強制循環流化床物料分離效率的研究及應用

宋飛躍

(太原鍋爐集團有限公司 山西 太原 030000)

分離器是循環流化床鍋爐本體的一個重要組成部分之一，也是循環流化床獨有的系統，該系統主要包括物料分離器、料腿和回料閥三部分，其作用是將煙氣攜帶的大量物料分離下來，并返送回爐膛形成循環流化床燃燒。

循環流化床的分離器直接影響鍋爐燃燒、傳熱和穩定運行，其必須具備一下條件：

條件1：保證物料高效分離。系統無論在高負荷運行還是低負荷運行，其均應有高效的分離效率，使煙氣中固體物料捕捉下來，減少飛灰量，降低尾部受熱面磨損和積灰，同時也減少機械不完全燃燒損失。

條件2：穩定回料。保證一定的回料量及回料的連續穩定。

條件3：回料應連續可調。調節回料量可以控制爐內燃燒過程和改變爐膛內物料濃度，這樣可適應鍋爐負荷參數變化的需要。

循環流化床鍋爐根據分離器布置位置不同分內循環、夾道循環及外循環，按照分離器原理分有旋風分離器和慣性分離器兩種，按照使用條件分高溫分離器(800℃)、中溫分離器(400-800℃)和低溫分離器(200-300℃)。目前國內普遍的循環流化床鍋爐采用高溫旋風分離器(如圖1)，其原理即是以一定速度(一般大于20m/s)的煙氣攜帶物料沿切線方向進入分離器后在分離器內做旋轉運動，固體顆粒在離心力和重力作用下被分離下來，落入料腿，經回料閥返回爐膛。

圖1

這種高溫旋風分離器實踐證明存在以下三個問題：1、分離器分離效率低，其中分離器中被分離下來的顆粒二次攜帶嚴重；2、分離器外表面溫度高和熱輻射損失嚴重；3、回料閥倒灰嚴重。

分離器的分離效率和分離器的阻力是評價高溫旋風分流器的主要指標，影響高溫旋風分離器性能的因素有煙氣溫度和分離器尺寸。煙氣溫度越高，分離器的分離效率越低，分離器尺寸越大，其分離器效率越低。由于高溫旋風分離器入口溫度高(800-950℃)燃料甚至在分離器內繼續燃燒，同時分離器鋪設大量的耐火材料，而這些耐火材料加熱和冷卻需要較長時間，致使其表面的溫度相對較高，且對流和和輻射損失很大。

高溫旋風分離器的分離效率通常用切割直徑來表示，其定義為給定顆粒特性和操作條件下分離效率為50%時顆粒直徑。高溫分離器經過長期實踐所得分離器對入爐顆粒要求如下表：

粒度范圍(mm)<0.50.5～33～66～1010～13質量份額(%)20502082

按照太鍋“定態理論”所得分離器物料顆粒直徑與分布頻率結論(圖2)，來調整高溫旋風分離器結構(如圖3)，該結構叫高效絕熱旋風分離器，其徹底解決了前幾代分離器存在的問題。該結構根據煤種、煙氣量及定流速理論等確定分離器直徑，目前高旋風分離器直徑可達5-10m，該新型結構與歷代高溫旋風分離器最大的不同如下：

圖2 圖3

(1)調整分離器入口段喉口尺寸和分離器入口傾斜角度，解決前幾代分離器效率低的問題。

(2)更改旋風分離器直筒和錐筒尺寸，同時偏置分離器中心筒，該結構避免旋風分離器中分離顆粒物二次攜帶。

(3)變更旋風分離器返料閥結構尺寸，增高返料舌頭來避免倒灰現象。

(4)高溫旋風分離器由外殼和耐火材料組成，變更分離器耐火材料的鋪設方式，使用內中外部兩層的四層結構，其目的就是降低高溫旋風分離器外部溫度和分離器外面輻射熱損失。

結論

新型高效絕熱旋風分離器最大特點是分離器喉口尺寸和分離器入口角度，同時偏置分離器中心筒以及更改返料閥結構，這種新型結構解決了效率低溫度高等的疑難問題。