CN101396631B - 循环流化床锅炉自激串行电旋风分离装置及其分离方法 - Google Patents

Abstract

循环流化床锅炉自激串行电旋风分离装置及其分离方法涉及一种应用于循环流化床锅炉中800℃以上高温场合下气固分离的方法及其一体化分离装置，在旋风分离器(1)的上部设有烟气排出中心筒(2)，中心筒(2)的上部位于旋风分离器(1)上部外侧，中心筒(2)的下部位于旋风分离器(1)上部内侧；在中心筒(2)的上部外侧设有电力捕集器的荷电收尘区(10)，在中心筒(2)的内壁侧设有电力捕集器的电子发射区阴极(3)，滑灰板(12)位于旋风分离器(1)的上部外壁边沿与中心筒(2)的上部外壁之间，电力捕集器收尘阳极4位于滑灰板(12)上部并分别与直流电源(5)、脉冲振打器(11)连接。

Description

循环流化床锅炉自激串行电旋风分离装置及其分离方法

技术领域

本发明涉及一种应用于循环流化床锅炉中800℃以上高温场合下气固分离的方法及其一体化分离装置(也包括相似应用场合下的除尘器)。

背景技术

目前尚未见到有关在循环流化床锅炉高温物料分离场合里，使用高温电力～旋风组合式分离装置的报道。

同时，国内外已见报道的采用静电除尘技术强化旋风除尘器除尘效率的电旋风除尘器(其利用电场力与离心力共同作用原理与本发明相似)均是使用电晕式电力除尘器与旋风除尘器两种技术在同一空间并行叠加作用的组合工作方式。

鉴于电晕式电力除尘器的工作原理是依靠施加在电场上极高的起晕电压，辉光放电致使粉尘荷电，再被收尘电极捕捉。因为在高温条件下气体的密度变小，高的电场电压极易引起电晕击穿现象，致使除尘器运行不稳定；且在高温条件下，这种电力除尘器的放电电极材料寿命和绝缘均成为问题，因此它的工作温度环境被局限在500～600℃条件之下，属中、低温型。截至目前为止，这种电力除尘器在更高温度的场合应用上没有取得突破，因而也制约了上述两种技术在同一环境空间内叠加使用方式的电旋风除尘器向高温方向的发展。本发明拟在这一领域取得突破。

发明内容

技术问题：本发明是提供一种循环流化床锅炉自激串行电旋风分离装置及其分离方法，依靠材料电子热发射机制，促使粉尘荷电，再被低电压电场驱向收尘极捕集的、具有独特工作原理的无电晕式新型电力捕集技术，与传统的依靠旋转离心力实现气固分离的旋风分离器技术串行无缝连接，形成组合技术；并可将之应用于工作环境温度高于800℃之上、粉尘浓度极高的、且需要气固分离的特殊场合，譬如循环流化床锅炉高温旋风分离器(也可推广应用到类似的工业高温除尘器中)。

技术方案：本发明的循环流化床锅炉自激串行电旋风分离装置，在旋风分离器的上部设有烟气排出中心筒，中心筒的上部位于旋风分离器上部外侧，中心筒的下部位于旋风分离器上部内侧；在中心筒的上部外侧设有电力捕集器的荷电收尘区，在中心筒的内壁侧设有电力捕集器的电子发射区阴极，滑灰板位于旋风分离器的上部外壁边沿与中心筒的上部外壁之间，电力捕集器收尘阳极4位于滑灰板上部并分别与直流电源、脉冲振打器连接；保温外筒壁在该装置的最外侧，它与旋风分离器之间的空隙为落灰通道；辅助配件：灰排出管位于最下方，进烟道设在保温外筒壁上的外侧，出烟道设在保温外筒壁上外侧的进烟道的对面。

循环流化床锅炉自激串行电旋风分离装置的自激串行电旋风分离方法采用旋转离心力分离作用与电力分离作用组合工作，且旋转离心力分离作用与电力分离作用两者在烟气流程中是前后串行搭接，且搭接点须实现无缝对接；保证电场作用集中施加在旋转离心力所不及的细微粉尘之上，利用高温旋风分离器中的高温能量自行激发阴极发射，形成一体化装置，同时，实现时须确保电力捕集器工作在温度为800℃以上环境，并且运行时它的电场始终处于无电晕状态，具体步骤为：

1.)锅炉炉膛出口温度高于800℃的、含尘浓度极高的烟气由进烟道加速，须切向进入高温旋风分离器筒体之内，首先由筒体切圆产生的旋转离心力将大量各种粒径的灰尘从高温烟气中分离出来，并聚集至旋风分离器筒体的内壁上，后由重力作用下滑汇至灰排出管返回循环流化床锅炉炉膛内，从而实行初次气固分离；

2.)经初次气固分离后，仍含有细微尘粒的烟气在旋风分离器筒体底部中心升压反弹旋转上行进入中心筒，此时始进入电力捕集器工作区域，在进入电力捕集器时应确保烟气温度不得低于800℃，

3.)在中心筒内壁上布置电力捕集器电子发射阴极片，当高温烟气流经中心筒时，将由高温能量和人为所施加的电压为2500伏的低电场力共同激发出发射阴极材料中的大量自由电子，致使途经于此的烟气中细微尘粒荷电，大量带有同性电荷的尘粒随高温烟气向上流出中心筒，

4.)流出中心筒的烟气，经扩散减速后进入电力除尘器的电力捕集器荷电收尘区，在此区域前端旋转烟气略经整流后流入布置有电力捕集器收尘阳极的收尘电场，在6000伏电压的作用下被电力捕集器收尘阳极捕集，电力捕集器收尘阳极上细粉尘经脉冲振打器定期振打后脱落至电力捕集器荷电收尘区的滑灰板，由重力作用流至旋风分离器筒的外围落灰通道内，汇集到灰排出管中再入炉膛，从而实行再次气固分离。

有益效果：本分离装置是由电力辅助捕集作用来提升旋风分离器的气固分离效果的。这种组合式气固分离的方法在电力旋风除尘器技术中曾被广泛采用，但它通常是采用电晕式电力除尘器作为两技术的组合基础。然而电晕式电力除尘器的最高工作温度一般在500～600℃之下。温度再高上去因气体密度变小而极易使电晕场发生击穿现象，致使电力除尘器工作无法稳定。而本发明使用的是一种基于材料电子热发射的新型电力捕集技术，它没有电晕产生，因而也不存在电晕场击穿的风险。但是它必须依靠800℃以上的高温能量作为激发电力捕集器阴极发射材料内部自由电子突破材料表面势垒的主要力量，而循环流化床锅炉高温旋风分离器所处的场合正好具备这样的工作条件，可以加以利用。这样不仅稳定了组合技术中电力捕集器的工作性能，而且可使该生产工艺中的自有能量得到充分地利用；高温应用和性能稳定这是本发明优点之一。

其次，离心式旋风分离技术对细微粒级的粉尘捕集效果不佳，电力捕集技术虽在捕捉1～100μm的细微尘粒方面有明显优于旋风分离技术的长处，但是它在高浓度的环境中易被灰尘屏蔽住电场力作用。本发明采用先以旋转离心力分离90％左右的烟气中的粗大尘粒，在烟气中的粉尘浓度大幅下降的区域串接上电力捕集器的作用，强化对烟气中残余的细微颗粒的二次捕集效果。这种技术组合方式是既发挥了两种技术各自的特长，又规避了两种技术各自的弱点，使得分离装置在分离总效率和细颗粒分级效率两方面均有所提高。细微颗粒分离效率高和抗粉尘屏蔽性能好这是本发明优点之二。

细颗粒捕集效率低下是目前循环流化床锅炉中各种型式物料分离器存在的共性缺陷，尚不能得到有效地解决。依靠本发明装置可以替代现有常规循环流化床锅炉高温分离器，并将有望在上述共性缺陷方面获得较大的技术突破；适用于循环流化床锅炉高温物料分离这种特殊、困难场合是本发明优点之三。

附图说明

下面结合装置结构图和工作原理及工艺流程对本发明进一步说明：

图1循环流化床锅炉自激串行高温电旋风分离器结构剖面图；

图2循环流化床锅炉自激串行高温电旋风分离器B-B剖面图；

图3循环流化床锅炉自激串行高温电旋风分离器C-C剖面图。

具体实施方式

在旋风分离器1的上部设有烟气排出中心筒2，中心筒2的上部位于旋风分离器1上部外侧，中心筒2的下部位于旋风分离器1上部内侧；在中心筒2的上部外侧设有电力捕集器的荷电收尘区10，在中心筒2的内壁侧设有电力捕集器的电子发射区阴极3，滑灰板12位于旋风分离器1的上部外壁边沿与中心筒2的上部外壁之间，电力捕集器收尘阳极4位于滑灰板12上部并分别与直流电源5、脉冲振打器11连接；保温外筒壁14在该装置的最外侧，它与旋风分离器1之间的空隙为落灰通道6；辅助配件：灰排出管9位于最下方，进烟道7设在保温外筒壁14上的外侧，出烟道8设在保温外筒壁14上外侧的进烟道7的对面。

1)分离装置组成与形式

循环流化床锅炉自激串行高温电旋风分离装置是由图1所示的旋风分离器1、中心筒2、电力捕集器电子发射阴极3、电力捕集器收尘阳极4、直流电源5、落灰通道6、进烟道7、出烟道8、灰排出管9、电力捕集器荷电收尘区10、脉冲振打器11、滑灰板12、隔离板13、装置保温外筒壁14和分区隔墙15等设备组成。

2)气固分离方法

2.1锅炉炉膛出口温度高于800℃的、含尘浓度极高的烟气由进口烟道7加速，须切向进入高温旋风分离器筒体1之内，首先由筒体切圆产生的旋转离心力将大量各种粒径的灰尘从高温烟气中分离出来，并聚集至旋风分离器筒体1的内壁上，后由重力作用下滑汇至排出管9返回循环流化床锅炉炉膛内，从而实行初次气固分离。

实行初次气固分离的技术设计对于确保后续串接的电力捕集技术性能正常稳定至关重要，因为在循环流化床锅炉旋风分离器筒体1内固体浓度太高，它极易对电场作用产生屏蔽方面的问题。

2.2经初次气固分离后，仍含有细微尘粒的烟气在旋风分离器筒体1底部中心升压反弹旋转上行进入中心筒体2，此时始进入电力捕集器工作区域。须注意在进入电力捕集器时应确保烟气温度不得低于800℃，这是本技术流程的工艺参数下限；正是因为这个原因，所以在循环流化床锅炉物料高温分离这个特殊的应用场合里，旋风分离技术与电力捕集技术之间须无缝衔接。

因此，将综合考虑了电极发射屏蔽因素和新型电力捕集技术工艺温度需求之后，所设计的这样一种技术组合的方式称之为“串行式”。

2.3在中心筒内壁上布置电力捕集器电子发射阴极片，当高温烟气流经中心筒体2时，将由高温能量和人为所施加的电压为2500伏的低电场力共同激发出发射阴极材料中的大量自由电子，致使途经于此的烟气中细微尘粒荷电。大量带有同性电荷的尘粒随高温烟气向上流出中心筒体。

由于该区域布置的发射阴极片是采用逸出功极低的电极材料制成，工作时它主要是依靠在高温工作环境之中汲取大量发射热能，所以仅须辅以极低的发射电压(2500伏)就可释放出大量自由电子而促使粉尘荷电，因此我们称这种新型电力捕集器的电极发射方式为“自激式”。

2.4流出中心筒的烟气，经扩散减速后进入电力除尘器的收尘区10，在此区域前端旋转烟气略经整流后流入布置有收尘阳极4的收尘电场，在电场力(6000伏电压)的作用下被阳极板4捕集，阳极板4上细粉尘经振打装置11定期振打后脱落至收尘区10的陡斜底部12，由重力作用流至旋风分离器筒体1的外围落灰通道6内，汇集到排出管9中再入炉膛，从而实行再次气固分离；此次分离则是以细微尘粒为主，因此它可以提高这个级别的颗粒分级捕集效率。

同时，经此两次分级捕集也使得本发明装置的气固分离总效率得以大幅提高。

2.5为了确保高温环境中的阳极电板的可靠性与工作性能，技术设计时电力捕集收尘区须采用水冷电极模式，冷却水质应优良，可采用锅炉给水。

2.6为了确保由本发明实现的气固分离装置工作性能的可靠、稳定，须按照上述2.3和2.4条操作；严格控制电力捕集器工作电压(发射区≦2500伏、收尘区≦6000伏)，避免电力捕集器内发生电晕放电现象。

Claims (2)

1.一种循环流化床锅炉自激串行电旋风分离装置，其特征在于在旋风分离器(1)的上部设有烟气排出中心筒(2)，中心筒(2)的上部位于旋风分离器(1)上部外侧，中心筒(2)的下部位于旋风分离器(1)上部内侧；在中心筒(2)的上部外侧设有电力捕集器的荷电收尘区(10)，在中心筒(2)的内壁侧设有电力捕集器的电子发射区阴极(3)，滑灰板(12)位于旋风分离器(1)的上部外壁边沿与中心筒(2)的上部外壁之间，电力捕集器收尘阳极(4)位于滑灰板(12)上部并分别与直流电源(5)、脉冲振打器(11)连接；保温外筒壁(14)在该装置的最外侧，它与旋风分离器(1)之间的空隙为落灰通道(6)；辅助配件：灰排出管(9)位于最下方，进烟道(7)设在保温外筒壁(14)上的外侧，出烟道(8)设在保温外筒壁(14)上外侧的进烟道(7)的对面。

2.一种用于权利要求1所述的循环流化床锅炉自激串行电旋风分离装置的自激串行电旋风分离方法，其特征在于采用旋转离心力分离作用与电力分离作用组合工作，且旋转离心力分离作用与电力分离作用两者在烟气流程中是前后串行搭接，且搭接点须实现无缝对接；保证电场作用集中施加在旋转离心力所不及的细微粉尘之上，利用高温的旋风分离器中的高温能量自行激发阴极发射，形成一体化装置，同时，实现时须确保电力捕集器工作在温度为800℃以上环境，并且运行时它的电场始终处于无电晕状态，具体步骤为：

1.)锅炉炉膛出口温度高于800℃的、含尘浓度极高的烟气由进烟道(7)加速，须切向进入高温的旋风分离器(1)的筒体之内，首先由筒体切圆产生的旋转离心力将大量各种粒径的灰尘从高温烟气中分离出来，并聚集至旋风分离器(1)的筒体内壁上，后由重力作用下滑汇至灰排出管(9)返回循环流化床锅炉炉膛内，从而实行初次气固分离；

2.)经初次气固分离后，仍含有细微尘粒的烟气在旋风分离器(1)的筒体底部中心升压反弹旋转上行进入中心筒(2)，此时始进入电力捕集器工作区域，在进入电力捕集器时应确保烟气温度不得低于800℃，

3.)在中心筒内壁上布置电力捕集器电子发射阴极片，当高温烟气流经中心筒(2)时，将由高温能量和人为所施加的电压为2500伏的低电场力共同激发出发射阴极材料中的大量自由电子，致使途经于此的烟气中细微尘粒荷电，大量带有同性电荷的尘粒随高温烟气向上流出中心筒(2)，

4.)流出中心筒的烟气，经扩散减速后进入电力除尘器的电力捕集器荷电收尘区(10)，在此区域前端旋转烟气略经整流后流入布置有电力捕集器收尘阳极(4)的收尘电场，在6000伏电压的作用下被电力捕集器收尘阳极(4)捕集，电力捕集器收尘阳极(4)上细粉尘经脉冲振打器(11)定期振打后脱落至电力捕集器荷电收尘区(10)的滑灰板(12)，由重力作用流至旋风分离器(1)的筒体外围落灰通道(6)内，汇集到灰排出管(9)中再入炉膛，从而实行再次气固分离。

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