循环灰分离器的选型、主要性能指标及其影响因素

选型

循环灰分离器是循环流化床锅炉的关键部件。不同类型的循环流化床锅炉，多是以采用的分离装置不同为特征的。因此，循环灰分离器的选型与设计是循环流化床锅炉设计的一个重要组成部分。原则上，分离器的选型应进行综合经济技术比较，得出最佳方案。可以根据分离器的运行条件，特别是循环倍率和系统能耗的要求来确定所选用的分离器的类型。通常，对于较低的循环倍率，采用合适的惯性分离器就可以满足对分离效率的要求，这时，可以获得较低的压力损失或系统能耗，具有结构简单、投资和运行维护费用低等好处．对于较高的循环倍率或较小的颗粒粒度，则往往需采用合适的旋风分离器或多级惯性分离器方能满足循环倍率对分离效率的较高要求，这时不得不以增加分离器的阻力或系统能耗等为代价。大型循环流化床锅炉，因结构布置的困难，可以选用多个旋风分离器并联的方式。
2 ，主要性能指标
评价分离器的性能指标有分离效率、阻力、烟气处理量和经济性（投资和运行费用）等。其中，分离器的分离效率和阻力两项指标最为重要。
( l ）分离效率
分离器的分离效率夕是指含灰烟气在通过分离器时，捕集下来的物料量Gc ( kg / h ）占进人分离器的物料量Gikg/h的百分比，即
若循环流化床锅炉中的物料循环倍率R 确定，并已知燃料性质、飞灰份额和飞灰含碳量，则分离效率就可按式（4 , 8 ）计算：
分离效率反映的是分离器分离气流中固体颗粒的能力，它除了与分离器结构尺寸有关外，还取决于固体颗粒的性质、气体的性质和运行条件等因素。因此，分离效率不宜简单地用做比较分离器自身性能的指标，只有针对具体的处理对象和运行条件才有意义。显然，分离器的分离效率与颗粒的粒径有关，粒径越大，分离效率就越高．为了进一步表明分离器的分离性能，还经常采用分离分级效率的概念。分级分离效率，是指分离器对某一粒径颗粒的分离效率。研究表明，在工程应用范围内，丫可以表示成对应于5 。写分离效率的颗粒粒径磷。和对应于99 ％分离效率的颗粒粒径丙，的函数。其中，成。称为切割粒径，禹，称为临界粒径。分级分离效率由于是对某一粒径而言的，与进口物料的粗细无关，只取决于分离器及该颗粒的自身性质，更适合用来描述分离器的性能。
( 2 ）阻力
分离器的阻力表示气流通过分离器时的压力损失，是评价分离器性能的另一项重要技术指标，也是衡量分离器的能耗和运行费用的重要依据。通常，分离器的阻力△ p ，是以分离器前后管道中气流的平均全压差来表示的。
分离器的阻力不仅取决于其自身的结构尺寸，还与运行条件等有关。为方便起见，常引入阻力系数g ，分离器阻力表示为由式，阻力与速度的平方成正比。阻力系数与分离器的结构尺寸有关，结构一定，则阻力系数为一常数。通常，分离器分离效率的提高是以阻力增加为代价的。但可以通过优化分离器的结构尺寸，保证其具有较高的分离效率而同时阻力较低，即以最小的能量消耗，达到最佳的分离效果。
3 ．主要影响因素
循环流化床锅炉循环灰分离器与传统除尘技术中的除尘器相比，运行条件差别较大。一般来说，循环流化床锅炉分离器所处理的烟气流量大，温度高，颗粒浓度高，粒径也相对较大，这对分离器的分离性能产生了很大的影响。
( l ）进口烟气流速
分离器进口烟气流速“，对分离器的分离效率和阻力都有很大影响。
从理论上讲，旋风分离器或惯性分离器的阻力都是与入口气体流量或流速的平方成正比的，但实际上略有偏差．试验研究表明，阻力与流量或流速大约成1.5-2.0 次方的关系，与分离器的结构尺寸及测试条件等有关．通常，在没有确切试验数据的情况下，认为阻力与流速的平方成正比。一般来说，分离器进口流速越高，分离效率越高，阻力也就越大。但当流速过高，超过某一特定值时，随进口流速的提高，分离效率反而下降。就旋风分离器和惯性分离器而言，对某一特定的颗粒，通常存在一个最佳的进口流速。超过这一流速，气流的湍动程度增大很多，会造成严重的二次夹带，即湍流的影响大于分离作用，致使分离效率降低。研究表明，这一最佳值与分离器的结构形式和尺寸、气固两相的特性等有关。一般取进口风速为18-35m/s
( 2 ）温度
循环流化床锅炉中分离器一般都在较高的沮度下运行，温度对分离器的性能有重要影响。这种影响是通过温度对烟气密度和烟气翻度的影响来体现的。
由于气体温度升高，勃度增加，使得颗粒更难从气流中分离出来，分离效率随乳度的增加而降低。有数据表明，某旋风分离器当温度为20 ℃ 时，对于位径为10 拼m 的颗粒分离效率为84 % ，而在500℃ 时分离效率仅为78 ％。虽然气体密度对分离效率也有影响，但通常烟气密度与颗粒密度相比，烟气密度值甚小，其影响可以忽略，除非压力或烟气密度很高，才加以考虑。
温度对阻力有较大的影响。由于气体的密度与温度成反比，分离器的阻力与气体密度八成正比，亦即与气体温度成反比，温度升高，阻力下降；而气体勃度对阻力的影响通常可以忽略。
( 3 ）进口颗粒浓度
气流流过分离器时所产生的阻力主要包括：气流的收缩与膨胀、器壁的摩擦、旋涡的形成以及旋转动能转化为压力能等引起的能量消耗。不同结构形式的分离器，上述各项对阻力的贡献有所不同。在较低的颗粒浓度下，随浓度的增加，通常阻力是降低的；而当颗粒浓度超过某一特定值（临界浓度）时，随浓度的增加，阻力却增加。颗粒浓度对旋风分离器阻力的影响十分复杂，是多种因素综合作用的结果，其临界浓度的数值与分离器的结构形式、尺寸以及运行条件等有关。
颗粒浓度对分离效率的影响也存在类似的规律：即存在一临界浓度值，低于该值时，随浓度的增加，分离效率增加；高于临界值后，分离效率将随浓度的增加而降低。该临界值也与旋风分离器的结构形式、尺寸以及运行条件等有关。
需要说明的是，尽管低于临界值时分离器的分离效率会随进口颗粒浓度的增加而增加，但增长速度却远不及浓度的增加。因此，出口颗粒浓度总是随进口颗粒浓度的增加而增大的。
( 4 ）颗粒粒径分布和密度
颗粒的粒径分布是影响分离器分离效率的最重要的因素之一对于旋风分离器和惯性分离器，颗粒所受到的分离作用力与阻力之比随颗粒粒径的增加而增大。因此，大颗粒比小颗粒更容易从气流中分离。同样，随颗粒密度的增加，分离效率提高。特别是当粒径较小时，密度的变化对分离效率的影响大．而当粒径较大时，密度变化对分离效率的影响变小。颗粒粒径对分离器的阻力影响很小，可以忽略。
( 5 ）旋风分离器结构参数
通常，旋风分离器进口宽度和进口形式、排气管插人深度和直径、筒体直径等对分离器性能影响很大。实际上，由于旋风分离器各部分参数是相互关联的，应该综合考虑它们对分离器性能的影响。
在风速一定时，随着分离器进口高宽比的增加，分离效率会略有增加，而压力损失也会增加，通常取分离器进口宽度为分离器直径D0 与排气管直径D 。之差的一半，即（Do-D1)/2 ，高宽比a/b = 2-3 。高温旋风分离器进口形式有切向式和蜗壳式两种。切向式进口简单，而蜗壳式进口虽然结构稍显复杂，但可使气固混合物平滑进人分离器，减小气固混合物对筒体内气流的撞击和干扰，因此分离效率较高，而阻力损失相对较小，是一种比较理想的进口形式．
由于旋转气流和颗粒在排气管与壁面之间运动，因此排气管插人深度直接影响旋风分离器性能．随着插入深度的增加，分离效率提高，当排气管插人深度大约是进气管高度的0.4-0.5 倍时，分离效率最高，随后分离效率随着排气管插人深度的增加而降低。排气管插人过深会缩短排气管与锥体底部的距离，增加二次夹带机会；插人过浅，会造成正常旋流核』 合的弯曲，甚至破坏，使其处干不稳定状态，同时也容易造成气体短路而降低分离效率。

排气管插人深度对压力损失也有影响。气管插人深度为进气管高度的0.4～0.5 在一定范围内，排气管直径越小，插人深度过长、过短，压力损失都增加，而当排倍时，压力损失最小，此时分离效率也最高。旋风分离器效率越高，但压力损失也越大。一般取De/-D0-0.3 -0.5圆筒体直径对分离效率有很大影响。直径一般应根据所处理的烟气流量而定。筒体直径越小，离心力越大，分离效率越高。筒体在循环流化床锅炉中，由于烟气量很大，筒体直径通常很大（有的甚至达到9m ）。筒体直径增大，要保证足够高的分离效率，进口流速要相应提高。但由于阻力正比于流速的平方，要控制阻力，进口流速也不能太高，圆筒体直径的增加义受到限制。这时可考虑几个分离器并联，以满足对分离效率和阻力的设计要求。并联时，每一分离器的直径减小，分离效率提高，但应当保证气流在并联的各分离器中的均匀分,否则会使总分离效率降低。