一种新型的动态组合式分离器的探索研究.doc

一种新型的动态组合式分离器的探索研究蔡勇 曹卫 盐城工学院机械工程学院 江苏盐城224051摘要 ：本文通过对轴向型粗粉分离器的结构及存在问题的分析，尝试设计一种符合制粉系统使用的动态组合式分离器。目的在于使分离器内的流场分布更加合理,有利于提高分级设备的分级精度。关键词：动态组合式分离器；结构1引言煤粉分离器是燃煤电站锅炉制粉系统的关键设备之一，其性能直接影响着制粉系统的总能耗及整个机组的经济和安全运行。目前，我国电站锅炉制粉系统的分级设备以轴向型粗粉分离器为主，其分级原理主要是依靠重力和微弱的离心力产生分级，分级效果不理想。存在的问题主要有综合分离效率低、成品粉细度达不到要求、细度均匀性差、回粉量大、煤粉细度不能随着不同煤种进行有效调节等。为了解决轴向型粗粉分离器存在的问题，作者尝试改变分离器的分级原理，优化设计一种符合制粉系统使用的动态组合式分离器。通过调节涡轮转子的转速、改变离心力场的强度，使颗粒的受力情况发生变化，从而达到调节产品细度的目的，满足生产和工艺要求。2轴向型粗粉分离器轴向型粗粉分离器1-3（如图1）是在径向挡板粗粉分离器的基础上，将径向挡板单纯地改为轴向挡板并加高顶部高度，其它部位基本没有变化，这种粗粉分离器经实际运行观察其运行性能较径向型优越，现在的电厂制粉系统所使用的粗粉分离器基本属于这一类。图1 轴向型粗粉分离器Figure 1 Axial-dust separator1、排气管2、导向叶片3、内筒4、外筒5、撞击锥 6、粗粉出料管7、进气管轴向型粗粉分离器的分离机理分为三级。第一级分离是气粉两相流以大约1618m/s的速度进入分离器，由于截面积突然增加，气流速度降低（约4m/s），此时大颗粒发生重力沉降，加之撞击锥的折向作用大颗粒在下锥体内壁附近被分离出来。二级分离是轴向挡板的撞击和折向作用带来的拦截和惯性分离。三级分离是由于轴向挡板的导流作用，气流在上部空间形成一个旋转流场，大颗粒被甩到四周，小颗粒从中部出口管离开分离器。由于上部空间较大，三级分离中仍然有重力分离。尽管轴向型粗粉分离器的应用比较广泛，但是其结构与原理制约了其性能的进一步提高，主要表现为以下几方面：（1）离心力场强度低。粗粉分离器通过调节挡风板的角度以形成离心分级的旋转流场，旋转流场产生的颗粒所受离心力不大，其离心因子（同一颗粒在旋转流场中该所受离心力与其重力的比值）不高，一般在几十几之间，说明其离心力场强度较低，不利于物料的高效率分级，是影响其效率与分级精度的主要原因。（2）成品粉细度均匀性差。由于其旋转流场产生的离心力场强度低，分级精度差，导致部分较粗颗粒也在气流携带作用下逸出成为成品，在成品检测上反映为有较高的R200值，煤粉均匀性差，影响锅炉燃烧工况的稳定及其热效率。（3）细度控制困难、不灵敏。该类粗粉分离器的细度主要是通过调节风量（实际生产中一般不改变）及导向叶片的角度来控制。在处理风量一定时，导向叶片角度的改变，离心力场强度随之变化的幅度不大，既分级区内粉料的受力情况变化不大，对成品细度调节的幅度受到一定的限制。（4）无二次分选作用，回磨粗粉中含有大量合格成品。上述粗粉分离器无二次分选结构，细颗粒在受到碰撞及气流扰动的作用下贴壁后，就不可能在气流中再次被携带，而沉降混入至回磨粗粉中，造成回粉中含有大量的合格成品。3动态组合式分离器动态组合式分离器，是结合制粉系统的特征与现有的动态分级机理，通过数值模拟的方法，优化设计而产生的新型设备。其结构设计如图2，结构内部主要由滴流装置、反射锥体、约束筒体、转子叶片等构成，其中的滴流装置采用强制分流的方法，将流体分成两部分，使上行的气流对被分选出的粗粉进行有效的冲洗，使粗粉中的细粉尽可能被分选出来。图2 动态组合式分离器Figure 2 Dynamic combined separator 1、皮带轮及传动轴 2、细粉及气流出口3、滴流装置 4、反射锥体5、进风口6、粗粉卸料口7、进风管8、约束筒体9、转子叶片10、转子盘11、密封圈动态组合式分离器的工作原理：从煤磨来的风带着煤粉由进风管5高速进入分离器，气流首先遇到反射锥体4，运动方向发生突然改变，大颗粒由于惯性较大被反射锥体反射，在重力作用下向下运动，进入粗粉出口6被收集。气流经滴流装置3继续向上运动，同时对下落的粗粉进行冲洗，由于约束筒8的存在，气流继续以一定的速度向上运动，最终进入分级区域，在转子的作用下，细小的颗粒通过转子区域作为合格粉体被分选出来，由出气口2出分离器经细粉分离器收集；较大的颗粒则是在转子作用下被甩向筒壁，由于重力作用向下运动，经过滴流装置被冲洗，最终粗粉进入粗粉卸料口6，被送回煤磨机继续粉磨。使用动态组合式分离器具有如下优点：（1）能根据煤质的变化不断地调整煤粉细度，确保锅炉的安全和经济燃烧。（2）锅炉燃烧最佳煤粉细度是随负荷变化而变化的，旋转式分离器可方便地跟踪负荷进行燃烧最佳煤粉细度调整。（3）出口煤粉均匀性指数高，即R90相同，R200比较低。这有利于降低灰渣含碳量和锅炉NOx的排放水平。（4）分离效率高，可提高制粉系统最大产能，降低制粉系统耗电率。（5）煤粉细度可调性及煤粉均匀性好，可更好地满足锅炉低负荷稳燃要求，增强锅炉调峰能力。（6）原轴向型粗粉分离器随系统通风等调整制粉系统煤粉细度变化较大，而配动态组合式分离器制粉系统，其煤粉细度基本不受通风量变化的影响，有利于锅炉燃烧的稳定性。配备动态组合式分离器后，煤粉细度调至很细且均匀性良好，有利于燃用劣质煤和促进劣质煤的开发利用。（7）对煤粉细度的调节方便、调节范围大且分离效率高。4结论和展望本文研究开发的动态组合式分离器是一种分离效率高、成品细度细度均匀性好且调节方便的多级组合型转子式煤粉分离器，可应用于现有锅炉制粉系统的改造，使其系统工艺得到优化，提高系统台时产量，降低单位产品电耗，并有利于锅炉燃烧工况的稳定及其热效率的提高。为了实现对分离产品粒度的严格控制，并保证成品煤粉较好的细度均匀性，设计采用离心力场作为分级力场4，因此还需要进一步测定动态组合式分离器内部的流场，分析流体的分布状态。并且制作不同叶片宽度的转子，通过模型实验验证提出的分级原理的正确性。参考文献1 电力工业部电力机械局，中国华电电站装备工程（集团）总公司编火力发电厂设备手册 第三册 煤粉制备系统设备M北京：中国电力出版社，19982 罗建能HW-CB-型轴向型粗粉分离器简介及应用J宁夏电力，1991（4）：38433 吕太，仇林庆，陈福等轴向型粗粉分离器改进与完善J热能动力工程，2001，16（96）：6616634 方 莹，刘亚云，张少明离心转子式选粉机的分级机理J南京化工大学学报，2001，23（6）：1822Research of exploration fora new kind of the dynamic combined separatorAbstract: This paper through analysis the structure and problems of the axial-coarse pulverized-coal separator, the author attempted to design a new kind of dynamic coal separator which can fit for coal milling system. The goal lies in the flow distribution of the separator was more reasonable, this will lay a theoretical foundation for satisfying classification and it will be very useful to advance the classification precision.Key Words: Dyna