生活垃圾焚烧系统旋风分离器及烟气系统的设计方案

生活垃圾焚烧系统旋风分离器及烟气系统的设计方案

1.1 旋风分离器的简介

旋风除尘器也称作离心力除尘器，是利用旋转的含尘气体所产生的离心力，将粉尘从气流中分离出来的一种干式气-固分离装置。

如图1.1所示，旋风除尘器一般由进气口、圆筒体、圆锥体、顶盖、排气管及排灰口等组成。当含尘气流由进气口进入除尘器后，绝大部分沿器壁以较高的速度（15～20m/s）自圆筒体呈螺旋形向下运动，同时有少量气体沿径向运动到中心区域，向下的旋转气流称为外旋流（或外涡旋）。在旋转过程中产生离心力将密度大于气体的尘粒甩向器壁，尘粒一旦与器壁接触，便失去其惯性而靠入口速度的动量和向下的重力沿壁面下滑，直至从排灰口排出。外旋气流在到锥体时，因圆锥形的收缩而向除尘器中心靠拢，根据“旋转矩”不变原理，其切向速度不断提高；当气流达到锥体下端某一位置时，即以同样的旋转方向折转沿除尘器的中心轴线由下向上继续做螺旋运动，形成内旋流（或内涡旋），最后净化气经排气管排出除尘器外[8]。

图1.1 旋风除尘器的一般结构组成示意图

1.2 旋风分离器结构的设计

循环流化床的旋风分离器由于850～950℃的高温，不能采用金属结构；由于铺设耐火材料，筒体直径不能太小；由于磨损和支撑问题，排气管的长度较短；由于要布置返料装置，圆形筒体的长度也较短。正因为这样的一些特点，需采用高温旋风分离器，其设计参数如图1.2所示，且其设计比例与工业旋风分离器的尺寸比例有所不同，高温旋风分离器的设计计算如下[12,15]。

图1.2 旋风分离器结构尺寸

1.2.1 入口风速确定

入口风速一般取 18～35 m/s 。本设计中取入口风速为 25 m/s 。

1.2.2 旋风筒直径的计算

1

2

0i q D Nabv ⎛⎫

= ⎪

⎝

⎭

(5-1)

a a D =

(5-2)

b b D =

(5-3)

式中：

0D ——旋风筒直径，m ；

q ——气体流量，3/m s ； N ——分离器的个数； a ——进口高度，m ； b ——进口宽度，m ； i v ——进口速度，/m s 。

在本设计中，烟气温度为 850 ℃，烟气流量取 100 3/m s ，

气固混合物浓度为 10 3/kg m ，循环物料的含碳量为

1.5%，

碳密度为 1300

3/kg m ，灰粒密度为 2400 3/kg m ，且a =0.5，

b =0.25，故：

112

2

0100 5.6610.50.2525i q D Nabv ⎛⎫⎛⎫

=== ⎪ ⎪⨯⨯⨯⎝⎭

⎝⎭

m

根据工业旋风分离器的设计经验，如表1.1所示，取高温旋风分离器的尺寸比例如下，并计算如下。

0.5 5.66 2.83a =⨯=

m 0.25 5.66 1.415b =⨯=

m 20.146 5.660.83D =⨯=

m

0.47 5.66 2.66e D =⨯=

m

0.6 5.66 3.40c h =⨯=

m

3.9 5.6622.07H =⨯= m 1.75 5.669.91h =⨯=

m

表1.1 商用高温旋风分离器的比例尺寸

序号 0

a D

b D

e D D

c h D

h D

H D

20

D D 半

椎角

0D /m

1

0.75 0.725 0.47 0.6 1.75 3.9 0.146

11.6°

1.46 2

0.83 0.33 0.

45 0.6

26 1.

08 1.

8 0.52 18.7°

7.7

3

0.81

2.79 4.3

4

1.84

1.

01 2.

37

1.9

1.2.3 导流片结构

旋风除尘器内导流片的常用结构有螺旋型和花瓣型如图1.3所示：

螺旋型导流片阻力较低，不易被堵塞，除尘效率则较花瓣型导流片低。

花瓣型导流片虽有较高的除尘效率，但容易堵塞。 导流片和旋风子的倾角采用25°或30°。倾角25°有利于提高除尘效率，但是，压力损失要比倾角为30°的大。

本设计选择倾角为25°的螺旋型导流片。

图1.3 旋风除尘器的导流片结构

1.2.4 离心力沉降速度计算

()0.413200.0673012

3042.99131p g s i g b g D v D v b D μρρρ⎡

⎤⎛⎫⎢⎥ ⎪⎡⎤⎢⎥-⎝⎭=⨯⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥

⎣⎦⎛⎫-⎢⎥ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦

(5-4)

式中：

s v ——离心力的沉降速度，/m s ；

μ——气体动力黏度，Pa s ⋅； g ——重力加速度，2/m s ； p ρ——固体颗粒的密度，3/kg m ； g ρ——气体密度，3/kg m

b ——旋风分离器的进口宽度，m ； 0D ——旋风筒直径，m ； i v ——进口速度，/m s 。

离心力的沉降速度用于校核进口速度。其中： 54.46510μ-=⨯Pa s ⋅，9.8g =

2/m s ，2400p ρ= 3/kg m ，0.305g ρ=

3/kg m 。

()0.413

2

00.0673012

3042.99131p g s i g b g D v D v b D μρρρ⎡⎤⎛⎫⎢⎥ ⎪⎡⎤

⎢⎥-⎝⎭=⨯⎢⎥⎢⎥

⎢⎥⎢⎥⎣⎦

⎛⎫-⎢⎥ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣

⎦

()1

5

3

2

49.8 4.4651024000.3052.99130.305-⎡⎤

⨯⨯⨯⨯-=⨯⎢⎥⨯⎣⎦

()

0.420.067

3

13

0.25 5.66

25

(10.25)

⨯

⨯⨯-

42.40= m/s

入口速度i v 小于沉降速度s v ，入口速度选取合理。 1.2.5 气流旋转圈数

气流旋转圈数按图1.4选取， 4.8c N =。