循环流化床锅炉高温旋风分离器设计

摘要
在循环流化床锅炉里，通常将旋风分离器布置在锅炉炉膛出口，以便将高温烟气流中的热固体物料分离下来进入回料阀进入炉膛继续循环，以便保证炉膛内一定的灰浓度同时也提高了燃烧效率。

现在我国大部分旋风分离器都是根据烟气量计算出旋风分离器筒体直径后，通过设计手册确定各部分尺寸，但这种设计方法针对性差，实际分离效果不能满足要求。

针对这问题，本设计以130t/hCFBB旋风分离器的设计为例，通过对压降损失和分离效率的计算，筛选出最佳的分离粒径，以该粒径为参考，确定旋风分离器各部分的尺寸关系并最终计算出各部分的尺寸，完成旋风分离器的设计。

通过本设计的设计思路和方法，可有效地提高分离效率，为循环流化床锅炉的稳定运行提供了保障。

关键词：高温旋风分离器；分离效率；压降损失；尺寸计算
Abstract
Cyclone plays an important role in circulating fluidized bed.In the circulating fluidized bed boiler,Usually arranged in the boiler furnace cyclone export to the high temperature gas stream down into the thermal separation of solid materials into the furnace return valve to cycle in order to guarantee a certain degree of gray levels within the furnace also increases combustion efficiency.
Now most of our cyclone are calculated according to smoke after the cyclone cylinder diameter,through the various parts of the design manual to determine size,but targeted poor design, the actual separation can not meet the requirements.To address this problem, The design makes 130t/hCFBB cyclone design for example,On the calculation of the pressure drop and separation efficiency, then select the best particle size, To the diameter of reference to determine the relationship between the size of various parts of cyclone and finally calculate the size of each part to complete the design of cyclone.Through the design of design ideas and methods can effectively improve the separation efficiency, sTab operation of circulating fluidized bed boiler to provide a guarantee.
Key Words：high temperature cyclone separator；separation efficiency；pressure drop；
size calculation
目录
前言 (1)
1 绪论 (2)
1.1 循环流化床锅炉的发展趋势及其所带来的技术难题 (2)
1.1.1 国内外循环流化床锅炉发展 (2)
1.1.2 循环流化床锅炉大型化的技术难题 (4)
1.2 循环流化床分离装置的发展 (4)
1.2.1 循环流化床分离装置的分类 (4)
1.2.2 分离器的发展及应用 (5)
2 旋风分离器的发展及应用 (11)
2.1 旋风分离器的结构及工作原理 (12)
2.2 旋风分离器气粒两相运动研究的进展 (12)
2.3 旋风分离器的分离机理 (14)
3 旋风分离器内气流运动概况分析 (16)
3.1 颗粒的沉降速度和离心分离速度 (16)
3.2 旋风分离器内气流流动概况 (19)
3.3 极限粒径 (22)
4 压降和效率的计算方法 (27)
4.1 压降 (27)
4.1.1 压降的影响因素 (27)
4.1.2 压降的计算 (27)
4.2 效率 (29)
4.2.1 表示方法 (29)
4.2.2 效率的计算方法 (30)
5 结构尺寸的确定 (33)
5.1各部尺寸关系 (33)
5.1.1 进口管 (33)
5.1.2 排气管 (35)
5.1.3 筒体直径 (36)
5.1.4 圆柱体长度 (36)
5.1.5 圆锥体 (37)
5.1.6 集灰斗 (37)
5.1.7 旁室 (37)
5.2 尺寸计算 (38)
5.3 小结 (39)
6 影响分离性能的因素 (40)
7 结论 (41)
致谢 (42)
参考文献 (43)
附录A (44)
附录Ｂ (53)
前言
随着经济发展，石油、煤炭等一次能源消耗量不断增加，储量急剧减少，全世界都面临着能源危机。

而且工业化进程也带来了严重的环境污染，由此而产生的自然灾害越来越强烈，给人们生产生活造成极大不便。

因此，节约能源和加强环保这两方面的要求使得CFBB(Circulating Fluidized Bed Boiler，循环流化床锅炉)这种以其低污染排放、和煤粉炉相近的燃烧效率以及燃料适应性广、负荷调节性能好等优点著称的洁净煤燃烧技术得到越来越广泛的应用。

而旋风分离器作为一种循环流化床的分离机构是循环流化床的关键部位之一，其主要作用是将大量的高温固体物料从气流中分离出来，送回燃烧室以维持燃烧室的快速流态化状态，保证燃料和脱硫剂多次循环往复，只有这样才有可能达到理想的燃烧效率和脱硫效率。

因此，旋风分离器的性能直接影响整个循环流化床锅炉的总体设计、系统布置及锅炉的运行性能。

对于提高旋风分离器分离效率的研究也就成为循环流化床各项研究的重中之重。

1 绪论
1.1 循环流化床锅炉的发展趋势及其所带来的技术难题
1.1.1 国内外循环流化床锅炉发展
自从20世纪70年代末循环流化床锅炉技术投入商业应用以来，为了满足日趋严格的环保法规和提高能源利用效率，循环流化床锅炉正逐步向大型化方向发展。

国外容量在300MW等级以下的CFBB技术已经较为成熟。

法国、美国及德国等已经提出更大容量的CFBB方案。

目前世界上已在运行的最大容量循环流化床锅炉为美国佛罗里达300MW燃用石油焦的循环流化床锅炉,另有近10台200～300MW循环流化床锅炉正在安装或制造[1]。

一般认为，目前的技术水平制造600MW循环流化床锅炉是有把握的，而800MW的循环流化床锅炉也开始进入人们的视野。

当前全世界(除中国外)100MW以上循环流化床锅炉运行台数约60台。

其中已经投产运行的有40余台。

这些循环流化床锅炉主要在欧美，只有20%左右在亚洲。

单台连续运行最高记录为13个月，可用率达到98%。

大型循环流化床锅炉制造商中成绩比较突出、影响较大的有鲁奇公司、美国ABB-CE公司、福斯特惠勒(Foster Wheeler)公司、法国通用电气阿尔斯通斯坦因工业公司(GASI)、芬兰奥斯龙(Alstom)公司、德国巴布科克(Babcock)公司、意大利堪培拉(Tempella)公司、日本石川岛播磨重工(IHI)、三井造船(MHI)等(近年来的商业兼并，使其中一些公司已不存在)。

其中在大型循环流化床锅炉的发展中起重要作用的ALSTOM公司(包括吸收了德国Lurgi公司CFBB技术的ALSTOM-stein公司和兼并了美国CE公司的ALSTOM-CE公司)在普罗旺斯250MW CFB锅炉机组[2]的成功投运后受法国电力部(EDF)所托继续开发研究600MW等级CFB锅炉，该锅炉的一个显著的特点就是采用了超临界参数。

现在ALSTOM公司已经完成了超临界参数600MW CFB锅炉的概念设计。

锅炉采用单炉膛、双布风板结构，设置6个分离器和6个外置式换热器[3]。

表1-1列出了ALSTOM公司近年生产的大型循环流化床锅炉，从侧面反映了循环流化床锅炉技术在迅速朝着大型化的方向发展。

Foster Wheeler公司(包括原Ahlstrom公司的能源子公司Pyropower公司)是美国三大电站锅炉制造商之一。

它在循环流化床锅炉的大型化方面开展了积极的工作。

它对循环流化床锅炉技术大型化的发展起到了不可忽略的作用。

如最早采用水(汽)冷式旋风分离器，提出一体式返料换热器(The Integrated Recycle Heat Exchanger,INTREX TM）等技术。

在Turow 262 MW CFB锅炉的基础上，该公司利用引进西门子公司Benso的立式技术，完成了超临
界参数600 MW CFB锅炉的概念设计。

锅炉采用紧凑式布置；8个方型汽冷分离器和8个
INTREX TM换热器；尾部烟道采用双烟道结构来调节再热器汽温。

2003年3月，Foster
Wheeler公司获得世界上首台460MW超临界循环流化床锅炉(Lagisza,Poland)的制造合同，
这将是迄今为止世界上最大的循环流化床锅炉机组。

表1-1 ALSTOM公司生产的大型循环流化床锅炉
Tab 1-1 Large-scale CFBB by ALSTOM
序
名称容量/MW 主汽参数燃料投运号
1 Emile Huchet,France 125 367t/h，13.4Mpa，545℃烟煤1990
2 Texas-New Mexico Power CO.,USA 2×165 500t/h，13.7MPa，540℃褐煤1990
3 Provence Gardanne Power Plant，France 250 700t/h，16.3MPa,565℃烟煤1995
4 Tonehae，Korea 2×220 693t/h，17.2MPa，543℃无烟煤1998
5 Warrior Run，USA 208 660t/h，13MPa，541℃烟煤1999
6 Mai-Liao，Taiwan，China 2×150 500t/h，14.9MPa，541℃石油焦1999
7 Tamuin，Mexico 2×130 395t/h，15.4MPa，541℃石油焦2001
8 Can,TurkeY 2×160 462t/h，19.9MPa，543℃褐煤2002
9 Akrimota，India 2×125 405t/h，15.8MPa，540℃褐煤2002
10 Guayama，San Juan Puerto Rico 2×250 367 t/h，18MPa，540℃烟煤2002
11 Red Hills，USA 2×250 753t/h，20.3Mpa，568℃褐煤2002
在我国，CFBB基础研究、工程应用等与国外相比还有一定差距。

由于近年来国内循
环流化床锅炉市场急剧扩大，国内主要锅炉厂从市场需求出发，采用引进国外技术与自主
开发相结合的技术路线，与著名高校研究所广泛合作，结合实际开展研发工作，CFB技术
总体水平已达到国外20世纪90年代末期的水平。

例如清华大学与哈尔滨锅炉有限责任公
司等锅炉厂合作设计的220t/h的CFB锅炉已经投运；中科院与济南锅炉厂、杭州锅炉厂等
合作开发设计了220t/h～350t/h的CFB锅炉；国电热工研究院是我国引进第一台100MW
CFB锅炉示范工程的主要技术支持者之一，它还与哈锅合作设计了100MW CFB锅炉并且
开发出了专利技术——分流式无灰换热器。

其自行研究设计的200MW CFB锅炉已在江西
分宜电厂投入安装。

上世纪末，国内三大锅炉制造厂——东方锅炉厂、上海锅炉厂和哈尔
滨锅炉有限责任公司分别进行了技术引进工作。

哈尔滨锅炉有限责任公司引进了ALSTOM
公司220～410t/h等级(含中间再热，最大容量150MW)；东方锅炉厂引进了美国Foster
Wheeler公司50～100MW；上海锅炉厂引进了美国ALSTOM-CE公司50～135MW CFB锅
炉技术。

近年来，国内锅炉厂开始在大容量循环流化床锅炉上与国外公司合作：2003年2
月国家计委组织的300 MW CFB技术引进技术获得批准，东方锅炉厂等(三大锅炉厂，五大电力设计院)与法国ALSTOM-Stein公司正式签定关于“200～300MW等级循环流化床技术转让协议”，法国ALSTOM-Stein公司同时获得了白马工程的订户合同，东方锅炉厂也与法国ALSTOM-Stein公司签定了白马项目联合设计联合制造合同，承担白马项目大部分承压部件的制造。

2004年1月东方锅炉厂与秦皇岛热电厂签定2台300MW等级循环流化床锅炉协议。

近期，东锅在秦皇岛电厂、哈锅在云南开远电厂、上锅在云南小龙潭电厂均中标300MW CFB锅炉。

这些单位通过技术引进，为国内锅炉制造业掌握国外先进成熟的设计制造技术、开发我大型CFB锅炉创造了有利条件。

1.1.2 循环流化床锅炉大型化的技术难题
在循环流化床锅炉的大型化方面，国内外同样面临很多技术问题。

如：
（1）机组容量增大后带来的锅炉放大问题，其中就包括炉膛高度，二次风穿透能力，受热面的布置等问题。

（2）进一步降低污染物，如SO2，NO X的排放问题。

（3）配套辅机设备的问题。

如煤系统和石灰石系统中给料点的合理布置问题；灰渣冷却系统中流化床体积庞大给锅炉布置带来困难等问题。

（4）关键部件如外置式换热器和旋风分离器等的设计、布置、运行问题。

循环流化床中的旋风分离器位于炉膛和尾部烟道之间，要求结构紧凑，在布置上自由度较少。

这种特殊性对旋风分离器提出了新的要求。

大型循环流化床锅炉要求大体积、大容量的旋风分离器。

然而，超大体积的旋风分离器不仅结构笨重、流动阻力大，而且分离效率降低(分离效率与分离速度成正比，而分离速度与平均旋转半径成反比)，因此最大筒体直径一般只能控制在7～9m。

另外，大型化还会给制造、安装、维修带来一系列麻烦。

燃用低挥发分燃料时，部分炉膛内未燃尽可燃物可能在旋风分离器内燃烧，称之为“后燃”现象。

“后燃”使旋风分离器内温度升高，威胁旋风分离器内耐火防磨材料的安全。

由大量耐火防磨材料和保温材料构成的旋风分离器热惯性大，使锅炉启停时间长，负荷变化速度慢。

如何进一步改进大型循环流化床锅炉的旋风分离器，是一个需要深入研究的问题。

1.2 循环流化床分离装置的发展
1.2.1 循环流化床分离装置的分类
循环流化床分离装置的种类很多，新的形式不断出现，但大致可分为两大类：
1)高温旋风分离器
高温旋风分离器的工作原理是利用旋转的含尘气体所产生的离心力，将颗粒从气流中分离出来。

它效率较高，对高倍率循环流化床锅炉物料循环系统的稳定运行有较好的适应性。

其典型的结构有：
（1）耐火材料制成的高温旋风分离器
这种类型的旋风分离器在设计上基本套用了常规旋风除尘器的设计方法。

分离器内有很厚的防磨层和绝热层，此类型的分离器装置占已运行的和正在建造的循环流化床分离装置的绝大部分。

Lurgi公司、Alstrom公司、Battelle公司、Riley公司早期设计制造的循环流化床均采用此类型式。

（2）水冷、汽冷高温旋风分离器
此类分离器不需要很厚的隔热层，只需在水冷壁的防磨层之间衬以少量隔热材料以防止飞灰积累，这样可以节省材料、降低热损失并缩短启动时间。

2）惯性分离器
惯性分离器主要是使气流急速转向或冲击在挡板上后再急速转向，其中的颗粒由于惯性效应，运动轨迹与气流轨迹不一样，从而使两者获得分离。

惯性分离器大体可分为两类：（1）无分流式惯性分离器
在各种无分流式惯性分离器中，入口气流作为一个整体，依靠较为急剧的转折，使颗粒在惯性效应下分离出来。

（2）分流式惯性分离器
在此类分离器内，运用挡板结构，任意一股气流都有同样的较小回转半径及较大回转角，最典型的结构是百叶挡板。

1.2.2 分离器的发展及应用
1）旋风分离器的发展和应用
（1）广泛的旋风分离器的发展
旋风分离器在国外用于工业生产已有百余年的历史，被广泛用于能源、化工、冶金、矿山、机械等工业部门。

然而，因为早期对于旋风分离器内部流动情况了解甚少，所以早期的旋风分离器效率不高而且能量损失较大。

针对这种现象，后期通过对旋风分离器内气固流动的剖析，针对影响旋风分离器效率的顶部上涡流和下部的二次带尘，影响动力消耗的进口膨胀和出口旋转摩擦等因素，人们作了不少改进[4]。

为了消除因上涡流而引起的粉尘从出口管短路逃逸的现象，60多年前Van Tongeren提
出的办法是加旁室及时引出增浓粉尘。

我国的C型、B型、英国的Bull型等就属于此类。

由于设置了灰尘隔离室，旁路式分离器较普通分离器的效率高5%左右。

另外，Cardiff大学的Biffin等研制的新型带集涡室的旋风分离器，德国西门子公司的顶端带导向叶片的旋流分离器、日本专利多头切向进口的多管分离器，以及国内的倾斜螺旋型进口的CLT/A、CLG型等也都是为了削弱上涡流的带尘。

在改善锥体、锥底的气固流况方面所作的改进，最突出的是扩散式分离器(CLK型)。

由于它的倒锥体及锥体下部的反射屏，减少了粉尘返混和灰斗上部的卷吸夹带，其缺点是压降较高。

再有反射型龙卷风分离器，同样也是利用了反射板的作用，减少了底部粉尘的扬析。

另外，1968年国外研制的一种具有反向碗及水滴体的直筒型旋风子，由于反向碗的屏挡作用，加上水滴体利用了内旋流的二次分离作用，从而加强了抗返混能力。

在国内，时铭显等对导叶式直筒旋风子进行了一系列的研究，为了改善底部气固流况，提出了分离性能较好的排尘底板结构。

有关为降低能量损失所作的研究，主要是减小进、出口部分的压力损失，这方面做的工作很多，仅列出有代表性的在表1-2中。

表1-2 降低能量损失的研究
Tab 1-2 Research of reducing the pressure loss
位置方法原理效果
入口加装偏流器使第二圈气流与进口气流平行，紊乱度小△P下降50% 设置挡板进口气流与分离器内的气流紊乱度小△P下降50%
出口
安装叶片使旋转气流变为直线运动随安装高度而异涡卷式出口管使旋转气流变为直线运动△P下降10% 出口管外设圆锥流通截面渐大，气速减慢，动压转静压△P下降10%
（2）循环流化床旋风分离器的发展
由于旋风分离器具有效率高、运行性能稳定等特点，特别适合于循环流化床。

从第一台商业化循环流化床反应器—南非Sasol公司(Shingles and McDonald 1988)于1955年投运的合成燃料Fischer-Tropsch处理器—到现在循环流化床锅炉的技术发展已经有50年了。

然而由于旋风分离器用于循环流化床锅炉的时间不长，对循环流化床锅炉旋风分离器的特殊性(工作在高温下，分离器内粒子粒径的分布情况复杂)认识不够，在早期的循环流化床锅炉运行中出现了以下几个问题[5]：
a、保温材料的耐高温和耐磨能力不够，旋风分离器内衬磨损严重。

b、由于对床内空气动力特性和燃烧特性了解不够，旋风分离器经常出现后燃现象，
导致分离器严重超温，甚至烧坏。

c、由耐火防磨材料及绝热材料建成的旋风分离器使锅炉热惯性增加，启停时间增加[6]。

为了解决以上问题，后期的旋风分离器发展主要有以下几种：
a、水(汽)冷式高温旋风分离器
针对常规高温旋风分离器内残碳后燃产生高温结焦以及热惯性大等缺点，Foster Wheeler公司提出水(汽)冷旋风分离器的概念。

整个分离器设置在水(汽)冷腔室内，分离器的壁面由单排水冷壁管组成。

但FW公司的水冷旋风分离器存在结构复杂、制造困难、成本高的缺点，为此清华大学提出了一种带收集袋的水冷旋风分离器。

由于在分离器中设置了旋涡收集袋，对宽筛分物料实行分级分离，能有效减轻分离器内壁的磨损与物料在分离过程中自身的磨碎，分离效率高，阻力较小，高度大大降低，适用于大型循环流化床锅炉的水冷高温分离器。

这种高温旋风分离器的优点在于：
(1)更好的适应负荷的快速转变；
(2)保证瞬间的高温不会对耐火墙或者钢结构产生损坏；
(3)减少旋风分离器的热损失；
(4)减少燃烧室的尺寸。

b、炉内锥形多进口通道分离器(CYMIC)
芬兰的Tempella Power公司从1990年开始进行炉内锥形多进口通道分离器(CYMIC)的新型CFBB开发工作。

如图1-2所示，CYMIC循环流化床锅炉的独特设计为圆筒形炉膛，内置多进口通道旋风分离器和喷动风作为二次风。

水冷旋风分离器从炉顶悬吊布置于炉膛内，炉膛及旋风分离器由膜式水冷壁制成，燃烧发生在炉膛和水冷壁之间的空间内。

气固混合物从不同的进口通道径向进入旋风分离器，进口导向板使之产生涡旋流动从而达到气固分离的效果。

分离器的导向叶片形状像液滴，在每个叶片中都有一根管子。

图1-1 汽冷式旋风分离器图1-2 带CYMIC的CFBB
Fig 1-1 Gas Cooled Cyclone Fig 1-2 The CFBB With a CYMIC
c、卧式高温分离器
整个分离器可采用锅炉水冷壁延伸弯曲而成，和常规旋风分离器比起来结构紧凑。

如图1-3所示。

d、下排气式的旋风分离器
图1-4所示的下排气旋风分离器本身即相当于一个转弯烟道，这样的布置与延期流程完全吻合，具有流动阻力较低、易于布置和支撑的特点[7]而且由于循环流化床的燃烧室较高，将分离器设置在尾部烟道上是比较适宜的。

这样，在烟气进入分离器之前，先经过部分辐射受热面、对流受热面，进入分离器时的烟温已经降至400～600℃左右，使分离器在设计制造方面都比较容易。

图1-3卧式高温分离器图1-4下排气旋风分离器结构简图Fig 1-3 Horizontal high temperature separator Fig 1-4 Sketch of down-exhaust cyclone separator
e、双入口直切式旋风分离器
在常规单入口旋风分离器中，存在一种涡核非稳态现象—旋进涡核。

在国外，经分析认为旋进涡核现象与流场中的回流有关，它是由于涡核偏离设备的几何轴线而产生的。

于是双入口型旋风分离器便产生了，见图1-5。

经研究表明，双入口型分离器内旋进涡核的频率和幅值都比单入口分离器小，实验证明双入口型分离器的分离效率比相当的单入口型分离器高，压降则较小[8]。

2）惯性分离器的发展和应用
和旋风分离器相比，惯性分离器具有结构简单、启动快、维修方便、易与整个锅炉设计相适应等特点，广泛应用于循环流化床锅炉中主要型式有以下几种：
（1）烟气转弯的惯性分离器
在锅炉炉膛的出口水平烟道上，通常利用布置的对流受热面组成烟气转弯的惯性分离器(U形分离器)来分离飞灰。

细灰随气流流经分离器被分离下来的原因主要有二：一是颗粒重力大于气流携带颗粒能力所引起的重力沉降；二是由下行转为上行时的离心作用和速度改变引起颗粒动能消失而分离沉降。

该类分离器的分离效率主要来自重力沉降。

（2）百叶窗式分离器
如图1-6所示，其主要部分是一系列平行排列的对来流呈一定倾角的叶栅，分离原理如下：从入口进入的含尘气流依次流过叶栅，当气流绕流过叶片时，尘粒因惯性作用撞在叶栅表面反弹与气流脱离，从而实现气固分离，被净化的气体从另一侧离开分离器。

图1-5双入口旋风分离器图1-6百叶窗式惯性分离器
Fig 1-5 Two-inlet cyclone separator Fig 1-6 Window blind inertial cyclone separator
（3）撞击式分离器
通常用于分离粗颗粒粒径(>10～20 μm)和阻力较低的场合(0.25～0.4KPa),它依靠撞击横向布置在气体通道上的分离体来分离固体。

撞击式分离器的主要特性包括：结构简单、建造费用低；在高温下运行稳定；压降低；放大容易。

这使得撞击式分离器特别适用于大型循环流化床。

最常见的撞击式分离器布置在过热器水平烟道区段，也称平面流惯性分离器。

最早用于循环流化床锅炉的撞击式分离器是由瑞典Studsvik公司提出的迷宫撞击式分离器，它由四到七排垂直错列槽钢组成。

B&W公司生产的第一代循环床锅炉采用了U形梁惯性分离器,第三代CFBB则完全采用了炉内分离技术，全部U形梁布置在炉膛出口附近，从而避免采用高温返料机构，使系统大为简化。

浙江大学提出了一种兼有强化传热的鳍片管束惯性分离器，其分离元件是由鳍片焊在锅炉中垂直布置的过热管束或对流管束上构成的。

因为有管束的支撑，不会出现分离元件使用时间较长时鳍片变形弯曲等现象。

总的看来，惯性分离器由于分离效率较低，一般不单独使用，而是和别的离器组合起来布置。

3）多级分离
鉴于旋风分离器和惯性分离器各自的优缺点，采用多级分离器组合来达到较高的分离效率的多级分离方案应运而生。

B&W公司最先采用了该方案，在其第一代循环流化床锅炉中采用两级分离，第一级分离器采用U形梁惯性分离器布置在水平烟道上，第二级为多管式分离器布置在对流烟道中的省煤器后；在其第二代循环流化床锅炉中，将第一级分离器前两排分离元件移至炉膛出口；而在其第三代循环流化床锅炉中，一级分离器全部布置在炉膛出口，采用内分离，取消高温返料器，使结构更简单、紧凑。

何佩敖提出了炉内伞形惯性分离器、水平烟道锚形惯性分离器和转向式百叶窗式分离器三级分离设想[9]。

浙江大学提出了在对流烟道上采用高温鳍片管束惯性分离器，在烟道转弯处布置中温下排气旋风分离器的两级分离方案。

中科院工程热物理研究所提出百叶窗式分级分离方案，即将气固分离分两级进行：第一级为高温分离，用百叶窗对粗颗粒进行分离；第二级为低温分离，用百叶窗加旋风分离器抽气对细颗粒进行分离。

旋风分离器用来分离第二级百叶窗尾部浓缩了的含尘气流，从而提高了百叶窗的分离效率，目前已有35t/h、75t/h该类锅炉在运行。

2 旋风分离器的发展及应用
旋风分离器自1886年摩尔斯(Morse)申请专利投入使用到今天，在工业上的应用已有百余年的历史。

在它出现后的半个世纪，人们并未对其性能和机理进行过分析研究，一直处于经验的使用阶段，因此其分离的最小粒径也一直停留在40～60μm的水平上。

这一阶段最杰出的研究成果是1910年现代流体力学创始人普朗特(Prandtl)给排气管出口加上导流叶片，减少了流体流动的阻力损失。

上世纪二十年代末至六十年代初，是广泛对旋风类除尘器进行科学试验和理论概括的阶段。

在此阶段，不少科研单位或个人对旋风分离器进行大量的科学试验和理论分析。

1928年波罗克(Prockact)第一次对旋风分离器进行了测定。

从此，人们开始对旋风分离器进行系统的试验和理论分析。

1949年荷兰人特林登(TeLinden)对流场进行了测定。

还有些学者研究了旋风分离器的除尘效率与压力损失、结构形式、结构尺寸之间的关系，认识到了一些影响压力损失和分离效率的因素，如气流进口速度、温度、粉尘颗粒的密度、分散度、气流的粘度、分离器结构形式及尺寸的比例。

对旋风分离器的大量试验研究推动了对其理性认识的飞跃。

从六十年代初，旋风分离器进入了一个新的发展阶段。

人们在对旋风分离器内部流场及浓度场进行大量测试的基础上，对旋风分离器内部流场的形式及除尘过程有了更加全面的认识，这就为旋风分离器捕集微细颗粒打下了理论基础。

在实际应用中，旋风分离器在理论发展的基础上，其捕集能力有了很大的提高，1963年德国西门子公司的科研机构发现如果把旋风分离器捕集分离的空间移到旋流(强制涡)和源流(类源流)叠加的流场内，则除尘器的捕集分离能力将会大为增加，因而研制成功一种称为DSE的旋风分离器。

这种旋风分离器可捕集分离到0.4μm的颗粒。

1975年，东德的一些科研部门采用电算的方法，把无量纲的量编成计算机程序，以力求达到最佳的捕尘效果。

此后，各种能捕集微细粉尘的旋风分离器相继问世。

例如，美国的Colleetron，日本的Jelclone以及Rolclone等等，这些都说明，人们已把旋风分离器的捕集分离能力推向超微细粒子。

旋风分离器的应用迄今为止已有一个多世纪，是工业应用最广泛的烟尘净化设备之一。

它利用旋转气流产生的离心作用将粒子从气流中分离出来，具有结构简单、无转动部分，可分离微小粒径(小至几微米)、实用价值强的特点。

旋风分离器用途广泛，以其为代表的各类除尘设备己经成为防治我国大气污染的主力军，在消除大气污染、保障人类健康及生态环境方面发挥着重要作用。

旋风分离器还是循环流化床重要分离机构，其主要作用是将大量高温固体物料从气体中分离出来，送回燃烧室，以维持燃烧室的循环倍率和良好。