旋风分离器前期设计知识

1、影响旋风分离器分离特性的因素主要是旋风分离器的结构参数、粉尘的物理性质和分离器的运行参数，如切向进口风速、1 75th循环流化床旋风分离器优化改造(1)中心简直径与长度。在保证分离效率不降低的条件下，把旋风分离器中心简直径由原来的1500 mr改成1200 mr中心筒长度由1925 m改成1 835 mm缩短了中心筒长度，使压力损失减少。在保证压降2 000 Pa的前提下，采取缩小中心筒直径的 方法来提高分离效率，即De/Do=Q 375,在0. 30. 5的适宜范围内。75 t /h循环流化床在炉膛出口设有2个旋风分离器。旋风分离器切向进口截面为 850X 2 400mm2内径3 200mm

2、出口直径1 500mm旋风分离器的圆形简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两个同心涡流，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。75 t / h循环流化床旋风分离器剖面图见图2。175 t/h循环流化床锅炉结构a分离器人口管裔度！ *分离器人口宽度S中心W直径常丹 L中心简插人探度書A离器休离;H分离器总商 Dn分离辭#灰口直径烟气温度、粒径、进口颗粒浓度、切向进口宽度和进口形式、中心筒长度和直径、

3、固体的再夹带等。由于旋流在中心筒与壁面之间运动，因此，中心筒的插入深度直接影响旋风分离器性能。有研究表明，筒长度对分离效率的影响（见图3）是：中心简长度增加，分离效率提高，当中心筒长度大约是人口管高度的0. 40. 5因为倍时，分离效率最高，随后分离效率随着中心筒长度增加而 降低。因此，中心筒过短或过长都不利于分离，中心筒插入过深会缩短其与锥体底部的距 离，增加二次夹带机会；而插入过浅，会造成正常旋流核心弯曲，甚至破坏，使其处于不稳定状态，同时也容易造成气体短路而降低分离效率。另外，中心筒长度对压力损失也有影响（见图4）。中心筒的压力损失主要是筒内摩擦损失，气体因同时进行旋转运动和直线运动需要

4、消耗更 多的能量，筒内气体静压能的损失转化为旋转时 的动能。中心筒过长、过短压力损失都 会增加，而当中心筒长度为人口管高度的0. 40. 5倍时，压力损失最小，此时分离效率也最高。141311100,8 4 hjQ中心管长度对压降的影响中心筒部分 所占体积减小，使分离器有效分离空间增大，可大大减少二次风夹带一定范围内，中心简直径越小，细粉颗粒的数量，使更多的细粉被分离出来，从而旋风分离器效率越高， 但压力损失也越大。当De/Do=0. 30. 5 时，分离效率较高，压力损失较小，再缩小直径，分离效率增加不大，但压力损失会急剧上升。3. 2改造措施1 500 mr改成 1 200 mm 中(1)

5、中心简直径与长度。在保证分离效率不降低的条件下，把旋风分离器中心简直径由原来的心筒长度由1 925 mr改成1 835 mm缩短了中心筒长度，使压力损失减少。在保证压降 =_:二二 3 :Stairmand HE SwiflHE LappiSwift General Stelrmand HT Swift HT4-3-2-070总0.304A V 0.50,6Dfl/D1旋风分弹性分析D* niL27E3J91.16 斗L2571.30611J9Ja/D0.312仇3010-3220,3180.5770.38b/D0 J770,3旳0.3780.3770.50S0.518De/DJ门311.92

6、9K7461,739H), 244-0.206S/T)0.000.0310-00-0.001-0.13370”146h/D-0.135-0.196-OMl-0. 1610,070.07H/D-(J. 432-0.409-0.5 84-0.424-0,062m0-02MB/D0,2470*3甥TK(M30.1970.3440313结枸善数 Stairmand HE Swift HELaijple Swift GeneraLStainnand HT Swift HT4高效低阻旋风分离器的试验与开发在吸风负压状态下进行试验。气体为常温常压下的空气。入口气速变化范围为1824m/s。试验用的粉料为32

7、5目滑石粉，其中位粒径为10卩m左右，密度为2876kg/m3。选择一台PV型旋风分离器作基准，测定其在设计条件下的分离性能，然后，改变排气管直径和结构，调整分离空间的高度和排气管的插入深度等。分别测定各改进结构在设计条件下的分离性能，并与基准PV型旋风分离器性能作比较，以期开发出性能更优的旋风分离器。基准PV旋风分离器的基本参数是：筒体直径D为450mm入口截面比KA为5.5，芯管下口直径乩（二dr/D）为0.315，其结构简图如图1所示。ffia*图1基准PV型旋风分离器结构简图测定基准PV型旋风分离器的性能。入口处含尘浓度为10g/m3。(3)为增加粉料的再分离机会，适当地提高分离空间的

8、高度，但不能 过大。试验中采用的分离空间高度耳(H S/D)为2.5 4。当分离空间高度过大(FI3D)时，除尘效率反而稍有下降。这是因为 分离空间高度凡太大后，内旋流的尾端变得更不稳定，易出现摆尾现象，粉尘返混加剧。试验结果如图3所示。42.5 KO 3 5分离空间ttS比K= HJD图3分离空间高度对分离效率的影响5旋风分离器结构设计要点分析旋风分离器是根据气、困两相的离心力不同而进行相分离的设备，当含尘气流以1225m/ S的速度经进气管沿切 向进入分离器后，气流将由直线运动变为圆周运动。旋转气流的绝大部分沿器壁自圆筒体呈螺旋形向下， 朝锥体流动，通常称此为外旋气流。含尘气体在旋转过程中

9、产生离心力，将重度大于气体的尘粒甩向器壁，部分尘粒由器壁反弹回主气流形成夹带，大部分尘粒靠向下的重力沿器壁下落，进入排灰管。旋转下降的 气流在到达锥体时，因圆锥形的收缩而向分离器中心靠拢，根据“旋转矩”不变原理，其切向速度不断升 高。当气流到达锥体下端某一位置时，即以同样的旋转方向从旋风分离器中部由下反转向上，继续做螺旋 形流动，通常称之为内旋气流。最后净化气经排气管排出分离器外，一部分米被捕集的尘粒也由此逃失。干净r体内演】夕卜谀竝图1旋凤分离器工作原理示意心在分离空问内，一般将气流分为外侧下行流与内侧上行流两区域。上、下行流的交界面形状大致与旋风分离器相似， 圆筒体部分，此分界面大致呈圆柱

10、状，其半径要略大于排气管的半径。最大上行轴向气速位于内旋流区，该点半径约为0. 6r;旋风分离器内是强旋流，湍流度较大。一般外旋流的湍流度大约在 5 %10%，且不沿径向变化； 内旋流的湍流度较大， 且随半径的减小而增大，最大可达35%40%。排气管下口处及排尘口附近的湍流度要 较中部稳流区为大。尤其在排尘口附近，是整个流场中最紊乱的地方，细粉的返混是相当严重的。湍流度 的增大容易形成细粉的返混与扩散，对分离不利：静压的分布主要取决于切向速度，静压在近壁处最高。 沿径向向里.静压逐渐降低，内旋流区内降低得较快。中心涡核处静压低于入口压力。而且还低于排气管 内平均压力，致使中心处呈滞流或倒流现象

11、。在内外旋流分界点处，器内静压值大致和排气管内平均 静压值相接近：旋风分离器内除了上述旋转主气流外。还会产生纵向旋涡，即所谓的二次流。在上部环形空间会形成纵向环流，从而会在顶壁处形成“上灰环”。在排气管下口附近，往往有较大的向心径向速度，会有“短路流”的现象 产生。在锥体下部排尘口处，由于下行流中的一部分气体进入灰斗后，又从中心部位折向上与该处高速旋 转的内旋流混合，产生了强烈的动量交换，使内旋流不稳定，从而形成若干偏心的纵向环流。尽管，不同排气管下口尺寸的旋风分离器的流场分布形态基本相似，但数值上有差别。一般说来，排气管直径de与圆筒直径D之比越小，外旋流区变大，切向速度随排气管直径的减小而

12、增加，最大轴向速度上升， 上下行流分界点内移：短路流量减少，进入灰斗气量则上升，旋风分离器的分离效率增加，压降也相应增犬。随“Mr的缩小，最大切向速 度的位置内移，且数值增大，使内旋流区缩小，而外旋流区增大，芯管末端的二次涡流及径向向心流明显减小。这些都是有利于分离粉尘的。 但随dr的缩小，压降却随之增大，且内旋流de/D取0. 5：若主区的向上轴向速度明显增大。综合压降及分离效率两方面因素，一般的旋风分离器中,要希望高效，压降没有太严的限制，则dr还可以减小。芯管插入深度对流场的影响芯管插入深度仅对芯管末端的径向速度分布有影响。对其他则影响很小。排气管的插入深度越小，压降越 小，但上涡流所携

13、带的粉尘很容易随气流进入排气管排出，从而降低分离效率。研究表明：旋风分离器排 气管一个较好的设计原则是把排气管的长度延伸到入口底板的位置；排气管的插入深度通常要稍低于进气 口的底部，以防止气流短路影响分离效率；芯管插入深度大小仅对芯管末端的径向速度分布有影响，对短 路流量的影响也不大，一般取排气管的长度延伸到入口底板的位置。旋风分离器排尘结构旋风分离器的锥体长度的增长，流场分布基本上没有很大变化，只有芯管向心径向速度有所减小，这就意 味着减小了短路流量，有利于增加效率。另一方面在锥体长度不变的情况下，锥体下部的直径变小，分离效率则升高。锥体尺寸对小型旋风分离器的影响情况，以颗粒大小和气流流速为

14、变化参数，对三个具有不同下部 直径锥体的旋风器测出效率。说明锥体下部直径大小对旋风分离器效率有影响，通过较小锥体下口直径的切向速度能较靠近锥体，使得 颗粒能够更好分离。但是同时有可能使得涡流接触锥壁，使得颗粒又可能重新进入出气气流，但是后者与 前者相比对旋风分离器影响较小。6旋风分离器进出口结构改进的研究进展排气口结构的改进当排气管直径为0. 6 D时的分离效率最大，压力损失最小，且压力损失随着管径的减小而增 大：当排气管插入深度为 0. 9 D和出口长度为0. 67 D时的分离效率最高，插入深度和出口 长度对分离器压力损失影响较小。7CFB旋风分离器气固两相流数值模拟与优化3. 3模型假设与

15、边界条件 本文对物理对象进行如下假设：流场为稳定的等温流场，黏性系数均为常数。颗粒初始速度为分离器入口烟气速度， 颗粒为不变形、无旋转、无相瓦碰撞的球形颗粒。 边界条件：进口采用速度边界条件。出口采用压力边界条件。介质为气粒两相旋流，视其密度与 不同粒径的颗粒在进口随机分布。壁面采用无滑移边界条件.旋风分离器进1: 3烟道的平均速度为12. 6 nZs，烟气的含尘浓度为1 kg/m3尘粒粒径分 布为0. 0150. 6mm平均粒径0.23mmt烟气的密度为0. 405kg/m3,尘粒的密度为1400 kg / m3o循环流化床锅炉旋风分离器内气固两相流动的数值模拟烟Y的;|;卍分离汕体购中心n.W - V.你虧入il那分priWMSfif 畀上慚L ! o*-=1gy4100 - +芬*嚮R体的I忙部券-P -1 : jV 匕/少理昭raw的排段撷分图1 旋风分离器结构原型表1项 0连续相边界条件流体入口狗边界条件 流体岀口的边界条件 壁面