分离器及回料阀设计

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1、循环流化床锅炉分离器及回料阀设计循环流化床核心部件包括 燃烧室、分离器、回料阀构成了流化床物料循环系统。正是这三个部分的存在保证了循环流化床锅炉中物料的循环过程，保证了锅炉的正常运行和燃烧效率。其中的分离器为颗粒分离装置，主要作用是将炉膛中进入分离器的烟气和固体颗粒的混合物进行分离，烟气排出，而大部分的颗粒被分离出来进入回料器，在回料器的作用下进入炉膛重新进行燃烧。物料循环系统中分离器和回料阀都是不可或缺的，因此对分离器和回料阀的设计选择对循环流化床锅炉的正常运行和提高效率有很重要的意义。下面分别介绍分离器和回料器的设计1.循环流化床锅炉分离器气固分离器是循环流化床锅炉的关键部件之一，它的分离

2、效率是建立稳定循环的关键，其阻力消耗对锅炉的动力消耗有很大影响。分离器设计如果不合理将会破坏固体颗粒的稳定和连续循环，影响锅炉的燃烧效率和脱硫效率，局部受热面磨损等问题，影响锅炉的安全可靠性。分离器的作用：将大量高温固体物料从气流中分离出来，送回炉膛，以保证炉膛内处于高浓度的物料的流态化，并保证燃料和脱硫剂多次循环燃烧反应，为中等粒径的燃尽和脱硫剂取得良好的利用率创造条件。l 实现了燃料循环燃烧，提高了燃烧效率 l 实现了脱硫剂循环利用，节约了脱硫剂用量 l 保留足量的固体颗粒，顺利完成传热分离器的分类：l 按进口温度分类 高温分离 中温分离 低温分离 l 按是否冷却分类 绝热式 水（汽）冷式

3、l 按分离原理分类（1）离心式分离器 （2）惯性分离器 （3）组合式分离器 惯性分离器：原理是利用颗粒的惯性将颗粒从气体中分离，利用气流的急速转弯或者撞击挡板再急速转弯，由于颗粒的惯性比气体大得多，颗粒偏离急速转弯的气流而从气流中分离出来。惯性分离器的撞击可以是槽形梁、三角形挡条或者错列布置的带倒钩鳍片管等。按照分离器的进气方式也可以分为无分流和分流的。分流式按照分离原理又可以分为百叶窗式和迷宫式的。惯性分离器的特点：结构简单，设计布置和安装容易，没有最大尺寸限制，阻力小，分离效率也较小。惯性分离器分离效率的影响因素：一般来说，惯性分离器的气流速度越大转弯半径越小，回转角度越大，惯性分离的效率

4、越高。另外气流速度，粒径和浓度，尾部抽气等也会影响分离效率。离心式离器：在高速旋转运动作用下,密度大的颗粒被甩到筒壁面,实现了与密度小的气体的分离。高温绝热旋风分离器：由钢板外壳、内衬耐磨耐火材料等组成。特点是技术成熟，便于安装和制造，分离效率高，造价低，应用广泛。缺点是耐磨耐火材料衬里较厚，加热冷却时间长，冷态启动时间长，旋风分离器外表温度相对很高，表面温度很难降至外界温度，热损失很大。循环床锅炉的旋风分离器通常敷设大量耐火材料，其加热和冷却需要很长时间，因而锅炉启动需很长时间。万一锅炉故障，需经很长时间冷却才能对旋风分离器内部进行修理，这么长的停机时间，必然使商用锅炉代价提高。130 t/

5、h 循环流化床旋风分离器的改进建议：旋风分离器外表温度相对很高，表面温度很难降至外界温度，所以大量的热损失是通过自然对流和旋风分离器表面辐射来实现的，这是造成采用耐火衬垫旋风分离器的循环流化床锅炉热损失高的主要原因。为解决这个问题，旋风分离器采用蒸汽或水冷却，蒸汽冷却形式如图所示，这种旋风分离器能减少使用耐火材料的数量，也能减少旋风分离器外表的辐射损失。汽冷旋风分离器：分离器外壳由汽冷膜式壁管组成，管子结构中通过蒸汽或水，从而降低金属外壳温度。 特点：采用蒸汽或水冷却, 能减少使用耐火材料的数量, 也能减少旋风分离器外表的辐射损失，启动时间缩短，较好解决了旋风筒内防磨问题。 缺点：结构复杂，加

6、工困难，成本高，通用性受到限制方形分离器：外形为非圆形结构，采用正方形或接近正方形的多边形结构 特点：分离原理基本与旋风分离器原理相同，但是由于采用方形的膜式水冷壁壳体结构，降低了加工难度。在水冷表面敷设了一层薄耐火层，增加了传热，防止磨损。结构更为紧凑，降低了成本。不易结焦，结构简单，启动速率取决于水循环安全性，时间短。 分离细颗粒的能力较低，有待于提高。循环流化床的分离机构必须满足下列要求1. 能够在高温下正常工作。2. 能够满足极高浓度载粒气流的分离,分离器的入口固体颗粒浓度达到0.5-50kg/m3。3. 具有低阻的特性，以使得引风机压头适当降低。因为分离装置的阻力增大将增大风机的压头

7、，增加能耗。4. 具有较高的分离效率。实际上循环倍率在很大程度上是靠分离器的效率来保证的，这里较高的效率不完全是对于大颗粒，而且也指小煤粒或脱硫剂。5. 能够与锅炉设计的流程相适应，使锅炉结构紧凑。旋风分离器效率的主要影响因素：进口风速，分离器的分离效率会随着进口风速的增大而增加，但是阻力也会因此增加，颗粒的磨损率，同时小颗粒的份额也会增加，反过来会影响效率。颗粒粒径和浓度，当颗粒密度一定时，粒径越大分离效率越高。进口宽度和进口形式，旋风分离器其他因素不变时增大分离器的高宽比，分离效率会不断增加，阻力增加，磨损也会增加。中心管长度和直径，随着旋风分离器排气中心管在旋风分离器内部长度的增加，分离

8、效率会增加，当排气中心管长度等于进口高度时，分离效率最大，之后再增加长度效率会减小。筒体直径，筒体直径的增大不会对分离效率产生较大影响。旋风分离器设计注意事项对旋风分离器进行计算和设计时，必须考虑到尘粒受到的各种力的相互作用。 参数选择位置 计算过程中必须确保尘粒和气体的特性参数就是进入旋风分离器的位置的参数，包括密度，粘度，温度，压力，腐蚀性，和实际的气体流量等。另外影响旋风分离器的设计的因素包括场地限制和允许的压降。例如，效率和场地限制可能会决定是否选用并联旋风分离器， 或是否需要加大压降， 或两者同时采用形状选择 旋风分离器的形状是影响分离效率的重要因素。进气管结构 普通切向式 蜗壳式切

9、向式 下倾螺旋面切向式 为了达到好的分离效果， 气体应该通过直管进入分离器，直管的长度约为6-8倍入口管直径。这样做主要是为了防止尘粒浓聚在弯头外侧再进入分离器，气体中的尘粒在气流中分配不均。2.回料阀的设计回料阀作用：处于分离器和炉膛之间，将分离器分离下来的物料重新送入炉膛进行燃烧。固体物料回送装置是循环流化床锅炉重要组成部件之一，它的工作特性直接影响着循环流化床锅炉的安全稳定运行。一、将分离器分离下来的固体颗粒返送回炉膛，实现物料平衡，保证锅炉燃料及石灰石的往复循环燃烧和反应； 二、通过循环物料在回料阀进料管内形成一定的料位，实现料封，防止炉内的正压烟气反串进入负压的分离器内造成烟气短路，

10、破坏分离器内的正常气固两相流动及炉内正常的燃烧和传热 三、将循环物料从较低压力的地方送到较高压力区域 四、在有外置换热器时调节物料循环分流量，适应锅炉负荷的变化。回料装置的分类l 回料装置按阀的类型可分机械阀和非机械阀。l 机械阀如闸阀、蝶阀、螺旋给料机等可以控制、输送物料，但是它们受到了体积的限制，而且炉内高温、高压的环境也容易造成机械阀的卡塞、变形、和磨损等，因此在大型循环流化床锅炉中普遍采用的是非机械阀。非机械回料装置，按结构形式分类有L型阀，J型阀，V型阀等。 l L型阀它由连接两个容器的直径相同的圆管直角相交而形成，在循环流化床锅炉中，L 阀的垂直立管与旋风分离器（或其它型式的气固分

11、离装置）的料斗相连，水平管与炉膛相连。L 阀的垂直立管内固体颗粒呈移动床流动。在略高于 L 阀水平管轴线的垂直立管上少量空气推动立管内密相颗粒进入密度相对较稀的床层内。虽然 L 阀开启方便，所需充气量较小，但充气的压力较高，而且难以实现大型化。无法控制立管内的料位高度和充气量的大小，运行中往往立管被吹空，致使炉内高温气体反窜至分离器，降低了分离器的分离效率，因而无法实现稳定返料和密封的作用。V型阀 V 阀是由一个 V 型通道（与倒置的锥体相似）和立管通过一个小孔所组成的如图 1.3 。气体由立管底部经布风板进入，固体物料和气体经孔口进入上行流化床。V阀立管中流化床流动。根据立管内物料流化时建立

12、的压头自动调节循环物料量的大小，故也称自动阀。这种返料系统的立管中应保持足够的存料量，以产生足够克服主床及分离器阻力之和的中的空隙率和立管的料位高度。对于这种自动返料系统，要改变返料量只有改变系统存料量这一种方法。V 阀的一个显著特点是即使在很大压力差的情况下，仍可提供良好的气密封性能，即燃烧室与返料立管之间的泄露很小。另外，V 阀还有两个不寻常的特点：1）高固体颗粒循环量下的稳定运行和低固体颗粒循环量下的周期性运行。2）延迟性，即系统特性和运行过程有密切关系。J型阀又称为自平衡阀，利用下方的风机将回料流化。目前在循环流化床锅炉上应用最多的一种固体颗粒回送控制装置。实际运行情况表明，这种返料控制装置的结构简单、运行可靠，能够很好地满足稳定返料和密封的要求，是一种很有发展前途的返料器，但是缺乏对循环物料的调节和控制能力，返料室有时会出现局部流化不良从而导致结焦。回料阀实例大型CFB锅炉循环量很大，向炉内集中回料容易引起炉内物料分布不均以及局部冲击磨损，故通常采用双路阀。如图可看做两个U型阀共用一个立管，两个阀体水平夹角105度，循环灰被分两路送入炉膛，提高了回灰的均匀性。