循环流化床锅炉中旋风分离器的设计与探讨

收稿日期: 2007- 03- 28 作者简介: 黄新章( 1982- ) ,男,辽宁辽阳人,助理工程师. 循环流化床锅炉中旋风分离器的设计与探讨 黄新章1,王永波2 ,郑传贵3,徐有宁1 ( 1�沈阳工程学院 动力工程系,沈阳 110136; 2�辽宁科林环保工程有限责任公司,沈阳 110034; 3�湖州协鑫环保热电有限公司,浙江 湖州 313013) 摘 � 要: 针对原旋风分离器设计中存在的不足,提出了通过选取适当的临界粒径来确定旋风分离器尺寸的思路和方法; 同时,以设计实例论证了该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: 旋风分离器;分离效率; 临界分离粒径 中图分类号: TQ05� � � � � � � 文献标识码: A � � � � � � � 文章编号: 1673- 1603( 2007) 04- 0333- 02 � � 旋风分离器是结构简单、容易制造和安装的常见 的化工设备,在食品、医药、日用化工以及冶金电力等 行业中都得到了广泛的应用. 在循环流化床锅炉中, 旋 风分离器是核心部件之一[ 1] ,具有十分重要的地位. 通常评价旋风分离器好坏的标准有很多, 但主要 是用分离器的效率和压损来衡量. 其中分离效率高低 为衡量其好坏的最主要指标, 即旋风分离器处理后的 气体中含尘量越少越好. 如果分离效率不能满足设计 要求,则会影响到除尘效果,增加除尘器的负担, 还会 影响固体颗粒的返料量, 同时还会影响到锅炉的出力 等多方面. 现在国内大部分原旋风分离器都是按标准形式设 计的, 即根据烟气量计算出旋风分离器的筒体直径 D0 后,就可以通过设计手册,按要求的参数选用各种标准 形式的旋风分离器尺寸, 完成设计.通常这种设计方法 设计分离的粒径针对性差, 实际分离效果不能满足设 计要求,影响了流化床锅炉的正常运行.在此就这一问 题提出了解决办法,它可以有效地将高温烟气中的固 体颗粒分离下来. 1 � 基本思路及方法 在循环流化床锅炉旋风分离器的设计中, 设计出 的分离器应当能够将足够小的固体颗粒分离下来, 保 证分离器的分离效率,也就是要确定适当临界分离粒 径.通常人们习惯用分离效率为 100%的颗粒最小极 限粒径 d 100和分离效率为 50%的切割粒径来表示临 界粒径 d 50.前者可认为凡大于 d 100的粒径的粉尘颗 粒,旋风分离器都可以完全捕集,而后者对 d 50的颗粒 粒径刚好有 50%被捕集,工程上常采用 d50来进行设 计[ 2] .临界分离粒径的大小决定于分离器的结构尺寸, 所以应在满足一定分离效率的条件下, 计算临界分离 粒径,临界分离粒径确定后,再根据经验来确定分 离器的结构尺寸, 即可以完成设计.所以,设计的关键 是临界分离粒径的确定. 分离器的分离效率一般是设计时的一个重要指 标,分离器的设计应该满足设计要求的数值.所以在满 足一定分离效率的前提下, 已知分离器入口粒径的分 布,可以用试算的方法,计算出符合设计要求的分离效 率的临界分离粒径.效率[ 3]为 �= � X i�i �i = 1 - exp[- 0�693( dp d 50 ) 1 1+ n ] 式中 � n 为速度指数,一般取 0�5; �为分离器效率; �i 为每一级的分离效率; X i 为固体颗粒在某一粒径分布 下的比重; dp 为固体颗粒粒径; d 50 为临界分离粒径. 利用上述公式可以计算出 d 50, 然后利用公 式[ 4- 5] � � � � � � � � d 50 = 9�b N cv ( !p - !g ) 可以求出 b .其中, b 为分离器入口宽度; v 为分离器入 口速度; �为气体黏度; N c 为分离器中气流的有效旋 转圈数,一般取 3 ~ 5. 旋风分离器入口管宽度确定了, 就可以通过设计 手册,用各种标准形式的旋风分离器尺寸的比例, 确定 第 3卷第 4期 20 07年 10月 沈阳工程学院学报(自然科学版) Journal of Shenyang Inst itute of Eng ineering ( Natural Science) Vol�3 No�4 Oct . 2007 其他各部分的尺寸, 就可以完成设计. 2 � 设计实例 设计一个分离效率在 90%以上的高温旋风分离 器,处理烟气量为 q = 44�9 m3/ h, 粉尘的密度 2 700 kg/ m3, 气体密度为 0�316 kg/ m3, 气体的黏度为 4�49 10- 5Pa!s,分离器中气流的有效旋转圈数 N c= 4, 分 离器入口速度选定为 20 m/ s, 分离器入口粒径分布如 表 1所示. 表 1� 分离器入口粒径分布 入口粒径分布( mm) dp ( mm) X i 0~ 0. 067 0. 033 5 0. 03 0. 067~ 0. 09 0. 078 5 0. 03 0. 090~ 0. 125 0. 107 5 0. 05 0. 125~ 0. 1 0. 160 0 0. 16 0. 180~ 0. 25 0. 215 0 0. 34 0. 250~ 0. 355 0. 302 0 0. 33 0. 355~ 0. 5 0. 425 0 0. 05 0. 5~ 0. 7 0. 500 0 0. 01 � � 根据公式试算,假定 d50 = 0�016 mm 时,则 �= � x i��i x 1�1 = 0. 03{ 1- exp[- 0. 693(0. 0335 0. 016 ) 2 3 ] } x 2�1 = 0. 03{ 1- exp[- 0. 693(0. 007850. 016 ) 2 3 ] } x 3�3 = 0. 05{ 1- exp[- 0. 693(0. 10750. 016 ) 2 3 ] } x 4�4 = 0. 16{ 1- exp[- 0. 693(0. 15250. 016 ) 2 3 ] } x 5�5 = 0. 34{ 1- exp[- 0. 693(0. 215 0. 016 ) 2 3 ] } x 6�6 = 0. 33{1 - exp[- 0. 693( 0. 3020. 016) 2 3 ] } x 7�7 = 0. 05{1 - exp[- 0. 693( 0. 04250. 016 ) 2 3 ] } x 8�8 = 0. 01{1 - exp[- 0. 693( 0. 50. 016) 2 3 ] } �= � X i�i = 94�6%, 符合设计要求. 所以根据公式 d 50 = 9�b N cv ( !p - !g ) = 9 4. 49 10- 5 b 4 20 ( 2 700- 0. 316) = 0. 016 可以求出 b = 0�86 m. 根据设计手册标准比例选定分离器其他部分尺 寸,即可完成设计. 3 � 小 � 结 该设计方法是在已知分离器入口的粒径分布的前 提下进行的, 从分离器入口的粒径分布出发对旋风分 离器进行设计,这种方法要比目前直接按照手册标准 形式设计分离器针对性强, 实际分离效果好,对正在运 行的循环流化床锅炉中旋风分离器的改进具有一定的 指导意义.同时,对旋风分离器的设计也具有一定的参 考价值. 参考文献 [1] 路春美, 程世庆, 王永征. 循环流化床锅炉设备与运行 [ M ] .北京 :中国电力出版社, 2003. [ 2] 岑可法,倪明江,骆仲泱. 循环流化床锅炉理论设计与运行 [ M ] .北京 :中国电力出版社, 1997. [ 3] 本书编委会. 化学工程手册[ M ] .北京: 化学工业出版社. [ 4] 金国森.除尘设备设计 [ M ] . 上海: 上海科学技术出版社, 1985. [ 5] 钟 � 松.旋风分离器的设计探讨[ J] .机电工程技术, 2001, 4. Design and Discussion on Cyclone in Boiler with Circulating Fluidized Bed HUANGXin zhang1, WANGYong bo2, ZHENGChuan gui3, XU You ning1 ( 1�Department of Power Engineering, Shenyang Insti tute of Engineering, Shenyang 110136, China; 2� Liaoning Kelin Environment Protection Co. , LTD. , Shenyang 110034, China; 3�Huzhou Xiexin Environment Protection Thermal Power Co. , LTD. , Huzhou 313013, China) Abstract: For the def iciency of the cyclone separators design, this paper proposes the idea and method of determ ining the size of cyclone separator by choosing suitable crit ical part icles in the design. At the same t ime, an example verifies that the method is effect ive in separat ing and it guarantees the steady operat ion of boilers. Key words: cyclone separators; separat ing ef ficiency; crit ical separation part icles ! 334�� ! 沈阳工程学院学报(自然科学版) 第 3卷