循環流化床鍋爐分離器的改造研究

劉俊杰

(陽煤集團壽陽化工有限責任公司，山西 壽陽 045400)

1 傳統循環流化床鍋爐分離器結構

目前，我國循環流化床下排氣旋風分離裝置一般采用圓型、方型以及蝸殼型等結構，其上部布置導管進行排氣，下部將干凈的煙氣引出，分離后的灰顆粒順著筒壁滑落，最后進行返料。向下的顆粒在排氣管以上的空氣軸向流動，大量的顆粒會被夾帶進入排氣管，這樣分離速率就會下降，排氣口的上升流會直接影響分離的效率。因為上升流會夾帶一些分離顆粒，這些顆粒的存在會降低分離效率，應該引起重視。

返料量會受到循環流化床鍋爐分離裝置效率的影響，并對脫硫效果、鍋爐效率、床溫控制等因素均產生不同程度的影響[1-3]，鍋爐工作效率高低主要是受分離裝置效率的影響。

2 改造優化循環流化床鍋爐分離器

2.1 改造技術

氣流通過旋風分離器進入容器錐底之后會進行轉折，向上流出后形成內旋流，內旋流再從中心流出。中心筒一般布置在分離器較深的部位，這樣會使分離器的圓筒和中心筒之間形成一個通道，這樣分離效率就受到中心筒的直徑和插入深度的影響，不利于分離效率的提高。

中心筒自身直徑和筒體直徑的比值會影響分離效率，正常情況下，比值與分離效率成反比，分離效率會隨著比值的減小而增大。除了直徑的比值之外，中心筒插入筒體的深度也會影響工作效率。插入深度會直接影響阻力的大小，但是如果插入太短，不利于旋流核心正常，這種狀態下，分離效率會逐漸降低。通常情況下，進氣口要高于中心筒下端，這樣才能夠使分離效率受到調整；但如果插入的深度太長，會使得氣流旋轉圈數減少，這樣會因為二次夾帶的頻率過高，而影響到了分離效率，運行的阻力也會增加。

一般來說，CFB型鍋爐分離器一般插入較淺而且分離效率還會受到中心筒直徑的影響。所以，我們要對中心筒的直徑作出改變，分別有A、B、C三種方案。方案A具體步驟是增加中心筒長度；方案B具體步驟是減小中心筒的直徑；方案C具體步驟是在增加中心筒長度的基礎上減小直徑。三種方案如圖1所示，方案中的數據根據數值模擬情況來決定。

圖1 A、B、C方案改造對比圖(單位：mm)

2.2 數值模型模擬

利用Gambit軟件進行數值模擬操作，網格劃分采用1∶1比例進行。旋風分離器由于自身所具有的特點，需要通過網格加密的方式進行劃分。

分離器計算是具有一定難度的，主要是對于湍流模型的選擇，按照文獻中的推薦，一般采用RSM湍流模型，這種模型的模擬數值結果比較接近于真實值。由于在實際生產過程中，分離器內部的流動氣體實際上是氣固兩相流，因此還要對固體顆粒的流動采用隨機軌道模型進行模擬，其中對于氣相與固相的耦合因素需要考慮。在進行計算時，對于粒子的分布特征一般采用Rosin-Rammler進行描述。壓力和速度的耦合通常可利用SIMPLE算法，通過這種方式，可以最大程度提高計算的精度。三種方案的模擬結果見表1所示。

表1 CFD數值模擬后分級效率及阻力結果比較

通過對表1中的數據的分析，可以得出不同粒徑的捕捉情況，所以，由此可知三種方案對于提高分離器效率都有幫助。通過三種方案可以有效改善分離器的工作效率，其中，方案A、C的阻力更小，所以綜合考慮之后，決定采用方案C進行改造。通過模擬結果我們可知，最佳的方案是將直徑改變為2 070 mm、插入深度變為三段構造，這樣就可以改變運行效率，達到最佳的效果。

2.3 情況對比

圖2為分離器在75%負荷下的煙氣速度矢量分布圖，可以看出，在改造之后，速度矢量圖可以更加均勻的分布，并且在實際的運行過程中可以提高氣流吸收顆粒的能力。從圖3還可以看出，壓力場得到顯著的改善。

3 評價與結論

通過本文的分析和研究可以發現，造成旋風分離器分離效率較低的主要因素是中心筒的結構布置不合理。數值模擬可以對三種方案進行模擬，通過比較得出最佳方案。通過實驗結果我們可知，當循環灰中的位徑降低到207.2 m時，飛灰中位徑降低到26.94 m時，可以提高鍋爐的經濟效益。

圖2 改造前、后鍋爐75%負荷下的壓力分布情況

圖3 改造前、后鍋爐75%負荷下的壓力分布情況

參考文獻：

[1] 楊群峰,曹穎,董哲.循環流化床鍋爐下排氣旋風分離器的改造[J].熱能動力工程,2015,30(5):796～801.

[2] 劉洪鵬,王旭東,孫佰仲,等.75t/h循環流化床鍋爐分離器的改造[J].科學技術與工程,2014,14(3):148-151.

[3] 黃中.循環流化床鍋爐分離器靶區磨損分析與改造[C].2013年中國電機工程學會年會論文集.北京：中國電機工程學會,2013:5.