下排气旋风分离器流场分析及结构改造

下排气旋风分离器流场分析及结构改造

田帅（山西焦煤西山煤电东曲煤矿，山西古交030200）引言下排气旋风分离器是当前应用较为广泛的一种分离器，其最突出的特点便在于会在分离器的下部进行排气芯管的布置工作，而气流的流动也是顺流式，这种布置形式能够为循环流化床锅炉的大型化发展奠定坚实的基础，但从目前来看，其在结构改造的过程中仍面临着一定的不利因素。基于此，有必要对其展开更深层次的探讨。1下排气旋风分离器研究背景下排气旋风分离器所具有的排气管主要是在分离器下部进行布置，气流的流动将会由原本的逆流式向顺流式转变。与此同时，其在原有的基础上将存在上排气分离器排气端方向上的逆转取消了，并减少了弯头，这样便能够在一定程度上减少流动压力损失，可以为后续的支撑及布置工作创造良好的条件。对于下排气分离器来说，其在结构方面呈现出了一定的复杂性和特殊性，能够有效同循环床锅炉的n型布置相适应，并且有助于后续布置尾部烟道受热面，可以在现有的基础上对锅炉的外部尺寸进行缩小，以达到减少造价的效果。在循环流化床烟气脱硫技术的应用过程中，充分发挥出下排气旋风分离器的作用，能够实现对于脱离系统整体运行的进一步简化，以起到降低造价的作用。以往在对下排气旋风分离器进行设计的过程中，通常情况下会使用通切结构开展对于底锥斜面的设计工作，此举会使得分离器中的流场出现不对称的现象。当处在总高相同的状态下，无法为颗粒捕集和分离创造良好的条件。与此同时，在完成改进后的底锥斜面所选择的两侧内外对切的形式。当处在分离器总高相同的状态下，其对切方式能够实现现有排气管高度及圆柱段筒体高度的增长，并在增加气流旋转圈数的同时产生减轻返混的效果，这可以在极大程度上促进分离效率的提升。除此以外，在该结构的分离器上存在两个出灰口并呈现出对称布置的形式，其对于系统整体布置效果的提升有一定的优化作用。2下排气旋风分离器流场分析和结构改造实践2.1流场分析2.1.1流场特性结合实际情况来看，气流从分离器壁面到导流体所具有的切向速度整体呈现出先增加后减小的趋势，并且能够出现一个Rankine复合涡，而强制涡则存在于导流体附近，在分离器壁面的周边是一个有着较小范围的准自由涡，其最大的切向速度具体处在准自由涡和强制涡交界的位置，而灰斗中能够看到一个明显的Rankine复合涡。含尘气流将会按照切向、水平方向实现向分离器内部的融入，而少部分气流将于分离器顶部产生一个上涡旋，其本身有着相对较低的轴向速度，剩余的气流将会呈现出旋转向下的特点，并在排气管的基础上排出大部分气流，剩下的气流则会处在灰斗壁面附近，采用旋转的方式向下流动。在灰斗的底部包含着相应的锁气装置，当气流流道经过特定位置之后便会向上转折流动，并经由排气管向外排出进而产生一个大尺度涡流。涡流会对颗粒沉降产生一定的阻碍作用，与此同时，还会带出已经沉积的颗粒并出现二次效应，最终对颗粒分离效率产生一定的不利影响。若想有效起到减小涡流的作用，相关工作人员可以结合实际情况，在现有的基础上增加排气管同导流体之间的距离，或适当增加排气管直径。上述两种方式的应用能够使得颗粒在气流的带动下由排气管向外排出，这样便可以提升现有的分离效率。但最佳的方式应当为增加灰斗长度或将挡板设置在灰斗上[1]。2.1.2压力分布立足于具体情况进行分析能够发现，灰斗中的静压有着相对较小的变化，与此同时，其压力损失也呈现出较小的特点。而对于排气管的上半部分和椎体与排气管之间来说，其存在较大的压力梯度，面临过大的压力损失。之所以会出现压力损失，其主要是因为当排气口处出现体积收缩现象时，其会产生一定的局部沉降。另外，排气口上方还有一个低压区会出现涡流，进而导致其出现了额外的能量损失。2.2结构改造2.2.1改造方案本文主要是以某煤矿自备电厂中的一台循环流化床煤泥锅炉为例，对其结构改造方案进行探究，其在运行的过程中，飞灰可燃物能够达到9%。与此同时，其所使用的下排气旋风分离器的分离效率只能够维持在75%左右，这便导致其有着相对较小的返料量。从整体来看，该锅炉的运行效率过低，难以支撑各项工作的高质量开展。基于旋风分离装置中的烟气进入排气管当中，此时旋流仍然较强烈，这便需要进一步改进下排气管，以保障灰颗粒的二次分离，完成改进工作之后的返料系统便可以送到炉膛当中，进而实现锅炉返料量的增加。通过对其采取科学合理的改造措施，能够进一步改善下排气旋风分离装置结构不合理的问题，并有效应对返料量少及系统效率过低的现象。其结构改造具体情况如图1所示。图1结构改造图工作人员需要充分结合相关标准要求，从下排气旋风分离器现场的实际使用情况出发，立足于具体的设计改造方案开展改造排气管的相关工作。工作人员主要是选用304不锈钢板，针对排气管侧面开槽展开加工工作，进而构建起一个能够妥善收集排气管灰粒的装置，灰粒收集装置的设置应当综合考虑现场的各方面情况，其底部是一个40°左右的倾角，在完成对于排气管的内部改造工作之后便可以浇注料，这样便能够为灰粒收集装置入口处的合理性提供充足的保障，使其达到平滑过渡的效果。在灰粒收集装置的下部，需要使得返料管呈现出40°的倾斜角进而将其引出，使其引入立管处附近，并同辅助返料管的立管相连接。其排气管分离装置的构成包括辅助返料管、导流管及排气管的灰粒收集装置，当返料管中返料颗粒可以达到相应高度之后才能够对其采取一定的密封措施，这样可以有效降低烟气短路回流现象出现的可能性，并且能够实现正常返料，需要在主返料处进行开口以实现引入。2.2.2结果分析为了高质量实现对于改造成果的精确分析，工作人员需要针对改造前后的样品进行分别取样，同时要对其展开含碳量检测及粒度分析测试工作。在激光粒度分析测试的基础上能够明确，完成结构改造的返料器在采集的粉煤灰样品方面，与之前相比中位径小12.7μm，而相对于改造之前在特定位置上采集的样品来说，改造后分离设备电除尘所采集的粉煤灰颗粒粒径要小12.7μm。这也代表了经过结构改造，其旋风分离器在分离能力方面实现了加强，并且可以达成分离更小粒径颗粒的目标，有助于在现有的基础上实现循环流化床锅炉返料量的增加。工作人员针对改造前后的样品展开了含碳量检测工作，最终明确在改造完成之后，返料器中的样品有着相对较低的含碳量；与此同时，电除尘装置中的样品所具有的含碳量较之以往也有所