CFB锅炉课件7分离器

2.1.2.立式两相分离器基本结构及工作过程
2.1 两相分离器
气液混合流体经气液进口进入分离器进行基本相分离，气体进入气体通道向上流动通过重力沉降分离出液滴，液体进入液体空间向下流动，同时分离出气泡。气体在离开分离器之前经捕雾器除去小液滴后从出气口流出，液体从出液口流出。
2.2.1 一般三相卧式分离器基本结构及工作过程
分离器
重力式 利用液体和气、固密度的不同而受到的重力的不同来实现分离
旋风式 利用液体和气、固做旋转运动时所受到的离心力不同来实现分离
过滤式 利用气流通道上的过滤元件或介质实现分离
1.2.1 按作用原理分
计量分离器 主要作用是完成油气水的初步分离并计量，一般属低压分离器。
第三节 分离器的检验标准
3.1 分离质量K 定义：分离器出口处每标准立方米气体所带液量的多少。 计算公式：
第三节 分离器的检验标准
3.2 分离程度S 定义：分离器在分离的温度、压力下，从其出液口中排出的液体所携带的游离气体积和液体体积之比值。 计算公式：
第三节 分离器的检验标准
3.3 我国规定的分离器工作标准：
分离速度的影响因素：d、L、 g、介质及分离器的结构和尺寸。
第四节 分离设备的工艺计算
影响旋风分离效率的因素 气体进口速度：15～25m/s 气液密度差：不适于油水两液分离 旋转半径：不宜超过0.5m（旋风子）
第四节 分离设备的工艺计算
2. 当颗粒直径小于（300~800）10-6m，且雷诺数2<Re500时，n=0.6，a=18.51，则以上方程变为下列式： 3. 当颗粒直径大于（300~800）10-6m，且雷诺数500<Re<1500时，CD=0.44，则以上方程变为下列式： 将以上公式制为图表便可得下图，通过此图，可查得在不同压力下，水滴的沉降速度w与其直径d的关系。

• （1）给煤装置 • 给煤装置为3台刮板式给煤机。给煤机与落煤管通过膨胀节相连，解决给煤机与炉膛水冷壁之间的膨
胀差（膨胀值120mm）。给煤装置的给煤量能够满足在一台给煤装置故障时，其余2台给煤装置仍 能保证锅炉100%额定出力。一定粒度的燃煤经给煤机进入布置在前墙的三根矩形间距为2.2m的落煤 管，落煤管上端有送煤风，下端靠近水冷壁处有播煤风，给煤借助自身重力和和引入的送煤风沿着落 煤管滑落到下端在距布风板1500 mm处进入炉膛。给煤量通过改变给煤机的转速来调整，给煤机内 通入一次风冷风作为密封风，由于给煤管内为正压（约有5000Pa的正压），给煤机必须具有良好的 密封。播煤风管连接在每个落煤管的端口，并应配备风门以控制入口风量。
PPC公司引进技术或合作生产的方式，开始生产制造130t/h、220t/h的循环流化床锅
炉。并具备了生产更大容量CFB锅炉的能力。国内“八五”重点能源环保科研项目内
江循环流化床示范电站从芬兰奥斯龙公司引进的410t/h循环流化床也已经投入运行。
循环流化床锅炉主要有以下特点：
• 1、燃料适应性广
• 2、有利于环境保护
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• （8）硫回收装置尾气及合成驰放气燃烧系统 • 硫回收装置尾气入口位于二次风总管上,随二次风进入锅炉脱硫；合成驰放气入口布置于
锅炉后墙二次风管上（共两点），随二次风进入锅炉燃烧；硫回收装置尾气及合成驰放 气应在锅炉正常运行后投入，炉膛内无明火时严禁投入；锅炉点火前应确保锅炉内无可 燃性气体，必要时应吹扫炉膛，以防暴燃。
通过16根φ 159×12的分散下降管向炉膛水冷壁供水。其中两侧水冷壁下集箱分别由3根分散 下降管引入，前后墙水冷壁下集箱分别由5根分散下降管引入。两侧水冷壁上集箱相应各有4 根φ 159×12连接管引至汽包，前后墙水冷壁上集箱有10根φ 159×12引至汽包。

（1）料层厚度对临界流速影响不大。
（2）料层的当量平均料径增大则临界流速 增加。
（3）固体颗粒密度增加时临界流速增加。
（4）流体的运动粘度增大时临界流速减小： 如床温增高时，临界流速减小。床温与临 界流速的关系如图所示。
（1）床料
锅炉启动前，布风板上先铺有一定厚度、
一定粒度的“原料”。床料的成分、颗粒 粒径和筛分特性因炉而定。床料一般由燃 煤、灰渣、石灰石粉等组成，有的锅炉床 料还掺入砂子、铁矿石等成分，甚至有的 锅炉冷态、热态调试或启动时仅用一定粒 度的砂子做床料。
1、循环流化床锅炉概况 2、循环流化床锅炉燃烧技术 3、330MW循环流化床锅炉介绍 4、330MW循环流化床锅炉系统 5、循环流化床锅炉发展前景
循环流化床（CFB）锅炉是近三十年发 展起来的一种新型洁净煤燃烧技术。在短 短的三十年间，流化床技术得到了飞速发 展，由最初的鼓泡流化床发展到了循环流 化床，其应用也由小型锅炉发展到容量与 煤粉炉大体相当的大型电站锅炉。
6、几个流化床底部联通后，床层高度自动保持同一 水平高度；
部位
炉膛下部（二次风口以下） 炉膛上部（二次风口以上） 旋风分离器 返料立管（料腿） 返料器与外置热交换器（如果有） 尾部烟道
流态形式
湍流床或鼓泡床 快速床 旋涡流动 移动床 鼓泡床 气力输送
对于由均匀粒度的颗粒组成的床层中，在固定床通 过的气体流速很低时，随着风速的增加，床层压降 成正比例增加，并且当风速达到一定值时，床层压 降达到最大值，该值略大于床层静压，如果继续增 加风速，固定床会突然解锁，床层压降降至床层的 静压。如果床层是由宽筛分颗粒组成的话，其特性 为：在大颗粒尚未运动前，床内的小颗粒已经部分 流化，床层从固定床转变为流化床的解锁现象并不 明显，而往往会出现分层流化的现象。颗粒床层从 静止状态转变为流态化进所需的最低速度，称为临 界流化速度。随着风速的进一步增大，床层压降几 乎不变。循环流化床锅炉一般的流化风速是2－3倍 的临界流化速度。

丙烷/天然气辅助燃烧器
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给料装置指的是将经破碎后的煤和脱硫剂 送入流化床的装置，通常包括皮带、链板、 埋刮板、气力输送设备以及圆盘给料机和 螺旋给料机（俗称绞笼）等。
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循环流化床锅炉燃烧室（炉膛）与煤粉炉的不 同，燃烧室底部有炉篦把炉膛封住，防止炉内 床料从下部漏掉。以二次风喷口为界，下部为 还原燃烧区，上部为氧化燃烧区。还原燃烧区 布置有燃料、石灰石、循环灰进口。燃烧室底 部有布风板，其作用是使一次风均匀进入炉内。 目前燃烧室的结构主要有如下几种：
物料：
所谓的物料，主要是指循环流化床锅炉运
行中在炉膛内燃烧或载热的物质。它不仅包含
床料成分，还包括锅炉运行中给入的燃料、脱
硫剂、返送回来的飞灰以及燃料燃烧后产生的
其他固体物质。分离器捕捉分离下来通过回料
阀返送回炉膛的物料叫循环物料，而未被捕捉
分离下来的细小颗粒一般称做飞灰，炉床下部

CFB组成
• 循环流化床燃烧系统由流化床燃烧室、气 固分离收集装置、飞灰回送器组成，有的 还有外部流化床热交换器。燃料在燃烧系 统内完成燃烧和大部分热量传递过程。
气固流态化现象
• 通常将气固体流态化定义为：当固体颗粒 群与气体接触时，使固体颗粒转变成类似 于流体状态的一种操作。它具有与通常工 艺所不同的特征，正是由于这些特征，使 得流态化在不同的工业过程中得到日益广 泛的应用。
泵与风机的性能
回料系统
• 在小型分离器内侧，分离出烟气的大颗粒床层物 料靠重力向下流过水冷却耐火材料衬里的固体回 流支管至水冷壁密封。快装型CFB这个区域的作 用确切地说像“回路密封”或常规的CFB锅炉中 的“J－阀”。管子外径为50.8mm，金属材料为 SA－210A1。在下部炉膛正压与顶部小型分离器 负压之间建立密封需要一些装置。对水冷壁密封 区进行流化，从而就能通过形成水冷壁的耐火材 料通道控制在进入炉膛的床层物料的数量。当床 层物料还存在时，固体回流管和水冷壁密封还可 防止烟气向上倒流（逆流）到小型分离器。流化 的空气由水冷壁密封或高压鼓风机供应。
冷渣器-炉底除灰系统
每个冷渣器都分成4段。固体输送管线把冷渣器和炉膛连 接起来。靠近炉膛的第一段称为选择段。其他3段称作冷 却器第1段，冷却器第2段，冷却器第3段。排灰阀连接至 冷却器第3段的底板。两个耐火材料衬里管道将洗提塔段 和冷却器第3段连回至炉膛。 • 床层物料通过进口固体输送管线进入冷渣器。墙密封鼓风 机的空气通过固体（进口）输送管线内的喷咀源源不断地 供应（形成空气分气阀）。本措施有助于床层物料从炉膛 流入冷渣器。 • 在耐火材料衬里的冷渣器内，利用冷空气流对粗的床层物 料分级并冷却。在每个冷渣器下方的分段风箱或风室使不 同的气流气提并冷却收集的物料。一次风通过风道输送到 选择段将其用于对炉床灰的选择，用把冷渣器的顶部和炉 膛侧墙连接起来的固体回流管线或支管将小的颗粒，“细 粉”回收入炉膛。冷一次风连接至冷却器第1段、第2段和 第3段。

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（三）快速流化床阶段
对于细颗粒流化床（颗粒均径在20-100微米，气固密度差小于 1400kg/m3），当气速继续增加到颗粒终端（沉降）速度后，湍流流 态化会进一步发展进入快速流态化阶段。
颗粒在静止流体中以初速度为0做自由下落，当下落速度增至某一数值 时，颗粒所受重力、阻力和浮力之间达到平衡，此后颗粒以允速向下运 动，该速度便称为颗粒沉降速度。
采用循环流化床燃烧方式 的锅炉称为循环流化床锅 炉，其燃烧系统结构如图 所示。
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主要由惰性固体颗粒组成的物 料在气流的作用下在炉膛内处 于快速流态化状态，并进行燃 烧；
被带出炉膛的颗粒绝大部分被 分离器分离下来，经由回料机 构返回炉膛底部，其中的可燃 部分继续燃烧；
烟气从分离器出来后进入尾部 对流换热面
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（二）湍流流化床阶段
在床层进入鼓泡流化床状态后，如果继续增加气体流速到某一值 后，床层进入湍流流态化阶段。此时，床内气泡直径较小，数量 较多，气泡边界较为模糊或不规则。
在湍流流态化阶段，气固混合与接触比鼓泡流化床更强烈，流化 质量更好，床层表面起伏较小。
鼓泡流化床与湍流流化床的界限划分并不是很明确。
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（四）气力输送阶段
气力输送状态的产生条件从气流速度上与快速流态化状态没有本质的 差别，都是大于颗粒的终端沉降速度。两者产生条件的差别在于床层 底部的颗粒存料量及物料循环量。如果颗粒底部的存料量较多、物料 循环量较大，则处于快速流态化状态；如果没有存料量、物料循环量 较小，进入床层的颗粒回
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三、循环流化床锅炉的主要优点
CFB 锅炉的主要优点包括燃料适应性好、燃烧效率高、 流化床内的传热过程强度高、容易实现低污染燃烧、锅 炉设备占地面积少、负荷调节性能好、灰渣综合利用性 能好等。

核心区
环形区
环－核流动模型 径向浓度不均匀 颗粒团和离散相构成 核心区内离散相，颗粒团向上流动，环形区下降流 颗粒团贴壁下滑，与一段长度后，离散进入核心区
热边界层
cm
循环流化床传热影响因素
1： 悬浮密度的影响r 2： 床温的影响 3： 流化速度的影响 4：颗粒大小的影响 5：受热面垂直长度影响 6：受热面形状的影响 7：受热面在炉膛径向位循环流化床锅炉内受热面布置
气固换热区域
气固两相流与受热面之间的换热机制
1：气体对流 2：颗粒对流 3：气固两相流对受热面的辐射 简单叠加：h=hgc+hpc+hred CFB锅炉炉膛内气固流动形式是影响传热主要因素，气固流动特点是？
循环流化床锅炉炉膛内气固流动
上升颗粒团
下降颗粒团
颗粒离散相
炉膛中心
循环床内受热面传热系数主要由辐射和颗粒对流两项构成 简单叠加：h=hpc+hred
正常循环床平均传热系数辐射项占60－65％。 沿高度传热系数为指数分布 传热系数的变化规律取决于温度和物料浓度分布
CFB锅炉传热经验计算方法
总传热系数h通过热流探头测试得到 局部悬浮密度采用颗粒取样器测得 通过线性回归可以确定参数a, b
悬浮密度的影响
截面平均悬浮密度和局部悬浮密度
床层温度的影响
1：温度升高，流化气体的导热Kg 增大（有争论） 2：温度升高，辐射传热也增大（公认） 3:床温低于400oC，辐射传热影响可以忽略
悬浮密度 20kg/m3
受热面在炉膛径向位置影响
1：床温Tb低，且物料浓度低时，曲线1 2：床温Tb低，物料浓度高，曲线2 3：床温Tb高，物料浓度低，曲线3 4：床温Tb高，物料浓度高，曲线4

缺点：耐磨耐火材料衬里较 厚，加热冷却时间长，冷态 启动时间长
旋风别离器外表温度相 对很高，外表温度很难降至 外界温度，热损失很大
汽冷旋风别离器
别离器外壳由汽冷膜式壁管 组成，管子构造中通过蒸汽 或水，从而降低金属外壳温 度。 特点：采用蒸汽或水冷却, 能 减少使用耐火材料的数量, 也 能减少旋风别离器外表的辐 射损失，启动时间缩短，较 好解决了旋风筒内防磨问题。
缺点：构造复杂，本钱高， 通用性受到限制
方形别离器
外形为非圆形构造，采 用正方形或接近正方形 的多边形构造
炉膛
炉膛
方
形
分
离
器
方形别离器
特点：别离原理根本与 旋风别离器原理一样 但是由于采用方形的膜 式水冷壁壳体构造，降 低了加工难度。在水冷 外表敷设了一层薄耐火 层，增加了传热，防止 磨损。构造更为紧凑， 降低了本钱。不易结焦， 构造简单，启动速率取 决于水循环平安性，时 间短。 别离细颗粒的能力较低， 有待于提高。
回料装置按阀的类型可分机械阀和非机械阀。 机械阀如闸阀、蝶阀、螺旋给料机等可以控制
、输送物料，但是它们受到了体积的限制，而 且炉内高温、高压的环境也容易造成机械阀的 卡塞、变形、和磨损等，因此在大型循环流化 床锅炉中普遍采用的是非机械阀。
非机械回料装置
按构造形式分类有 L型阀，J型阀 ，V型阀等。
二、通过循环物料在回料阀进料管内形成 一定的料位，实现料封，防止炉内的正压 烟气反串进入负压的别离器内造成烟气短 路，破坏别离器内的正常气固两相流动及 炉内正常的燃烧和传热
三、将循环物料从较低压力的地方送到较 高压力区域
四、在有外置换热器时调节物料循环分流 量，适应锅炉负荷的变化。
回料装置的分类

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段塞流捕集器——P1
捕集器内部进口改 变流向挡板
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段塞流捕集器——P2
捕集器内部气液 分离鳍板
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段塞流捕集器——P3
捕集器气出口捕雾器 16
含油污水撇油罐 海洋石油典型的生产污水处理系统的第一道关口
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含油污水撇油罐——P1
涠洲121油田的 撇油罐
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含油污水撇油罐——P2
撇油罐内部改变流 向挡板
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油气水三相分离器——P1
涠洲121油田的 二级分离器
4
油气水三相分离器——P2
涠洲121油田的 二级分离器
5
油气水三相分离器——P3
分离器进口 挡板
6
油气水三相分离器——P4
分离器内部的 防波器
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油气水三相分离器——P5
分离器内部的 可调偃板
8
油气水三相分离器——P6
分离器内部气相 出口的捕雾器
常见故障 1、仪控失效； 2、油水界面不准确； 3、油界面波动较大； 4、管件外漏油气； 5、腐蚀结垢问题；
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撇油罐的操作要点和常见故障
几点思考问题 1、煤田效果； 2、力控制问题； 2、油腔大量进水； 3、水腔液位影响因素； 4、上游进水问题；
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油气水三相分离器——P7
分离器内部液相出 口的防涡器
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油气水三相分离器——P8
分离器内部冲砂管 11
油气水三相分离器——P9
分离器内部热媒盘管 12
段塞流捕集器
段塞流捕集器是油气田长输管线末端气液分离的主要设备
其主要作用： 1、有效进行气液分离； 2、混输组态在长输管线中形成较大段塞流时，作为临时液体 储存罐并连续为下游用户供气；