劉俊杰

(陽煤集團(tuán)壽陽化工有限責(zé)任公司，山西 壽陽 045400)

1 傳統(tǒng)循環(huán)流化床鍋爐分離器結(jié)構(gòu)

目前，我國循環(huán)流化床下排氣旋風(fēng)分離裝置一般采用圓型、方型以及蝸殼型等結(jié)構(gòu)，其上部布置導(dǎo)管進(jìn)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(jìn)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(jìn)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?yàn)樯仙鲿A帶一些分離顆粒，這些顆粒的存在會降低分離效率，應(yīng)該引起重視。

返料量會受到循環(huán)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(chǎn)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(yōu)化循環(huán)流化床鍋爐分離器

2.1 改造技術(shù)

氣流通過旋風(fēng)分離器進(jìn)入容器錐底之后會進(jìn)行轉(zhuǎn)折，向上流出后形成內(nèi)旋流，內(nèi)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(gè)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(tài)下，分離效率會逐漸降低。通常情況下，進(jìn)氣口要高于中心筒下端，這樣才能夠使分離效率受到調(diào)整；但如果插入的深度太長，會使得氣流旋轉(zhuǎn)圈數(shù)減少，這樣會因?yàn)槎螉A帶的頻率過高，而影響到了分離效率，運(yùn)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(chǔ)上減小直徑。三種方案如圖1所示，方案中的數(shù)據(jù)根據(jù)數(shù)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(shù)值模型模擬

利用Gambit軟件進(jìn)行數(shù)值模擬操作，網(wǎng)格劃分采用1∶1比例進(jìn)行。旋風(fēng)分離器由于自身所具有的特點(diǎn)，需要通過網(wǎng)格加密的方式進(jìn)行劃分。

分離器計(jì)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(xiàn)中的推薦，一般采用RSM湍流模型，這種模型的模擬數(shù)值結(jié)果比較接近于真實(shí)值。由于在實(shí)際生產(chǎn)過程中，分離器內(nèi)部的流動氣體實(shí)際上是氣固兩相流，因此還要對固體顆粒的流動采用隨機(jī)軌道模型進(jìn)行模擬，其中對于氣相與固相的耦合因素需要考慮。在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，對于粒子的分布特征一般采用Rosin-Rammler進(jìn)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(jì)算的精度。三種方案的模擬結(jié)果見表1所示。

表1 CFD數(shù)值模擬后分級效率及阻力結(jié)果比較

通過對表1中的數(shù)據(jù)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(jìn)行改造。通過模擬結(jié)果我們可知，最佳的方案是將直徑改變?yōu)? 070 mm、插入深度變?yōu)槿螛?gòu)造，這樣就可以改變運(yùn)行效率，達(dá)到最佳的效果。

2.3 情況對比

圖2為分離器在75%負(fù)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(shí)際的運(yùn)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(jià)與結(jié)論

通過本文的分析和研究可以發(fā)現(xiàn)，造成旋風(fēng)分離器分離效率較低的主要因素是中心筒的結(jié)構(gòu)布置不合理。數(shù)值模擬可以對三種方案進(jìn)行模擬，通過比較得出最佳方案。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果我們可知，當(dāng)循環(huán)灰中的位徑降低到207.2 m時(shí)，飛灰中位徑降低到26.94 m時(shí)，可以提高鍋爐的經(jīng)濟(jì)效益。

圖2 改造前、后鍋爐75%負(fù)荷下的壓力分布情況

圖3 改造前、后鍋爐75%負(fù)荷下的壓力分布情況

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊群峰,曹穎,董哲.循環(huán)流化床鍋爐下排氣旋風(fēng)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(huán)流化床鍋爐分離器的改造[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2014,14(3):148-151.

[3] 黃中.循環(huán)流化床鍋爐分離器靶區(qū)磨損分析與改造[C].2013年中國電機(jī)工程學(xué)會年會論文集.北京：中國電機(jī)工程學(xué)會,2013:5.