一种中心筒带螺旋加强圈的旋风分离器

1.本实用新型涉及用于气固分离的循环流化床锅炉中的旋风分离器，具体的涉及一种具有附带螺旋加强圈的中心筒的旋风分离器。


背景技术：

2.循环流化床锅炉中的旋风分离器是其核心设备，主要用于分离和收集高温烟气中较大粒径的煤粉。这些煤粉再经料腿和回料阀返回锅炉炉膛，维持炉膛的循环倍率，达到理想的燃烧效率。旋风分离器的中心筒是旋风分离器的一个关键部件，其直径和长度对气固分离效率有着重要影响。但在工业应用中，由于中心筒长期处于高温、高压的工作环境，时常发生筒体变形，破坏旋转流的流态，导致旋转流强度降低，造成飞灰含碳量增大，锅炉尾部受热面超温、磨损加剧。另一方面，以往旋风分离器中心筒通常采用直接焊接固定悬挂方式，或采用吊挂方式搭在吊架上，当中心筒上端部受热膨胀和受压变形时，时常造成焊口断裂，支撑失效，导致中心筒掉落至旋风分离器下部返料器中，形成安全隐患。这些问题严重影响了旋风分离器的分离性能和循环流化床锅炉的长周期运行。
3.旋风分离器中心筒的载荷除自身的重力载荷外，圆筒内外表面还承受着不均匀的压力载荷。在旋风分离器运行过程中，中心筒的外部表面压力接近于入口压力，而中心筒的内部表面压力是出口压力，因此中心筒是一个承受外压载荷的圆筒。中心筒的变形是由于中心筒刚度不足，在外压作用下中心筒内部产生的弯曲应力较大，在高温条件下形成的蠕变变形。这种变形具有一般外压圆筒失稳变形的特点，是一个多波形的变形筒体。
4.通过增加中心筒的有效厚度，降低中心筒的长径比，或是设置加强圈均可有效的提高中心筒的刚度，避免发生这种蠕变变形破坏。目前采用的方法均是通过在中心筒筒体上设置一个或多个水平的环向加强圈来提高其刚度；以及通过增加加强筋数量或者改变吊挂联接方式来提高中心筒的支撑强度。例如，中国专利cn206695116u公开的一种提高分离效率并改善床温均匀性的旋风分离器，其特征之一是在中心筒上至少设置两条加强圈，之间通过加强筋固定联接，加强圈、加强筋和筒壁相互之间可一体浇筑成型。在中心筒外侧上端设置了上圈筋板，上圈筋板与三角支架滑动联接，以减小膨胀变形带来的中心筒脱落风险。又如杂志《设备管理与维修》2010年第8卷、第41～42页中采用3个水平环板型加强圈或水平梯形加强圈提高中心筒的抗变形能力。
5.但在旋风分离器中，水平设置加强圈会对气固相物料的螺旋旋转流动造成一定的阻碍作用，近壁区域无法形成下螺旋的旋转流，降低气流的旋转强度，增加颗粒与加强圈的碰撞几率，影响旋风分离器的分离性能。而且，一方面在加强圈附近形成了气流滞止区域，煤粉聚集容易产生焦块，焦块脱落会堵塞料腿，使旋风分离器失效；另一方面，旋转颗粒对加强圈的碰撞会产生冲蚀，造成加强圈的磨损破坏。以往在中心筒的支撑上，增加中心筒加强筋数量或改变联接方式，从提高强度的观点上加强支撑。但受中心筒上部拉筋支撑方式和密封浇注料的填充约束，没有在中心筒上端设置加强圈，因此不能阻止中心筒上端口因高温和外压产生的蠕变变形。当中心筒上端口出现失稳型缩口变形，中心筒上端口各支撑
点则受力不均，支撑强度大大降低，甚至支撑失效，造成中心筒脱落。因此，基于中心筒的变形是刚度问题而不是强度问题的观点，提高中心筒的整体刚度和支撑刚度及强度，保证旋风分离器的正常操作具有重要的实用意义。


技术实现要素：

6.为了解决以上问题，本实用新型的提供了一种中心筒带螺旋加强圈的旋风分离器，在循环流化床锅炉中中心筒筒体有螺旋加强圈和中心筒出口端有水平加强圈，可以提高中心筒刚度和支撑强度。
7.本实用新型的技术方案如下：
8.一种中心筒带螺旋加强圈的旋风分离器，其特征在于包括壳体，与壳体切向连接的进气口，壳体内的中心筒，在中心筒内筒壁和/或外筒壁上的螺旋加强圈，和在中心筒出口端外壁或内壁的水平加强圈，所述螺旋加强圈的倾角为2
°
～10
°
。
9.优选的于旋风分离器的加强圈个数为2～5个。
10.优选的所述螺旋加强圈绕中心筒旋转360
°
包角。
11.优选的中心筒外壁螺旋加强圈的旋转下倾方向与旋风分离器的气流旋转下倾方向一致。
12.优选的中心筒内壁螺旋加强圈的旋转上倾方向与旋风分离器中心筒内部气流旋转上倾方向一致。
13.通过对旋风分离器内带水平加强圈的中心筒内外流场测量和结焦现象的分析表明：如果在中心筒筒体上设置水平加强圈，则水平加强圈与烟气的螺旋旋转流线不一致，加强圈会影响烟气的旋转流动，对气固相物料的流动造成一定的阻碍作用，而且高温烟气中的煤粉容易在加强圈附近滞留结焦，当结焦块逐渐累积变大，将进一步干扰烟气流动，当焦块脱落时还会堵塞料腿。此外旋转气流携带的煤粉颗粒会对水平加强圈产生比较大的冲蚀磨损，造成加强圈的冲蚀损坏。为了解决这一问题，本实用新型在旋风分离器中心筒上设置螺旋多组螺旋加强圈，均绕中心筒旋转至少360
°
，倾角在2～10
°
范围调整。中心筒外壁螺旋加强圈的旋转下倾方向与旋风分离器的气流旋转下倾方向一致。中心筒内壁螺旋加强圈的旋转上倾方向与旋风分离器中心筒内部气流旋转上倾方向一致。高温烟气从进气口进入到旋风分离器壳体中，沿着中心筒壁上安装的螺旋加强圈方向向下旋转，不受加强圈阻挡。由于气固相物料的冲刷，加强圈附近不存在滞留区，不易结焦，或者在焦块较小时被冲刷掉，不易堵塞料腿。由于气流的旋转方向与螺旋加强圈的旋向一致，不会产生冲蚀磨损。另外，在中心筒出口端与旋风分离器壳体连接处增设一个水平加强圈，避免中心筒上端口因高温蠕变失稳变形，致使上端口各支撑点受力不均，导致中心筒脱落的故障。
14.本实用新型的旋风分离器中心筒筒体的螺旋加强圈，以及中心筒出口端的水平加强圈可以在中心筒的外壁，也可以在中心筒内壁。
15.本实用新型一种中心筒带螺旋加强圈的旋风分离器具有如下优点：
16.1、本实用新型的旋风分离器的中心筒上所带的螺旋加强圈能够有效提高中心筒的刚度，防止中心筒发生失稳变形；
17.2、本实用新型的旋风分离器的中心筒上所带的螺旋加强圈能够减少和防止中心筒外壁结焦、防止堵塞料腿；同时减小对气固相物料流场的阻碍作用，提高旋风分离器的分
离性能；
18.3、本实用新型的旋风分离器的中心筒出口端所带的水平加强圈，可有效地避免中心筒上端发生高温蠕变变形和脱落等故障，提高中心筒的刚度和支撑强度，保证旋风分离器的正常操作。
19.4、本实用新型的旋风分离器结构简单，实施容易，成本较低。
附图说明
20.图1为本实用新型一种中心筒外壁带2组螺旋加强圈，及中心筒出口端带外置水平加强圈的旋风分离器的示意图。
21.图2为本实用新型一种中心筒内壁带2组加螺旋强圈，及中心筒出口端带外置水平加强圈的旋风分离器的示意图。
22.图3为本实用新型一种中心筒内壁和外壁均带2组螺旋加强圈，及中心筒出口端带外置水平加强圈的旋风分离器的示意图。
23.图4为本实用新型一种中心筒内壁和外壁均带2组螺旋加强圈，及中心筒出口端带内置水平加强圈的旋风分离器的示意图。
24.图中各标号列式如下：
[0025]1‑
壳体，2
‑
进气口，3
‑
中心筒，4
‑
水平加强圈，5
‑
螺旋加强圈。
具体实施方式
[0026]
实施例1
[0027]
本实施例如图1所示，包括壳体1，与壳体切向连接的进气口2，壳体内的中心筒3，中心筒3出口端外部设置有水平加强圈4；中心筒3筒体外壁设置2组螺旋加强圈，每组加强圈均环绕筒体360
°
，倾角为2
°
。中心筒外壁螺旋加强圈的旋转下倾方向与旋风分离器的气流旋转下倾方向一致。
[0028]
实施例2
[0029]
本实施例如图2所示，与实施例1相比，中心筒筒体内壁设置2组螺旋加强圈，每组加强圈均环绕筒体360
°
，倾角为10
°
。中心筒内壁螺旋加强圈的旋转上倾方向与旋风分离器内部气流旋转上倾方向一致。
[0030]
实施例3
[0031]
本实施例如图3所示，与实施例1相比，中心筒筒体外壁设置2组螺旋加强圈，每组加强圈均环绕筒体360
°
，倾角为2
°
；中心筒筒体内壁设置2组螺旋加强圈，每组加强圈均环绕筒体360
°
，倾角为10
°
。中心筒外壁螺旋加强圈的旋转下倾方向与旋风分离器的气流旋转下倾方向一致。中心筒内壁螺旋加强圈的旋转上倾方向与旋风分离器内部气流旋转上倾方向一致。
[0032]
实施例4
[0033]
本实施例如图4所示，与实施例3相比，中心筒3出口端内部设置有水平加强圈4。
[0034]
以上实施例均可提高中心筒的整体刚度和支撑刚度及强度，防止发生中心筒失稳和变形、以及中心筒支撑失效的故障，保证旋风分离器的正常操作。