本發(fā)明涉及煤粉分離，特別是一種旋風(fēng)分離器及煤粉分離系統(tǒng)及旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

1、旋風(fēng)分離器內(nèi)部局部二次流的存在導(dǎo)致其內(nèi)部三維速度場(chǎng)呈現(xiàn)出非軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，對(duì)氣固兩相分離產(chǎn)生不利影響，因此對(duì)其內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行分析從而研究其與性能參數(shù)之間的關(guān)系是現(xiàn)今的一個(gè)問(wèn)題。尤其對(duì)于直徑小于20μm的細(xì)顆粒，其分離效率小于80％。而韓國(guó)學(xué)者xun?sun等人利用響應(yīng)面模型結(jié)合遺傳算法對(duì)直切式進(jìn)口分離器進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究，并對(duì)比了優(yōu)化模型與原始模型對(duì)1～5μm范圍的顆粒的分離效果，結(jié)果表明，優(yōu)化模型僅可將效率提高了11.67％。除此之外，瑞典學(xué)者misiulia等發(fā)表期刊論文得出了筒徑為2400mm的螺旋面進(jìn)口式旋風(fēng)分離器的最佳進(jìn)口角度為20°時(shí)，該分離器具有最大的氣動(dòng)效率，然而沒(méi)有研究在最佳角度時(shí)分離器對(duì)細(xì)顆粒的分離效率；中國(guó)學(xué)者孫國(guó)剛等發(fā)表期刊論文提出在螺旋面進(jìn)口式旋風(fēng)分離器的環(huán)形空間中增設(shè)導(dǎo)流板以穩(wěn)定分離器內(nèi)部流場(chǎng)，得到最佳的螺旋導(dǎo)流板的匝數(shù)為2，并對(duì)粒度范圍為0.5～100μm的硅粉顆粒進(jìn)行了效率分析。雖然效率最終可達(dá)到94％左右，然而相較于一般平頂結(jié)構(gòu)，效率僅提高了2～3％，很顯然面對(duì)跨度100μm顆粒粒徑的效率，該結(jié)構(gòu)的提升幅度是很小的，而且沒(méi)有做粒徑分析，無(wú)從得知對(duì)于粒徑小于20μm的顆粒的效率如何。因此現(xiàn)在仍需一種優(yōu)化方案，以提高分離器對(duì)1～20μm的細(xì)顆粒的分離性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述或現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提出了本發(fā)明。

2、因此，本發(fā)明的目的是提供一種旋風(fēng)分離器，其能夠提高分離器對(duì)1～20μm的細(xì)顆粒的分離能力。包括進(jìn)風(fēng)口、沿進(jìn)風(fēng)口向內(nèi)延伸的進(jìn)風(fēng)通道，以及沿進(jìn)風(fēng)通道延伸方向螺旋延伸的螺旋通道；

3、螺旋通道由平頂式改進(jìn)為螺旋匝數(shù)為1圈的螺旋通道，且進(jìn)風(fēng)通道角度由水平式進(jìn)入角度改為與進(jìn)風(fēng)口同角度進(jìn)入，即26°入角；

4、分離組件包括與螺旋通道外壁固定連接的柱形分離腔體，以及與柱形分離腔體底部固定連接的倒錐形分離腔體；

5、柱形分離腔體與倒錐形分離腔體的腔體高度與柱形分離腔體直徑比值均提高至4；

6、排氣組件包括設(shè)置于柱形分離腔體內(nèi)側(cè)的排氣通道，以及設(shè)置于排氣通道一側(cè)的排氣口；

7、排氣通道直徑與柱形分離腔體直徑比值降低至0.54，排氣口直徑與柱形分離腔體直徑比值降低至0.42；

8、排塵組件包括設(shè)置于倒錐形分離腔體底部的排塵口，以及與排塵口固定連接的集塵通道；

9、排塵口直徑與柱形分離腔體直徑比值降低至0.37。

10、鑒于在實(shí)際使用過(guò)程中，還存在煤粉篩分不徹底，存在燃燒時(shí)煤粉無(wú)法充分燃燒的問(wèn)題。

11、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明還提供如下技術(shù)方案：一種煤粉分離系統(tǒng)，包括與進(jìn)風(fēng)單元連接的粗分模塊、與粗分模塊連接的研磨模塊、與研磨模塊連接的進(jìn)料模塊、與排放單元連接的燃燒模塊，以及與排塵單元連接的集塵模塊。

12、作為本發(fā)明煤粉分離系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：分離系統(tǒng)還包括與進(jìn)風(fēng)單元連接的調(diào)節(jié)模塊，以及與調(diào)節(jié)模塊連接的控制模塊。

13、作為本發(fā)明適用電廠細(xì)煤粉分離煤粉分離系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：粗分模塊包括粗粉分離器；研磨模塊包括球磨機(jī)；進(jìn)料模塊包括進(jìn)料斗；燃燒模塊包括鍋爐爐膛；集塵模塊包括煤灰桶；調(diào)節(jié)模塊包括調(diào)節(jié)閥門；控制模塊包括控制終端。

14、作為本發(fā)明煤粉分離系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：調(diào)節(jié)模塊分別設(shè)置在旋風(fēng)分離器進(jìn)出口兩端和進(jìn)料模塊的出口處，對(duì)進(jìn)料的流量、粉塵顆粒的排放速度以及剩余氣體排出速度進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)控，且分別在粗分模塊和旋風(fēng)分離器的入口處設(shè)置浮式流量計(jì)，對(duì)進(jìn)入流量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

15、鑒于在實(shí)際使用過(guò)程中，還存在分離器結(jié)構(gòu)無(wú)法很好地適應(yīng)煤粉分離場(chǎng)景的問(wèn)題。

16、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明還提供如下技術(shù)方案：一種旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，包括通過(guò)流體力學(xué)與離散相的耦合模型分析分離器內(nèi)部的流場(chǎng)分布，預(yù)測(cè)粉塵顆粒軌跡，計(jì)算進(jìn)出口壓降與分離效率；

17、以排氣管直徑，排塵口直徑，錐體高度，排氣管插入深度和入口速度作為設(shè)計(jì)變量，并根據(jù)筒體直徑進(jìn)行無(wú)量綱化，以分離效率和總壓降為響應(yīng)目標(biāo)，建立二階多項(xiàng)式響應(yīng)面模型，并將其作為遺傳算法的適應(yīng)度函數(shù)；

18、利用matlab軟件遺傳算法工具箱實(shí)現(xiàn)對(duì)分離效率和總壓降的適應(yīng)度函數(shù)的求解，以最大效率和最小壓降為目標(biāo)，獲得在五個(gè)設(shè)計(jì)變量的共同約束條件下的一系列最優(yōu)解集。

19、作為本發(fā)明旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述耦合模型包括，

20、選用模型為rsm湍流模型對(duì)旋風(fēng)分離器內(nèi)部復(fù)雜流場(chǎng)進(jìn)行模擬；

21、根據(jù)模型常數(shù)σk，c1，c2，用rsm湍流模型模擬旋風(fēng)分離器內(nèi)部的流場(chǎng)，通過(guò)u表示氣相流體速度，通過(guò)以下公式計(jì)算得出旋風(fēng)分離器內(nèi)部氣相流場(chǎng)，其中常數(shù)通常取σk＝1,c1＝1.8,c2＝0.6；

22、

23、其中，上式中p和vt分別表示湍流動(dòng)能和運(yùn)動(dòng)粘度，而分離器內(nèi)的上下渦流運(yùn)動(dòng)情況以pij進(jìn)行描述，且常數(shù)cu取0.9，p、vt和pij的取值方式如下：

24、

25、

26、

27、作為本發(fā)明旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述rsm湍流模型還包括，

28、旋風(fēng)分離器內(nèi)部氣相流場(chǎng)計(jì)算公式，式中ε表示湍流耗散率，k表示分離器內(nèi)湍流運(yùn)動(dòng)發(fā)展的量度，取值常數(shù)ε＝1.3,cε1＝1.44,cε2＝1.92，其中ε和k根據(jù)以下方程進(jìn)行計(jì)算：

29、

30、

31、上式中，rij表示雷諾剪切應(yīng)力xi為位置向量；根據(jù)該計(jì)算量，以u(píng)'表示流體波動(dòng)速度，為平均流動(dòng)速度；ρ為氣相流體密度，為時(shí)間平均壓力，ui和uj分別為流體速度的分量，用于計(jì)算rij，以閉合雷諾平均納維-斯托克斯方程，其方程如下：

32、

33、

34、

35、

36、作為本發(fā)明旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述二階多項(xiàng)式響應(yīng)面模型包括，

37、采用基于最小二乘法的統(tǒng)計(jì)和數(shù)學(xué)方法，將得到的響應(yīng)值與模擬數(shù)據(jù)擬合，獲得如下多元二次回歸方程：

38、

39、其中，yn為響應(yīng)變量，n＝1表示壓降，n＝2表示分離效率；b0、bi、bij、bii分別為截距、線性系數(shù)、交互作用系數(shù)、二次項(xiàng)系數(shù)；xi，xj分別為設(shè)計(jì)變量，i，j＝1,2,3,4,5，分別對(duì)應(yīng)五個(gè)所要研究的分離器主要結(jié)構(gòu)參數(shù)：排氣管直徑，排塵口直徑，錐體高度，排氣管插入深度和入口速度。

40、作為本發(fā)明旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述matlab軟件遺傳算法包括，

41、以最大效率和最小壓降為目標(biāo)，獲得在五個(gè)設(shè)計(jì)變量的共同約束條件下的一系列最優(yōu)解集，計(jì)算方式如下：

42、

43、

44、其中，適應(yīng)度函數(shù)及五個(gè)設(shè)計(jì)變量的約束條件如下：

45、最小壓降?y1(x1,x2,x3,x4,x5)

46、最大效率?y2(x1,x2,x3,x4,x5)

47、約束?(0.4<x1<0.6)

48、(0.2<x2<0.4)

49、(2<x3<4)

50、(0.5<x4<1.5)

51、(12<x5<20)

52、在上述條件下計(jì)算出的最優(yōu)解集，其中的每個(gè)解都對(duì)應(yīng)一種設(shè)計(jì)參數(shù)的組合。

53、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明通過(guò)螺旋通道的設(shè)置可以加大含塵氣體進(jìn)入后的離心力，提高粉塵顆粒分離效率，還可以有效避免分離器頂部縱向環(huán)流現(xiàn)象，減輕“頂灰環(huán)”的影響，避免相鄰內(nèi)外旋流中氣流的相互干擾，并降低大粒徑粉塵通過(guò)縱向環(huán)流進(jìn)入排氣管的顆粒數(shù)量，有助于穩(wěn)定流場(chǎng)，提高分離性能，提高小粒徑粉塵分離效率。