專利名稱：分級循環(huán)流化床燃燒裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤炭燃燒鍋爐設(shè)備，特別是流化床鍋爐燃燒裝置。
目前廣為應(yīng)用的循環(huán)流化床燃燒設(shè)備，(an overview of commercial circulating Fluidized Bed Boilers.J.Yerushalmi，Pergamon Press，1986，97-104)通常是由一個流態(tài)化燃燒室及爐膛后面的高溫旋風(fēng)分離器和下部的返料器所組成。離開燃燒室的高溫?zé)煔馑鶐У拇罅课锪?，?jīng)分離器收集后，被返料器送回燃燒室，循環(huán)再燃燒。由于系統(tǒng)內(nèi)物料的熱容量大，摻混強烈，燃燒穩(wěn)定，因而其煤種適應(yīng)性好。它可在900℃附近的較低溫值工作，從而可以通過添加石灰石，進行爐內(nèi)脫硫處理，氧化氮的排放量也較低。由于物料的反應(yīng)停留時間長，湍流交換好，燃燒效率高。
一般的循環(huán)流化床鍋爐采用的高溫旋風(fēng)分離器是一種簡單而有效的分離裝置，但是其體積大，重量重，投資費用高，散熱損失也較大。點火調(diào)試等時，在溫度急變的情況下容易損壞。旋風(fēng)分離器出來的煙氣氣流在進入過熱器時流場很不勻順，造成過熱器熱負(fù)荷嚴(yán)重不均。隨著鍋爐容量的增大，其旋風(fēng)分離器也愈來愈大，分離性能也隨著降低。
這種系統(tǒng)還存在著物料對旋風(fēng)分離器耐火材料內(nèi)襯磨損嚴(yán)重的問題，因為磨損量大，易損壞，鍋爐的維修工作量大，因此需要選用優(yōu)質(zhì)材料作旋風(fēng)分離器的內(nèi)襯，另外物料本身經(jīng)受的粉化大，造成飛灰可燃物含量高，鍋爐煙氣的排塵量大，加重了后部除塵器的負(fù)擔(dān)。
有的系統(tǒng)采用了將旋風(fēng)分離器放到燃燒室后部過熱器后450℃附近的低溫區(qū)，但過熱器受熱面易被磨損，且失去了細(xì)物料繼續(xù)高溫燃燒的好處，造成可燃物損失高。有的采用了垂直式的L形阻擋分離器件或擋板或陰陽瓦重力一慣力分離件或S形分離件，但由于高處分離掉下的粒子會被下部氣流夾帶，故其分離效率較差，影響到循環(huán)量和鍋爐性能。
有的系統(tǒng)采用了燃燒室后垂立式阻擋分離件，所收集物料掉入設(shè)有傳熱埋管的側(cè)付流化床，煙氣經(jīng)過熱器后再經(jīng)旋風(fēng)分離器收集細(xì)料并送入側(cè)付流化床，再返料入爐膛。這種系統(tǒng)比較龐大和復(fù)雜，付流化床的流化氣體使得阻擋件的分離效率變差。
一般的循環(huán)流化床鍋爐經(jīng)旋風(fēng)分離器收集的物料，都是通過較長的下料管，經(jīng)返料器，在主燃燒室內(nèi)布風(fēng)板上密相區(qū)返入，這樣的結(jié)構(gòu)材料使用較多，也易損及布風(fēng)板。
鑒于上述已有技術(shù)中存在的問題，提出了本專利的分級循環(huán)流態(tài)化床燃燒裝置，以減輕循環(huán)物料分離器內(nèi)襯的磨損和物料自身的粉化，提高燃燒裝置的工作性能，延長其使用壽命，另外達到結(jié)構(gòu)更為緊湊，更好適應(yīng)爐溫的急變并使造價和安裝費用降低也是本發(fā)明的目的。
快速運動的固體物料顆粒與壁面相碰撞，使壁面材料受到磨損，物料自身經(jīng)受粉化，試驗指出磨損率W除了與相撞材料的物性，相碰時的相對方向有關(guān)外，相撞時顆料的速度V和物料的粒徑dp是兩個最重要因素，近似有以下關(guān)系W∝dp2·v3隨著流速的增高和粒徑的加大，磨損和粉化的速率增長是很快的，在一般的循環(huán)流化床鍋爐的旋風(fēng)分離器內(nèi)，氣固兩相流的流速很高，達18-25m/s，物料的粒徑也比較大，dp可達3mm，而且物料一再相撞相擦，磨損和粉化相當(dāng)嚴(yán)重。為了減輕磨損和粉化，對循環(huán)流化床物料按其粒徑粗細(xì)，分級地分離收集，并送回燃燒室循環(huán)再燃是適宜的。循環(huán)流化床鍋爐中的循環(huán)物料粒度一般都在0-3mm之間，而其中約80%以上是80-2000μm的較粗顆粒，對于這種較粗的顆粒，是可以通過借助慣性分離器比較容易實現(xiàn)分離的。因而本發(fā)明提出了分級循環(huán)流化床燃燒系統(tǒng)。循環(huán)物料先經(jīng)過一個速度較低的慣性分離室，將比較粗的顆粒收集并返回主燃燒室循環(huán)再燃，沒有分離的較細(xì)的顆粒再經(jīng)分離效率比較高的第二級分離器，如旋風(fēng)分離器分離收集，并再返料循環(huán)。
在這種分級分離循環(huán)流化床燃燒系統(tǒng)內(nèi)，第一級高溫慣性分離器所分離的粒子比較粗，但其物料顆粒的運動速度比較低，而后面第二級旋風(fēng)分離器中顆粒的運動速度雖也還高，但其顆粒粒徑已比較小，大部份大顆粒已被慣性分離，因而總的可顯著減輕旋風(fēng)分離器內(nèi)襯的磨損和物料的粉化。分級循環(huán)流化床燃燒系統(tǒng)的收集效率。
η總＝ηi+(1-ηi)ηcηi-第一級分離器的收集效率ηc-第二級分離器的收集效率當(dāng)ηc→0時η總＝ηi，由于采用了兩級分離，提高了分離收集效率，改善了循環(huán)，提高了煤的燃盡程度?，F(xiàn)結(jié)合


發(fā)明提出的分級循環(huán)流化床燃燒裝置。
圖1 為中小容量的和以難以燃盡的物料為燃料所采用的系統(tǒng)圖2 為大中容量所采用的系統(tǒng)其中1 流態(tài)化燃燒室2a第一級高溫慣性分離器2b第一級高溫百葉窗分離器3 返料器4a第二級旋風(fēng)分離器4b第二級低溫百葉窗-旋風(fēng)分離器組合分離器中的百葉窗分離器4c第二級低溫百葉窗-旋風(fēng)分離器組合分離器中的旋風(fēng)分離器5 返料器6 風(fēng)室7 省煤器8 過熱器9 給煤口(1)對于中小容量的鍋爐和無煙煤屑等難以燃盡的燃料，可采用如圖1所示結(jié)構(gòu)。
第一級高溫慣性分離器[2a]安裝于流化床燃燒室[1]側(cè)旁，分離器[2a]下部是返料器[3]，返料器[3]與爐膛相通，構(gòu)成第一級固體循環(huán)回路。第一級高溫慣性分離器[2a]之后是第二級旋風(fēng)分離器[4a]，旋風(fēng)分離器的料腿連著返料器[5]，返料器[5]與爐膛相通，構(gòu)成第二級固體循環(huán)回路。
當(dāng)夾帶有物料顆粒的高溫?zé)煔庥闪骰踩紵翼斶M入旁側(cè)的第一級高溫慣性分離器時，利用慣性分離了約占80%的粗顆粒，并收集于料斗通過返料器返回爐膛再燃燒。而夾帶細(xì)顆粒的煙氣再進入后側(cè)的第二級旋風(fēng)分離器，此時煙氣的速度雖然較在慣性分離器中的速度高，但由于顆粒粒徑小，且大部分粗顆粒已在第一級分離器中分離，因而對旋風(fēng)分離器內(nèi)襯磨損大為減少，且物料的粉化亦降低。將細(xì)物料分離收集后經(jīng)返料器[5]返回爐內(nèi)循環(huán)燃燒使物料保持高溫連續(xù)燃燒的優(yōu)點。離開的高溫?zé)煔庠龠M入鍋爐后部的對流受熱面。
(2)對于中型和大型容量的鍋爐，可采用如圖2的結(jié)構(gòu)。
即流化床燃燒室[1]的頂部旁側(cè)連接著高溫百葉窗分離器[2b]，其下部是返料器[3]，返料器[3]與爐膛相通，構(gòu)成第一級固體循環(huán)回路。高溫百葉窗分離器[2b]之后布置有過熱器和省煤器受熱面。第二級低溫分離器緊接著省煤器，第二級低溫分離器可采用百葉窗[4b]旋風(fēng)分離器[4c]組合的分離構(gòu)件;旋風(fēng)分離器[4c]下部是料腿，料腿連著返料器[5]，返料器[5]與爐膛相通，構(gòu)成第二級固體循環(huán)回路。
第一級高溫慣性返料器或高溫百葉窗分離器返料入爐膛的位置，是處在爐膛中部的稀相區(qū)，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化，一樣收到返料燃燒的好處。
第一級高溫百葉窗分離器其攔灰柵板間距在40-200mm范圍，攔灰柵板與氣流方向的夾角為20-40°，進出攔灰柵板的氣流速度控制在10-20m/s范圍。
第二級低溫分離器可采用百葉窗一旋風(fēng)分離器的組合式結(jié)構(gòu)，其中約有50-90%的煙氣通過百葉窗。所收集的物料返回燃燒室的密相區(qū)。第二級分離器由于低溫，設(shè)備尺寸比較小，而且可用一般的金屬材料制作。
對于大型循環(huán)流化床鍋爐，可以在爐膛頂部布置屏式受熱面，也可在百葉窗室和返料器[3]間布置冷卻受熱面。
這種采用百葉窗的分級循環(huán)流化床燃燒系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)緊湊，燃燒性能較好。
實例1結(jié)合圖1詳細(xì)說明本發(fā)明蒸發(fā)量為35噸/時的這種循環(huán)流化床鍋爐，燃用0-13mm的煙煤，貧煤等燃料，布風(fēng)板面積約為1.7×2.2m2，平均流化速度約為～6m/s，主燃燒室截面積約為3.2×2.5m2，燃燒室總高約為12m，爐壁四周為膜式水冷壁，夾帶循環(huán)物料的約為900℃的高溫?zé)煔庖约s為8m/s的速度進入側(cè)邊的第一級慣性分離室，其截面積約為2.5×2.5m2，粗顆粒物料在這里被分離，分離下來的物料粒徑約為30-2000μm，中位粒徑約為200μm，它再經(jīng)慣性室下的料層和返料器而被送回主流態(tài)化燃燒室，返料點在離布風(fēng)板距離約為5.0m的高處進入，從慣性分離室側(cè)墻出煙口離開的高溫?zé)煔膺M入附近的第二級旋風(fēng)分離器，其內(nèi)徑約為3.2m，進口流速約為20m/s，夾帶的細(xì)顆粒物料在這里被分離，由旋風(fēng)分離器下部的返料器送回床內(nèi)，煙氣則被迫通過一個由耐熱材料制作的Φ1.55m的出口管進入后部過熱器，省煤器和空氣頂熱器而離開鍋爐本體。
實例2結(jié)合圖2詳細(xì)說明本發(fā)明蒸發(fā)量為75噸/時，壓力為5.3兆帕，溫度為540℃的循環(huán)流化床鍋爐，主燃燒室高19m，下部布風(fēng)板區(qū)密相床高3m，布風(fēng)板上布有約500個小風(fēng)帽，截面積為2.0×4.0m2，流化速度為5.7m/s，上部爐膛尺寸為3.6×5.6m2，四周為膜式水冷壁。空氣以各50%的一，二次風(fēng)分級供應(yīng)。在爐頂后墻處有通道使煙氣進入第一級分離的百葉窗分離器室，百葉窗攔灰柵進出氣流的速度為～12m/s，灰柵間距為110mm，柵板寬130mm，與來流成30°角，百葉窗以耐熱高鉻鑄鐵或耐熱鋼制造，也可用耐熱耐磨陶瓷材料SiC制成。被分離的粗物料經(jīng)兩邊的膜式壁掉下，由下部的返料器送回主燃燒室循環(huán)再燃。離開百葉窗的高溫?zé)煔馔ㄟ^兩級過熱器和兩級省煤器后，進入第二級百葉窗一旋風(fēng)分離器組合式分離器，其工作溫度近200-400℃，百葉窗攔灰柵間距60mm，板寬70mm，進出口氣流流速為18m/s，細(xì)的循環(huán)物料被濃集在10-20%的煙氣中，進入二個Φ1.4m的旋風(fēng)分離器，將細(xì)物料分離收集，進旋風(fēng)分離器的氣速為12-18m/s，細(xì)物料再經(jīng)一個返料器被送回主燃燒室循環(huán)再燃，而煙氣則進入第三級省煤器和空氣預(yù)熱器后而離開鍋爐。
這種分級循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)和裝置，在一臺蒸發(fā)量為35噸/時的鍋爐上得到實施，至今鍋爐已累計運行近3800小時，達到了額定出力，并有10%的超負(fù)荷能力，鍋爐可在50-110%的負(fù)荷內(nèi)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，其熱效率達86.3%，燃燒效率可達98%，在Ca/s≤2時，其脫硫效率達到82%，其NOx排放量為290ppm。這臺分級循環(huán)流化床鍋爐，與同容量的鏈條爐相比，在燃用多煤種，實用經(jīng)濟性方面占有明顯優(yōu)勢。其脫硫性能和低NOx排放的性能則是一般鏈條爐和煤粉爐所不具備的。
權(quán)利要求
1.一種由流化床燃燒室，分離器及返料器構(gòu)成的循環(huán)流化床燃燒裝置，其特征在于所述的分離器是兩級分離的系統(tǒng)，流化床燃燒室[1]的頂部旁側(cè)連接著第一級高溫慣性分離器[2a]，分離器[2a]下部連接返料器[3]，返料器[3]與燃燒室[1]相通，構(gòu)成第一級固體循環(huán)回路；第一級高溫慣性分離器[2a]之后是與第二級旋風(fēng)分離器[4a]相連接，分離器[4a]下部的料腿連接著返料器[5]，返料器[5]與燃燒室[1]相通，構(gòu)成第二級固體循環(huán)回路；或者，流態(tài)化燃燒室頂部旁側(cè)連接著第一級高溫百葉窗分離器[2b]，分離器[2b]下部連接著返料器[3]，返料器[3]與燃燒室[1]相通，構(gòu)成第一級固體循環(huán)回路；第一級高溫百葉窗分離器[2b]之后布置有過熱器和省煤器，接著布置第二級低溫分離器，第二級低溫分離器是百葉窗[4b]和旋風(fēng)分離器[4c]組和的分離器，其旋風(fēng)分離器下部料腿連接著返料器[5]，返料器[5]與燃燒室[1]相通，構(gòu)成第二級固體循環(huán)回路。
2.按權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述的第一級高溫百葉窗分離器采用攔灰柵的間距為40-200mm，欄灰柵板與氣流方向的夾角為20-40°，進出欄灰柵板的氣流速度為10-20m/s。
3.按權(quán)利要求[1][2]所述的裝置，其特征在于所述的第一級高溫分離器所收集的物料返回燃燒室的返料口[3]位置，是處在高于布風(fēng)板區(qū)上方的爐膛之內(nèi)，高出布風(fēng)板4-20m，在爐膛的稀相區(qū)送入。
4.按權(quán)利要求[1]所述的裝置，其特征在于對于大型的循環(huán)流化床鍋爐，可以在流化床燃燒室頂部布置屏式受熱面，也可以在第一個返料回路通道內(nèi)布置冷卻受熱面。
全文摘要
與采用高溫旋風(fēng)分離器的一般循環(huán)流化床燃燒裝置相比，本發(fā)明的裝置采用兩級分離的循環(huán)流化床燃燒方案，這可以是采用慣性分離室—旋風(fēng)分離器的二級高溫物料循環(huán)再燃的系統(tǒng)，也可以采用高溫的百葉窗分離粗物料第一循環(huán)和采用低溫百葉窗—旋風(fēng)分離器的第二級細(xì)物料循環(huán)再燃的系統(tǒng)。
文檔編號F23C9/06GK1054302SQ9010080
公開日1991年9月4日 申請日期1990年2月21日 優(yōu)先權(quán)日1990年2月21日
發(fā)明者王達三, 張亞夫, 湯偉生, 潘忠剛, 姜鴻安, 燕桂章, 包紹麟, 姜作仁, 那永潔 申請人:中國科學(xué)院工程熱物理研究所