下排氣旋風(fēng)分離器流場分析及結(jié)構(gòu)改造

田 帥

（山西焦煤西山煤電東曲煤礦， 山西 古交 030200）

引言

下排氣旋風(fēng)分離器是當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的一種分離器，其最突出的特點便在于會在分離器的下部進行排氣芯管的布置工作，而氣流的流動也是順流式，這種布置形式能夠為循環(huán)流化床鍋爐的大型化發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)，但從目前來看，其在結(jié)構(gòu)改造的過程中仍面臨著一定的不利因素。基于此，有必要對其展開更深層次的探討。

1 下排氣旋風(fēng)分離器研究背景

下排氣旋風(fēng)分離器所具有的排氣管主要是在分離器下部進行布置，氣流的流動將會由原本的逆流式向順流式轉(zhuǎn)變。與此同時，其在原有的基礎(chǔ)上將存在上排氣分離器排氣端方向上的逆轉(zhuǎn)取消了，并減少了彎頭，這樣便能夠在一定程度上減少流動壓力損失，可以為后續(xù)的支撐及布置工作創(chuàng)造良好的條件。對于下排氣分離器來說，其在結(jié)構(gòu)方面呈現(xiàn)出了一定的復(fù)雜性和特殊性，能夠有效同循環(huán)床鍋爐的n 型布置相適應(yīng)，并且有助于后續(xù)布置尾部煙道受熱面，可以在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上對鍋爐的外部尺寸進行縮小，以達到減少造價的效果。在循環(huán)流化床煙氣脫硫技術(shù)的應(yīng)用過程中，充分發(fā)揮出下排氣旋風(fēng)分離器的作用，能夠?qū)崿F(xiàn)對于脫離系統(tǒng)整體運行的進一步簡化，以起到降低造價的作用。以往在對下排氣旋風(fēng)分離器進行設(shè)計的過程中，通常情況下會使用通切結(jié)構(gòu)開展對于底錐斜面的設(shè)計工作，此舉會使得分離器中的流場出現(xiàn)不對稱的現(xiàn)象。當(dāng)處在總高相同的狀態(tài)下，無法為顆粒捕集和分離創(chuàng)造良好的條件。與此同時，在完成改進后的底錐斜面所選擇的兩側(cè)內(nèi)外對切的形式。當(dāng)處在分離器總高相同的狀態(tài)下，其對切方式能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)有排氣管高度及圓柱段筒體高度的增長，并在增加氣流旋轉(zhuǎn)圈數(shù)的同時產(chǎn)生減輕返混的效果，這可以在極大程度上促進分離效率的提升。除此以外，在該結(jié)構(gòu)的分離器上存在兩個出灰口并呈現(xiàn)出對稱布置的形式，其對于系統(tǒng)整體布置效果的提升有一定的優(yōu)化作用。

2 下排氣旋風(fēng)分離器流場分析和結(jié)構(gòu)改造實踐

2.1 流場分析

2.1.1 流場特性

結(jié)合實際情況來看，氣流從分離器壁面到導(dǎo)流體所具有的切向速度整體呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢，并且能夠出現(xiàn)一個Rankine 復(fù)合渦，而強制渦則存在于導(dǎo)流體附近，在分離器壁面的周邊是一個有著較小范圍的準(zhǔn)自由渦，其最大的切向速度具體處在準(zhǔn)自由渦和強制渦交界的位置，而灰斗中能夠看到一個明顯的Rankine 復(fù)合渦。含塵氣流將會按照切向、水平方向?qū)崿F(xiàn)向分離器內(nèi)部的融入，而少部分氣流將于分離器頂部產(chǎn)生一個上渦旋，其本身有著相對較低的軸向速度，剩余的氣流將會呈現(xiàn)出旋轉(zhuǎn)向下的特點，并在排氣管的基礎(chǔ)上排出大部分氣流，剩下的氣流則會處在灰斗壁面附近，采用旋轉(zhuǎn)的方式向下流動。在灰斗的底部包含著相應(yīng)的鎖氣裝置，當(dāng)氣流流道經(jīng)過特定位置之后便會向上轉(zhuǎn)折流動，并經(jīng)由排氣管向外排出進而產(chǎn)生一個大尺度渦流。渦流會對顆粒沉降產(chǎn)生一定的阻礙作用，與此同時，還會帶出已經(jīng)沉積的顆粒并出現(xiàn)二次效應(yīng)，最終對顆粒分離效率產(chǎn)生一定的不利影響。若想有效起到減小渦流的作用，相關(guān)工作人員可以結(jié)合實際情況，在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上增加排氣管同導(dǎo)流體之間的距離，或適當(dāng)增加排氣管直徑。上述兩種方式的應(yīng)用能夠使得顆粒在氣流的帶動下由排氣管向外排出，這樣便可以提升現(xiàn)有的分離效率。但最佳的方式應(yīng)當(dāng)為增加灰斗長度或?qū)醢逶O(shè)置在灰斗上[1]。

2.1.2 壓力分布

立足于具體情況進行分析能夠發(fā)現(xiàn)，灰斗中的靜壓有著相對較小的變化，與此同時，其壓力損失也呈現(xiàn)出較小的特點。而對于排氣管的上半部分和椎體與排氣管之間來說，其存在較大的壓力梯度，面臨過大的壓力損失。之所以會出現(xiàn)壓力損失，其主要是因為當(dāng)排氣口處出現(xiàn)體積收縮現(xiàn)象時，其會產(chǎn)生一定的局部沉降。另外，排氣口上方還有一個低壓區(qū)會出現(xiàn)渦流，進而導(dǎo)致其出現(xiàn)了額外的能量損失。

2.2 結(jié)構(gòu)改造

2.2.1 改造方案

本文主要是以某煤礦自備電廠中的一臺循環(huán)流化床煤泥鍋爐為例，對其結(jié)構(gòu)改造方案進行探究，其在運行的過程中，飛灰可燃物能夠達到9%。與此同時，其所使用的下排氣旋風(fēng)分離器的分離效率只能夠維持在75%左右，這便導(dǎo)致其有著相對較小的返料量。從整體來看，該鍋爐的運行效率過低，難以支撐各項工作的高質(zhì)量開展?；谛L(fēng)分離裝置中的煙氣進入排氣管當(dāng)中，此時旋流仍然較強烈，這便需要進一步改進下排氣管，以保障灰顆粒的二次分離，完成改進工作之后的返料系統(tǒng)便可以送到爐膛當(dāng)中，進而實現(xiàn)鍋爐返料量的增加。通過對其采取科學(xué)合理的改造措施，能夠進一步改善下排氣旋風(fēng)分離裝置結(jié)構(gòu)不合理的問題，并有效應(yīng)對返料量少及系統(tǒng)效率過低的現(xiàn)象。其結(jié)構(gòu)改造具體情況如圖1 所示。

圖1 結(jié)構(gòu)改造圖

工作人員需要充分結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，從下排氣旋風(fēng)分離器現(xiàn)場的實際使用情況出發(fā)，立足于具體的設(shè)計改造方案開展改造排氣管的相關(guān)工作。工作人員主要是選用304 不銹鋼板，針對排氣管側(cè)面開槽展開加工工作，進而構(gòu)建起一個能夠妥善收集排氣管灰粒的裝置，灰粒收集裝置的設(shè)置應(yīng)當(dāng)綜合考慮現(xiàn)場的各方面情況，其底部是一個40°左右的傾角，在完成對于排氣管的內(nèi)部改造工作之后便可以澆注料，這樣便能夠為灰粒收集裝置入口處的合理性提供充足的保障，使其達到平滑過渡的效果。在灰粒收集裝置的下部，需要使得返料管呈現(xiàn)出40°的傾斜角進而將其引出，使其引入立管處附近，并同輔助返料管的立管相連接。其排氣管分離裝置的構(gòu)成包括輔助返料管、導(dǎo)流管及排氣管的灰粒收集裝置，當(dāng)返料管中返料顆粒可以達到相應(yīng)高度之后才能夠?qū)ζ洳扇∫欢ǖ拿芊獯胧?，這樣可以有效降低煙氣短路回流現(xiàn)象出現(xiàn)的可能性，并且能夠?qū)崿F(xiàn)正常返料，需要在主返料處進行開口以實現(xiàn)引入。

2.2.2 結(jié)果分析

為了高質(zhì)量實現(xiàn)對于改造成果的精確分析，工作人員需要針對改造前后的樣品進行分別取樣，同時要對其展開含碳量檢測及粒度分析測試工作。在激光粒度分析測試的基礎(chǔ)上能夠明確，完成結(jié)構(gòu)改造的返料器在采集的粉煤灰樣品方面，與之前相比中位徑小12.7 μm，而相對于改造之前在特定位置上采集的樣品來說，改造后分離設(shè)備電除塵所采集的粉煤灰顆粒粒徑要小12.7 μm。這也代表了經(jīng)過結(jié)構(gòu)改造，其旋風(fēng)分離器在分離能力方面實現(xiàn)了加強，并且可以達成分離更小粒徑顆粒的目標(biāo)，有助于在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上實現(xiàn)循環(huán)流化床鍋爐返料量的增加。工作人員針對改造前后的樣品展開了含碳量檢測工作，最終明確在改造完成之后，返料器中的樣品有著相對較低的含碳量；與此同時，電除塵裝置中的樣品所具有的含碳量較之以往也有所降低。這說明通過對下排氣旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)改造，燃料的利用效率得到了極大程度的提升[2]。

3 結(jié)語

下排氣旋風(fēng)分離器的安裝能夠?qū)崿F(xiàn)對煙氣中高濃度細灰的有效分離和收集，并通過對返料器的應(yīng)用向流化床循環(huán)中進行細灰的送入，此舉對于提升循環(huán)流化床鍋爐的運行成效有著重要意義。