旋风分离器在循环流化床锅炉上的应用及优化

烟气中分离出来送回燃烧室，以维持燃烧室的快速流化状态，保证物料多次循环，反复燃烧和反应，这样才能

达到理想的燃烧效率。因此，旋风分离器的分离器效率以及防磨更为重要，它的设计成功与否直接影响了锅

炉的性能优劣。探讨了历年来循环流化床锅炉的发展趋势以及旋风分离器的发展动向，阐述了影响旋风分离 器分离效率的几个主要性能因素：烟速、颗粒尺寸大小、颗粒浓度以及分离器筒体内的轴向速度等％在提高旋

风分离器分离效率的同时又对旋风分离器的防磨提出了相应的优化措施。关键词：循

化床锅炉；旋风分离器；分离 ；优化中图分类号:TK229. 6+ 6 文献标识码:B 文章编号：1672 4763（2019）030036040 前言随着时间的推移，循环流化床锅炉压力等级 逐步提高，从20世纪70年代，开始发展鼓泡流化

泛的应用，技术也越来越成熟，超临界循环流化 床技术的开

在必行％

300 MW超临界及更高等级的600 MW超（超）临界锅炉 1

实现并投运％时主要是35 t/h到135 t/h等级，由于本身 的，对于做大和锅炉

t/h等级循

一 限1旋风分离器的发展动向旋风分离器是循环流化床锅炉的核心部件 之一，由分离器进

性。直到20世纪90年代，开发了 75 t/h〜220

化床锅炉产品％ 的发展，大道、分离器 、中心筒、国家 的 要求越来越高，推进 回料器和回料 炉膛出 进行 单，制造及维

。旋风分离器作为一种对型化的发展，2001年〜2007年，通 进国外先 进循

离的装置，以其结 J被广泛应用于循。其分离机理为:化床锅炉技术，开 400 t等级的循本较低等

化床锅炉，也发展到了 3 风分离 器，为后 展更高等级循

化床（CFB）主循

化床锅炉打下了当含尘 进入分离器后，由于

转

张导颗粒从烟炉 !，降低热基础％ 2010年，300 MW亚临界机组开始得到广颗粒沉降；同时 的离心力作用会料抛送 离器壁面，从

离出 !通 料器及 料

燃料能够循环燃烧，提高燃 损失，

离的小颗粒 送， 风热器,然后排出锅炉，旋风分离器的分离 ？直 决

循 化床的性能

离器的 化始 于大 循 化 的展历程％循 化 锅炉 应用 广的 风 离器

图1 CFB锅炉三维视图分为高温绝热旋风分离器、 风分离器和汽收稿日期2018-12-14作者简介：张文杰（1986 -），男，工程师，主要从事锅炉设计方面的工作％第3期张文杰:旋风分离器在循环流化床锅炉上的应用及优化37冷旋风分离器。高温绝热分离器结构简单，分离

高，广泛应用于循

化床锅炉。相较绝热式分离器，水冷式旋风分离器大大

磨材料的耗量，厚度从400 mm降到了 60 mm,减少了 主在 磨材料上的成本及后期常规的维

i用。 工质依 循环, 外的给水泵电耗，相较于 式 离器，更 能，对于后燃类煤种，由于

式分离器吸热量大，可有效解决后燃导致的过热器超温问题。另外，由于 式分离器与炉

壁并联连接，与

壁间不存在 膨胀差， 的安全性。水冷式旋风分离器见图2%图2水冷式旋风分离器筒体结构2旋风分离器分离效率优化决定分离器分离效率的因素有很多，进入分

离器筒体的切向流动的烟速、颗粒尺寸大小、颗

粒密度、 离器进

道截面的宽高比「门、离器 的轴向 等％在理论情况下，颗粒 /进入分离器，作用在颗粒上的离心力

：Fc = $6p3pp A- ⑴在离心力作用下颗粒以Ar速度移向壁面， 根据斯托

律，作用在其上的拽力 I:Fd = 6$'A6p/2(2)在稳定状态下，Fc = Bd,由此可得：

A = 6p &p A：r_ 18A(3)式中：6p------颗粒的直径,m；&——颗粒的密度，kg/m3 ；'----烟气的粘度，Pa・s;0 ----旋风分离器内半径，m %在理想 下移向壁面的固体全部被分离，旋风分离器的分离效率与移向壁面的速度Ar直

正比，所以Ar是衡 风分离器分离 ■的重要指标之一％由式（2）〜式（3）可知，颗粒尺

、颗粒密度越大进 风分离器的切向

越，

、旋风分离器 越小，旋风分离器的分离

也就越高％们知道，旋风分离器入口的烟气速度是与

旋风分离器水平烟道的截面 的， 可以通过调 风分离器进 道的截面宽高比来进 离器的 向 大% 们

用图3的结 实现缩 面％图3旋风分离器水平烟道视图， 风 离器 的 向

A- 并是越大越好，在实际运行过程中，旋风分离器的

离特性并

那么简单，由于颗粒是在不同径向距离进

风分离器，因此不同颗粒到达壁面的径向距离并不同，

部涡流，使得已经被离出来的颗粒被再夹带，使分离

％因此,旋风分离器入口的切向速度/选在20〜

27 m/s比较适宜%进

风分离器的固体颗粒在双螺旋气流内移动，按式（2〜3）所给的径向 壁面时，

颗粒绕旋风分离器旋转几次后，若仍未在壁面被收集，则颗粒经旋风分离器 顶部垂直出口离开旋风分离器％颗粒绕旋风分

离器旋转次数与 出 正比%Zenz于19年说明了气体速度的影响％颗粒轨

迹越长，到达壁面的可能性越大。因此

确定颗粒的切割 （低于此 的颗粒将被再夹，大于此 的颗粒将被分离），：

于设计，需要确定这一切割

，大于该

的颗粒大概率在旋风分离器中被分离出来，而小于

该 的颗粒被分离的可能性要 ％所以风分离器来说，不同 的颗粒

同的离 囚％ 离

取决于进

风分离器38锅炉技术第50卷的固体颗粒尺寸分布，精确计算分离效率较困 难，通 确定50%分离 时的切割 6,在给定颗粒特性和操作 及旋风分离器几何 时,6定义 离

50%时的颗粒大小,6 按式(4)计算(Lapple?1951)6= /9'C/(2$NM \"p—化)

(4)式中' 粘度，Pa・s；L——矩形入口导管宽度，m；Vi---入口气体速度，m/s ；(p 颗粒密度,kg/m3 &(g------气体密度,kg/m3 &N.——分离器 转圈数，一般取作5。计算旋风分离器轴向速度⑷：式中:V ——烟气在旋风分离器中的轴向速度,

m/s；5 ——旋风分离器筒体直径,m；Q——工作条彳下烟气流量，m3/s。计算颗粒在旋风分离器中的滞留时间)5* :&=V

(6)式中4——旋风分离器进口与出口之间的高 度，m。由式(5)、式(6)可知，旋风分离器的轴向速

度是衡 风分离器分离 的重要 一。轴向 大时, 颗粒在 风 离器 滞 的 时间很短，不能

离 颗粒，使分离效率，当轴向

时，分离器 越大，颗粒在旋风分离器滞留时间过长，分离

下降。因此旋风分离器的轴向速度一般选取在2.5〜

6 m/s,选择更适宜的轴向速度来提高旋风分离

器分离 页。一旦 轴向 ，根据总的，也就决 风分离器的 ，但由于旋风离器的

大,

离：会，一 风分离器直径5'8.8 m。 锅炉发电量的

,

风分离器的［来上述要求。根据物料平衡原理可以利用稀相区差压计 算出分离器

的提升)7*。风 离器 料 计 :(aver,cyc

' g9 工 (7)式中:%D——压力 ！到炉膛出口的压差,Pa；E

重力加速度，9. 81 m/s；9 ——压力

！到炉膛出口的距离,m；(avencyc——

分离器 的物料浓,kg/Nm。旋风分离器出

料浓度计算：px=WQy

(8)式中:(h——分离器出口物料浓度，kg/Nm；F——分离器出口的

kg/s；Qy——

分离器出口的烟气流量,Nm3/s。风 离器

计 :#cyc = 100(1— (h )

(9)(aver ? cyc循环流化床锅炉的分离器 及典型参 参照表1、表2血。表1分离数选MW项目-离器200250300350234表2旋风分离器典型特性参数34入口浓度/(kg・m-3 )0. 5〜5粒径范围/\"m&1 〜1 000气体流量/(nm3 ・h-1)<250 0006(50% )/ \"m*10压降/ mmH2 O100〜2003旋风分离器的防磨优化随着旋风分离器入口烟速普遍的提高，旋风

分离器的磨损也 大的难题, 风分离器靶区

。

缓解此磨损问题，可以采用部 靶区耐磨材料厚度的方式)9* ,见图4。图4旋风分离器进口烟道俯视图第3期张文杰:旋风分离器在循环流化床锅炉上的应用及优化39此结构在马来西亚巴林基安(Balingian) 2 X

300 MW燃煤电站项目中得到应用，在实际运行

过程中，对旋风分离器防磨 的表现。通大靶区位置旋风分离器的

，但

与原位置一致，这样使得耐磨材料厚度由原来的

60 mm增厚为110 mm。图5所示为耐磨材料增

厚衔接处销钉布置图，在110 mm厚度销钉区域, 采用V型销钉焊于

上以及更长的Y型销钉焊于扁钢上，长销钉间的 80 mm,V型销钉与Y型销钉呈90°错列布置于分离器管屏上，

销钉

浇筑耐磨材料区域，

销钉 \\磨材料的抓力，使得加厚处的销钉与原60 mm厚 处的销钉在同一高度，从

浇筑的耐磨材料的 ，耐磨材料 落。而相对较薄的60 mm厚度的耐火材料处的销钉,采用的

上布置

60 mm的直销钉，扁钢上布置与 销钉同一高度匹配的V型销钉，使得此区域的耐磨材料 。普通分离器 磨材料选用通用的高 磨材料，而在靶区位置需要采用碳化硅材料作为浇筑材料，此材料 拥 的 磨特性，能够 地 磨损

相对严重的旋风分离器靶区位置，为旋风分离器 进保驾护航。图5耐磨材料增厚衔接处销钉布置图4结语随着循环流化床锅炉的大型化发展，600

MW、1 000 MW的大容量机组的设计已经进入

轨道，旋风分离器作为循 化床锅炉最重要的部 一，其主要作用 大量的高温 ：物料从 离出来送回燃 ，以维持燃烧的 化 ， 料多次循环，反复燃烧和反应，这样才能 理想的燃烧效率)0*。因此，旋风分离器的分离 及防磨更为重要，它的设计 与

影响了锅炉的性能优劣，风分离器的研究一 循 化床锅炉发 展的重点。近年来，高 风分离器研究的突

破，使得分离 提升，物料热量损 ，锅炉从而得到提升。电厂方面 大的收益，高 的分离器使得高压分机的压头得 ，使电本身的高用电率得到缓解，使用循

化床锅炉更 经 性。参考文献：[1*孙胜，周昊，邱坤赞，等•入口结构对旋风分离器分离效率的

影响[J*.动力工程学报,2013,33(5):3-369.[2*周雄，严欣平，李炫宇，等•旋风分离器性能优化技术的研究

进展:J*.电站系统工程,2014,30(2)=9-12.[*•旋风分离器在循环流化床锅炉上应用的探讨[J*.锅

炉制造，2016(6) ：21-25.[4*王清华.旋风分离器结构改进的研究现状和发展趋势[J*.

锅炉技术,2007,8(2)：5-10.[5*王乐勤，焦磊，王循明，等•筒体长度对旋风分离器内流场影

响的数值模拟[J*.工程物理学报,200930(2) ：223-226.[*钱付平，章名耀.基于边界层理论旋风分离器分离效率的改

进模型[J*.中国电机工程学报,2007,27(5) ：71-75.[7*许伟伟，金有海，王建军.两种不同入口形式的旋风分离器内

流动分布的对比研究[J*.流体机械，200937(10) ：1-6.[8*曹晴云，姬广勤，金有海，等•不同结构参数下旋风分离器气

相流场的数值研究[J*.流体机械,2008,36(6):34-38.[*黄中，孙献斌，时正海，等•循环流化床锅炉旋风分离器数值

模拟及改造:J*.热力发电,2008,37(6):38-41.[0*刘汉周，卢啸风，唐家毅• 300 MW循环流化床锅炉分离器

入口烟道气固流动特性研究:J*.中国电机工程学报,

2009!29(32)： 6-11.(下转第50页)50锅炉技术第50卷性优化调整:J*.工业加热，2017,46\")： 11-16.根据计算结果，通过实炉进行验证试验％在

关小燃尽风，开大主燃烧区域二次风后，再热汽

闫功•低氮燃烧器改造后再热汽温低原因分析与对策研究

温得到较为明显的提升％经过更多实炉验证，该 调整方式NOz的增长与煤种关系较大，建议在调

:J*.农业装备技术，2018,44\")： 52-.北京锅炉厂译.锅炉机组热力计算标准方法［7*.北京：机 械工业出版社，1976.)*阎维平，欧宗现，曹锐•电站锅炉炉膛分区段改进热力计算方

整时兼顾NO’排放，找到中间最优解%参考文献：)1*马帅，蒋金忠，张浩•超超临界锅炉低氮燃烧器改造后汽温特法)*•锅炉技术,007, 38(5)： 11-14.)*冯俊凯，沈幼庭，杨瑞昌，等.锅炉原理及计算［7*.北京：科

学出版社,992.Solution of Low-load Reheat Steam Temperature Insufficiency

Problem of Low-NOx Combustion BoilerWUJie(National Electricity Investment Shaanxi Branch, Xi'an 710061, China)Abstract: The furnace-outlet flue gas temperature of the boiler with Low-NO^ Combustion is

calculated by means of segmentation method under the low load. Through the calculation and

analysis, the reason of low-load furnace-outlet flue gas temperature insufficiency problem of the boiler with Low-NO^ Combustion is clarified. Finally, the calculation results were verified by the real boiler experiment, and proposed a solution.Key words: furnace-outlet flue gas temperature；

segmentation； low-NO^ combustion；Low-load(上接第39页)The Application and Optimize of the Cyclonein CFB BoilerZHANG Wenjie(Shanghai Boiler Works Co. , Ltd. , Shanghai 200245 , China)Abstract: Cyclone is a core components of circulating fluidized bed boiler. 7ain function is

separating high temperature solid from gas and returning combustorin ordertofluiding

quickly. Assure material can circle and burn many times in order to achieve ideal burning eficiency.Separation eficiency and protect afects the performance of the boiler.The

development of CFB Boiler and cyclone is discussed. Some factors that affect separationeficiencyaregasspeedparticlesizeandconcentrationaxialspeedofseparationandsoon.

When approving separation efficiency , present optimize measures of protect.Key words: CirculatingFluidizedBedboiler； cyclone； Leparationeficiency； optimize