循环流化床锅炉旋风分离器的最新发展与高效运行 刘佳斌资料

循环流化床锅炉旋风分离器的最新发展与高效运行

刘佳斌

(山东大学能源与动力工程学院济南250010)

摘要：循环流化床的分离机构是循环流化床的关键部件之一,其主要作用是将大量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、反复燃烧和反应。这样,才有可能达到理想的燃烧效率和脱硫效率。

关键词: 旋风分离器、循环流化床锅炉、循环效率、发展。

图1 75t/h循环流化床锅炉简图

1.循环流化床旋风分离器的工作原理

如图2、3为普遍采用的高温旋风分离器结构。此类分离器的体积庞大,占地面积与炉膛基本相当,它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的一种干式气固分离装置。含灰烟气在炉膛出口处分进入旋风分离器,旋风分离器的圆形筒体和气体的切向入口使气固混合物进入围绕旋风分离器的2个同心涡流,外部涡流向下,内部涡流向上。由于固体密度比烟气密度大,在离心力作用下固体离开外部涡流移向壁面, 再沿旋风分离器的循环流化床的分离机构是循环流化床的关键部件

之一,其主要作用是将大量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、反复燃烧和反应。这样,

才有可能达到理想的燃烧效率和脱硫效率。因此,循环

流化床分离机构的性能优劣,将直接影响整个循环流

化床锅炉的出力、效率及运行寿命。

随着循环流化床锅炉大型化的发展,对分离器提出

了更高的要求,它不但要能处理大容量的烟气,还要求

能在恶劣的环境中可靠、稳定运行。多年的商业运行

经验表明,高温旋风分离器目前仍是最适合(大型)循

环流化床锅炉的分离器之一。

图 3 高温旋风分离

壁面滑落,经返料器返回炉膛循环再燃,相对干净的气体通过内部涡流向上移动,由旋风分离器顶部的中心筒出口排出。烟气经过过热器、省煤器、空气预热器进入尾部烟道,随烟气排出的微细颗粒由锅炉后部的静电除尘器收集。

此类分离器在设计保留了传统的旋风分离器的设计特点，从目前的情况来看，运行情况良好，但由于分离器体积过大，且由于大量采用耐火，保温材料，机组具有热惯性大，易于磨损。等缺点

2.旋风分离器的效率影响因素及优化

2.1烟气温度对分离效率的影响

2.2进口烟速对分离器效率的影响

2.3灰粒性质对分离器分离效率的影响

旋风分离器的分离效率和整个锅炉的燃

烧，脱硫，循环倍率以及自身能耗等有孩子

接关系，分离器的分离效率和是评价旋风分

离器性能的主要指标。提升分离器效率对控

制耗能，稳定运行起着至关重要的作用。

分离效率是指某一粒径下的分离效率，取

决于分离器的本身性能，由表1可以看出，

在锅炉负荷为40%—100%满负荷内运行

时，分离器的分离效率都超过了98% 烟气温度影响着烟气的粘度，随温度升

高而升高，提高粘性阻力，使分离效率下

降。总体上烟气温度升高会减少分离效

率，但影响并不十分显著，工程中可大致

将；烟温控制在900摄氏度左右可获得较

大的分离效率。 分离器的分离效率基本上随进口

烟速的增大而增大，但当进口烟速过

高时，由于紊流增加和尘粒反弹，造

成二次扬尘增加，反而使效率降低，

如图，将分离器进口烟速控制于

16m/s 左右可达到较高的分离效率。

旋风分离器的运行对粉尘的粒径，浓

度较为敏感，分离效率随着飞灰的浓

度，粒径的增加而增大，如图可知，当

飞灰浓度达到3/kg 0.3m 时候可以达

到98%以上的分离效率。 表1.灰的平衡计算结果 图4.分离效率与烟气温度的关系 图5.分离效率与进口烟速的关系 图6.分离效率与进口飞灰浓度关系

2 .4分离器结构对分离效率的影响

综合考虑，通常，分离器进口宽度和进口形式，中心管插入长度和直径，筒体直径等对分离效率有较大影响。通常，蜗壳进口可以使气固混合物平滑进入分离器，减少气固混合物对筒体内气流的撞击和干扰，分离效率较高。同时，中心管插入深度直接影响旋风分离器性能，起初，分离效率随中心管长度增加而增加。当中心管长度大约是入口管高度的0.4-0.5倍时，压力损失最小，此时分离效率最高，之后分离效率降低。最后，筒体直径对分离效率也有较大影响，通常筒体直径越小，离心力越大，分离效率越高。

以山东山东恒通化工股份有限公司热电厂YG -75 /3. 82 -M1型75 t/h循环流化床锅炉旋风分离器改造设计方案为例，改造前锅炉的实际出力达不到设计的参数,很难满足用户的要求，主要原因是未改造前的分离器其实际分离效率与设计分离效率相差较大,循环灰量不能满足设计传热量,导致锅炉的出力达不到设计标准。由于分离器的分离效率低,尾部受热面直接受到浓度较高的含尘气流的冲蚀。又由于灰粒不能得到多次循环燃烧,必然会导致飞灰含碳量较高,锅炉效率低。

改造方案：主要是对器中心筒型式结构的改造,，以提高分离效率。

(1)中心筒直径与长度。把旋风分离器中心筒直径由原来的1 500 mm改成1 200 mm,中心管长度1 925 mm改成1 835 mm。在保证压降<2 kPa的前提下,缩小中心筒直径来提高分离效率,且De /Do=0. 375(在0. 3～0. 5范围内),在保证分离效率不降低的条件下,缩短了中心筒长度使压力损失减少。

(2)改造中心筒内部结构。原中心筒内部有4块钢板十字支撑,以防止中心筒热变形,但对上升气流产生一定阻力。改造后的中心筒是在筒外增加加强筋,防止中心筒热变形。这样,中心筒的通流面积增大,阻力减少。

改进前结构型式

图7.改进后结构型式

如图7，改造完工后,锅炉于2004年2月底投入运行,经多次检验测试运行效果较好,整个