毕业论文《垂直轴切向入口逆流旋风分离器结构设计》

毕业论文《垂直轴切向入口逆流旋风分离器结构设计》 前言 ........................................................................................................................... 11 发展清洁环保型流化床锅炉的重要性 ................................................................ 21.1 我国能源短缺现状 .......................................................................................... 21.2 CFB 锅炉的技术优势 ..................................................................................... 21.3 气固分离装置在 CFB 锅炉中的重要作用 ..................................................... 21.4 CFB 燃烧方式对分离器的特殊要求 .............................................................. 31.5 旋风分离器的研究及发展现状旋风分离器发展简史................................... 5第二章旋风分离器的理论基础 ............................................................................... 82.1 旋风分离器内部流场 ........................................................................................ 82.2 旋风分离器气固两相流基础 .......................................................................... 122.3 旋风分离器捕集分离机理 .............................................................................. 133 环流化床锅炉内的旋风分离器设计与耐火材料的铺砌.................................. 183.1 设计参 数 ........................................................................................................... 183.2 具体设计 .......................................................................................................... 213.3 较核和优化设计: .......................................................................................... 253.4 因素分析 .......................................................................................................... 273.5 旋风分离器的磨损及其产生机理 .................................................................. 273.6 旋风分离器主要的磨损形式 .......................................................................... 293.7 旋风分离器的防磨措施 .................................................................................. 293.8 耐火材料的铺设: .......................................................................................... 30 大学 毕业设计 机械毕业设计下载球磨机的毕业设计下载关于网络爬虫的毕业设计下载关于网络爬虫的毕业设计下载河南城建学院毕业设计论文下载 (论文)前言 虽然旋风分离器用于工业实践已经有百余年的时间了，前人也取得了比较丰富的理论和实践成果。但是由于分离器内的流动相对较为复杂，各种理论分析均不能很好地描述其内部流场特性。很多科学家或研究人员提出的多为半理论半经验的公式或数据，且大都为针对某种形式的分离器模型。这给旋风分离器的工程应用造成了一定的困难。 同时由于 CFB 锅炉技术是锅炉行业一个相对较新的技术。在其上使用旋风分离器的时间也相对较短，经验相对较少。而 CFB 锅炉上使用的旋风分离器工作在高温、高灰浓度的特殊环境，所以其分离特性、阻力特性和流动特性与常规化学工业上使用的旋风分离器将存在一定的差异。但关于这一领域的资料或技术文章由于研究相对较少和商业保密的缘故，可以获得的参考较少。并且，在我国自行开发和引进的 CFB 锅炉产品中，也常常出现旋风分离器排气管严重磨损变形，锅炉飞灰含碳量大，回料器回灰量不足或回灰控制不佳等问题。这说明我们对旋风分离器的特性还未完全掌握。所以，对 CFB 锅炉旋风分离器特性的研究显得非常必要。 一般研究认为影响分离特性的因素主要是入口风速、入口颗粒浓度等入口因素以及分离器内部几何形状、排气管内径和深度等结构因素。对入口形状的研究也仅局限于入口截面长宽比变化及切线和涡壳式入口的讨论。而对于其它分离器入口收缩情况却少有论及。这对发展旋风分离器的使用存在一定的局限性。由于结构限制，工业用旋风分离器特别是 CFB 锅炉用旋风分离器入口流道往往较短，分离器入日段流动将受流道形状的影响较大。而由于结构的复杂性，性能较好的涡壳式入口难以在大型 CFB 锅炉上有效应用。 本文针对具体实例对典型的垂直轴切向入口逆流旋风分离器进行结构设计，并进行理论分析得出最佳的设计方法。提高设计精度，优化结构尺寸。 1 循环流化床高温气固分离器设计1 发展清洁环保型流化床锅 炉的重要性1.1 我国能源短缺现状 随着科技的进步和人民生活水平的不断提高，整个社会对作为生产。生活主要能源的电力供应需要两与日俱增。但现阶段我国各省市高峰期缺电限电现象，以东北电网为例:从 70 年代东北电网开始缺电，到 80 年代缺电非常严重。进入 90 年代初有所缓和，但短缺尖峰电力的矛盾却反而突出了。 2002 年底以来，由于水资源的季节性短缺及煤炭资源生产和运输问题，导致华中、西南等地区大面积缺电。由于能源产业结构的调整需要较长的时间，缺电状况在未来时间内都有可能持续。 电力能源在全国范围，特别是经济较发达的东部地区的严重短缺，很大程度上制约了我国经济的高速发展，已成为我国经济建设中一个急待解决的重要问题。因此近两年来，我国及时调整产业政策，在电力建设上有较大的投入，相继开工新建和改建了一大批火电机组。1.2 CFB 锅炉的技术优势 煤炭作为常规火电项目的主要燃料已使用了相当长的时间。我国煤炭资源分布和品质不均，福建等地区能源相对短缺，急需解决电力紧张问题而另一方面，这些地区出产的高硫、高灰的低品质煤在火力发电上得不到有效利用而造成资源的浪费或环境的污染。随着对环境问题这一与人类生存发展密切相关的社会问题认识的进一步深入，整个社会越来越重视环境保护问题。传统的火力发电站污染治理问题也日益受到各方面的关注。 近十几年发展起来的 CFB 燃烧技术为燃用劣质燃料开辟了一个新的思路，并逐渐得到能源行业和社会的认可。CFB 以高效脱硫、低 NOx 排放特征，成为一种技术较为领先的环保型电站锅炉产品。同时，由于其燃料适应性广、负荷调节比大且调节快速，相对于早期鼓泡流化床锅炉燃烧效率高、炉膛截面积小，给煤点少等特点，近几年在国际和国内得到广泛的使用，取得了较快的发展。1.3 气固分离装置在 CFB 锅炉中的重要作用 CFB 燃烧方式与早期鼓泡流化床的主要区别在于 CFB 锅炉运行于快速流态化状态，此时炉膛内的流化速度运行时的炉膛截面风速远高于鼓泡床锅炉。较大颗粒的高温粒子 2 大学毕业设计(论文)在由锅炉炉膛、气固分离设备和返料设备组成的物料主循环回路中循环运动，以完成低温床温一般低于 1000C下的炉内脱硫和低 NOx 排放的完全燃烧。 由循环燃烧的特点不难看出，CFB 锅炉具有比常规煤粉锅炉更高的气固分离要求。CFB锅炉的气固分离装置主要分为两种。一种是处于 CFB 主循环回路气固分离设备，如旋风分离器或惯性分离器，称为 CFB 锅炉的分离器另一种则是与常规煤粉锅炉相同的布置，为尾部的布袋或静电除尘，称为除尘设备。 这两种设备的安装位置不同，起到的作用也不同。分离器布置在相对较高温度和较大颗粒浓度的主循环回路，其主要作用是将大量高温固体物料从烟气中分离出来，再通过回料机构返送回炉膛，以维持.炉膛的快速流态化状态，保证燃料和脱硫剂多次循环、反复燃烧和反应。这样才有可能达到理想的燃烧效率和脱硫效率，维持循环床锅炉内特殊的流体动力特性。而布袋除尘器或静电除尘器与常规煤粉炉功能相同，布置在温度相对较低的锅炉尾部，主要作用时减少锅炉的粉尘排放。 因为 CFB 分离器的性能直接影响整个 CFB 锅炉的总体设计系统布置及锅炉运行性能，所以成为了 CFB 锅炉关键设备之一。1.4 CFB 燃烧方式对分离器的特殊要求根据运行特点，CFB 锅炉主循环回路使用的分离器必须满足下列几个要求:1能够在高温情况下正常工作2能够满足极高浓度载粒气流的分离3具有低阻的特性，因为分离装置的阻力增大势必要增大风机的压头增加能耗4有较高的分离效率。实际上循环倍率在很大程度上是靠分离器的效率来保证的。这里较高的效率不完全是对于大颗粒，而且也指小煤粒或脱硫剂。5能够与锅炉 设计的 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 相适应，使锅炉结构紧凑，易于设计 可以看出，CFB 锅炉对分离器的性能要求较高。因此，CFB 锅炉主循环回路一般使用可靠性较好的机械式气固分离设备。目前 CFB 锅炉主回路常用的机械式分离器主要有旋风分离器和惯性分离器。这两种分离器由于结构和分离原理的差异而具有各自不同的特点:旋风分离器分离效率高但相对体积庞大，结构复杂惯性分离虽然热惯性小，结构简单，费用低，但分离效率较低。因此，对 CFB 锅炉分离器形式的选择，焦点主要在分离效率和分离器结构及制造上。从 CFB 锅炉实际运行情况和相关数据 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明，CFB 锅炉主循环回路分离器的分离效率将直接影响整个锅炉的性能。 3 循环流化床高温气固分离器设计 以 Nucta IIOMW 循环流化床锅炉为例，该发电站曾对已运行的分离器进行过改造，并对分离器改进前后 CFB 锅炉的运行性能进行了试验。结果表明，分离器效率变化将对炉膛床料粒度、底渣粒度、燃料停留时间、飞灰底灰，进而对整个锅炉的经济性产生影响。从图 1-1 可以看出，分离器改造后， 0-200 m 颗粒的分离效率有所提高。 对 分离效率提高后，床料粒径变细。这是因为对细颗粒分离效率提高，有更多的细颗粒被分离后送回炉膛参加循环。同样，分离效率提高，排出底灰粒度变细。细颗粒dlt100 m 的停留时间增加，而大颗粒停留时间略有减少。如对 300 m 颗粒，原停留时间为 1.4h，现提高到 13h，提高了近 10 倍。而对大于 2500 m 颗粒，停留时 fRI 从原来 70.6h 降至 32.3h.常规流化床中，细颗粒在炉内停留时间不够，造成细碳粒不完全燃烧损失和未反应的 CaO 量较大的，而粗颗粒停留时间过长，影响了炉膛容积的有效利用。因此，分离效率提高将有利于锅炉燃烧效率和 CaO 利用率的提高，降低 Ca/S 比.提高脱疏效率。Nu cla 的 试验结果还表明，分离器改进后 Ca/S 可降低 18，飞灰中可燃物从 0.7降到 0.2.灰中平均含碳量从 1.8降到 1.6。而飞灰含碳量直接影响到锅炉的燃烧效率。内江 410 t/h Pyroflow 型 CFB 锅炉运行初期，飞灰含碳量从 17降为 13左右，锅炉燃烧效率便从 94.9增加到.0左右分离效率提高后，使更多物料被送回炉内。炉内颗粒浓度增加使受热面传热系数增加。因此，分离器改进后，由于炉内热负荷增加和传热系数增大，可减少锅炉受热面积和炉膛高度，从而降低整个锅炉的造价和运行费用。 在美国加州斯托克顿的一台热电联产49.9MWe 和 45.4t 蒸汽的燃低硫烟煤循环流化床锅炉上，通过对电站的飞灰和底部灰渣样品的分析表明，虽然物料平均停留时间为 17h，但几乎所有的未燃尽碳和大部分未反应石灰在只有几分钟甚至更短的时问里就离开炉膛。电厂通过分离器的改进，减少了燃煤、石灰石、降低 NOx 生成物的氨以及添加的灰用量。其中最为显著的是石灰石用量的减少。扣除因分离器阻力提高带来风机电耗上升而每年约增加的 4.1 万美元开支，该改进估计年节约运行费用约 67 万美元。从各 电 厂 的运行成功经验分析，CFB 锅炉分离器必须要有较高的分离效率。 以前国内 CFB 锅炉沿用在鼓泡床锅炉上取得的一些经验，多采用惯性分离等效率较低的分离器。随着国外 CFB 技术的引进和国内技术的发展，CFB 制造业逐渐认识到低分离效率的分离器是造成国内早期 CFB 锅炉运行情况不佳的主要原因之一。因此，旋风分离器这种高效的分离设备已成为 CFB 锅炉中使用最多的分离器。几乎所有现阶段设计制造的大中 4 大学毕业设计(论文)型 CFB 锅炉都采用旋风分离器作为主分离设备。1.5 旋风分离器的研究及发展现状旋风分离器发展简史 旋风分离器的研究及发展现状旋风分离器发展简史从 1886 年 Morse 的第一台圆锥形旋风分离器使用至今，已有一百多年的时间了。旋风分离器早期用于食品 工业，主要用于气力输送谷物的收集。随着近现代工业的发展，旋风分离器在众多需要气固分离的领域使用范围越来越广。这主要与旋风分离器的结构和运行特点有关。旋风分离器有以下几个特点: 1本身无运动部件，结构简单，不需特殊的附属辅助设备，占地面积小，制造、安装费用较少。 2操作、维护简便，压力损失中等，阻力损失不大，运行、维护费用较低。3操作弹性较大，性能稳定，不受含尘气体的浓度、温度限制。 图 1-1 改进前后分离器效率的变化对 CFB 锅炉运行的影响此外。Around Figure 1-1 improvement separator efficiency change to CFB boiler movement influence in addition 随着对旋风分离器研究的不断加深。各国科学家和工程技术人员在这些理论的引导下，不断推出新型的旋风分离器。如日本日立制作所与矿产公司共同研制的分离单管，切向进气，在排灰底板上有中心孔或偏心孔，排灰孔的总面积为单管面积的 0.3-0.4，有效地防止了被分离出的粉粒返混，提高了分离效率，可 100地分离 3-5 m 的粉粒。美国Polutrol 公司研制的“Euriposquot多管旋风分离器，其特点是切向入口处有一特殊档板，分离单管水平放置，结构十分紧凑，可 100分离 3-4 m 的粉粒。西德西门子公司研制的旋流式分离器，利用二次加速气流来增大粉粒离心力的方法，可 100地分离 6 m 的粉粒。 5 循环流化床高温气固分离器设计同时，旋风分离器的设计也出现了新的趋势。 1分离器直径更大，长径比也更大。如东方锅炉集团股份有限公司设计制造的 135MW等级 CFB 锅炉使用的旋风分离器直径达到 7.7m . 2分离器净化气出口端速度高，排气管直径小。气体出口速度有时高达 4.8m /s，而排气管直径仅为筒体直径的 1/3. 3分离器内气流压降大，可高达 12.43KPa，而过去则小于 5.07KPa. CFB 锅炉用旋风分离器介绍由于 CFB 锅炉对旋风分离器的特殊要求，因此，在 CFB 上使用的旋风分离器也有其自身的特点。从分离器散热情况来分类，可分为冷却式和非冷却式两大类而按工作温度来分类，又可分为中温分离器和高温分离器两大类。其中，冷却式和非冷却式旋风分离器的分类更能反映出分离器结构上的差异。非冷却式旋风分离器又叫绝热式旋风分离器，是指不布置受热面的旋风分离器。一般是由钢板制成。钢制外壳内部敷设较厚的耐磨耐火材料。根据温度情况，还要在外部进行保温处理。此类型的分离装置占了已运行的和正在建造的 CFB 锅炉分离装置的绝大部分。LurgiAhlstrom BatelleRiley 等著名公司设计制造的 CFB 锅炉均采用了此类形式，在国内，许多小型 CFB 锅炉也采用丁这种形式。这种类型的旋风分离器在设计上基本套用了常规旋风除尘器的设计方法。 从目前的应用情况来看。已有百余台 CFB 锅炉应用了这种分离器，运行情况尚可。但由于旋风分离器体积较大，受旋风分离器最大尺寸和处理烟气量的限制，大容量的 CFB 锅炉必须配置多个分离器，且大型 CFB 锅炉旋风分离器工作温度较高，需用的耐火和保温材料较厚。由于较厚的耐火保温材料不允许有剧烈温度升降和较大的温差，且有较大的蓄热量。就造成了锅炉启停时间延长，启动费用上升。并且分离器的相对散热损失也较大。如果炉内燃烧未组织好，还易出现分离器内的二次燃烧。水冷 、 汽冷高温旋风分离器最早由美国 FosterW heler 公司提出并申请专利。国内由东方锅炉引进技术后也设计和制造。其特点是分离器本体由膜式水冷或汽冷受热面构成。由于受热面可以吸热并能承受更高的温度。所以采用这种旋风分离器内不需要很厚的隔热层。仅为防止灰的磨损，在受热面内表面敷设有较薄的耐磨浇注料。在分离器外再进行适度的保温即可。这种 旋 风 分离器的优点在于使用的耐火材料用量大大减少，降低了维护费用锅炉启动不受耐火 材料升温限制，负荷调节快捷，节省启动成本分离器辐射热损失少，可提高锅炉效率，降低运行成本分离器与炉膛金属温度相近，都是悬吊结构，胀差小，布置简单有蒸汽冷却，在燃用不易燃尽的燃料时，对于分离器里可能出现的二次燃烧起着冷却作用，避免结渣。但这 6 大学毕业设计(论文)种分离器在设计和制造上相对较复杂，成本较高，造价昂贵。 AhlstromPyropow 的水冷方形旋风分离器也属于冷却型分离器，可用于紧凑型循环流化床锅炉。他们将分离器外形由圆形改成方形，四面用平面水冷壁围成的，简化了整个分离器制造和安装工艺。国内清华大学也有类似的尝试。但方形分离器的使用效果不祥。另外 ，还有下排气式旋风分离器和水冷卧式水平放风分离器等新型分离器模型被提出，有的也己经在中小型 CFB 锅炉上开始使用。 随着对 CFB 燃烧技术的掌握的日益完善，计算流体力学和数值传热学等相关研究领域 对的发展， CFB 用旋风分离器其的研究将更加深入，对其分离机理的理论认识将更加深刻，实际运用也将更加成熟。 7 循环流化床高温气固分离器设计2 风分离器的理论基础2.1 旋风分离器内部流场 常规旋风分离器结构如图 2.1 所示。自从 Ter Lindin 对旋风分离器内系统测定后，众多研究者又在其基础上做了更加深入系统的测定。从这些结果可以看出，结构形式一定的旋风分离器，流动状态基本相似。 图 2.1 分离器结构示意图 图 2.2 旋风分离器内部双层漩流 现以最广泛的切流反转式旋风分离器为例，对其内部流场进行说明，当气流以12-25m/s 的速度从进口通道进入分离器后，便被迫在圆桶体与排气管之间的同心闭环柱体内旋转以运动。气流仍遵循不可压缩流体运动的规律，压缩问题可以忽略不计。旋转气流的绝大部分沿气壁呈螺旋运动，朝下部锥体流动。通常称此为外旋气流。含尘气体在旋转过程中产生离心力，将重度大于气体的颗粒甩向气壁，部分颗粒从气壁反弹回主气流形成夹带，大部分颗粒靠重力沿壁面下落，进入排灰管被分离，旋转下降的外旋气流在到达锥体事。因为锥形的收缩而向分离器的中心靠拢。根据旋转矩不变原理，其切向速度不断提高。当气流到达锥体下端某一位置时，即以同样的旋转方向从旋风分离器中部由下反转而上，继续做螺旋形运动，形成内旋气流。最后分离后的气体经排气管排出分离器外，一部分未被补集的尘粒也出此逃逸。 旋风分离器内的气流除上述的主流外，还有由轴向分速与径向分速构成的次流。这种次流对于粉尘捕集分离机理也起到很重要的作用。 自分离器入口流人的另一小部分气体，则向旋风分离器顶盖流动，然后沿排气管外侧 8 大学毕业设计(论文)向下流动。当到达排气管下端时，即反转向上随上升的中心气流一同从排气管排出。分散在这一部分上旋气流中的尘粒也随同被带走。该部分次流称为上灰环，对分离不利。相反，对应于锥体次流产生的下灰环是推动己捕集分离在锥体边壁的粉尘向下推移，最后推入排灰管分离，这是对分离有利的灰环。正因为有下灰环的存在，才可以将旋风分离器卧装甚至倒装。 因此，旋风分离器内是三维湍流的强旋流，在主流上还伴有许多局部二次流.主流是双层旋流，如图 2.2 所示.外侧向下旋转，中心向上旋转，但旋转方向相同。现多采用热线风速仪及激光多普勒测速仪等先进仪器测定旋风分离器内复杂的气流运动规律，旋风分离器内部三维速度和压力分布的典型结果示于图(1)切向和径.