一種多級旋風除塵器在生物質燃燒系統中的應用

江淳爍

（廣東保綠泰華生物能源有限公司，廣東 揭陽 522000）

隨著能源危機與環境問題的日益突出，全球各國對新型可再生能源的開發和利用愈發積極。提高非化石能源利用的比重也是當前有效緩解我國資源環境約束和應對氣候變化的一種主要路徑。

生物質是地球上最廣泛存在的能源物質，包括所有的動物、植物和微生物，以及由這些有生命物質派生、排泄和代謝的許多物質。生物質發電是利用生物質所具有的生物質能進行發電(含農林生物質、垃圾焚燒和沼氣發電)是可再生能源發電的重要組成部分。

為了更好的保護環境，強化大氣污染防治，促進環境空氣質量改善，國家對于鍋爐大氣污染物排放標準控制水平日益提高。由于生物質燃料灰分較大，通常在燃燒過程中更容易產生煙塵，又因為生物質燃料的含水量一般在30%～55%之間，含水量較大，煙氣對布袋除塵器的使用壽命有著極為不利的影響，傳統的旋風除塵器顯然不適用于目前的要求工況。

1 國內旋風除塵器的現狀及設計特點

旋風除塵器于1885 年開始使用，已發展成為多種形式，廣泛應用于工業除塵，特別是應用于小型鍋爐和多道除塵的預除塵中，它是利用旋轉氣流對灰塵產生離心力使其從氣流中分離出來的。在傳統的多道除塵系統中，旋風除塵器多用于撲滅高溫煙氣中的火星，降低煙氣溫度，起到保護后道布袋除塵器的效果，其過濾效果并不突出。

旋風除塵器結構簡單，易于制造、安裝和維護管理。由于旋風除塵器不需要電力驅動，因此其設備投資和操作費用都較低，在機械式除塵器中，旋風式除塵器是效率最高的一種。[1]

國內現有的旋風除塵器一般采用單一錐筒的形式，傳統的單筒旋風除塵器主要由進氣管道、排氣管道、直筒體、錐筒體和集灰斗組成。含塵煙氣從除塵器進氣管道沿切線方向進入除塵器后，沿著外壁由上向下作旋轉運動，這股從上向下旋轉的氣流稱為外旋渦。外旋渦到達錐筒底部后轉而向上，沿軸心向上旋轉，最后從排出管排出，這股從下向上的氣流稱為內旋渦。向下的外旋渦和向上的內旋渦旋轉方向是相同的。氣流在旋轉運動時，煙塵在離心力的作用下甩向外壁，到達外壁的煙塵在下旋氣流和重力的共同作用下沿壁面落入集灰斗。這種單筒旋風除塵器存在除塵效果不佳以及過濾效率低下的問題。

為了提高旋風除塵器的過濾效率和煙氣處理量，有一種改進的旋風除塵器采用多級單筒并聯的形式。但這種只是簡單的將多個單筒旋風除塵器并聯到一起，并沒有對單筒旋風除塵器原有的構造進行改進，無法很好地提升煙氣的過濾效果。而且多個單筒旋風除塵器并聯以后，會占用較大的空間，不利于項目現場的布置和使用。

2 多級旋風除塵器設計概述

經過前期的調研，目前國內大部分旋風除塵器的結構為單筒式（大單筒）或多級單筒并聯式；按照氣流進入方式，分為切向進入式和軸向進入式。在相同壓力損失下，后者能處理的氣體約為前者的3 倍。普通旋風除塵器的除塵效率僅有70%，并聯的旋風除塵器對3μm 的粒子過濾效果也可達到80～85%。

根據現有理論，結合已有的旋風除塵器結構（旁路式旋風除塵器，擴散式旋風除塵器，異形入口式旋風除塵器，旋流式旋風除塵器，多管式旋風除塵器），結合旋流式旋風除塵器和直通導葉式旋流管的特點，本文將探究一種采用側進風的多級旋風除塵器在生物質燃燒系統中的應用。[2]

3 以某生物質熱電項目參數為例的多級旋風除塵器設計

3.1 項目煙氣參數

（1）煙氣量：50880Nm3/h。

（2）工作溫度：200℃。

設備參數：

（1）工作狀態下的氣體流量

Q'=QT'/T=50880×(200+273)/273≈88155，取88500Bm3/h。

（2）煙氣流速

V=Q'/3600=88500/3600=24.58m3/s

未考慮允許的壓力損失，煙氣流速可在12～25m/s，根據經驗，選擇v=20m/s。

（3）除塵器入口截面積

A=Q/1800v=88500/1800*20≈2.45 m2，取3 m2。

3.2 設備結構

3.2.1 設備主要結構

多級旋風除塵器采用多級多筒式設計，包括除塵器本體以及由多組旋風錐筒、上升管組成的旋風除塵機構，除塵器本體包括除塵腔室，除塵腔室內設置上基座和下基座，上基座以及下基座之間與除塵器主體側板形成進風室，在位于進風室的一側設置有進風口，在由上基座與除塵器主體頂板及側板之間形成排風室，在位于排風室的一側設置有排風口。

旋風錐筒的頂部設置有旋風葉輪，上升管的下端穿過旋風葉輪中間延伸進入錐筒中上部，上升管的上端與上基座連接。多級旋風除塵器的下基座均勻分布有與旋風錐筒相匹配的安裝孔；當旋風除塵機構安裝完畢后，進入多級旋風除塵器的煙氣需要先經過旋風葉輪，在旋風錐筒內部形成氣流旋轉，通過離心力將灰塵甩出，過濾后的潔凈空氣經上升管進入排風室。

在下基座與上基座部形成的進風間隔部，為了保證煙氣在除塵器內前后的壓差，使得各個旋風錐筒之間風量分配均勻，避免出現串流現象；該間隔部采用階梯式設計，位于高側的進風間隔部的上升管高度為相鄰進風間隔部的上升管高度的1.2-1.6 倍，這種結構保證了各個旋風子的阻力相同，詳見下圖1。

圖1

3.2.2 主要部件材質說明

總體框架：型鋼（Q235）。

如前所述，我國自1949以來就制定相關法律法規對女性產假問題作出相關規范，產假制度也發揮出了一定的作用。當前基本上女性職工都能享受至少98天的帶薪產假。但是隨著社會的發展，產假制度在實踐中也暴露出了一些問題，主要表現在以下三個方面：

旋風錐筒：耐磨鋼（NM450）。

升氣管：無縫鋼管（Q235）。

旋風葉輪：鑄鋼（ZG200-400）。

外板：鋼板（Q235）。

保溫層：巖棉（Rockwool 100kg/m3）。

3.2.3 旋風葉輪

旋風葉輪選用鑄鋼件，材質為ZG200-400，采用失蠟鑄造工藝，葉片對稱分布，切向角為35°。

3.2.4 集灰和排灰裝置

該多級旋風除塵器在除塵器主體底部設置有集灰槽，用于收集分離出來的灰塵，集灰槽底部設置螺旋輸灰器，通過螺旋輸灰器將積灰排出；螺旋輸灰器的出灰口設置有雙擺卸灰閥。

螺旋輸灰器與集灰槽底部采用螺栓連接，連接面涂密封膠，保證密封性。雙擺卸灰閥采用單電機驅動曲軸雙擺板卸灰；雙擺板及擺板支架采用耐磨鋼，接觸面經過CNC加工，保證密封性。[3]

3.3 模擬分析

本次模擬分析主要針對于多級旋風筒其中的一個筒做局部CFD 分析，分析表明，當升氣筒頂部的密封性不好時，會對旋風分離的效果產生較大的影響。所以保證進風間隔部的密封對于過濾效率十分關鍵。

3.4 設計依據及標準

《鍋爐大氣污染物排放標準》GB 13271-2014。

《火電廠大氣污染物排放標準》GB 13223-2011。

《環境空氣質量標準》GB 3095-2012。

《工業鍋爐旋風除塵器技術條件》JB/T 8129-2002。

4 結語

不同于現有傳統旋風除塵器的結構，本文所述的多級旋風除塵器采用多級多筒布置，大大提高了煙氣的過濾質量。采用階梯式的設計，在有利于煙氣在除塵器內的均勻分布的同時，也可以降低除塵器的體積，盡量減小占地面積。根據目前市場上常見的旋風除塵器的過濾效率以及造價，該多級旋風除塵器具有造價合理、過濾效果好的特點，尤其適用于生物質燃燒系統。根據技術性跟經濟性的可行性分析來看，具有較為良好的市場前景。[4]