循環流化床鍋爐設備及運行授課教師：周菊華§2-3物料分離器

§2-4固體物料回送裝置上節課內容回顧：爐膛又稱為燃燒室燃料：一進二出空氣：二進一出引入：

爐膛是：物料循環系統的組成部分稱為固體物料的提升段循環流化床鍋爐三大核心部件

—燃燒室、分離器、回料閥燃燒室分離器回料閥共同構成了循環流化床鍋爐的——

物料循環系統燃燒室分離器回料閥本節課重點講述分離器結構、原理與影響分離效率的因素回料閥結構、原理與運行第三節物料分離器重點掌握1.作用2.分類3.結構、原理4.影響分離效率的因素分析物料分離器作用:將大量的高溫固體物料從氣流中分離出來，送回燃燒室，以維持燃燒的快速流化狀態，保證燃料和脫硫劑多次循環、反復燃燒和反應。實現了燃料循環燃燒，提高了燃燒效率實現了脫硫劑循環利用，節約了脫硫劑用量保留足量的固體顆粒，順利完成傳熱(一)物料分離器種類（1）按分離原理分類離心分離慣性分離組合分離一、物料分離器種類和結構目前，最典型、應用最廣性能也最可靠的是旋風式分離器，一臺鍋爐通常采用兩臺或四臺分離器。旋風分離器使含灰氣流在筒內高速旋轉，固體顆粒在離心力和慣性力的作用下，逐漸貼近壁面并向下呈螺旋運動，被分離下來；煙氣和無法分離下來的細小顆粒由中心筒排出，送入尾部對流受熱面。除了旋風分離器之外，還有許多其他的分離器型式，如U形槽、百葉窗等，但旋風分離器在大型循環流化床鍋爐中具有更高的可靠性和優越性。旋風分離器的阻力較大，加之布風板的阻力，因此，循環流化床鍋爐的煙氣阻力比常規煤粉爐高得多。（2）按進口溫度分類高溫分離（≈800℃）中溫分離（≈500℃）低溫分離（＜300℃）（3）按是否冷卻分類絕熱式水（汽）冷式（4）按布置位置內循環外循環通常是以上分類的組合離心式高溫絕熱分離器高溫水（汽）冷分離器中溫組合式分離器（一）內循環分離器1.異型槽鋼分離器2.漩渦分離器1.異型槽鋼分離器錯列傾斜布置，當物料隨煙氣上升時進入分離器，由于煙氣和物料密度差別大，因而慣性不同，一部分物料進入異型槽鋼內，與煙氣分離。結構簡單、易布置、省了回料閥等裝置、運行中不操作環境溫度高、沖刷磨損嚴重、成本較高。2.漩渦分離器膜式水冷壁構成，爐膛一部分。三漩渦室分離器。（二）夾道循環分離器

1.百葉窗

2.平面流

百葉窗分離器平面流慣性分離器慣性分離原理示意圖（2）慣性分離帶慣性分離器的CFBB返回組合分離慣性分離+離心分離百葉窗+低溫旋風分離器百葉窗低溫旋風分離器組合分離按分離原理分類法講解：（1）離心式分離器（2）慣性分離器（3）組合式分離器其中，（1）為重點3.結構、原理（三）爐外循環分離器

1.高溫旋風分離

2.中溫旋風分離

3.旋風分離器結構汽冷（水冷）分離器方型分離器高溫旋風分離器組成及結構特點進口段圓筒體錐體中心筒高溫絕熱旋風分離器旋風分離器的結構高溫絕熱式旋風分離器的筒體結構

旋風分離器內部（入口）表面為耐磨耐火材料層工作原理：離心分離高速旋轉運動,密度大的顆粒被甩到筒壁面,實現了與密度小的氣體的分離旋風分離器的旋流示意圖旋風分離器的工作原理（演示1）旋風分離器的工作原理（演示2）旋風分離器的工作原理（演示3）旋風分離器的工作原理（演示4）實例：HG-440t/hCFBB旋風分離器外徑：8084mm內徑：7360mm進口：下傾10°中心筒偏置中心筒呈倒錐形進口外緣加帽檐實例：HG-440t/hCFBB旋風分離器高溫絕熱式旋風分離器優點結構簡單分離效率高缺點熱慣性大，啟動時間長易結焦體積龐大，布置困難

為克服上述缺點，冷卻型高溫旋風分離器誕生了。汽(水)冷分離器結構特點汽冷（水冷）優點熱慣性小，啟動時間短不易結焦缺點制造工藝復雜，昂貴蒸汽冷卻的旋風分離器

為克服水（汽）冷型旋風分離器制造工藝復雜缺點，方形分離器誕生了。方型分離器結構特點方形優點不易結焦磨損輕制造工藝簡單，成本低缺點分離效率普通旋風分離器方形分離器爐膛爐膛方形分離器的改進切角帶加速段返回小結：三代分離器（離心式）按分離機理分別講解了：（1）離心式分離器（2）慣性分離器（3）組合式分離器各自都有優缺點，應根據具體情況選用小結：分離器部分二、物料分離器的性能指標及影響因素（一）性能指標1.分離效率2.分離器阻力（二）有關因素1.煙氣入口速度2.溫度3.顆粒濃度4.顆粒粒度和密度5.結構參數（1）寬度和進口形式（2）中心管長度和直徑（3）筒體直徑高溫絕熱旋風分離器（一）性能指標1.分離效率含塵氣流通過分離器時，捕集下來的物料量mc占進入分離器的物料量的百分數，即η=mc/mi×100％.分離器效率的變化將對爐膛床料粒度、底渣粒度、燃料停留時間、飛灰和底渣排出比例，以及整個鍋爐的經濟性產生影響。2.分離器阻力氣流通過分離器時的壓力損失。分離器效率的提高是以阻力增加為代價。但可通過優化分離器結構尺寸，保證其具有較高分離效率同時具有較低阻力，以最小的能力消耗，達到最佳的分離效率。（二）影響分離器性能的有關因素1.煙氣入口速度入口速度越高，分離效率越高。流速過高，由于氣流湍動程度增加，造成二次夾帶，以及顆粒反彈加劇等原因，效率下降。進口風速對阻力的影響阻力與流量或流速的平方成正比2.溫度氣體密度與溫度成反比，分離器阻力與氣體密度成正比。溫度升高，阻力下降。溫度越高，氣體黏性越大，分離效率越低。3.顆粒濃度隨顆粒濃度增加，分離效率增加。較低顆粒濃度下，隨濃度增加，阻力降低。當顆粒濃度超過一定值，隨濃度增加，阻力增加。4.顆粒粒度和密度大顆粒比小顆粒更容易從氣流中分離出來。隨著顆粒粒度增加，分離效率提高。顆粒粒度對阻力沒有影響5.結構參數（1）寬度和進口形式在風速一定，隨著分離器進口高寬比的增加分離效率略有增加，壓力損失增加。進口形式：切向進口簡單，蝸殼進口結構復雜，氣固混合物平滑進入分離器，減小了氣固混合物對筒體內氣流撞擊和干擾，分離效率較高，阻力相對減小。（2）中心管長度和直徑中心管長度增加，分離效率提高，中心管過長、過短，壓力損失增加。一定范圍內，排氣管直徑越小，旋風分離器效率越高，壓力損失越大。（3）筒體直徑筒體直徑越小，離心力越大，分離效率越高。（三）分離器選型綜合技術經濟比較。運行條件、循環倍率等第四節固體物料回送裝置重點掌握1.物料循環回路的壓力平衡關系2.回料閥的結構、原理3.自平衡回料原理一、固體物料回送裝置的作用及種類回送裝置是將分離下來的固體顆粒送回爐膛的裝置,通常稱為返料器。1.作用：①將分離下來的灰由壓力較低的分離器出口輸送到壓力較高的燃燒室,并防止燃燒室的煙氣反竄進入分離器。②提供旋風分離器的負壓和燃燒室正壓之間的密封。由于返料器所處理的飛灰顆粒均處于較高的溫度(850℃左右)，所以，無法采用任何機械式的輸送裝置。目前，均采用基于氣固兩相輸送原理的返送裝置，屬于可控型非機械閥。典型的返料器相當于一小型鼓泡流化床，固體顆粒由分離器料腿（立管）進入返料器，返料風將固體顆粒流化并經返料管溢流進入爐膛。由于分離器分離下來的固體顆粒的不斷補充，從而構成了固體顆粒的循環回路。物料循環回路的壓力平衡關系

循環回路壓力關系P=0P<0P>0P>0思考：物料怎樣實現從壓力低的分離器流向壓力高的爐膛？哪種方案可行？1：直接回料2：密封閥回料鍋爐運行著火，一般爐膛出口壓力控制為大氣壓，因爐內物料濃度很高，下部壓力遠高于大氣壓，如布風板上壓力在7000～10000Pa。由于引風機抽吸，分離器內多為負壓，回料口多布置在離布風板較近的高度，此處壓力遠遠大于分離器內的壓力。對固體物料回送裝置要求：（1）物料流動穩定（2）無氣體反竄（3）物料流量可控組成：料腿（立管）、閥料腿（立管）作用：防止氣體反竄，形成足夠的壓差來克服分離器與爐膛之間負壓差。閥作用：調節和開閉固體顆粒流動。“閥”的概念——回料閥物料回送機構控制流量可開可關防止煙氣反竄“閥”的概念物料回送機構——回料閥

非機械閥2.分類：機械閥、非機械閥機械閥：機構動作來控制、調節固體顆粒流量。球閥、蝶閥、閘閥等非機械閥：無須外界機械力作用，采用氣體推動固體顆粒運動，實現高溫下簡單、可靠輸送物料。結構簡單、操作靈活、價格低。可控型閥、流通型閥、外置式熱交換器。可控型非機械閥可以將顆粒輸送到主床開啟和關閉固體顆粒料量控制和調節固體顆粒流量。氣力輸送閥：第三類稀相輸送。氣固比大，不應用于高循環倍率循環流化床鍋爐，但在飛灰回燃式流化床鍋爐中應用。氣力輸送閥包括文丘里管式和噴射式氣力輸送型閥（稀相）（a）文丘里管式輸送閥（b）噴射式輸送閥（a）L閥（b）V閥（c）換向密封閥（c）J閥（c）H閥（一）L閥

1.L閥結構及工作原理由連接兩個容器的直角彎管組成。垂直料腿與分離器料斗相連，水平管與循環流化床爐膛相連。在料腿上送入少量氣體，氣體推動垂直料腿的密相顆粒進入床層，送入的輸送氣體向下流動通過顆粒，然后經過L閥轉彎并攜帶固體顆粒進入床層密度較低的爐膛內。2.運行特性結構簡單，輸送能力強，運行中通過風量改變來調控物料回送量。回流量調節范圍寬，開啟方便，充氣量小，充氣壓力高。運行中立管料位高度監測嚴格。二、可控式非機械閥工作原理及特性（二）其他型式的可控式非機械閥

J閥回料器通過分離器底部出口的物料在立管中建立的料位差來克服爐膛內的正壓，物料返送的動力源與立管中建立的料位差，通過回料器上升段和下降段的不同配風，使上升段和下降段呈現不同的流態化，有利于回料器工作正常。V閥：由一個V形通道和立管組成，兩者間由一個小孔連接。立管處于流化狀態，通過立管下充氣量可以控制固體物料的數量。特點：氣密性好，燃燒室與反料腿之間泄漏量小。H閥：由給料和輸送兩部分組成。從分離器下來的顆粒通過立管進入給料部分（移動床），由于下部充氣量大使該部分流態為快速流化床或稀相輸送床，二者之間由一分隔板，水平方向的空氣噴嘴對準分隔板上的喉部，這部分在控制顆粒流量中起主要作用。當通過喉部的充氣量增加時，固體顆粒流量也增加。充氣量低到某一值時，喉口堵塞關閉H閥。三、通流型非機械閥工作原理及特性（一）流動密封閥（U型）1.U型閥的結構、原理由一個帶溢流管的鼓泡流化床和分離器立管組成，二者之間有一隔板，采用空氣流化。流動密封閥中的壓力略高于爐膛，可防止爐膛內煙氣流入立管。在立管中可充氣，以使固體顆粒流動。立管中顆粒的粒位高度會自動調節，使其壓力與通過流動密封閥的壓降及驅動固體物料流過閥所需的壓頭平衡。2.U型閥的運行特性

經過一壓力屏障，將固體顆粒從低壓處送到高壓處，對固體顆粒流量調節作用小，閥和立管依靠自身壓力平衡關系自動平衡固體顆粒的流量。流動密封閥（U）（b）密封輸送閥（c）N閥工作原理

由連接兩個容器的直角彎管（U）組成。U閥的垂直料腿與分離器料斗相連，水平管與循環流化床爐膛相連，U閥的垂直料腿屬移動床，固體顆粒給入床層密度較低的爐膛，在略高于U閥水平管軸線的垂直料腿上送入少量氣體，氣體推動垂直料腿內的密相顆粒進入床層，送入的輸送氣體向下流動通過顆粒，然后經過L閥轉彎進入爐膛。水管工作過程自平衡回料原理U型閥又稱“自平衡閥”，自平衡回料是怎么實現的呢？ΔP1ΔP2小流量大流量小循環量大循環量容積式風機提供返料風返料風的要求：小流量流量基本不隨壓頭變化容積式風機如：羅茨風機羅茨風機打氣筒羅茨風機工作原理回料閥為U型閥，并采用了分叉管技術。兩個閥體水平夾角為105°布置。循環物料返回點和燃料供入點增加實例：H回料閥U型閥結構(三維動畫)U型閥結構(三維