蜗壳式旋风分离器的原理及设计.docx

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1、蜗壳式旋风别离器的原理与设计10余热锅炉2022.4蜗壳式旋风别离器的原理与设计锅炉集团股分王天春徐亦芳1前言循环流化床锅炉的别离机构是循环流化床锅炉的关键部件之一，其主要作用是 将大量高温，高浓度固体物料从气流中别离出来,送回燃烧室,以维持燃烧室一定 的颗粒浓度，保持良好的流态化状态，保证燃料和脱硫剂在屡次循环，反复燃烧和 反响后使锅炉到达理想的燃烧效率和脱硫效率因此,循环流化床锅炉别离机构的 性能，将直接影响整个循环流化床锅炉的总体设计，系统布置及锅炉运行性能.根 据旋风别离器的入口构造类型可以分为圆:形或者圆管形入口，矩形入口，蜗壳 式入口和轴向叶片入口结构.本文重点分析在循环流化床锅炉

2、中常用的蜗壳式入 口构造.2蜗壳式旋风别离器的工作原理蜗壳式旋风别离器是一种利用离心力把固体颗粒从含尘气体中别离出来的静止机械设备.入口含尘颗粒气体沿顶部切向进入蜗壳式别离器后，在离心力的作用 下，在别离器的边壁沿轴向作贴壁旋转向下运动，这时气体中的大于切割直径的颗 粒被别离出来,从旋风别离器下部的排灰口排出.在别离器锥体段，迫使净化后的气流缓慢进入别离器部区域，在锥体中心沿轴向逆流向 上运动由，别离器顶部的排气管排出.通常将分离器的流型分为双旋蜗即，轴向 向下外旋涡和轴向向上运动的旋涡.这种别离器具有构造简单，无运动部件别，离 效率高和压降适中等优点，常作为燃煤发电中循环流化床锅炉气固别离部

3、件.图I蜗壳式旋风别离器示意图心力的计算中气，体的密度与颗粒的密度相比可忽略.建立离心力和阻力的平衡方 程,Barth关于旋风别离器切割粒径的着名表达式的修正式为：厂一*so般在0.9 1.4的围.Muschelknautzn Trefz认为大约入口气量的10%走旋风别离器的短环路，这局 部气量沿着旋风别离器的顶板和升气管的外壁以螺旋方式进入升气管而排出.这局部气 量普通占入口气量Q的4%16%,平均值是10%,其余约90的%入口气量Q沿器壁流 动并由外旋涡进入旋涡.确定切割粒径后，则用Dirgo和Leith (1985)函数来拟合分级效率这个曲线(参 见 Overcamp和 Mantha,1

4、998)有:1(*)= ITI常取 6.4.0首先按照颗粒粒径分布划分为N个粒度级的质量组分，每一个质量组分之和构 成了全部颗粒质量;然后用每一个质量百分数乘以该组分平均粒径下的捕集效率 (分级效率),分级效率是从分级效率曲线计算而得的所.有N个粒度级组分的总 和就得到总效率.其表达式为：r/izhMFi,式中,zhMFi是第i个组分的质量百分数.此时旋风别离器的总效率为：r/=() + ()i 姗;式中,zhMFi是第i组分的质量百分数；r/i是第i粒度级组分的捕集效率.2.3旋风别离器中的压降在旋风别离器中，当忽略流体磨擦时，16余热锅炉2022.4根据伯努利方程，流场中的静态压力和动态压

5、力是可以转换的.在速度高的地方，静态压力低.反之，在速度低的地方，静态 压力高.在实际流动中由,于磨擦的影响，机械能量的磨擦耗散损失将造成伯努利 三项式之和沿流动方向减少.根据Muschelknautz模型，旋风别离器压降指的是包括静压和动压之和的降 低.压降分为三局部:进口损失,旋风别离器本体别离空间的损失和升气管的损失. 在旋风别离器进入通道气固两相混合物必须从外部的低速区加速运动后,再进入 旋风别离器本体中.假定在颗粒温和体之间的“滑移速度忽稍不计，则加速区的损 失为：* * (1+cO) 式中,(l + co)p是从加速区vl加速到v2的气固混合物的密度.旋风别离器本体中的能量损失比拟

6、高，主要是气固两相与器壁磨擦损失和旋风 别离器的部旋转损失造成的壁面的磨擦损失越大，导致旋流强度越弱.在高含尘 浓度的初级旋风别离器中壁，面磨擦阻力引起的壁面能量损失占总压力降的重要 局部气固两相与器壁磨擦损失即，旋风别离器中的损失表示为：ADfARtO(VOwVOc8)y2xO.9Q旋转涡核在升气管中的损失：P*:了如因此，旋风别离器总压力损失是人口加速损失器,壁磨擦损失和旋转涡核在升气管中损失的总和:,P=nPa+,PI+HPMuschelknautz基于实验给出磨擦系数f的表达式，分为两局部，一局部是纯气流的旋风别离器磨擦系数fair;此外一局部是考虑了粉料影响的磨擦系数fd.总 磨擦系

7、数的表达式变为：f= +fdt+。.（是t%rP项表示器壁上流动颗粒灰带的堆积密度或者器壁上流动颗粒层的堆积密度，它约 等于是颗粒静止状态下堆积密度.在缺乏资料时，可以设定P出二0.4p.为弗劳得数，其表达式为:VI,v*是升气管进口气体的表观轴向进口速度.3标准切流式蜗壳，筒锥型旋风别离器设计要点循环流化床锅炉的别离机构必须满足下列几个要求：能够在高温情况下正常 连续工作;能够满足极高浓度载粒气流的分离因为进入别离装置的固体颗粒含量可达550kg/m3;具有低阻性因，为别离 装置的阻力增大势必要提高风机的压头,增加能耗;具有较高的别离效率,实际循 环倍率在很大程度上是靠别离器的效率来保证的厂

8、能够与锅炉设计的流程相适应, 使锅炉结构紧凑，易于设计.我们在设计循环流化床锅炉的旋风别离器时，非但要考虑含固体烟气的温度高, 流量大及浓度高的特点,而且其构造还受锅炉柱子距离的限制，不能无限制加大旋 风别离器的直径所.以蜗壳式旋风别离器是目前工 业应用中常选择的型式.Q）人口设计旋风别离器的切向人口构造有矩形人口和圆管人口两种由于圆管人口要过渡 到旋风别离器筒体的矩形人口，设计时需要增加一个像文丘里流量计（收缩角不超过21.,余热锅炉2022.417扩散角不超过15.）那样的过渡段,而且长度不能太短，否则导致颗粒的结垢及 旋风分 离器人口局部区域的冲蚀磨损加剧所.以常选用横截面是矩形的流通人

9、口. 这种矩形人口可以与旋风别离器筒体的外壁平齐地结合成一体.如果人口面积相 当大或者粉料浓度比拟高时，则最好在径向方向增加人口面积.为使人口与旋风别离器本体的外壁光滑地结合在一起，需要逐渐收缩使外半径 逐渐过渡到与旋风别离器本体的外径一致，这就是蜗壳”式人口构造.这种构造又 分为圆筒环绕式蜗壳和对数螺旋式蜗壳圆.筒环绕式蜗壳分为90,180.,270. 和360四种，后一种构造创造相对要复杂所,以在循环流化床锅炉中常选用前一 种构造中的180.蜗壳人口构造.这种蜗壳式人口构造紧凑气，流从人口进入到旋风别离器本体部是一个较平稳的气体动力学过渡过程,同时也对人口高浓度气流中的颗粒提供了一定的预别

10、离 空间.在处理大气量时，能防止人口的气流直接冲刷升气管外壁，非但能防止流体 流动的湍流扰动和可能产生的冲蚀问题,而且也减小了气流中颗粒对于旋风别离 器壁的碰撞降，低了颗粒的反弹和返混蜗.壳式人口构造增大旋风别离器人口半径, 导致进入流体的旋转动量增加，旋涡的旋转速度增加，切割粒径减小，同时导致总压力损失的增加.由于受空间和能耗的限制，蜗壳式人口构造不能无限制扩大由于旋风别离 器的磨损与气体速度的四次方成正比所,以工程上设计速度普通在18m/s,26m/s.当处理的颗粒具有高磨损性时，选择过高的人口速度,会急剧增加冲蚀磨损，特别 是对旋风别离器本体或者锥体段下部的磨损.（2）旋风别离器长度旋风

11、别离器不能任意长.如果太长,旋涡就会在别离器本体的*一位置完毕.这 -点称为“自然转折点或者，称为旋涡的“端点或者尾端”，而将这一点到别离器 升气管末端之间的距离称为自然旋风长（如图5所示），这一开辟性的工作是由Ale*ande （1949）来提出的.如果在透明旋风别离器的壁上存在运动的颗粒就可以清晰地看 至I旋涡端部的灰环.直到现在，还不能确定旋涡端点的准确特性有关文献和旋风别 离器研究人员对这一现象解释有以下两种：-是认为旋涡的端部是轴对称的，端部 代表一种回流气泡运动另;一种观点认为旋涡的端点会附在侧壁上即（旋涡核是 弯曲的），且沿壁面高速旋转（见图5）.在液体旋风别离器，可以很容易观察

12、到这种 旋涡旋进现象,而涡核中存在气泡.尽管旋涡可能附在别离器下部壁面和旋转摆动, 旋涡并不能在轴向*一点停顿，准确地说，应是一个面.该主旋涡会在它的下游诱发 一个二次旋涡.这种现象称为流体耦合.Ln图5自然旋风长示意图基于旋涡长度就是有限别离空间长度这一假设,有人会认为自然旋涡长度可以等同旋风别离器的实际长度,实际不全对. 实验结果说明当旋涡端点位于筒锥形旋风别离器的锥体段时，有效长度减少引起 的别离性能18余热锅炉2022.4下降要比预想的大得多所.以应防止旋涡端部位于锥体上.当旋涡位于别离器 的底面时，这个平面的固体颗粒存在明显的返混现象，固然也影响到旋风别离器的切割直径.除了对别离性能

13、有不利影响外，旋涡端部在旋风别离器也会引起结垢和阻塞现象因，为固体颗粒在旋涡端部以下位置的运动减弱.当进入旋风别离器部时, 可以确定旋涡端部的位置.如果在壁面，则会发现沿别离器的锥体或者简体段浮现 壁面沉积物，或者抛光环或者磨成环形沟槽，固然这与粉料的磨蚀性有关.磨损严 重时会损坏旋风别离器的下部.旋涡端部的位置是难以通过模型发展分析确定的.到现在为止，最着名的计算自然旋风长的公式是由Ale*ander提出的：Lri = 2.3D*()Btitmer(1999)认为上式主要合用于直径很小的旋风别离器.当旋风别离器的 直径为几米和整个雷诺数围如何确定旋涡末端位置仍然没有解决.旋风别离器长度是如何

14、确定的,现在还不能给出一个普通性的答复.各个厂家 选择也不一样.旋风别离器长度的选择是在可靠性(旋涡不应该在器壁上终止)和别离性能之间的一个折衷.在其他情况一样时，增加旋风别离器长度将能逐渐提高 别离性能并降低压降.Maclean等人申请的专利(1978),声称使用这个长度的优点是使别离性能更好和磨损更小.旋风别离器最优设计 长度为：-1.09 J-l.*+4 .49UA|n式中,A*和Ai分别是升气管和烟气人口的横截面积.(3)升气管设计在旋风别离器的顶部设有升气管，它是一个简单的空心圆筒体，与外面的旋风别离器简体同心，它的插长度大约延伸至 人口中部摆布.其作用是将别离后的“干净气体从旋风别

15、离器顶部排出，然后排人尾部的竖井烟道中由于旋风别离器的切割直径和压力损失与升气管的直径密切 相关,它往往被称为旋风别离器的核心参数.般情况下是把升气管的长度延伸到人口的中部位置.这种升气管的优点是升气管短，创造费用较少,分量轻，通过旋风别离器切向人口检查和维修比拟方便由;于 升气管短，对升气管与旋风别离器顶板连接的焊缝所施加的应力较小也;会使总压 力损失稍微减小.但是升气管插入长度是人口高度的一半或者，者更小，一局部气固流体将从人口直接进入升气管走短路，使旋风 别离器的别离性能下降.反之，如果把升气管延伸到人口底板，关于费用，分量，检查的 容易性，应力，压力损失和“短路”等一系列问题将产生与上

16、述刚好相反的结果由.于绕升气管的流动气体将对升气管产生冲击，并引起升气管的侧向振动.在升气管 与旋风别离器顶板连接的圆周部位，这个振动能导致疲劳裂缝.裂缝将造成气体 短路即，直接从旋风别离器顶板排出.如果不及时解决,则会导致升气管与顶板的 彻底开裂,并掉入旋风别离器的底部.把升气管设计成下小上大的锥形构造，可以把净化的气流的一局部旋转能量转换为静压力.基于Muschelknaum Brunner (1967)提供的数据，采用这种构造旋 涡压力损失减少15%,20%.(4)旋风别离器的磨损当旋风别离器别离煤砂,，飞灰，焦等磨蚀性颗粒时，磨损是造成非方案性停炉的 主要原因之一所.以侵蚀磨损是工厂运

17、行和维修部门最关心的问题.蜗壳式旋风别离器特殊容易磨损的部位包括人口 “目标区域，锥体下部和排灰余热锅炉2022.419上部区域入VI目标区域指的是颗粒进入旋风别离器的入VI方向看到的蜗 壳局部.在这个区域固，体颗粒（特别是大的颗粒）并不沿气体流线方向运动，而是 穿过气体流线向旋风别离器的简体壁面冲击.磨损最严重的部位位于颗粒冲击方向和 简体壁面的夹角为20的.区域.然后磨损沿轴向迅速变缓，并且向来降低到旋风别离器筒锥结合处到达最小值气，流旋涡在锥体下部附壁停止.磨损率又沿轴向明显 增加,且在锥体下部和排灰口上部到达最大值.经过长Hr-J的运行，大多数的旋风别离器都会受到严重磨损，必须更换或

18、者修理.可以采用以下方式来减少磨损:一是降低旋风别离器的速度，这样意味 着增参加口或者出口面积，这种方法很少采用，特别是对于已建成的装置来说因，为降 低速度必然会降低别离效率.在新设计时，可以考虑降低速度方法.普通情况下， 设计旋风别离器入口时入口速度控制在18 26m/s之间,而出口速度稍高一些.另一种 是通过改良硬件设施来减少旋风别离器的磨损.在锅炉的旋风别离器中可以用硬 的，耐磨性能高的衬里构造.其材料普通为磷酸盐化学黏结剂国，外常用的典型型 号为85RAM或者90RAM,此型号的数字表示该材料基体中的氧化铝含量的质量百 分数.这些物质的密度约为2600kg/m3,其ASTMC - 70

19、4置员等级为2 10cm3,衬里在815-C烘干时的线邺噬率普通 小于0.6%.它们主要由Al）（）3（约占80%- 85%）和少量的如SiO2等其他物质组成 氧化铝（99.5%的）摩氏硬度为9（金刚石的摩氏硬度为10）,而其维氏硬度约为2500.这些材料的硬度等级与烧结碳化硅类似,而且根本接近黏合碳化硅的硬 度因.此，这些材料具有非常高的耐磨性和耐腐蚀性.参考文献Q学俊听，宽锅炉原理，机械工业出版社,1990.(2岑可法等彳盾环流化床锅炉理论，设计与运行，电力,1997.（3A.c霍夫曼,LE斯坦因.旋风别离器一原理，设计与工程应用.化学工业， 2Oo4.（上接第4页）氨水溅入眼睛:立刻用大

20、量水冲洗至少15分钟，然后立刻寻求药物匡助.氨水 入口喝:大量水,不要停顿催吐.吸入氨气：离开氨水暴露区.氨水碰到皮肤:脱去衣服后立刻用大量水冲洗约15分钟.如果呼吸艰难或者停顿，需要实施人工呼吸并寻求药物匡助.7完毕语该9F燃机余热锅炉工程设备的安装工作目前已接近尾声，不久的将来会正式 投入运行.届时将对缓解当地的大气污染压力发挥很好的作用.据报导，现在我国的环保产业已步入了快速开展的阶段，平均每年以约20的速 度在增长因为氮氧化物是酸雨的主要成分所,以管理烟气中的氮氧化物势在必行.烟气脱硝技术将越来越广泛地被应 用到我国未来的电力行业开展中.按照国家规划的要求，目前已建和新建火机电组 要逐

21、渐把脱硝 系统列入建立规划，到2022年,至少有2亿千瓦的机组容量需要建 立脱硝系统由.此看来，烟气脱硝会有较好的市场前景.烟气脱硝，在我国还属于新 型环保技术,我们将继续致力于这方面的开辟研究，设计创造出更多更好的节能环 保产品.蜗壳式旋风别离器的几何尺寸皆被视为别离器的部尺寸，指与气流接触面的尺 寸包括以下九个（见图1）:a）旋风别离器本体直径（指别离器简体截面的直径）,D;b）旋风别离器蜗壳偏心距离,；c）旋风别离器总高（从别离器顶板到 排灰口）,H;d）升气管直径,D;e）升气管插入深度（从别离器空间顶板算起）5余热锅炉2022.4。入口截面的高度和宽度,分别为a和b;g）锥体段高度,

22、H;h）排灰口直径,Dd;2.1 旋风别离器中的气体流动图2为一种标准的切流式筒锥形逆流旋风别离器的示意图图，中显示了其部的 流态状况气.体切向进入别离器后在别离器部空间产生旋流运动.在旋流的外部 （外旋升气管涡）气，体向下运动，并在中心处向上运动（旋涡）.旋风别离器外部区域气体的 向下运动是至关重要的因.为，依靠气体的向下运动才巴所别离到器壁的颗粒带到 旋风别离器底部.与此同时气，体还存在一个由外旋涡到旋涡的径向流动,这个径 向流动在升气管下面的别离器沿高度方向的分布并不均匀.轴向速度切向速度/图2切向旋风别离器及其部流态示意图图2的右侧给出了气流的轴向速度和 切向速度沿径向位置的分布图.轴

23、向速度图表明气体在外部区域沿轴向向下运动.切向速度图说明气体在部区域沿轴向向上运动.轴向速度在中t2,线附近往往存 在一个滞留区域，有时甚至浮现气体轴向速度是向下的.切向速度分布类似于兰金 涡:外部的准自由涡（无磨擦流体的旋转运动,其涡流运动中的切向速度使得流体 微元在所有径向位置上的动量矩一样）和部的准强制涡（涡流各点有一样的旋转角 速度就，像刚体旋转一样）.对于径向速度沿径向的分布规律,我们面面知道并不太多.普通来说，径向速度要比切向速度小得多，且很难准确测定.但 升气管下口以下的径向速度通常是由外向，但沿高度方向的分布是不均匀的.而且, 升气管下口附近的向心径向速度最大，这与气体的二次流

24、动有关.旋风别离器凹壁附近的旋流本身是不稳定的流动因，此旋流运动引起的压力梯 度将造成旋风别离器壁产生二次流.静态压力沿旋流的外部区域是增加的.从顶 板一直到下部的锥体整个壁面的边界层部都存在压力梯度.另一方面由，于该边界 层的切向速度较低，其结果是在器壁附近区域的12余热锅炉2022.4气团存在向心的合力，于是沿旋风别离器顶板到锥体壁面浮现图3所示的流动. 因此，这个向心的合力,是由器壁温和团之间的磨擦阻力来平衡.在顶板附近流动的气体沿升气管外壁向下流动.这就造成为了升气管下口末端的径向速度增加，这常称为升气管末端短路流，Ai Q约占整个气团的10%.随着升气管的长度变短，比例还会提高.实验

25、研究说明除,了以上边界层的二次流动外，在旋风别离器的涡核处还存在类似面包卷形状的 二次流态.这种流态会使颗粒在旋风别离器做循环运动.图3旋风别离器气体运动三维示意图Linden最早通过实验测量了旋风别离器 气体运动时的三维速度即，切向，径向和轴向速度.Q）切向速度切向速度对于粉尘颗粒的捕集与别离起着主导作用.含尘气体在切向速度的作 用下，使尘粒由里向外离心沉降才非气管以下任一区域段上切向速度沿半径的变化 规律可分为三个区域，挨近旋风别离器壁面为工 区，切向速度Vow为常数，通常称 为自由旋流区图.3所示别离器中，.V.win:= Ainab式中,Q是进入旋风别离器的流量;其余参数见图3所示.矩

26、形入口旋风别离器的入口收缩系数a:+【（一-）-/）t-）-.0.5DRc是旋风别离器入口气固两相流中的颗粒质量与气体质量的比值.在旋风别离器中心到最大切向速度面即排气管下部的中心区域通常称为强制旋流区（区）.它类似刚体旋转运动，其切向速度与旋转半径r之比为一常 数，即vOesr尸常数，此常数为角速度co.余热锅炉2022.413计算旋涡半径Res处的气体切向速度,其表达式为：（R/R）式中,AR为有磨擦力存在的旋风别离器部总面积，它包括顶板，简体和锥体表 面以及升气管的外外表.AR=ADOf+Ab.l+Ac+k :R2 畦+2D(HHc)+(R+lid)曜+(R lid)+2R*sJ是气体的

27、几何平均旋转速度，它取决于近壁处的旋转速度和旋涡的旋转速度 VOcs.Muschelknautzt和Trefz定义旋风别离器雷诺数为：RiRiVp式中,P和分别表示气体的密度和绝对粘度;VOm是气体的几何平均旋转速度，vewv.c8,在大多数度情况下，式中(v/v8rn)项是小于I的量，可以省略.这对 于ReR值远远大于2000的工业用旋风别离器而言是可行的.在工区与“区之间气体的旋转则表现为另一种性质.通常称为半自由旋流区(H区)，其切向速度分布规律为v.rn二常数. 无损失时指数n为I,而刚体转动指数n为一I.在II区由于气体与器壁之间的磨擦产 生一定的损失，在低浓度和光滑的器 壁测得n介

28、于050.8之间,但在循环流化床锅炉的高浓度下并非如此.Meander 给出n的经验公式：，个。3n = l -(1 - o.67D-H)l,0,式中，旋风别离器直径D的单位为m;温度T为 热力学温度,单位为K;TO为室温度,283K.由于没有考虑器壁磨擦与入口浓度对旋流强度的影响，公式计算的n值偏低， 影响n值的因素是很复杂的m与Re有关,Re越大n值越趋近于I.最大切向速度面的位置即，强制旋流的半径主要取决于排灰管下口半径.经实验证明，与实际测 定结果接近.(2)径向速度径向速度远远小于切向与轴向速度，大局部是向心的，只在中心涡核才有小局 部的向外的径向速度.CS柱面是位于升气管下面，直径

29、等于升气管的直径,长度止 于别离器外表的一个柱体.假设忽略器壁附近的径向速度，同时假设在CS柱面上 的径向速度是均匀分布的，则有：llnJv(R)J;VrCS=式中,D是升气管的直径，也是CS柱面的直径;He.是CS柱面的高度;v(R*)是 CS柱面的平均径向速度，绝对值为vrCs.实际流动中芯向速度沿CS不是均匀分 布的，分布十分复杂且不易测量.在升气管下口附近有一个径向向的“短气流.-局部气体在高度为He.,直径为D的假想简体上部区域短路进入升气管.这种现 象是导致分级效率呈现非理想s形曲线分布的原因之一.柳绮年认为旋风别离器 的径向气流速度分布是非轴对称的，特别是锥体下部,自然旋风长停顿

30、点处，挨近 排灰口附近，有较明显的偏流.此外，径向速度也不是均匀的，特别在排气管下口 附近，径向向心速度很大,有时甚至高达5,10m/s,浮现“短路现象.这个气流会把 颗粒拽到中心向上流动，很快进入排气管，对别离不利.(3)轴向速度轴向速度的分布也很复杂.在别离空间，普通可将气流分为外侧下行流和侧上 行流两个区域.上下流的分界点与别离器的形状有关.在圆筒体局部,此分界面近似 呈14余热锅炉2022.4圆柱形，其半径普通要稍大于排气管的半径.外侧下行流的流量沿轴向向下逐 渐变 小,约有15%,40%会进入排灰口大部分气体是径向通过轴心逐渐变成向上的旋涡流.在排灰口附近别,离出颗粒的 气体还会通过

31、中心返盘旋风别离器.被别离下来的颗粒还会带回别离器，这也对别 离不利.外侧向下的轴向速度普通总是大于颗粒的终端沉降速度所,以旋风别离器 不是垂直放置也可以JI颐币0jF灰.器壁外表的轴向速度Vzw:,R：,/-R-*R 丁亡(RR2m)一2.2 旋风别离器中的颗粒流动循环流化床锅炉进入旋风别离器的颗粒浓度普通很高.当入口浓度co大于极 限入口浓度cOL时，进入别离空间的颗粒超出极限浓度局部在进入旋风别离器时 即将被甩到器壁上,以沉降的方式下行;而气体携带的那局部颗粒受到方向向的阻 力和方向向外的离心力作用，将在旋涡流动中按照其粒径分布发展离心别离因.此, 可以将旋风分 离器的别离过程划分为沉降

32、别离和离心别离 两个过程的串联.coL=0.025)(10co)式中,*50为切割点粒径;*med为颗粒的质量平均粒径;当col时,k=0.15;当co <l时,k二一颗粒进入旋风别离器后，一局部被捕集,其余逃 逸.进入，捕集和逃逸分别用符号MM和M.来表示它们的质量.旋风别离器中的颗粒质量平衡关系为： Mf=M,+M.总的别离效率可简单用旋风别离器捕集的颗粒质量与进入颗粒质量的比值来 计算：M.M.17 瓦叫MfMe+Me在工业过程中，总别离效率通常是一个最常用的评价指标.但是，对表征*个具 体的旋风别离器本身性能而言,这个指标并不全面因.为它不仅取决于旋风别离器 本身，而且还取决于颗

33、粒的粒径及密度.用分级效率更能全面反映旋风别离器的别 离效果.旋风别离器的别离性能最好用所谓的分级效率曲线(GEC)来表征，它是指 在给定粒径或者粒径围的别离效率.对于进入，捕集及逃逸的粉料来说，如果相应 的体积或者质量密度分布分别是ff(*),fc(*)和fe(*),则颗粒之间的颗粒质量 平衡如下:ff(*)d* = lfc(*)d+(l l)fe(*)fd =崛(*) = 1(*) + (1 l)dF(*)因此，对于小于给定粒径的粉料，通过对上式逐项积分便得到其质量平衡方程： Ff(* = (*) + (1 17)Fe(*)分级效率定义为，粒径在* Id*和*+Id*间，被旋风别离器捕集的

34、颗粒与进 入颗粒的比值：M.fc(*)d*17利用上面的方程可得：,(*)17171 -(1_17), U1-17)如果旋风别离器的别离是一个理想化的陡降切割则在临界或者切割粒径 处的分级效率曲线是一条垂直线.在实际中得到的是一条光滑的s形的别离效率 曲线(见图4).切割粒径或者*50切割点(常指dSO切割粒径)被认为是别离效率等于0.5时的颗粒粒径.余热锅炉2022.4,1505050*图4典型的呈S形的分级效率曲线示意图*50粒径非常类似于普通纱网或者筛 子的筛孔所.有粒径大于*50的来料将被捕集或者都被截留下来,而所有粒径 小于*50的颗粒都不会被捕集.实际上,筛子本身也呈现*种非理想别

35、离现象，对颗粒粒 径不是一个理想化的陡降切割.分级效率曲线在切割粒径附近的陡降度反映了旋 风别离器切割锐度”.用分级效率曲线在*50的斜率来表 示.颗粒的雷诺数：式中,U啪是圆柱面CS上的切割粒径颗粒的终端速度U啪,-v赢如果ReD约小于05则应用斯托克斯 定律计算切割粒径：*so=5.18RJ上式是在半径为R*处利用一个简单的,稳定状态下颗粒阻力与离心力的平衡关系式 而得到的.这种情况下，阻力系数的经历公 式：,当o.3<Rep<100oc.:当计算的颗粒粒径在斯托克斯围时，根据Barth(1956)模型，在圆柱面CS上， 旋转的颗粒所受到的作用力有:向外的 离心力pp()和向的斯托克斯阻力3碌.在离