是配置的風(fēng)機(jī)不能滿足系統(tǒng)的流量要求。因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)的壓降超過了風(fēng)機(jī)能滿足的壓頭，這樣風(fēng)機(jī)就自動(dòng)移到高壓降，低流量的狀態(tài)工作。

另外，很多設(shè)計(jì)人員因?yàn)橐恍┰驎?huì)在分離器入口前放一個(gè)彎頭（如圖二）。

圖二 分離器入口前放一個(gè)彎頭

實(shí)際上，為了達(dá)到好的分離效果，氣體應(yīng)該通過直管進(jìn)入分離器，直管的長(zhǎng)度約為6-8倍入口管直徑（也有資料上說4-10倍的）。這樣做主要是為了防止塵粒濃聚在彎頭外側(cè)再進(jìn)入分離器，氣體中的塵粒在氣流中分配不均。六.塵粒排出設(shè)計(jì)

不恰當(dāng)?shù)男痘以O(shè)計(jì)能造成粉塵的二次夾帶。比如許多人認(rèn)為風(fēng)機(jī)設(shè)在分離器上游時(shí)，分 離器進(jìn)行正壓運(yùn)行，此時(shí)不必設(shè)灰斗或卸灰閥。這是不對(duì)的。事實(shí)上，旋風(fēng)分離器內(nèi)部向上的旋流不管是由正壓或負(fù)壓產(chǎn)生的，都具有夾帶粉塵的能力。在任何情況下，灰斗和卸灰閥都必須納入設(shè)計(jì)考慮之中。

設(shè)計(jì)和運(yùn)行中應(yīng)特別注意防止旋風(fēng)分離器底部漏風(fēng)，因?yàn)樾L(fēng)分離器通常是負(fù)壓運(yùn)行。實(shí)踐證明，旋風(fēng)分離器漏風(fēng)5%，效率降低50%，旋風(fēng)分離器漏風(fēng)15%，效率接近于零。因而，必須采用氣密性好的卸灰閥（如圖三）。

圖三 灰斗和卸灰閥

七.算例（以天然氣作為需要分離氣體）

若以天然氣作為分離原料，則可變?yōu)槿缦碌墓に囉?jì)算過程：

7.1工作原理

凈化天然氣通過設(shè)備入口進(jìn)入設(shè)備內(nèi)旋風(fēng)分離區(qū)，當(dāng)含雜質(zhì)氣體沿軸向進(jìn)入旋風(fēng)分離管后，氣流受導(dǎo)向葉片的導(dǎo)流作用而產(chǎn)生強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)，氣流沿筒體呈螺旋形向下進(jìn)入旋風(fēng)筒體，密度大的液滴和塵粒在離心力作用下被甩向器壁，并在重力作用下，沿筒壁下落流出 旋風(fēng)管排塵口至設(shè)備底部?jī)?chǔ)液區(qū)，從設(shè)備底部的出液口流出。旋轉(zhuǎn)的氣流在筒體內(nèi)收縮向中心流動(dòng)，向上形成二次渦流經(jīng)導(dǎo)氣管流至凈化天然氣室，再經(jīng)設(shè) 備頂部排出。

圖四

旋風(fēng)分離器的原理示意圖

7.2基本計(jì)算公式

由于旋風(fēng)分離器的流動(dòng)狀態(tài)較為復(fù)雜，在目前旋風(fēng)分離器所使用的公式中，主要設(shè)計(jì)參數(shù)均是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，故其計(jì)算公式可簡(jiǎn)化如下：

D?3.39?10?5(TZQnp)0.5?K

（9-1）

式中K?4?gCD；

?P△P—分離器壓力損失，Pa； T—分離溫度，K； Z—壓縮系數(shù)； Qn—需處理氣量，m2/d P—分離絕對(duì)壓力，MPa； 其余符號(hào)與前相同。

由于此處阻力系數(shù)CD為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，故K值的取值范圍一般為1~1.345，在設(shè)計(jì)計(jì)算中，可先取K=1.266或K=1進(jìn)行試算。

出口管線直徑取0.67D（按流速10m/s計(jì)）； 出口管線直徑取0.47D（按流速20m/s計(jì)）。

在驗(yàn)算時(shí)，需使進(jìn)口管線的天然氣流速在15~25m/s范圍內(nèi)，出口管線的天然氣流速在5~15m/s的范圍內(nèi)。

使分離器筒體的平均流速保持在2.45~4.43m/s的范圍內(nèi)。

在計(jì)算天然氣流速時(shí)，可利用下列公式：

天然氣工況下流量為：

Qg?4?10?9TZQpn

（9-2）

天然氣流速為

vg?Qg0.785D2

（9-3）

或者

vg?5.096?10?9TZQpDn2

（9-4）

接下來可以利用式（9-5）計(jì)算旋風(fēng)分離器的壓強(qiáng)降：

2?P???ui

（9-5）

2其中ξ—阻力系數(shù)，30(D5)2)(35D)D計(jì)算方法：??(D2；

D?2D

3ρ—筒內(nèi)混合物的密度，kg/m；

u—混合物進(jìn)入的速度,m/s；

平均流量可用式（9-6）進(jìn)行計(jì)算：

Qg?vg?0.785D

（9-6）

分離器的結(jié)構(gòu)參考尺寸如圖一所示。

圖一

旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)示意圖

1—橢圓形封頭；2—進(jìn)氣管；3—矩形

34567加強(qiáng)板；4—筒體；5—墊板；6—錐形筒；7—錐形封頭；8—墊板；9—手孔；10—集液筒；11—排污管；12—裙座；13—出氣管

7.3算例 【例1】

89101112已知需處理天然氣氣量為106m2/d，進(jìn)入分離器的天然氣密度為ρ=1.29kg/ m3，分離壓力為4.6MPa（絕），分離溫度為288k，壓縮系數(shù)為0.9，要求壓強(qiáng)將小于2MPa，試求該旋風(fēng)分離器有關(guān)工藝計(jì)算。

解：（1）求筒體直徑D： 已知：分離溫度T=288k，壓縮系數(shù)Z=0.9，需處理氣量為Qn =106m2/d，分離絕對(duì)壓力P=4.6Mpa 將已知值代入公式（9-1），并假設(shè)K=1，則

D?3.39?10?56?(288?0.9?104.6)0.5?1?0.2545(m)

（2）由 7.2計(jì)算基本公式 中可知：設(shè)進(jìn)口管線直徑為

D1=0.47D=0.47×0.2545=0.12（m）

則進(jìn)口管線的速度可按公式（9-4）計(jì)算，將已知數(shù)值代入得：

vg?5.096?10?9?288?0.9?104.6?0.1226?19.9(m/s);

（3）同樣由7.2節(jié)可知： 設(shè)出口管徑取D2=0.67D=0.67×0.2545=0.17（m）

代入已知數(shù)值，由公式（9-4）得：

vg2?5.096?10?9?288?0.9?104.6?0.1725?9.9(m/s)

由此可算得筒體，平均流速為Vg=14.9m/s。

(4)分離器壓強(qiáng)降

已知：進(jìn)入分離器的密度ρ=1.29 kg/ m，分離器中的平均流速為u

=14.9m/s，計(jì)算阻力系數(shù)ξ：

30(D5)23)(35D)D?30((0.25452??(D2D?2D50.25452)(35?0.2545)0.2545?8.3)0.2545?2?0.2545

將已知數(shù)值代入公式（9-5）可得該旋風(fēng)分離器的壓強(qiáng)降：

?P???ui22?8.3?1.29?14.922?1.19MPa

(5)分離器平均流量

已知：分離器內(nèi)平均流速vg=14.9m/s，分離器直徑D有（1）可知：

D=0.2545m

將已知數(shù)值代入公式（9-6）可得該旋風(fēng)分離器的平均流量：

Qg?vg?0.785D?14.9?0.785?0.2545?2.98(m/s)

2從上述計(jì)算可得知，進(jìn)出口管線直徑、壓強(qiáng)降及平均流量均能滿足要求。無需再利用K值進(jìn)行修正，但筒體平均流速略靠上限，故可適當(dāng)加大筒體直徑。

八.影響旋風(fēng)分離器效率的因素

8.1氣體進(jìn)口速度

由于離心分離力與氣體旋轉(zhuǎn)線速度成二次方關(guān)系，因而氣體進(jìn)口的線速度對(duì)分離器效果影響很大。入口線速度一般宜在15~25m/s之間。因線速過低，分離力不夠，而線速過高則會(huì)破壞旋風(fēng)分離流動(dòng)系統(tǒng)的正常壓力平衡，并形成局部渦流，產(chǎn)生二次夾帶，使分離效率降低。

8.2氣液密度差

由旋風(fēng)分離器的分離原理可知，氣液密度差越大，分離效果越好。由旋風(fēng)分離器的氣流狀態(tài)可知，旋風(fēng)分離器適用于氣液（或氣、固）分離，而對(duì)于油水兩液相的分離則不宜于采用。一般在正常負(fù)荷量范圍內(nèi)工作的旋風(fēng)分離器，基本上可除去40μm以上的液滴或機(jī)械微粒。

8.3旋轉(zhuǎn)半徑

由向心力的公式可知，旋轉(zhuǎn)半徑越大，離心力越小。當(dāng)處理氣量較大時(shí)，設(shè)計(jì)計(jì)算所得的分離器直徑也較大，故旋轉(zhuǎn)半徑不宜超過0.5m，否則需要提高氣流入口線速度。當(dāng)用于大氣量時(shí)可采用多個(gè)旋風(fēng)分離器。當(dāng)用于小氣量或負(fù)荷波動(dòng)較大時(shí)，則可采用可調(diào)節(jié)多管式旋風(fēng)分離器。由于多管式旋風(fēng)分離器的每根旋風(fēng)子，其旋轉(zhuǎn)半徑均較小，可在氣流線速度較低的情況下獲得較大的氣液分離能力。

參考文獻(xiàn)

林存瑛，《天然氣礦場(chǎng)集輸》[M].北京:石油工業(yè)出版社.1997

譚天佑、梁鳳珍，《工業(yè)通風(fēng)除塵技術(shù)》[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社.1984 方劍藻（譯），Chemical Age of India[S].北京：北京東方紅煉油廠.1976 北京東方紅煉油廠譯，《旋風(fēng)分離器的工藝計(jì)算》[M].北京：北京東方紅煉油廠.1974 北京鋼鐵學(xué)院，《氣力輸送裝置》[M].北京：北京鋼鐵學(xué)院.1974 李功祥，陳蘭英，崔英德，《常用化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)》[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社.2003 15

第二篇：旋風(fēng)分離器工作原理

旋風(fēng)分離器工作原理

當(dāng)含塵氣體由切向進(jìn)氣口進(jìn)入旋風(fēng)除塵器時(shí)，氣流由直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)閳A周運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)氣流的絕大部分沿除塵器內(nèi)壁呈螺旋形向下、朝向錐體流動(dòng)，通常稱此為外旋氣流。含塵氣體在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生離心力，將相對(duì)密度大于氣體的粉塵粒子甩向除塵器內(nèi)壁面。粉塵粒子一旦與除塵器壁面接觸，便失去徑向慣性力而依靠向下的動(dòng)量和重力作用沿壁面下落，進(jìn)入排灰管。旋轉(zhuǎn)下降的外旋氣流到達(dá)錐體時(shí)，因圓錐形的收縮而向除塵器中心靠攏。根據(jù)旋矩不變?cè)恚淝邢蛩俣炔粩嗵岣?，粉塵粒子所受離心力也不斷加強(qiáng)。當(dāng)氣流到達(dá)錐體下端某一位置時(shí)，即以同樣的旋轉(zhuǎn)方向從除塵器中部由下反轉(zhuǎn)向上繼續(xù)做螺旋形運(yùn)動(dòng)，構(gòu)成內(nèi)旋氣流。最后凈化氣體經(jīng)排氣管排出，但仍有小部分未被捕集的粉塵粒子也隨之排出。自進(jìn)氣管流入的另一小部分氣體則向除塵器頂蓋流動(dòng)，然后沿排氣管外側(cè)向下流動(dòng)。當(dāng)?shù)竭_(dá)排氣管下端時(shí)，即反轉(zhuǎn)向上跟隨上升的內(nèi)旋氣流一同從排氣管排出，分散在這一部分氣流中的粉塵粒子也隨同被帶走。

旋風(fēng)除塵器是利用旋轉(zhuǎn)的含塵氣體所產(chǎn)生的離心力，將粉塵從氣流中分離出來的一種干式氣固分離裝置。由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無運(yùn)動(dòng)部件、制造安裝投資較少、操作維護(hù)簡(jiǎn)便、性能穩(wěn)定、受含塵氣體的濃度和溫度影響較少、壓損中等、動(dòng)力消耗不大，所以廣泛用于許多領(lǐng)域。

第三篇：旋風(fēng)分離器技術(shù)協(xié)議書20070910

技 術(shù) 協(xié) 議 書

旋風(fēng)分離器(V1315A/B/C)

甲方：滕州鳳凰化肥有限公司

乙方：青島康泰重工機(jī)械有限公司

2007年9月10日

滕州鳳凰化肥有限公司（以下簡(jiǎn)稱甲方）與青島康泰重工機(jī)械有限公司（以下簡(jiǎn)稱乙方）就1.3條所列設(shè)備的技術(shù)事宜進(jìn)行洽談，經(jīng)雙方友好協(xié)商，達(dá)成如下協(xié)議。本技術(shù)協(xié)議作為商務(wù)合同的一部分，與商務(wù)合同具有同等法律效力。

1、總說明

1.1本技術(shù)協(xié)議適用于滕州鳳凰化肥有限公司氣化系統(tǒng)旋風(fēng)分離器的供貨范圍和制造、檢驗(yàn)與驗(yàn)收采用的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和必須遵循的相關(guān)文件以及招、投標(biāo)技術(shù)要求。

1.2本協(xié)議提出的是最低限度的要求，并未對(duì)一切細(xì)節(jié)作出規(guī)定，也未充分引述有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的條文，乙方應(yīng)保證提供符合本技術(shù)協(xié)議和施工圖的產(chǎn)品。

1.3 甲方采購(gòu)的設(shè)備基本數(shù)據(jù): 類別(級(jí)別)主要受壓元件材料 設(shè)計(jì)壓力/MPa 設(shè)計(jì)溫度/設(shè)℃?zhèn)鋬糁?Kg 數(shù)量 二類（D2）16MnR+00Cr17Ni14Mo2 7.2 280 56980 三臺(tái) 1.4乙方對(duì)所供設(shè)備及工作的質(zhì)量負(fù)有全部責(zé)任。乙方的設(shè)備應(yīng)完全符合本協(xié)議規(guī)定的條款和甲方提供的施工圖要求。

1.5乙方應(yīng)接受甲方或其指定的第三方監(jiān)檢，但甲方或其指定的第三方的監(jiān)檢并不解除乙方的責(zé)任。甲方對(duì)乙方文件的審核，不能減輕或取消乙方對(duì)所供設(shè)備應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任和義務(wù)。

1.6乙方提供的技術(shù)文件中的文字和計(jì)量單位，均采用簡(jiǎn)體中文和中華人民共和國(guó)法定計(jì)量單位。

1.7雙方有關(guān)設(shè)備的變更單（如果有）作為該協(xié)議的有效部分。

1)原材料和外購(gòu)件檢查及復(fù)驗(yàn) 2)產(chǎn)品試板

3)主焊縫RT，UT，MT，PT 4)設(shè)備最終水壓或氣壓試驗(yàn)

4.2 乙方在達(dá)到監(jiān)造點(diǎn)前一周通知甲方現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)檢，甲方代表應(yīng)按時(shí)參加監(jiān)檢，并簽署監(jiān)檢意見，甲方代表未認(rèn)可前，乙方不得進(jìn)行下道工序制作。否則，甲方代表有權(quán)令其返工，費(fèi)用及工期由乙方負(fù)責(zé)。如甲方不能按時(shí)參加監(jiān)檢，乙方有權(quán)按其質(zhì)保體系進(jìn)行監(jiān)檢，簽字，甲方應(yīng)予確認(rèn)。不管甲方是否簽字確認(rèn)，事后如甲方對(duì)上道工序提出異議，乙方應(yīng)予配合重新檢查，如檢查合格，則甲方應(yīng)付給乙方檢查費(fèi)用并順延工期；如不合格，則整臺(tái)設(shè)備需重新檢查，直至各監(jiān)造點(diǎn)都合格，發(fā)生的費(fèi)用及工期由乙方負(fù)責(zé)。

4.3甲方或委托代表有權(quán)親自觀察任何一項(xiàng)試驗(yàn)和檢驗(yàn)，代表在場(chǎng)觀察試驗(yàn)的進(jìn)行并不免除乙方對(duì)本設(shè)備承擔(dān)的責(zé)任。

4.4 設(shè)備的最終驗(yàn)收在甲方安裝施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。

5、技術(shù)文件交接和技術(shù)交底 甲方聯(lián)系人的方式：

趙瑞同 手機(jī)：*** 電 話：0632-2366659 傳 真： 0632-2366271 郵 箱： fhgsjsb@sina.com 乙方聯(lián)系人的方式：

劉繼成 手機(jī)：*** 電 話：0532-85066311

6.3設(shè)備在質(zhì)保期滿前，如因乙方原因造成的質(zhì)量問題，乙方應(yīng)免費(fèi)修復(fù)、更換；修復(fù)、更換后的零部件保質(zhì)期為12個(gè)月；如因甲方原因造成的問題，乙方也應(yīng)及時(shí)修復(fù)和更換，其費(fèi)用由甲方承擔(dān)。

6.4乙方應(yīng)承擔(dān)因制造缺陷而造成的設(shè)備不能正常操作或操作條件惡化的責(zé)任，如出現(xiàn)應(yīng)及時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行修復(fù)或整體更換，并承擔(dān)因此而發(fā)生的一切費(fèi)用。

6.5設(shè)備及其附件所使用的材料、制造工藝及檢驗(yàn)要求，均應(yīng)不低于國(guó)家和行業(yè)等制定頒發(fā)的相關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)。材料的選擇應(yīng)按施工圖紙中的要求進(jìn)行，材料變更必須征得甲方的同意，乙方應(yīng)做好記錄，并附在相應(yīng)的資料中。

7、供貨范圍和工作范圍 7.1乙方的供貨范圍 1)設(shè)備本體 2)基礎(chǔ)模板

3)施工圖明細(xì)欄中注明的所有附件（注明不包括的除外）4)設(shè)備銘牌（不銹鋼）及支架 5)特殊工具（如果需要）6)設(shè)備本體墊片備用2套

7）與外部連接的配對(duì)法蘭及緊固件和密封件。8)10%設(shè)備本體法蘭及接管法蘭連接螺栓、螺母； 9）設(shè)備拆裝專用工具（如果有）。7.2 乙方的工作范圍

第四篇：論文題目 循環(huán)流化床鍋爐旋風(fēng)分離器分析循環(huán)流化床鍋爐旋風(fēng)分離器分析

自循環(huán)流化床燃燒技術(shù)出現(xiàn)以來，循環(huán)床鍋爐在世界范圍內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用，大容量的循環(huán)床鍋爐已被發(fā)電行業(yè)所接受。循環(huán)流化床低成本實(shí)現(xiàn)了嚴(yán)格的污染排放指標(biāo)，同時(shí)燃用劣質(zhì)燃料，在負(fù)荷適 應(yīng)性和灰渣綜合利用等方面具有綜合優(yōu)勢(shì)，為煤粉爐的節(jié)能環(huán)保改造提供了一條有 效的途徑主循環(huán)回路是循環(huán)流化床鍋爐的關(guān)鍵，其主要作用是將大量的高溫固體物 料從氣流中分離出來，送回燃燒室，以維持燃燒室穩(wěn)定的流態(tài)化狀態(tài)，保證燃料和 脫硫劑多次循環(huán)、反復(fù)燃燒和反應(yīng)，以提高燃燒效率和脫硫效率。主循環(huán)回路是循環(huán)流化床鍋爐的關(guān)鍵，其主要作用是將大量的高溫固體物料從氣流中 分離出來，送回燃燒室，以維持燃燒室的穩(wěn)定的流態(tài)化狀態(tài)，保證燃料和脫硫劑多次循環(huán)、反復(fù)燃燒和反應(yīng)，以提高燃燒效率和脫硫效率。主循環(huán)回路不僅直接影響整個(gè)循環(huán)流化床 鍋爐的總體設(shè)計(jì)、系統(tǒng)布置，而且與其運(yùn)行性能有直接關(guān)系。分離器是主循環(huán)回路的主要 部件，因而人們通常把分離器的形式，工作狀態(tài)作為循環(huán)流化床鍋爐的標(biāo)志。分離器是主循環(huán)回路的關(guān)鍵部件，其作用是完成含塵氣流的氣固分離，并把收 集下來的物料回送至爐膛，實(shí)現(xiàn)灰平衡及熱平衡，保證爐內(nèi)燃燒的穩(wěn)定與高效。從 某種意義上講，CFB 鍋爐的性能取決于分離器的性能，所以循環(huán)床技術(shù)的分離器研 制經(jīng)歷了三代發(fā)展，而分離器設(shè)計(jì)上的差異標(biāo)志了 CFB 燃燒技術(shù)的發(fā)展歷程。循環(huán)流化床循環(huán)流化床 循環(huán)流化床 循環(huán)流化床 1．1 循環(huán)流化床鍋爐簡(jiǎn)介 循環(huán)流化床(CFB)燃燒技術(shù)是一項(xiàng)近二十年發(fā)展起來的清潔煤燃燒技術(shù)。流化床 燃燒是床料在流化狀態(tài)下進(jìn)行的一種燃燒，其燃料可以是化石燃料（如煤、煤矸石）、工農(nóng)業(yè)廢棄物（如可燃垃圾、高爐煤氣）和各種生物質(zhì)燃料（如秸稈）。流化燃燒是一種介于層狀燃燒與懸浮燃燒之間的燃燒方式。煤預(yù)先經(jīng)破碎加工成一 定大小的顆粒（一般為＜8mm）后置于布風(fēng)板上，煤經(jīng)給煤機(jī)進(jìn)入燃燒室，燃燒室 內(nèi)料層的靜止高度約在 350～500mm，空氣則通過布風(fēng)板由下向上吹送。當(dāng)空氣以 較高的氣流速度通過料層時(shí)，煤粒間的空隙加大，料層膨脹增高，所有的煤粒、灰 渣紛亂混雜，上下翻騰不已，顆粒和氣流之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)十分強(qiáng)烈。這種處于沸騰 狀態(tài)的料床，稱為流化床。這種燃燒方式即為流化燃燒。流化燃燒后的細(xì)小顆粒燃 料隨高溫?zé)煔怙w出爐膛，大部分被固態(tài)物料分離器捕捉，經(jīng)返料器送回爐膛循環(huán)燃 燒，這就是循環(huán)流化燃燒技術(shù)，采用循環(huán)流化燃燒技術(shù)生產(chǎn)的鍋爐即為循環(huán)流化床 鍋爐。從已投運(yùn)流化床鍋爐分折，流化床鍋爐具有獨(dú)特的優(yōu)越性：（1）燃燒效率高： 國(guó)外循環(huán)流化床鍋爐，燃燒效率高達(dá) 99％；我國(guó)設(shè)計(jì)，投運(yùn)流化床鍋爐效率也高達(dá) 95－98％。該爐型燃燒效率高的主要原因是煤燃燼率高。煤粒燃燼率分三種情況分 析：較小的顆粒（小于 0．04mm），隨煙氣速度進(jìn)行流動(dòng)，它們未達(dá)到對(duì)流受熱面 就完全燃燼了，在爐膛高度有效范圍內(nèi)，它們?nèi)紶a時(shí)間是足夠的；對(duì)于較大一些煤 粒（大于 0．6mm），其沉降速度高，只有當(dāng)其直徑進(jìn)一步燃燒或相互磨擦碎裂而 減小時(shí)，才能隨煙氣逸出，較大顆粒經(jīng)分離器分離返回爐膛循環(huán)燃燒；對(duì)于中等粒 度煤，其燃燒時(shí)間要比停留時(shí)間長(zhǎng)，這給顆粒燃燼提供了足夠時(shí)間，未燃燼顆粒循 環(huán)燃燒，達(dá)到燃燼的目的。（2）、煤種適應(yīng)性強(qiáng)：流化床爐可燃用低熱值的劣質(zhì)煙 煤、頁炭、爐渣矸石甚至垃圾、秸稈等，對(duì)煤種適應(yīng)性比煤粉爐、層燃爐好。在循 環(huán)床鍋爐中，通過粒子的循環(huán)回燃，爐膛溫度能被控制，煤粒著火和燃燼較好。流 化床鍋爐設(shè)計(jì)特點(diǎn)是爐膛高，給煤、布風(fēng)、出渣等設(shè)計(jì)都適應(yīng)劣質(zhì)煤的燃燒，布風(fēng) 裝置將空氣分別送入一次風(fēng)的風(fēng)室及分布板，送入二次風(fēng)的風(fēng)道噴咀。一次風(fēng)約占 總風(fēng)量 60％，由燃燒室底部送入，二次風(fēng)由密相區(qū)的不同高度送入，給高效燃燒提 供了條件。由于采用了分離回料裝置，為劣煤分級(jí)燃燒、回燃提供了條件，循環(huán)流 化床鍋爐有兩種類型分離裝置，一種是慣性分離，一種是旋風(fēng)分離；現(xiàn)在生產(chǎn)的鍋 爐多采用一級(jí)高溫分離器。國(guó)產(chǎn)循環(huán)流化床鍋爐采用較低流化速度（一般 4．5m／s －5．5m／s）、較低循環(huán)倍率約（10－20），因此，分離受熱面磨損較小。（3）、添加石灰石，有較高脫硫效果：流化床鍋爐脫硫原理是：煤燃燒過程中產(chǎn)生氧化硫 與流化床爐燃燒添加劑一氧化鈣發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生的硫酸鈣隨爐渣排出，脫硫效果可 800－900低溫下燃燒，可控制NOx 生成。流化床爐 NOx 生成原理是 空氣中氮?dú)夂脱鯕?，在燃燒時(shí)產(chǎn)生 NO。在流化床爐燃燒過程中，燃料中 90％的氮 原素轉(zhuǎn)化成 NO2，大約 10％的氮元素反應(yīng)生成 NO。在燃燒過程中，生成的 NOx CaO還原，減少了 NOx 排放。（5）、系統(tǒng)簡(jiǎn)單、運(yùn)行操作方便。（6）、灰渣綜合利用，前途廣泛：由于流化床爐渣可燃物極低（約 1－1．5％），而且具有較經(jīng)濟(jì)的脫硫效果，增加了灰中硫酸鈣含量，這對(duì)綜合利用提供了有利條 件?；以勺龈鞣N建材的最好摻合料，水泥行業(yè)、制磚行業(yè)利用灰渣前途最廣泛該 爐型推廣應(yīng)用，可減少除灰渣場(chǎng)地，對(duì)無灰場(chǎng)條件的中，小城市而言不僅可以大大 改善環(huán)境條件，而且可以推進(jìn)建材行業(yè)發(fā)展，變廢為寶，使煤碳發(fā)揮綜合效益。1.1.1 循環(huán)流化床鍋爐結(jié)構(gòu) 鍋爐采用單鍋筒，自然循環(huán)方式，總體上分為前部及尾部?jī)蓚€(gè)豎井。前部豎井 為總吊結(jié)構(gòu)，四周有膜式水冷壁組成。自下而上，依次為一次風(fēng)室、濃相床、懸浮 段、蒸發(fā)管、高溫過熱器、低溫過熱器及高溫省煤器。尾部豎井采用支撐結(jié)構(gòu)，由 上而下布置低溫省煤器及管式空氣預(yù)熱器。兩豎井之間由立式旋風(fēng)分離器相連通，分離器下部聯(lián)接回送裝置及灰冷卻器。燃燒室及分離器內(nèi)部均設(shè)有防磨內(nèi)襯，前部 豎井用敖管爐墻，外置金屬護(hù)板，尾部豎井用輕型爐墻，由八根鋼柱承受鍋爐全部 重量。鍋爐采用床下點(diǎn)火（油或煤氣），分級(jí)燃燒，一次風(fēng)率占 50—60%飛灰循環(huán)為 低倍率，中溫分離灰渣排放采用干式，分別由水冷螺旋出渣機(jī)、灰冷卻器及除塵器 灰斗排出。爐膛是保證燃料充分燃燒的關(guān)鍵，采用湍流床，使得流化速度在 3.5—4.5m/s,并設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)臓t膛截面，在爐膛膜式壁管上鋪設(shè)薄內(nèi)襯（高鋁質(zhì)磚），即使鍋爐燃燒用不同燃料時(shí)，燃燒效率也可保持在 98—99%以上。分離器入口煙溫在 450 度左右，旋風(fēng)筒內(nèi)徑較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，筒內(nèi)僅需一層薄 薄的防磨內(nèi)襯（氮化硅磚）。其使用壽命較長(zhǎng)。循環(huán)倍率為 10—15 左右。循環(huán)灰輸送系統(tǒng)主要由回料管、回送裝置，溢流管及灰冷卻器等幾部分組成。床溫控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程是自動(dòng)的。在整個(gè)負(fù)荷變化范圍內(nèi)始終保持濃相床床 860度的恒定值，這個(gè)值是最佳的脫硫溫度。當(dāng)自控制不投入時(shí)，靠手動(dòng)也能維 持恒定的溫床。保護(hù)環(huán)境，節(jié)約能源是各個(gè)國(guó)家長(zhǎng)期發(fā)展首要考慮的問題，循環(huán)流化床鍋爐正 是基于這一點(diǎn)而發(fā)展起來，其高可靠性，高穩(wěn)定性，高可利用率。最佳的環(huán)保特性 以及廣泛的燃應(yīng)性，越來越受到廣泛關(guān)注，完全適合我國(guó)國(guó)情及發(fā)展優(yōu)勢(shì)。1.1.2 當(dāng)固體顆粒中有流體通過時(shí)，隨著流體速度逐漸增大，固體顆粒開始運(yùn)動(dòng)，且固體顆粒之間的摩擦力也越來越大，當(dāng)流速達(dá)到一定值時(shí)，固體顆粒之間的摩擦力 與它們的重力相等，每個(gè)顆?？梢宰杂蛇\(yùn)動(dòng)，所有固體顆粒表現(xiàn)出類似流體狀態(tài)的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為流態(tài)化。對(duì)于液固流態(tài)化的固體顆粒來說，顆粒均勻地分布于床層中，稱為“散式”流態(tài)化。而 對(duì)于氣固流態(tài)化的固體顆粒來說，氣體并不均勻地流過床層，固體顆粒分成群體作紊流運(yùn) 動(dòng)，床層中的空隙率隨位置和時(shí)間的不同而變化，這種流態(tài)化稱為“聚式”流態(tài)化。循環(huán)流 化床鍋爐屬于“聚式”流態(tài)化。固體顆粒（床料）、流體（流化風(fēng)）以及完成流態(tài)化過程的設(shè)備稱為流化床。1.1.3 臨界流化速度 對(duì)于由均勻粒度的顆粒組成的床層中，在固定床通過的氣體流速很低時(shí)，隨著風(fēng) 速的增加，床層壓降成正比例增加，并且當(dāng)風(fēng)速達(dá)到一定值時(shí)，床層壓降達(dá)到最大 值，該值略大于床層靜壓，如果繼續(xù)增加風(fēng)速，固定床會(huì)突然解鎖，床層壓降降至 床層的靜壓。如果床層是由寬篩分顆粒組成的話，其特性為：在大顆粒尚未運(yùn)動(dòng)前，床內(nèi)的小顆粒已經(jīng)部分流化，床層從固定床轉(zhuǎn)變?yōu)榱骰驳慕怄i現(xiàn)象并不明顯，而 往往會(huì)出現(xiàn)分層流化的現(xiàn)象。顆粒床層從靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱鲬B(tài)化進(jìn)所需的最低速度，稱為臨界流化速度。隨著風(fēng)速的進(jìn)一步增大，床層壓降幾乎不變。循環(huán)流化床鍋爐 一般的流化風(fēng)速是 倍的臨界流化速度。1.1.4 影響臨界流化速度的因素（1）料層厚度對(duì)臨界流速影響不大。（2）料層的當(dāng)量平均料徑增大則臨界流速增加。（3）固體顆粒密度增加時(shí)臨界流速增加。提高循環(huán)流化床鍋爐熱效率的措施提高循環(huán)流化床鍋爐熱效率的措施 提高循環(huán)流化床鍋爐熱效率的措施 提高循環(huán)流化床鍋爐熱效率的措施 適當(dāng)提高燃燒溫度，碳粒子的燃燼時(shí)間與燃燒溫度有關(guān)，提高燃燒溫度能明顯的縮短 碳粒子的燃燼時(shí)間。如下式 16 exp(10 77 其中:τp為碳粒子的 燃燼時(shí)間s；T 為燃燒溫度；dp為碳粒子直徑cm。當(dāng)τp 從800升高到950時(shí)，碳粒子的燃燼時(shí)間縮短6 倍左右。當(dāng)燃燒溫度從870提高到920，燃燒溫度增加50 時(shí)，鍋爐燃燒效率提高了2 個(gè)百分點(diǎn)左右。降低飛灰含碳量提高鍋爐燃燒效率，影響飛灰含碳量的因素有如下方面：燃燒溫度、煤的種類、分離飛灰的循環(huán)倍率、燃燒室上部燃燒偏斜、燃燒氧量的供給、分離器的分離 效率、除塵灰再循環(huán)燃燒。（1）溫度的影響：經(jīng)試驗(yàn)證明當(dāng)燃燒溫度從900提高到950 時(shí)，飛灰含碳量從22.5%降到10%左右，降低了12.5 個(gè)百分點(diǎn)。燃燒溫度提高1，飛灰 含碳量降低0.25 個(gè)百分點(diǎn)，這個(gè)影響程度的不同是由煤的燃燒反應(yīng)性差異所決定的。（2）揮發(fā)分低的難燃煤種,飛灰含碳量較高，揮發(fā)分高的易燃煤種，飛灰含碳量較低，一般無 煙煤的飛灰含碳量比煙煤要高5-10 個(gè)百分點(diǎn)。(3)分離灰循環(huán)倍率的影響： 1-1從圖上可以看出分離灰循環(huán)倍率為5 時(shí)，飛灰含碳量為12.5%左右，而分離灰循環(huán)倍率從 提高到4，飛灰含碳量降低約2.5個(gè)百分點(diǎn)，7 提高到8 時(shí)，降低了1 個(gè)百分點(diǎn)，14 18時(shí)，只降低了 0.5 個(gè)百分點(diǎn)，離灰循環(huán)倍率在 2-6 之間變化，對(duì)飛灰含碳量的影 響是最有效的。（4）器分離效率：分離器的分離效率與分離灰循環(huán)倍率的關(guān)系為 為分離灰循環(huán)倍率，ηc為分離器分離效率，Ay 為燃煤灰分含量，α 灰份額。分離效率高，分離灰循環(huán)倍率大；煤中灰份含量高，分離灰循環(huán)倍率大；燃燒 室出口飛灰份額大，分離灰循環(huán)倍率高。（5）優(yōu)化燃燒調(diào)整和控制：提高燃燒效果，900-950；改善脫硫效果，830-880；控制 NOX 的生成量 200mg/Nm3-400 mg/Nm3 間，(830-930)；煙氣成分包括O2、NO2（NO）、N2O、SO2（SO3）、CO2、CO、N2等，根據(jù)O2，CO 和CO2 含量控制空氣量，根據(jù)SO2 含量控制石灰石加入量，根據(jù)NOX 含量控制燃燒溫度。降低床底渣含碳量，粗粒子在濃相床內(nèi)的停留時(shí)間： Hb 靜止床料高度，m；Fd 布風(fēng)板面積，m2；ρb--靜止床料的堆積密度,kg/m3； 為燃煤消耗量，kg/h；δ為燃煤中粗粒子的份額。通過試驗(yàn)和實(shí)際運(yùn)行可以高熱值煤的停留時(shí)間比低熱值煤長(zhǎng)很多，這就是 CFB 鍋爐燒低熱值煤床底渣含碳量高的原因。故需 要維持合理燃燒溫度，適當(dāng)提高料層厚度。制備合適粒度及大小分布的燃煤，防止燃燒分 層，并注意在燒低熱值煤的時(shí)候，減少一次風(fēng)的使用，降低流化的速度。降低排煙溫度，減少排煙熱損失，影響排煙損失的因素有：排煙溫度，包括尾部煙道 受熱面積灰，煙氣含塵量大；過?？諝庀禂?shù)大。而降低排煙溫度就可以從提高尾部煙道的 受熱面；提高分離器效率，降低煙氣含塵量；加強(qiáng)尾部煙道的吹灰效率；合理搭配一二次 風(fēng)量，在保證流化和燃燒的情況下，盡可能減少風(fēng)的使用。1.3循環(huán)流化床鍋爐節(jié)能改造技術(shù) 加裝燃油，經(jīng)燃油節(jié)能器處理之碳?xì)浠衔?，分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，細(xì)小分子增 多，分子間距離增大，燃料的粘度下降，結(jié)果使燃料油在燃燒前之霧化、細(xì)化程度 大為提高，噴到燃燒室內(nèi)在低氧條件下得到充分燃燒，因而燃燒設(shè)備之鼓風(fēng)量可以 減少 15％至 20％，避免煙道中帶走之熱量，煙道溫度下降 10。燃燒設(shè)備之燃油經(jīng)節(jié)能器處理后，由于燃燒效率提高，故可節(jié)油 4.87％至 6.10％，并且明顯看 到火焰明亮耀眼，黑煙消失，爐膛清晰透明。徹底清除燃燒油咀之結(jié)焦現(xiàn)象，并防 止再結(jié)焦。解除因燃料得不到充分燃燒而爐膛壁積殘?jiān)F(xiàn)象，達(dá)到環(huán)保節(jié)能效果。大大減少燃燒設(shè)備排放的廢氣對(duì)空氣之污染，廢氣中一氧化碳（CO）、氧化氮（NOx）、碳?xì)浠衔铮℉C）等有害成分大為下降，排出有害廢氣降低 50％以上。同時(shí)，廢 30％—40％。安裝位置：裝在油泵和燃燒室或噴咀之間，環(huán)境溫度不宜超過 360。安裝冷凝型燃?xì)忮仩t節(jié)能器，燃?xì)忮仩t排煙中含有高達(dá) 18%的水蒸氣，其蘊(yùn)含 大量的潛熱未被利用，排煙溫度高，顯熱損失大。天然氣燃燒后仍排放氮氧化物、少量二氧化硫等污染物。減少燃料消耗是降低成本的最佳途徑，冷凝型燃?xì)忮仩t節(jié) 能器可直接安裝在現(xiàn)有鍋爐煙道中，回收高溫?zé)煔庵械哪芰?，減少燃料消耗，經(jīng)濟(jì) 效益十分明顯，同時(shí)水蒸氣的凝結(jié)吸收煙氣中的氮氧化物，二氧化硫等污染物，降 低污染物排放，具有重要的環(huán)境保護(hù)意義。采用冷凝式余熱回收鍋爐技術(shù)，傳統(tǒng)鍋爐中，排煙溫度一般在 160～250，煙 氣中的水蒸汽仍處于過熱狀態(tài)，不可能凝結(jié)成液態(tài)的水而放出汽化潛熱。眾所周知，鍋爐熱效率是以燃料低位發(fā)熱值計(jì)算所得，未考慮燃料高位發(fā)熱值中汽化潛熱的熱 損失。因此傳統(tǒng)鍋爐熱效率一般只能達(dá)到 87%～91%。而冷凝式余熱回收鍋爐，它 把排煙溫度降低到 50～70，充分回收了煙氣中的顯熱和水蒸汽的凝結(jié)潛熱，提升 了熱效率；冷凝水還可以回收利用。鍋爐尾部采用熱管余熱回收技術(shù)，余熱是在一定經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下，在能源利用 設(shè)備中沒有被利用的能源，也就是多余、廢棄的能源。它包括高溫廢氣余熱、冷卻 介質(zhì)余熱、廢汽廢水余熱、高溫產(chǎn)品和爐渣余熱、化學(xué)反應(yīng)余熱、可燃廢氣廢液和 廢料余熱以及高壓流體余壓等七種。根據(jù)調(diào)查，各行業(yè)的余熱總資源約占其燃料消 耗總量的 17%~67%，可回收利用的余熱資源約為余熱總資源的 60%。1．4 循環(huán)流化床的脫硫脫硝技術(shù) 煙氣脫硫是世界上唯一大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的脫硫方法，是控制酸雨和二氧化硫 污染的最為有效的和主要的技術(shù)手段。目前，世界上各國(guó)對(duì)煙氣脫硫都非常重視，已開發(fā)了數(shù)十種行之有效的脫硫技 術(shù)，但是，其基本原理都是以一種堿性物質(zhì)作為 SO 的吸收劑，即脫硫劑。按脫硫劑的種類劃分，煙氣脫硫技術(shù)可分為如下幾種方法。MgO為基礎(chǔ)的鎂法； 為基礎(chǔ)的氨法；（5）以有機(jī)堿為基礎(chǔ)的有機(jī)堿法。世界上普遍使用的商業(yè)化技術(shù)是鈣法，所占比例近90%。煙氣脫硫裝置相對(duì)占有率最大的國(guó)家是日本。日本的燃煤和燃油鍋爐基本上都 裝有煙氣脫硫裝置。眾所周知，日本的煤資源和石油資源都很缺乏，也沒有石膏資 源，而其石灰石資源卻極為豐富。因此，F(xiàn)GD 的石膏產(chǎn)品在日本得到廣泛的應(yīng)用。這便是鈣法在日本得到廣泛應(yīng)用的原因。因此，其他發(fā)達(dá)國(guó)家的火電廠鍋爐煙氣脫 硫裝置多數(shù)是由日本技術(shù)商提供的。在美國(guó)，鎂法和鈉法得到了較深入的研究，但實(shí)踐證明，它們都不如鈣法。在我國(guó)，氨法具有很好的發(fā)展土壤。我國(guó)是一個(gè)糧食大國(guó)，也是化肥大國(guó)。氮 肥以合成氨計(jì)，我國(guó)的需求量目前達(dá)到 33Mt/a（百萬噸/年），其中近45%是由小型 氮肥廠生產(chǎn)的，而且這些小氮肥廠的分布很廣，每個(gè)縣基本上都有氮肥廠。因此，每個(gè)電廠周圍 100km 內(nèi)，都能找到可以提供合成氨的氮肥廠，SO 吸收劑的供應(yīng)很豐富。更有意義的是，氨法的產(chǎn)品本身就是化肥，就有很好的應(yīng)用價(jià)值。在電力界，尤其是脫硫界，還有兩種分類方法，一種方法將脫硫技術(shù)根據(jù)脫硫 過程是否有水參與及脫硫產(chǎn)物的干濕狀態(tài)分為濕法、干法和半干（半濕）法。另一 種分類方法是以脫硫產(chǎn)物的用途為根據(jù)，分為拋棄法和回收法。在我國(guó)，拋棄法多 的工藝。氨法脫硫工藝具有很多別的工藝所沒有的特點(diǎn)。氨是一種良好的堿性吸收劑:從吸收化學(xué)機(jī)理上分析，SO 的吸收是酸堿中和反應(yīng)，吸收劑堿性越強(qiáng)，越利于吸收，氨的堿性強(qiáng)于鈣基吸收劑；而且從吸收物理機(jī)理上分析，鈣基吸收劑 吸收 SO 是一種氣－固反應(yīng)，反映速率慢，反應(yīng)完全，吸收劑利用率高，可以做到很高的脫硫效率。同時(shí)相對(duì)鈣基脫硫工藝來說系統(tǒng)簡(jiǎn)單，設(shè)備體積小，能耗低。另 外，其脫硫副產(chǎn)品硫酸銨在某些特定地區(qū)是一種農(nóng)用肥料，副產(chǎn)品的銷售收入能降 低一部分因吸收劑價(jià)格高造成的高成本。氨法脫硫工藝主要由兩部分反應(yīng)組成:吸收過程,煙氣經(jīng)過吸收塔，其中的 SO 被吸收液吸收，并生成亞硫酸銨與硫酸氫銨；中和結(jié)晶，由吸收產(chǎn)生的高濃度亞硫酸銨與 硫酸氫銨吸收液，先經(jīng)灰渣過濾器濾去煙塵，再在結(jié)晶反應(yīng)器中與氨起中和反應(yīng)，同時(shí)用水間接攪拌冷卻，使亞硫酸銨結(jié)晶析出。燃燒脫硫+ 尾部增濕活化（半干法），燃燒脫硫+尾部增濕活化系指循環(huán)流化 床爐內(nèi)加入石灰石進(jìn)行燃燒脫硫，然后利用爐內(nèi)未完全反應(yīng)的脫硫劑（石灰），在 鍋爐尾部煙道噴入水或水蒸汽，適當(dāng)降低煙氣溫度（高于煙氣絕熱飽和溫度），尾 部進(jìn)一步進(jìn)行煙氣脫硫。脫硫產(chǎn)物呈現(xiàn)干態(tài)固體物，易于處理，沒有污水處理及腐蝕等問題。該脫硫工藝適合與靜電除塵器或布袋除塵器配套。降低 排放主要技術(shù)措施改變?nèi)紵龡l件：包括低過量空氣燃燒法，空氣分級(jí)燃燒法，燃料分級(jí)燃燒法，煙氣再循環(huán)法。爐膛噴射脫硝：包括噴氨及尿素，噴入水蒸汽，噴入二次燃料。煙 氣脫硝：干法脫硝，(煙氣催化脫硝，電子束照射煙氣脫硝)濕法脫硝。而在燃燒上： 凡通過改變?nèi)紵龡l件來控制燃燒關(guān)鍵參數(shù)，以抑制生成或破壞已生成的 達(dá)到減少排放的技術(shù)稱為低 燃燒技術(shù)是采用最廣、相對(duì)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)并且是有效的方法低過量空氣燃燒、空氣分級(jí)燃燒、燃料分級(jí)燃燒、煙氣再循環(huán)。低過量空氣燃燒：使燃燒過程盡可能地在接近理論空氣量的條件下進(jìn)行，隨著 煙氣中過量氧的減少，可以抑制 含量的關(guān)系如圖顯示，不過爐內(nèi)氧的濃度過低，低于 3%以下時(shí)，會(huì)造成 CO 濃度的急劇增加，從而大 大增加化學(xué)未完全燃燒熱損失。同時(shí)，也會(huì)引起飛灰含碳量的增加，燃燒效率將會(huì) 降低；此外，低氧濃度會(huì)使?fàn)t膛內(nèi)的某些地區(qū)成為還原性氣氛，從而降低灰熔點(diǎn)，引起爐壁結(jié)渣與腐蝕。空氣分級(jí)燃燒：基本原理——將燃料的燃燒過程分階段完成一級(jí)燃燒：將供入 爐膛的空氣量減少到總?cè)紵諝饬康?70%~75%，使燃料先在缺氧的富燃料燃燒條件 下燃燒。過量空氣系數(shù) a＜1，降低了燃燒區(qū)內(nèi)的燃燒速度和溫度水平，而且在還原 性氣氛中降低了生成 的反應(yīng)率，抑制了NOx 的生成量。二級(jí)燃燒：其余空氣與 一級(jí)燃燒區(qū)產(chǎn)生的煙氣混合，在 的條件下完成全部燃燒過程。爐膛噴射脫硝：向爐膛噴射某種物質(zhì)來還原已生成的 放量。包括噴水、噴射二次燃料和噴氨等。

1、噴水法，但一氧化氮氧化較困難，需噴入臭氧或高錳酸鉀，不現(xiàn)實(shí)。

2、噴二次燃料：即前述燃料分級(jí)燃燒，但二次燃料 不會(huì)僅選擇 反應(yīng)，還會(huì)與氧氣反應(yīng)，使煙氣溫度上升

3、噴氨法（尿素等氨基 還原劑）4NH 反應(yīng)，而一般不和氧反應(yīng)，這種方法亦稱選擇性非催化劑吸收（SNCR）法。但不用催化劑，氨還原 ~1050這一狹窄范圍內(nèi)進(jìn)行，故噴氨點(diǎn)應(yīng)選擇在爐膛上部對(duì)應(yīng)位置。采用爐膛噴射脫硝，噴射點(diǎn)必須在 950 ~1050之間。噴入的氨與煙氣良好混合 是保證脫硝還原反應(yīng)充分進(jìn)行、使用最少量氨達(dá)到最好效果的重要條件。若噴入的 氨未充分反應(yīng)，則泄漏的氨會(huì)到鍋爐爐尾部受熱面，不僅使煙氣飛灰容易沉積在受 熱面，且煙氣中氨遇到三氧化硫會(huì)生成硫酸氨（粘性，易堵塞空氣預(yù)熱器，并有腐蝕危險(xiǎn)）。爐內(nèi)噴氨脫硝優(yōu)缺點(diǎn)：非催化噴氨脫硝法投資少，運(yùn)行費(fèi)用也低.但反應(yīng) 溫度范圍狹窄；要有良好的混合及反應(yīng)空間和反應(yīng)時(shí)間的條件；當(dāng)要求較高的脫除 率時(shí)，會(huì)造成 NH 泄漏量過大等問題。10 循環(huán)流化床鍋爐分離器2.1 分離器簡(jiǎn)介 循環(huán)流化床(CFB)鍋爐要求達(dá)到的一系列技術(shù)參數(shù)，如：循環(huán)倍率、燃燒效率、脫琉 效率、床溫床壓以及對(duì)燃料的適應(yīng)性等，都必須通過氣固分離器的可靠性和高效率來實(shí)現(xiàn)。目前，我國(guó)多采用旋風(fēng)分離器作氣固分離，因?yàn)樗Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造技術(shù)比較成熟，運(yùn)行人 員也比較熟悉。但多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，旋風(fēng)分離器用于CFB 鍋爐主要存在的問題有：保 溫材料耐高溫和耐磨能力不強(qiáng)，造成旋風(fēng)分離器內(nèi)襯磨損嚴(yán)重；常壓CFB 鍋爐雖規(guī)程上 不允許有后燃現(xiàn)象，但實(shí)際運(yùn)行中，旋風(fēng)分離器內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)后燃現(xiàn)象，甚至將分離器自身 燒壞；對(duì)增壓CFB 鍋爐，因其出口煙氣將送到燃?xì)廨啓C(jī)作功，為了燃盡CO 象并非不允許，這對(duì)旋風(fēng)分離器的材料將提出更高的要求；保溫材料的熱慣性很大，導(dǎo)致啟停時(shí)間延長(zhǎng)，負(fù)荷變化適應(yīng)能力低；旋風(fēng)分離器自身體積大，不利于CFB 鍋爐大型化，超大的體積將給鍋爐帶來許多不易解決的問題等。氣固分離器分離煤燃燒后產(chǎn)物和脫硫劑脫琉后產(chǎn)物的固體顆粒。這兩種顆粒的粒度分 布不同于入爐煤和入爐石灰石的粒度分布。完全只根據(jù)入爐煤粒度分布來選擇氣固分離器 已不甚合理，制造廠按自身習(xí)慣，將用于一般煤粉爐的傳統(tǒng)產(chǎn)品選作CFB 鍋爐的氣固分 離器則問題會(huì)更多。下面介紹幾種國(guó)內(nèi)外氣固分離器，并提出CFB 鍋爐如何選用氣固分離器的個(gè)人看法。2.2 爐膛出口幾何結(jié)構(gòu) 清華大學(xué)做了個(gè)試驗(yàn)，圖2-1 為試驗(yàn)系統(tǒng)示意圖。主床面積90mm90mm，有效高 5.25m；試驗(yàn)物料為樹脂，其平均粒徑為500m，物料真實(shí)密度1400kg／m，終端速度2.7m／s。圖1-2 表示試驗(yàn)中采用3 種典型的出口幾何結(jié)構(gòu)。H 指凸起部分高度(m)。ehit表示爐膛出口面積為44mm88mm，循環(huán)顆粒流率為8．46g／m s。光滑形出口如圖2-2a 所示，爐膛出口的固體顆粒，由于導(dǎo)向板的作用隨著變向氣流而進(jìn)入水平煙道，在出口附近的顆粒密度保持不變。平直出口結(jié)構(gòu)如圖2-2b 所示，氣固兩相流中的 固體顆粒一部分隨氣流離開爐膛，另一部分在與爐頂碰撞后，將沿爐膛內(nèi)壁碰回并下降，在內(nèi)壁面附近形成下降的顆粒層在爐膛內(nèi)循環(huán)，它們不進(jìn)入氣固分離器。當(dāng)采用圖2-2c 的出口結(jié)構(gòu)時(shí)，凸起高度在爐膛頂部形成一個(gè)空腔。部分顆粒在向上運(yùn)動(dòng)過程中由于慣性 而從爐膛進(jìn)入此空腔，在空腔內(nèi)密集起來形成一個(gè)較濃的區(qū)域。聚集的顆粒沿內(nèi)壁回落稱 之為空腔效應(yīng)，形成的顆粒在爐膛內(nèi)循環(huán)。與光滑出口相比，實(shí)際上減少了氣固分離器的 負(fù)荷。試驗(yàn)的目的是要最大地增加這一爐膛內(nèi)循環(huán)量。上述爐膛內(nèi)循環(huán)量與圖2-2c 值有關(guān)。如凸起高度(H)小于顆粒慣性能達(dá)到的最大高度，則空腔內(nèi)上升的顆粒將與爐頂相碰撞，碰撞后的顆粒將沿爐膛內(nèi)壁落下，稱之為碰 撞效應(yīng)。也和空腔效應(yīng)一樣，將導(dǎo)致爐膛頂部密度增加。如果H 大于顆粒所能達(dá)到的最 大高度時(shí)，則頂部密度不再增加。圖2-3 為爐膛出口幾何結(jié)構(gòu)對(duì)流化床爐膛密度分布的影 響。這種現(xiàn)象不僅可減少流向氣固分離器的顆粒量，還有利于增強(qiáng)氣固兩相的混合。從圖 2-3 可看出，H 增至0．15m，兩條曲線的距離大于H＝0．15m和H＝0．35m 之間 的間距。也就是說空腔和碰撞的綜合效應(yīng)并非與H 成正比增加。對(duì)CFB 鍋爐，H 實(shí)際取 0．5m 即可，即將爐頂升高0．5m 就夠了。12 2-3 2-4 取H＝0．5m，用采樣探頭法，按各種流率G 測(cè)得爐膛頂部的分離效率η，如圖2-4所示。該試驗(yàn)仍在A ehit ＝44mm88mm ＝5．14m／s下進(jìn)行。從圖2-4 可看出：(1)當(dāng)H 在0．3～0．4m 之間，3 根曲線都趨向飽和；(2)隨著G 可達(dá)70％。這說明出13 口結(jié)構(gòu)作為初級(jí)內(nèi)分離具有很大的應(yīng)用價(jià)值，而且爐頂提高僅0．5m，無論是新建或舊 爐改造都不會(huì)花太多的錢。這里要說明的是，η 并非全爐的效率，也不是氣固分離器的效 系指爐膛內(nèi)測(cè)出下降顆粒量與上升顆粒量之比。改變爐頂幾何結(jié)構(gòu)這一措施除減少爐膛后氣固分離器負(fù)荷外，還有利于減輕旋風(fēng)分離器和尾部受熱面的磨損。2.3 槽形分離器 槽形分離器屬撞擊式分離器。圖2-5 為埃賓斯別爾格電廠的CFB 鍋爐系統(tǒng)圖。2-5 CFB 9.10.11.L 12.13.14.15.16.17.18.埃賓斯別爾格電廠的CFB 鍋爐210t／h，510和10．6MPa，滿負(fù)荷時(shí)煙氣流速6m ／s。槽形分離器的槽形部件交錯(cuò)排列，它們被懸掛在爐膛出口后的爐頂，對(duì)煙氣和固體 顆粒的通道形成迷宮，如圖2-6 所示。兩排一次除塵器布置在水平煙道入口處，部分固體 顆粒撞擊槽形部件后沿槽板下落，收集來的灰粒沿后墻返回如圖2-5 由水平煙道中另一排分離器(圖2-5之10)收集的固體顆粒進(jìn)入灰斗，見圖2-6 之3，再經(jīng) 閥(亦稱J閥)即圖2-5 之11，返回下部爐膛。14 2-6 經(jīng)槽形分離器仍未分離出而進(jìn)入豎井的固體顆粒，通過布置在省煤器和空氣預(yù)熱器之間的多管式除塵器分離后的灰塵收集在灰斗內(nèi)，再用氣力輸送設(shè)備從圖2-5 之13 部輸送到下部爐膛，多余的灰從灰斗經(jīng)排灰閥(16)排入專用容器。槽形分離器除對(duì)比于旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)上可降低CFB 鍋爐的高度外，還有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)由于分離器的阻力小，風(fēng)壓損失較小，下部爐膛的氣流擴(kuò)散密度甚低，因而減少 了廠用電。經(jīng)測(cè)試，風(fēng)壓可降低25％，經(jīng)計(jì)算300t／h 的CFB 鍋爐，可降低鍋爐廠用電 的15％。(2)爐膛內(nèi)的顆粒分離，強(qiáng)化了顆粒內(nèi)部的再循環(huán)，促使沿爐膛高度的濃度變化較均(3)借助于L閥顆粒一次回收，爐膛內(nèi)顆粒質(zhì)量含量的調(diào)節(jié)范圍增大。(4)新分離器的結(jié)構(gòu)能采用新型耐熱材料，由于其熱容量小，對(duì)加快啟停和負(fù)荷變化 的反應(yīng)均較快速。(5)由于配套采用了低溫高效小直徑的多管式除塵器，能分離顆粒直徑小的灰塵，改 善爐膛的熱交換、燃燒條件和吸附劑的利用。(6)國(guó)外CFB 鍋爐多采用外置式灰熱交換器以回收灰渣的物理熱，并對(duì)負(fù)荷及床溫進(jìn) 行快速控制和調(diào)節(jié)，故外置式熱交換器是形成CFB 鍋爐的重要設(shè)備。

第五篇：操作參數(shù)對(duì)旋風(fēng)分離器分離性能的影響研究

操作參數(shù)對(duì)旋風(fēng)分離器分離性能的影響研究

張振偉

（東北大學(xué)，遼寧 沈陽110004）

摘要：利用FLUENT的 RSM湍流模型對(duì)旋風(fēng)分離器氣固兩相流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬得出：隨著入口速度的增大，旋風(fēng)分離器的壓降也隨之增大，且增大的幅度越來越大；隨著流量的增加，旋風(fēng)分離器的分離效率逐漸增大，小顆粒和中等顆粒的分離效率增加幅度較大，大顆粒的增加幅度稍小；隨著氣體中顆粒濃度的增大，分離總效率及各分離效率都逐漸增大，當(dāng)濃度達(dá)到某一定值時(shí)，各種粒徑顆粒的分離效率都會(huì)趨于穩(wěn)定，大顆粒的分離效率在較低濃度時(shí)就已經(jīng)趨于穩(wěn)定，小顆粒的分離效率在較高濃度時(shí)才能趨于穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：數(shù)值模擬；顆粒；分離效率

1、旋風(fēng)分離器工作原理

旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由直筒和圓錐形灰斗、與直筒成切線布置的長(zhǎng)方形進(jìn)風(fēng)管、頂部排氣管和下部排塵管等幾個(gè)部分組成。

出口

入口

顆粒出口

圖1 旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

Fig.1 Structure graph of cyclone separator 旋風(fēng)分離器的工作原理是：含塵氣體由長(zhǎng)方形進(jìn)氣管進(jìn)入旋風(fēng)分離器，由于筒壁的約束作用，氣流由直線運(yùn)動(dòng)變成圓周運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)氣流的絕大部分沿直筒壁成螺旋狀向下朝圓錐形灰斗流動(dòng)，通常稱為外旋流。氣體中的粉料顆粒在旋轉(zhuǎn)過程中，在離心力的作用下，將重度大于氣體的顆粒甩向器壁，顆粒一旦與器壁接觸，便失去慣性力，靠入口速度的初始動(dòng)量隨外螺旋氣流沿壁面下落，最終進(jìn)入下部排塵管。旋轉(zhuǎn)向下的外旋氣流在到達(dá)圓錐形灰斗時(shí)，因圓錐體形狀的收縮按“旋轉(zhuǎn)矩”不變?cè)恚淝邢蛩俣炔粩嗵岣撸ú豢紤]壁面摩擦損失）。在外旋流旋轉(zhuǎn)過程中周邊氣流壓力升高，在圓錐形灰斗中心部位形成低壓區(qū)，由于低壓區(qū)的吸引，當(dāng)氣流到達(dá)錐體下端某一位置時(shí)，便向分離器中心靠攏，即以同樣的旋轉(zhuǎn)方向在旋風(fēng)分離器內(nèi)部，由下反轉(zhuǎn)向上，繼續(xù)作螺旋運(yùn)動(dòng)，稱為內(nèi)旋流。最后，氣流經(jīng)上部排氣管排出分離器，少部分未被分離出來的物料顆粒隨氣流逃出。氣體中的顆粒在氣體旋轉(zhuǎn)向上進(jìn)入排氣管前碰到器壁，即可沿器壁滑落到排塵口，從而達(dá)到氣固分離的目的。

2、操作參數(shù)對(duì)分離性能的影響

2.1入口速度的影響

考慮不同入口速度對(duì)旋風(fēng)分離器壓降的影響，利用數(shù)值模擬的方法分別對(duì)入口速度為5m/s、10m/s、15m/s、20m/s和25m/s時(shí)的壓降和具有不同粒徑顆粒的分離效率分別進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，得到不同入口速度下旋風(fēng)分離器的壓降。如表1所示，為了便于分析，將表中壓降數(shù)據(jù)繪成曲線如圖2所示。

表1速度-壓強(qiáng)表

Table 1 Table of velocity and pressure 速度（m/s）壓降（pa）

250020005 132 10 345 15 723 20 1428 25 2312 壓降（pa）***05101520速度（m/s）25

圖2速度對(duì)壓強(qiáng)影響

Fig.2 Influence of velocity to pressure 從圖2中可以看出，隨著入口速度的增大，旋風(fēng)分離器的壓降也隨之增大，且增大的幅度越來越大。從能量角度看，增大旋風(fēng)分離器入口的速度會(huì)增大能量的損失，因?yàn)樾L(fēng)分離器的磨損與氣體速度的四次方成正比，所以過大的入口速度會(huì)增大旋風(fēng)分離器的壓降。因此，應(yīng)當(dāng)在保證旋風(fēng)分離器的分離性能的基礎(chǔ)上盡量采用較低的入口速度，節(jié)約能量。

表2不同速度下不同粒徑分離效率值

Table 2 Separation efficiency of the different size and different velocity

顆粒粒徑（μm）5m/s模擬效率（%）10.2 13.5 19.6

27.8 25.3 26.8 35.2 43.0 40.5 45.2 53.4 68.3 79.1 55.6 60.5 79.6 84.1 68.2 76.3 83.5 92 86.2 90.1 92.7 98.1 15m/s模擬效率（%）13.5 20m/s模擬效率（%）15.6 25m/s模擬效率（%）19.8

***15101520微粒（μm）25305m/s15m/s20m/s25m/s效率（%）

圖3速度對(duì)分離效率影響

Fig.3 Influence of velocity to separation efficiency

考慮不同入口速度對(duì)旋風(fēng)分離器中顆粒的分離效率的影響。不同入口速度下的顆粒分離效率的數(shù)值計(jì)算值如表2所示，并將其繪成曲線如圖3所示，便于直觀地分析。

從圖3中可以看出，當(dāng)入口速度增大時(shí)，旋風(fēng)分離器的分離效率也隨之增大；當(dāng)入口速度減小時(shí)，旋風(fēng)分離器的分離效率也隨之減小。同時(shí)從圖3中看出，入口速度的變化對(duì)分離效率曲線的影響比較大。經(jīng)模擬分析，當(dāng)速度為25m/s時(shí)的小顆粒的分離效率比20m/s時(shí)略小。分析其可能原因，由于湍流及微粒碰撞彈跳等因素促使沉積在器壁處的微粒重新被卷揚(yáng)起來；又由于入口氣體速度的加大，使向心徑向氣速也增加；下行軸向氣速也增加，微粒停留時(shí)間變短；圓錐形灰斗底部被捕集的微粒受到的返氣夾帶的影響更加嚴(yán)重，這些諸多不利因素的綜合結(jié)果，使分離效率出現(xiàn)下降趨勢(shì)。2.2顆粒直徑的影響

旋風(fēng)分離器的總效率是針對(duì)某一特定微粒群而言的，在不同的生產(chǎn)條件下，分離器的用途不同，處理的微粒性質(zhì)也不同，用它作為旋風(fēng)分離器的性能指標(biāo)不具有通用的可比性。因而，還應(yīng)該考慮分離器對(duì)于不同粒徑微粒的分離效率，它是針對(duì)某一特定直徑的微粒而言的，表示的是旋風(fēng)分離器對(duì)特定直徑微粒的分離效率，與總分離效率相比更能說明分離效率的分離性能。所以，這里討論的是微粒的特定直徑分離效率，以下簡(jiǎn)稱分離效率。

顆粒隨氣體進(jìn)入旋風(fēng)分離器，在氣流的帶動(dòng)下，由于受到方向向內(nèi)的阻力和方向向外的離心力作用而沿著筒體作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。離心力正比于微粒質(zhì)量，粒徑大的微粒是容易被捕集的。對(duì)于小顆粒來講，所受到的離心力較小，由于小微粒對(duì)氣流的跟隨性較好，有相當(dāng)一部分微粒跟隨氣流在分離器內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)直至最后被氣流帶出分離器而逃逸，或最終落入圓錐形灰斗底部而被捕集。

表3不同微粒粒徑下分離效率值

Table 3 Separation efficiency under different size of particle

粒徑（μm）分離效率（%）15.6 5 27.8 1.0 43.2 15 72.3 20 87.6 25 92.3 從表3的數(shù)值計(jì)算值和圖4中的顆粒粒徑對(duì)分離效率的影響圖中得出，隨著微粒粒徑的增加，分離效率呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。分析其原因：大顆粒所受的離心力增大，因此進(jìn)入分離器后隨氣流旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的圈數(shù)要小于小顆粒，大顆粒較早就在筒體壁段碰壁，較快的落入圓錐形灰斗底部而被分離；對(duì)于小顆粒，所受的離心力較小，由于徑向氣流的向心作用，較容易被氣流夾帶出頂部排氣管而逃逸。除此之外，由于小顆粒對(duì)氣流的跟隨性較好，有相當(dāng)大一部分微粒跟隨氣流在分離器內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，直至最后才被氣流帶出分離器而逃逸，或最終被捕集，也有的微粒在旋風(fēng)分離器內(nèi)作無限循環(huán)運(yùn)動(dòng)，此種情況被認(rèn)為旋風(fēng)分離器對(duì)該微粒無法分離。從數(shù)值模擬中可以看出，小粒徑的顆粒被捕集的效率不高，因此旋風(fēng)分離器常被用作含塵氣體分離系統(tǒng)的一級(jí)回收。

100908070效率（%）***1015微粒（μm）2025

圖4 顆粒粒徑對(duì)分離效率的影響

Fig.4 Influence of particle diameter to separation efficiency 理論上講，對(duì)任意旋風(fēng)分離器都有一確定的臨界粒徑，小于臨界粒徑的顆粒是完全不能被捕集的，但在實(shí)際中，顆粒在進(jìn)入分離器后，由于顆粒間的相互碰撞，顆粒的團(tuán)聚夾帶及靜電和分子引力等因素，使顆粒的運(yùn)動(dòng)具有很大的隨機(jī)性，一部分小于臨界粒徑的細(xì)顆粒也能被捕集，一部分大于臨界粒徑的大顆粒也會(huì)逃逸。2.3顆粒濃度的影響

入口氣體顆粒濃度對(duì)旋風(fēng)分離器的效率影響也較大。下面研究不同顆粒濃度下的分離效率，在相同流量下，考察氣體含塵量分別為1%、3%、5%、7%下的分離效率。

表4為不同顆粒濃度總效率與分離效率的模擬計(jì)算值，為了直觀繪制成曲線圖。如圖5所示為顆粒濃度對(duì)分離效率的影響，隨著氣體中顆粒濃度的增大，分離總效率及各分離效率都逐漸增大；小顆粒增大的幅度較大，而大顆粒增大的幅度較小。而且濃度越大，小顆粒分離效率提高越多，這是因?yàn)闈舛容^高時(shí)，氣流對(duì)小顆粒的攜帶作用更加明顯，所以效率提高較大。當(dāng)濃度達(dá)到某一定值時(shí)，各種粒徑顆粒的分離效率都會(huì)趨于穩(wěn)定。大顆粒的分離效率在較低濃度時(shí)就已經(jīng)趨于穩(wěn)定，而小顆粒的分離效率將在較高濃度時(shí)才能趨于穩(wěn)定。

表4不同顆粒濃度總效率與分離效率值

Table 4 The total efficiency and separation efficiency under different particle concentration 流量（m3/h）總效率（%）5μm顆粒分離效率 10μm顆粒分離效率 15μm顆粒分離效率 55 22.1 76.8 92.6

65.5 36.2 83.6 97.2

48.5 87.5 98.1

55.8 89.2 98.6

78.1 57.6 92.1 99.8 120100分離效率（%）***50流量（m3/h）55

總效率（%）5μm顆粒分離效率10μm顆粒分離效率15μm顆粒分離效率圖5 顆粒濃度對(duì)分離效率的影響

Fig.5 Influence of particle concentration to separation efficiency 此外，在旋風(fēng)分離器的實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)處理氣體的顆粒濃度較高時(shí)，顆粒對(duì)壁面的磨損也加劇，使得分離器的使用壽命變短，而顆粒也會(huì)被粉碎變細(xì)，更加不利于分離。因此，在很多情況下，人們并不指望只經(jīng)過一次分離便達(dá)到分離目的，而是經(jīng)過幾次分離，逐級(jí)減小顆粒群的含量和粒度，最終達(dá)到分離要求。

3結(jié)論

隨著入口速度的增大，旋風(fēng)分離器的壓降也隨之增大，且增大的幅度越來越大。隨著流量的增加，旋風(fēng)分離器的分離效率逐漸增大，尤其是小顆粒和中等顆粒效率的增加幅度更大，大顆粒的增加幅度稍小。雖然增大處理氣量可以提高分離效率，卻是以過大的能量消耗為代價(jià)的，而且當(dāng)處理氣量增大到某一程度時(shí)，會(huì)伴隨有顆粒粉碎、器壁磨損等負(fù)面效應(yīng)。相同的流量下，隨著顆粒粒徑的增大，其分離效率逐漸增大，但增加的幅度越來越小，最終趨向穩(wěn)定。隨著氣體中顆粒濃度的增大，分離總效率及各分離效率都逐漸增大，氣流對(duì)小顆粒的攜帶作用更加明顯，其分離效率提高較大，而大顆粒增大的幅度較小。當(dāng)濃度達(dá)到某一定值時(shí)，各種粒徑顆粒的分離效率都會(huì)趨于穩(wěn)定。大顆粒的分離效率在較低濃度時(shí)就已經(jīng)趨于穩(wěn)定，而小顆粒的分離效率在較高濃度時(shí)才能趨于穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)

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