旋风分离器

旋风分离器的分离原理比较简单。烟气携带物料以一定的速度（一般大于20m/s ）沿切线方向进人分离器，在内部作旋转运动，固体颗粒在离心力和重力的作用下被分离下来，落人料仓或立管，经飞灰回送装置返回炉膛，分离出颗粒后的烟气由分离器上部进人尾部烟道。旋风分离器布置在炉膛外部，属外循环分离器。

旋风分离器一般由进气管、筒体、排气管、圆锥管等几部分构成。其结构尺寸包括：筒体直径、进口高度、进口宽度、排气管直径、排气管插人深度、筒体高度、总高度、排料口直径等，一般用筒体直径表示其相对大小。表4 一1 给出了目前工业循环流化床锅炉旋风分离器的主要结构尺寸与特性参数。
旋风分离器进气管常采用切向进口。由于普通切向进口＜平顶盖）结构布置方便，循环流化床锅炉大多采用这种方式。另外，蜗壳式切向进口可以减小分离器的阻力，提高处理的烟气流量，应用也较多．排气管布置．则有上排气与下排气两种．参见图4 , 15 。
旋风分离器的优点是分离效率高，特别是对细小颗粒的分离效率远远高于惯性分离器；其缺点是体积比较大，使得锅炉厂房占地面积较大。另外，大容量的锅炉因受分离器直径和占地面积的限制，往往需要布置多台分离器。譬如，220t / h 锅炉布置两台直径为6 ? 7m 的旋风分离器，400t/h 锅炉布置共台直径更大的旋风分离器。因此，旋风分离器的布置对于循环流化床锅炉的大型化显得非常重要。
根据分离器的下作条件，旋风分离器可分为高温、中温和低温三种。
1 ．高温旋风分离器
高温旋风分离器通过一段烟道与炉膛连接，其布置根据锅炉结构及分离器数量的不同而有所变化，大多布置于炉膛后部，也有的布置在炉膛前墙或两侧墙，并多采用上排气形式。
高温旋风分离器的结构形式主要有两种，一种是由钢板和耐火材料构成不冷却的绝热旋风筒，另一种是由膜式壁构成通过水（或蒸汽）冷却的水（汽）冷却式旋风筒。
< 1 ）高温绝热旋风分离器
高温绝热旋风分离器的筒体结构示。高温旋风分离器内烟气和物料温度高( 850 ℃ 左右），甚至有颗粒在分离器内继续燃烧，同时物料在分离器内高速旋转，故绝热分离器内衬有较厚（80mm 以上）的高温耐火材料，外设保温层隔热。
表列出了220t/h 及以下容量循环流化床锅炉燃烧室和高温绝热旋风分离器的主要尺寸以及两者的匹配情况，表中尺寸说明参。
应用绝热旋风筒作为分离器的循环流化床锅炉称为第一代循环流化床锅炉。德国鲁奇公司较早地开发出采用保温、耐火及防磨材料砌成筒身的该型分离器，并为鲁奇公司、奥斯龙公司以及由其技术转移的公司设计制造的循环流化床锅炉所采用。据统计，目前有78 ％的循环流化床锅炉采用了绝热高温旋风分离器。但这种分离器也存在一些问题，主要是旋风筒体积庞大，钢材耗量较高，密封和膨胀系统复杂，耐火材料用量较大，分离器热惯性大，启动时间较长。另外，在姗用挥发分较低或活性较差的强后燃性煤种时，旋风筒内的燃烧将导致分离后的物料温度上升，从而引起旋风筒内或立管及飞灰回送装置内的超温结焦，
( 2 ）水（汽）冷却式高温旋风分离器
为保持绝热式旋风筒的优点，同时有效地克服其缺陷，福斯特，惠勒公司开发了水（汽）冷却式旋风分离器。该型分离器外壳由水冷壁或蒸汽管弯制焊接而成．取消了绝热旋风筒的高温绝热层，受热面管子内侧布满销钉并涂一层较薄的高温耐磨浇注料。壳外侧班盖一定厚度的保温层，内侧只教设一薄层防磨材料，整个分离器的外壳，包括烟气人口通道、分离器顶棚、简体和倒锥形料斗均由水（汽）冷却的膜式壁构成，水（汽）流过分离器膜式壁受热面时可以是串联布置．也可以为并联布置。实际上，水（汽）冷却式分离器已成为锅护的一个压力部件，是锅炉炉膛受热面的延伸，因而可以采取顶部吊挂的设计，使其在受热膨胀时和炉膛一起向下膨胀，从而大大地减小了它与炉膛和尾部受热面热膨胀的差别，使炉膛与分离器、分离器与尾部受热面接口处的机械设计得以简化。
由于与锅炉的水（汽）系统构成了一个整体，冷却型分离器有许多优点。譬如，在燃烧难燃燃料，如无烟煤、煤歼石、石油焦及垃圾制成的燃料时，燃烧可能会在分离器中发生，此时水（汽）分离器的膜式壁受热面可吸收燃烧释出的部分热量，从而防止分离器内因以）和残碳后燃造成温度升高而引起的结渣；可以节省大量保温和耐火材料，缩短锅炉的启停时间等。另外，由于有水（汽）冷却，分离器的外壳可采用与炉膛相同的保温材料，使其外壁温度维持在54 ℃ 左右的正常值（非冷却的钢板耐火材料分离器的外壁温度可高达110 ℃ ）, 较低的分离器外壁温度可以改善锅炉运行的经济和安全性；但缺点是容易造成飞灰可燃物升高，制造工艺复杂，初投资比较高。
要注意的是，由于采用水冷却的分离器是将锅炉水循环系统和分离器的膜式壁相连，形成一个自然循环的水冷分离器，与蒸汽冷却式分离器相比，水冷却式分离器不利于达到最佳的自然水循环工况。因此，设计采用自然循环方式的水冷分离器时，必须重视水循环的安全性，对于高压锅炉尤为重要，
( 3 ）方形高温旋风分离器（离心式紧凑型分离器）
正如前述，循环流化床锅炉大多采用圆形的高温绝热旋风简分离器。用钢板耐火材料制作的旋风筒，不但造成分离器的体积和重量过大，而且存在着耐火材料的热膨胀、磨损寿命和内部结渣的可能性。水（汽）冷却式旋风筒虽然可以避免钢板耐火材料旋风简的缺憾，但结构相对较复杂，制造成本较高。为克服这类旋风简分离器的不足，又保持其分离效率高的优点，福斯特· 惠勒公司开发出一种水冷方形离心分离器的专利技术，其最大的结构特点是外形为非圆形，如正方形、长方形或多边形，一般采用方形。方形离心分离器由膜式壁构成，与锅炉炉膛共用，实际上成为炉膛受热面的组成部分，在炉膛和分离器之间不存在热膨胀的间题，它使整个锅炉的布置显得非常紧凑。因此，方形分离器又称紧凑型分离器。紧凑型循环流化床锅炉的流程，为一容量为7oMw ．带有旋风筒分离器的循环流化床锅炉与同容量的紧凑型循环流化床锅炉尺寸的比较。由图可见，方形分离器使得循环流化床锅炉的布置大为紧凑。由于方形高温旋风分离器（离心式紧凑型分离器）的优越性，方形分离器在循环流化床锅炉中具有良好的应用发展前景：福斯特，惠勒公司和奥斯龙公司合并后即将方形分离器循环流化床锅炉作为大型化方向进行重点发展。另外，由于紧凑型循环流化床锅炉结构形状上的特点，它还特别适合用于将老的煤粉炉改装成更高效低污染物排放的循环流化床锅炉，例如波兰图罗电站的200MW 。煤粉炉改造为260Nn 从紧凑型循环流化床锅炉。
清华大学在福斯特，惠勒公司方形离心分离器的基础上，发展了改进型的带加速段的方形分离器，即“水冷异型分离器”, 1995 年获得专利，并成功应用于75t / h 完善化循环流化床锅炉上。这种方形分离器人口处增加了一曲面导流板，该导流板与其入口处的一直壁面形成了渐缩形加速段，并在分离器内部用膜式水冷壁或耐火材料将其方形拐角处填充成圆弧 \a循环流化床锅炉采用圆形旋风简分离器．b循环流化床锅炉采用方形分离器形．

这些改进措施可减小流动阻力，使气流容易形成离心旋转，进一步提高分离效率，有效地克服了绝热旋风分离器的后燃结焦问题；另外，与圆形水（汽）冷却式旋风分离器相比，降低了制造成本。
2 ，中温旋风分离器
中温旋风分离器人口烟气温度较低，一般为400 ? 500 ℃ ，通常布置在过热器之后。与高温旋风分离器相比，中温旋风分离器有如下优点：① 由于人口烟气温度较低，烟气总容积相对降低，分离器尺寸可以减小，加之烟气茹度降低，利于颗粒分离，可以提高分离器效率；② 由于分离器温度降低，可以采用较薄的保温层，从而缩短锅炉的启停时间，另外，在保温相同的条件下，散热损失减小；③ 分离器内不会发生嫩烧，也不会造成超温结焦；④ 对保温材料的耐高温要求降低，可以降低成本；⑤ 分离下来的物料温度较低，这对控制床层温度，防止床内发生结渣以及调整负荷有利。但是，由于中温分离器与高温分离器不同，后者布里在过热器前而前者布置在过热器后，过热器处的烟气含物料量较大，固体颗粒也较粗，增加了过热器的磨损，严重影响锅炉的安全运行。因此，中温分离器一般应用于低倍率循环流化床锅炉上，并且对分离器前受热面采取有效的防磨措施，以提高其使用寿命．目前应用较多的中温旋风分离器是一种下排气的分离器。采用下排气分离器是为了克服常规上排气旋风分离器结构与尾部烟道的协调布置问
题。下排气分离器可以缩小锅炉的外部尺寸，简化烟道布置，从而降低锅炉造价。为下排气分离器旋风筒结构简图．
3 ．低温旋风分离器低温分离器的工作温度一般小于300 ℃ ，通常布置在省煤器或空气预热器之后。实际上，采用低温分离器的锅炉是飞灰回燃型鼓泡流化床锅炉，并不是真正意义上的循环流化床锅炉，故此处不做详细讨论。