煤粉分離器的研究

1、煤粉分離器研究階段報(bào)告,報(bào)告人：楊龍濱 哈工大燃燒工程研究所,內(nèi) 容,分離器綜述 試驗(yàn)臺(tái)的建立 試驗(yàn)結(jié)果及分析 一些問(wèn)題,分離器綜述,在一切伴有氣固兩相的生產(chǎn)過(guò)程中，氣固分離是不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié)，在電力、化工、石油、煤炭、冶金、化肥、水泥、紡織、食品、輕工等行業(yè)及環(huán)境保護(hù)工程中有著廣泛的應(yīng)用。氣固分離的工業(yè)應(yīng)用按照其目的的要求可以歸納成三大類(lèi)： 1) 回收有用的物料。比如發(fā)電廠中制粉系統(tǒng)通過(guò)粗粉分離器得到合格細(xì)度的煤粉，把不合格煤粉返回磨煤機(jī)重新研磨；又如在有色金屬冶煉工程中回收貴重的金屬粉末等。,2) 獲得潔凈的氣體。例如在硫酸生產(chǎn)中，通過(guò)硫鐵礦烙燒制備的原料氣必須除去砷、硒等微粒，保證后道

2、生產(chǎn)工序的順利進(jìn)行。煉油廠催化裂化再生煙氣的能量回收，需將高溫?zé)煔庵写笥?0mm的顆粒除凈，才能保證高溫?zé)煔廨啓C(jī)的長(zhǎng)周期安全運(yùn)行。 3)凈化廢氣保護(hù)環(huán)境。各國(guó)對(duì)于燃煤鍋爐、煉鋼爐、有色金屬冶煉爐、礦燒結(jié)機(jī)、水泥窯以及炭黑生產(chǎn)、石灰煅燒、顏料、復(fù)合磷肥等生產(chǎn)中的尾氣排放要求都有明確的規(guī)定，因此需要通過(guò)氣固分離技術(shù)對(duì)尾氣進(jìn)行凈化。,任何一種氣固分離裝置都是利用一種或數(shù)種氣固分離的物理過(guò)程來(lái)達(dá)到分離氣固混合物中固體顆粒的目的。例如，沉降室勢(shì)力用固體顆粒的重力沉降機(jī)理達(dá)到氣固分離的目的，電除塵器是利用固體顆粒的機(jī)理來(lái)實(shí)現(xiàn)氣固分離，而重力沉降機(jī)理對(duì)電除塵器來(lái)說(shuō)處于次要地位。在氣固分離技術(shù)中，常見(jiàn)的分離機(jī)

3、理有重力沉降、慣性分離、離心分離、攔截捕獲、荷電分離等，此外有熱泳力、擴(kuò)散泳力、磁場(chǎng)力和輻射力等的作用，人們還常常利用顆粒的凝聚特性、潤(rùn)濕特性等來(lái)提高或達(dá)到分離的目的。,四種常見(jiàn)的分離機(jī)理,重力分離機(jī)理 慣性分離機(jī)理 離心分離機(jī)理 荷電分離機(jī)理,重力分離機(jī)理,重力分離機(jī)理是最基本的一種分離方式，氣固混合物中的固體顆粒的分離主要借助于重力作用，而固體顆粒在重力沉降過(guò)程中必然要受到氣體介質(zhì)對(duì)它產(chǎn)生的阻力。一般簡(jiǎn)化為一個(gè)球形顆粒在流體中自由下落的情形，按力平衡關(guān)系有下式： 式中： 顆粒的重力； 顆粒上的浮力； 顆粒上的沉降阻力。,當(dāng)顆粒在氣流中加速直至達(dá)到最終的穩(wěn) 態(tài)速度（即）時(shí)有 則可由上式求出顆

4、粒終端沉降速度。當(dāng)顆粒終端沉降速度大于流體向上運(yùn)動(dòng)的速度時(shí)，顆粒就能夠沉降下來(lái)；兩個(gè)速度相等時(shí)顆粒懸浮在流體中；顆粒終端沉降速度大于流體向上運(yùn)動(dòng)的速度時(shí)，顆粒則被流體帶走。,水平流型重力分級(jí)器,I粗粉；II中細(xì)粉；III細(xì)粉；IV超細(xì)粉 1超細(xì)粉塵與空氣出口；2分級(jí)室；3粉料入口；4空氣入口,“之”字型重力分離裝置,分離器由曲曲折折的“之”字型方筒構(gòu)成。兩相流每轉(zhuǎn)折一次，撞擊器壁，使顆粒重新分散，大顆粒因撞擊器壁后失去向上運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能而沿器壁下滑，較細(xì)顆粒則隨氣流繼續(xù)上升，因而使粒徑大小不同的顆粒實(shí)現(xiàn)了分離。,慣性分離機(jī)理,兩相流中固體離子隨氣流運(yùn)動(dòng)時(shí)遇到固體分離部件時(shí)，由于固體顆粒比氣體分子具

5、有更大的慣性，氣流中的固體顆粒將脫離氣體流線，并與分離部件發(fā)生碰撞，從而使粒子從氣流中分離出來(lái)。兩相氣流中固體粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡可用下述方程式來(lái)描述：,百葉窗煤粉濃縮器,一次風(fēng)在穿過(guò)濃縮器時(shí)，氣流繞流經(jīng)過(guò)葉片，氣流中的煤粉顆粒在慣性力的作用下，力圖保持其原有的流動(dòng)方向從而直接打到葉片上，向與原來(lái)相反的方向被彈出。因此大量的煤粉被彈到濃側(cè)，從濃一次風(fēng)噴口噴出，淡側(cè)只有少量的煤粉隨著大量的風(fēng)噴出。,離心分離機(jī)理,氣固兩相流體在作旋轉(zhuǎn)流動(dòng)的同時(shí)，氣流向旋轉(zhuǎn)中心流出，粒子在離心力場(chǎng)作用下脫離氣體流線，并與分離部件發(fā)生碰撞而被捕集，使粒子從氣流中分離出來(lái)。離心分離中粒子的受力如下式： 式中： 為離心力； 為

6、斯托克斯阻力。 對(duì)某一指定粒徑的粒子，在某一直徑的運(yùn)動(dòng)圓周上其離心速度與其向心速度相等，此時(shí)這一直徑的運(yùn)動(dòng)圓周稱(chēng)為分級(jí)圓，這一粒徑的粒子稱(chēng)為臨界粒子,旋風(fēng)分離器,兩相氣流從旋風(fēng)筒切向進(jìn)入，氣流作旋轉(zhuǎn)流動(dòng)同時(shí)向旋轉(zhuǎn)中心流出，氣流實(shí)際的運(yùn)行運(yùn)行軌跡為一螺旋線 。粒子在離心力場(chǎng)作用下除作圓周運(yùn)動(dòng)外，又具有向外的離心速度，由于空氣粘滯阻力的作用，使粒徑小的粒子離心速度小而粒徑大的粒子離心速度大。大于臨界粒徑的粒子便能從氣流中分離出去，形成離心分離。,荷電分離機(jī)理,氣體中粉塵粒子的電力分離有兩種形式：一種形式是帶電粒子或凝聚后的帶電粒子在分離構(gòu)件上產(chǎn)生的電力沉降；另一種形式是在外加電場(chǎng)力作用下，使荷有電

7、暈電荷的粉塵粒子在集塵極上發(fā)生的電力沉降。電廠所用的電除塵器就是基于這種機(jī)理來(lái)除塵 。,葉片式分級(jí)機(jī),靜止葉片式 旋轉(zhuǎn)葉片式 組合式,靜止葉片式,靜止葉片式分級(jí)機(jī)是指在分級(jí)機(jī)工作過(guò)程中葉片與分級(jí)機(jī)徑向保持某一角度不動(dòng),1排氣管；2導(dǎo)向葉片；3內(nèi)錐殼體；4外錐殼體；5反射棱錐體；6進(jìn)風(fēng)管；7粗粉出口管,旋轉(zhuǎn)葉片式,旋轉(zhuǎn)平面式 圓錐狀葉輪 圓柱狀葉輪,旋轉(zhuǎn)平面式,1氣流入口管 2返料管 3二次風(fēng)導(dǎo)管 4氣流分布器 5軸承 6內(nèi)殼體 7回轉(zhuǎn)葉片 8外殼 9主軸 10細(xì)顆粒出口管,日本NARA MACHINERY公司生產(chǎn)的 New Cosmomizer粉碎分級(jí)機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)N-COS）,圓錐狀葉輪-1,1進(jìn)

8、風(fēng)管 2粗顆粒返料管 3圓錐殼體 4錐形分級(jí)轉(zhuǎn)子 5出風(fēng)蝸殼 6傳動(dòng)裝置 7電機(jī),圓錐狀葉輪-2,1主軸 2細(xì)顆粒出口管 3錐形分離轉(zhuǎn)子 4圓柱形殼體 5氣流分布錐 6二次風(fēng)入口 7可調(diào)風(fēng)管 8進(jìn)料管 9返料管 10篩板,圓柱狀葉輪,轉(zhuǎn)子形式不同，旋轉(zhuǎn)時(shí)使周?chē)鷼饬鳟a(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的強(qiáng)度也不同，分級(jí)能力也就不同。圓柱狀轉(zhuǎn)子造成氣流旋轉(zhuǎn)的能力最強(qiáng)，而平面轉(zhuǎn)子造成氣流旋轉(zhuǎn)的能力最弱， 柱面狀轉(zhuǎn)子分級(jí)粒度最小，分離效率最高。同時(shí)中空的轉(zhuǎn)子在分離的過(guò)程中葉片相當(dāng)于條柵，隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的增加圓柱面上的可通過(guò)面積相應(yīng)地減小也增強(qiáng)了分離的效果。,德國(guó)Alpine公司研制的ATP型分級(jí)機(jī)，葉輪通常是水平式安裝于分級(jí)機(jī)頂部

9、。分級(jí)葉輪的轉(zhuǎn)速最高可達(dá)到22000r/min以上，產(chǎn)品細(xì)度d97可達(dá)到2.5mm。,組合式,組合式就是既有靜止葉片又有旋轉(zhuǎn)葉片，氣固兩相氣流先經(jīng)過(guò)靜止葉片的引導(dǎo)然后經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)子葉片的分離，其分離能力和分離效率都是最好的，但是阻力損失也是最大的。,中速磨上配用的分離器,中速磨上配用的分離器就是上面所提的三種形式葉片分離器，包括離心式分離器（靜止葉片式）、旋轉(zhuǎn)式分離器和組合式分離器。接下來(lái)的兩個(gè)圖為德國(guó)BABCOCK公司生產(chǎn)的MPS中速磨煤機(jī)，給出了兩種分離器的形式。,靜態(tài)（SLK）分離器,動(dòng)態(tài)（SLS)分離器,試驗(yàn)臺(tái)的建立,主要部件 系統(tǒng)的連接 測(cè)量設(shè)備,試驗(yàn)臺(tái)主要部件,給粉裝置 下入料式動(dòng)靜轉(zhuǎn)子

10、分離器 側(cè)入料式動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)子分離器 轉(zhuǎn)子 離心式風(fēng)機(jī) 布袋除塵器 電氣控制柜,試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)連接,試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)采用負(fù)壓方式連接，在已經(jīng)進(jìn)行過(guò)的試驗(yàn)中分別采取了兩臺(tái)分離器串聯(lián)的連接方式和下入料式動(dòng)靜態(tài)轉(zhuǎn)子分離器單獨(dú)連接的方式。,串聯(lián)連接,單臺(tái)連接,測(cè)量設(shè)備,標(biāo)準(zhǔn)皮托管 斜管微壓計(jì) 激光粒度分析儀 皮托管和U型管壓力計(jì) 等速取樣裝置,試驗(yàn)結(jié)果及分析,分別進(jìn)行了單相和氣固兩相的試驗(yàn)。單相試驗(yàn)測(cè)量了不同流量下轉(zhuǎn)速與阻力損失的變化關(guān)系。氣固兩相的試驗(yàn)則考察了轉(zhuǎn)子不同轉(zhuǎn)速下的分離能力。,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與阻力損失的關(guān)系,對(duì)1794 m3/h流量下的情況作了回歸得到轉(zhuǎn)速（X）和阻力損失（Y）的關(guān)系式： Y=603.40216 +0.27901X +9.2913910-5 X2。,入料煤粉的累積分布,入料