CN101855022A - 粉体分离装置及固体燃料用燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够将辅机动力的增大或装置的大型化等抑制为最小限度而提高捕集效率的粉体分离装置。一种粉体分离装置(1A)，使以固气二相流的状态被进行气流传送的粉体从气流中分离而进行回收，其中，具备偏流形成部(10)，该偏流形成部设置在使固气二相流从周向流入分离器主体(2)内的固气供给配管(3)的主体连接部附近，并使固气二相流的高粉体粒子浓度向分离器主体(2)的外周侧集中。

Description

粉体分离装置及固体燃料用燃烧器

技术领域

本发明涉及使粉体从固气二相流中分离而进行回收的粉体分离装置。而且，涉及具备该粉体分离装置且适用于使用固体燃料的煤粉锅炉或生物质锅炉、废弃物锅炉等各种燃烧装置的固体燃料用燃烧器。

背景技术

以往，利用气流传送粉体的固气二相流在旋风分离器或离心分离器等粉体分离装置的作用下将粉体从气流中分离。在将例如无烟煤或石油焦炭、生物质、废弃物等那样的难燃性燃料形成为细粉末状而使用的煤粉锅炉中，此种粉体分离装置使用于使粉末状的难燃性燃料燃烧的固体燃料用燃烧器(以下，称为“燃烧器”)中。

另外，设想了根据生物质等燃料种类而在粉碎或供给时使空气比例相比于现有的煤粉锅炉中的空气与燃料的比率(A/C)增加的情况。这种情况下，需要在燃烧器上游将燃烧不需要的空气分离，此时也使用上述粉体分离装置。

图8A、图8B所示的现有例的粉体分离装置1具备：具有圆形截面形状的圆筒形状或漏斗状的分离器主体(漏斗)2；使固气二相流从周向流入分离器主体2内部的固气供给配管3；配设在分离器主体2的轴中心位置的气流配管4；与分离器主体2的下部连接设置的粒子配管5。在该粉体分离装置1中，从周向流入分离器主体2内部的固气二相流沿圆形截面成为形成涡旋的回旋流而流动。因此，固气二相流上作用有回旋流产生的离心力，从而将固体粒子从气流中分离。即，比较重的固体粒子碰撞到壁面而在重力的作用下向下方落下，聚集在粒子配管5中，比较轻的气流从在分离器主体2内部开口的气流配管4向上方流出。此外，分离器主体(漏斗)2并不局限于圆形截面，也可以是具有矩形截面形状或多边形截面形状等的筒状。

另外，在图9A、图9B所示的其它现有例中，固气供给配管3在与分离器主体2连接的主体连接部上设有从固气供给配管3的出口3a朝向分离器主体2内突出的引导板6。该引导板6是为了将向分离器主体2内流出的固气二相流的气流导向壁面方向而设置的矩形的板部件，能够提高粉体粒子的捕集效率。

另外，专利文献1中提出了如下方法：就气流中含有的粒子而言，将大于某粒度的粒子从气流中分离而将小于某粒度的粒子与气流一起取出的粉体分级机具备：对含粉体气体的导入管的入口流路截面积进行放缩的可动壁体；在圆筒形躯体内绕铅垂轴转动自如的可动引导板。(例如，参照专利文献1)

专利文献1：日本特开平5-277444号公报(参照图1)

然而，在上述粉体分离装置中，为了提高粉体粒子的捕集效率而增加分离器主体内的离心力。作为具体的方法，已知有：1)增加固气二相流的入口流速；2)增加分离器主体的直径；3)将固气供给配管与分离器主体连接的位置向外周侧配置；4)在分离器主体内的固气供给配管出口处设置引导板。

然而，当采用增加固气二相流的流速的方法时，由于压力损失增大，会产生鼓风机的辅机动力增大等成本上升的问题。

另外，当采用增加分离器主体直径的方法时，会产生装置自身大型化而成本上升的问题。

另外，当采用将固气供给配管设置在分离器主体外周侧的方法时，仍然会产生装置自身大型化而成本上升的问题。而且，分离器主体若为相同直径，则还会产生压力损失增大的问题。

并且，采用设置引导板的方法时，由于在妨碍分离器主体内形成的回旋流的位置上存在有矩形板状的引导板，因此引导板的周边会形成回旋流容易产生紊乱的区域。此种回旋流的紊乱尤其在产生负载变动的粉体分离装置时难以进行引导板形状的最优化。因此，优选如下对策：类似于例如将难燃性燃料形成为细粉末状而使用的煤粉锅炉的难燃性燃料用燃烧器中使用的粉体分离装置那样，即使在根据锅炉侧的要求而产生使燃料或空气的供给量变化的负载变动时，也能够进行对应。

从这样的背景出发，在使粉体的粒子从固气二相流中分离的粉体分离装置中，优选对辅机动力的增大或装置的大型化等引起的成本上升进行抑制并提高捕集效率。而且，在产生负载变动的粉体分离装置中，优选防止或抑制回旋流产生的紊乱并提高捕集效率。

发明内容

本发明鉴于上述情况而提出，其目的在于，提供一种能够将辅机动力的增大或装置的大型化等抑制为最小限度而提高捕集效率的粉体分离装置。

另外，本发明的目的在于，提供一种粉体分离装置，该粉体分离装置类似于在将难燃性燃料形成为细粉末状而使用的煤粉锅炉的固体燃料用燃烧器中使用那样，即使在根据锅炉侧的要求而产生使燃料供给量变化的负载变动的情况下，也能够进行对应。

再有，本发明的目的在于，提供一种具备上述粉体分离装置且适用于使用难燃性燃料的煤粉锅炉等各种燃烧装置的固体燃料用燃烧器。

本发明为了解决上述课题而采用了下述方法。

本发明的第一形态的粉体分离装置使以固气二相流的状态被进行气流传送的粉体从气流中分离而进行回收，其中，具备偏流形成部，该偏流形成部设置在使所述固气二相流从周向流入分离器主体内的固气供给配管的主体连接部附近，并使所述固气二相流的高粉体粒子浓度向所述分离器主体外周侧集中。

根据此种粉体分离装置，由于具备偏流形成部，该偏流形成部设置在使固气二相流从周向流入分离器主体内的固气供给配管的主体连接部附近，并使固气二相流的高粉体粒子浓度向分离器主体外周侧集中，因此，固气二相流的粒子向分离器主体的外周壁面侧集中而粒子离心力增加，从而高效地使粒子从气流中分离而提高捕集效率。

作为该情况的偏流形成部，有推进块(キッカ一ブロック)、螺带(リボンスクリュ一)及它们的组合，在直管部上设置螺带时，优选以在上游设置推进块而预先在配管截面的局部形成高粒子浓度区域的方式使粒子发生偏流。

此外，关于上述的分离器主体的形状，包含具有圆形截面、矩形截面、多边形截面等的筒形状或漏斗状。

在上述第一形态中，对设有所述偏流形成部的周边部件实施耐磨损性处理，由此，能够提高粉体粒子浓度增加了的固气二相流所接触的部分的耐磨损性。

本发明的第二形态的粉体分离装置使以固气二相流的状态被进行气流传送的粉体从气流中分离而进行回收，其中，使所述固气二相流从周向流入圆形截面形状的分离器主体内的固气供给配管的主体连接部上设有将从所述固气供给配管的出口朝向分离器主体内的突出量形成为可变的引导板。

根据此种粉体分离装置，由于使固气二相流从周向流入分离器主体内的固气供给配管的主体连接部上设有将从固气供给配管的出口朝向分离器主体内的突出量形成为可变的引导板，因此，在粒子浓度或气流流量发生变化的负载变动时，通过调整操作引导板的突出量，能够根据负载变动维持良好的捕集效率。

在上述第二形态中，优选，将所述引导板的矩形的所述分离器主体中心侧的下部角部切成锥状，由此，能够抑制或防止引导板的存在引起的回旋流中产生的紊乱。

本发明的第三形态的固体燃料用燃烧器通过上述任一个粉体分离装置将与空气一起供给的粉末状的固体燃料分离，并分配给配设在炉内的浓部喷嘴及淡部喷嘴而使其燃烧。

根据此种固体燃料用燃烧器，由于通过上述任一个粉体分离装置将与空气一起供给的粉末状的固体燃料分离，因此能够提高燃料粒子的捕集效率或维持与负载变动相对应的良好的捕集效率。

根据上述本发明，能够提供一种将辅机动力的增大或装置的大型化等抑制为最小限度而提高捕集效率的粉体分离装置。

另外，提供一种粉体分离装置，该粉体分离装置类似于在将难燃性燃料形成为细粉末状而使用的煤粉锅炉的难燃性燃料用燃烧器中使用那样，即使在根据锅炉侧的要求而产生使燃料供给量变化的负载变动时也能够进行对应。

再者，能够提供一种具备粉体分离装置的固体燃料用燃烧器，该粉体分离装置适用于使用难燃性燃料的煤粉锅炉等各种燃烧装置，能够将辅机动力的增大或装置的大型化等抑制为最小限度而提高捕集效率，且具备即使在根据锅炉侧的要求而产生使固体燃料的供给量变化的负载变动时也能够对应。

附图说明

图1A是示出本发明的粉体分离装置的第一实施方式的图，是主要部分的主视图。

图1B是示出本发明的粉体分离装置的第一实施方式的图，是图1A的水平剖面图。

图2A是示出图1A、图1B所示的偏流形成部的第一具体例的水平剖面图。

图2B是示出图1A、图1B所示的偏流形成部的第一具体例的图，是图2A的A-A剖面图。

图3是示出图1A、图1B所示的偏流形成部的第二具体例的剖面图。

图4A是示出图1A、图1B所示的偏流形成部的第三具体例的水平剖面图。

图4B是示出图1A、图1B所示的偏流形成部的第三具体例的图で，是图4A的B-B剖面图。

图5A是示出本发明的粉体分离装置的第二实施方式的图，是主要部分的主视图。

图5B是示出本发明的粉体分离装置的第二实施方式的图，是图5A的水平剖面图。

图6是作为本发明的第三实施方式示出固体燃料用燃烧器(难燃性燃料用燃烧器)的构成例的剖面图。

图7是示出耐磨损性处理部的施工位置例的说明图。

图8A是示出粉体分离装置的现有例的水平剖面图。

图8B是示出粉体分离装置的现有例的图，是主要部分的主视图。

图9A是示出粉体分离装置的另一现有例的水平剖面图。

图9B是示出粉体分离装置的另一现有例的图，是主要部分的主视图。

符号说明：

1A、1B粉体分离装置(分离器)

2分离器主体

3固气供给配管

4气流配管

5粒子配管

10偏流形成部

11推进块

12、12A螺带

20引导板

21锥部

30难燃性燃料用燃烧器(燃烧器)

具体实施方式

以下，基于附图，说明本发明的粉体分离装置及固体燃料用燃烧器的一实施方式。

(第一实施方式)

图1A、图1B所示的粉体分离装置1A具备：圆筒形状的分离器主体2；使固气二相流从周向流入分离器主体2内部的固气供给配管3；配设在分离器主体2的轴中心位置的气流配管4；与分离器主体2的下部连接设置的粒子配管(未图示)。该粉体分离装置1A由于使从周向流入分离器主体2内部的固气二相流沿圆形截面成为形成涡旋的回旋流而流动，因此固气二相流上作用有回旋流产生的离心力。

此外，在本实施方式及下述的实施方式中，分离器主体2在具有圆形截面形状的圆筒形状下部具备慢慢缩径的锥形部(渐缩部、圆锥部)，但是本发明的分离器主体2并不局限于此，也能够适用于具有矩形截面或多边形截面的筒状或漏斗状的形状。

因此，比较大径的粒子或重的固体粒子受到投入时的离心力的影响而碰撞到分离器主体2的壁面，在重力的作用下向下方落下，比较轻的气流从在分离器主体2的内部开口的气流配管4向上方流出，因此，将从气流中分离出来的固体粒子集中在粒子配管内而向所希望的部位引导。此外，严格来说，从气流配管4流出的气流是粒子浓度稀薄的气流，而落下到粒子配管内的捕集粒子中也有包含气流的情况。

相对于上述结构的粉体分离装置1A，在本实施方式中，使固气二相流从周向流入分离器主体2内的固气供给配管3上设有使高粉体粒子浓度向所希望的方向集中的偏流形成部10。该偏流形成部10设置在固气供给配管3与分离器主体2连接的主体连接部附近，以使固气二相流的粉体粒子浓度向分离器主体2的外周侧集中的方式形成偏流。即，通过了偏流形成部10的固气二相流在固气供给配管3的截面中以使粉体粒子浓度越靠分离器主体2的外周侧越高的方式形成偏流的状态流入分离器主体2的内部。

此种粉体分离装置1A具备上述偏流形成部10，因此固气二相流的粒子向分离器主体2的外周壁面侧集中而粒子离心力增加。因此，比气流的分子的重量大的粉体粒子受离心力的影响大，因此其碰撞到分离器主体2的外壁而失去速度，并在重力的作用下落下而从气流中分离。即，比粉体粒子轻而较难受到离心力影响的气流通过气流配管4而向分离器主体2的外部流出，受离心力影响大而从气流中分离的粉体粒子向分离器主体2的下方落下，因此通过高效地使粉体粒子分离，来提高捕集效率。

优选，对设有上述偏流形成部10的周边部件实施陶瓷材料的粘帖或耐磨损硬化加厚(25Cr铸铁、CHR-3等)等的提高耐磨损性的处理。在固气二相流的偏流的作用下成为粒子浓度高的气流时，此种耐磨损性处理防止粉体粒子集中碰撞到流路的壁面的局部而引起壁面磨损的情况。此种耐磨损性处理通过对设有偏流形成部10的固气供给配管3的内壁面或在分离器主体2上连接有固气供给配管3的气流的入口周边部对粉体粒子浓度高的气流所碰撞的内壁面等实施，能够提高装置的耐磨损性。

然而，关于上述的偏流形成部10的具体的构成例，基于图2A至图4B的附图进行说明。

在图2A、图2B所示的第一具体例中，安装有推进块11作为偏流形成部。该推进块11是固定并安装在固气供给配管3的内部的大致三角形截面的部件，在分离器主体2的主体连接部上游侧，通过使固气二相流缩流到配管截面的大致一半，而形成朝向分离器主体2的外周壁面侧的粒子浓度高的气流。

即，如图2A所示，在固气供给配管3中流动的固气二相流由推进块11遮挡住配管截面的大致一半，并且由推进块11的倾斜面11a向配管内开口3a侧引导。因此，如图2B中阴影W所示，通过了推进块11的固气二相流以通过成为配管截面的大致一半的配管内开口3a而流动的方式形成偏流，因此该偏流部分及其下游成为粒子浓度高的气流。因此，推进块11通过将固气供给配管3上形成的配管内开口3a作为分离器主体2的外周壁面侧，能够形成偏流而使粒子浓度高的固气二相流朝向分离器主体2的外周壁面侧流动。

此外，在推进块11的截面形状中，并未特别限定为，也可以是例如图2A中双点划线所示的推进块11′那样在下游侧也具有倾斜面的大致三角形截面等。

在图3所示的第二具体例中，安装有螺带12作为偏流形成部。该螺带12是将扭转板状部件而成形为螺旋状的部件固定设置在固气供给配管3内部的部件。例如图3所示，该螺带12通过设置在固气供给配管3的拐角下游等，能够使偏流的固气二相流的粒子浓度高的区域发生变化。

即，由于通过了拐角的固气二相流受到离心力的影响而偏流成外侧的粒子浓度增加的状态(图中的阴影W1)，因此通过使该偏流的固气二相流通过螺带12，而使粒子浓度高的区域沿W1→W2→W3的顺序变化。因此，在图3的例子中，通过了拐角而形成偏流的固气二相流在通过了螺带12后，粒子浓度高的区域在固气供给配管3的配管截面上向相反侧(从拐角的外周侧到内周侧)的区域进行大致180度的回旋移动。

因此，若将螺带12的出口设在分离器主体2的入口附近并将形成偏流而粒子浓度高的区域作为分离器主体2的外周侧，则能够使形成偏流而粒子浓度高的固气二相流朝向分离器主体2的外周壁面侧流动。此种螺带12尤其在分离器主体2的入口附近存在拐角或弯曲管而发生偏流时在变更粒子浓度高的区域方面有效。

图4A、图4B所示的第三具体例在直管部安装螺带12A。这种情况下，作为用于在螺带12A的上游侧形成偏流的装置，安装有推进块11。即，在固气二相流未产生偏流的固气供给配管3的直管部中采用螺带12A时，需要预先在上游侧形成偏流。此外，图4B所示的阴影W是螺带12A的出口的粒子浓度高的区域。

若形成为此种结构，则不仅能够将螺带12A适用于直管部，而且通过下游侧的螺带12A，能够进一步提高粉体粒子的浓度。

如此，通过适当选择而采用推进块11、螺带12及它们的组合作为偏流形成部，能够根据与分离器主体2连接的固气供给配管3的配管结构，即，能够根据分离器主体2的入口附近的固气供给配管3中是否存在拐角等偏流形成部，可靠地使固气二相流的粉体粒子浓度高的区域朝向分离器主体2的外周壁侧流动。

(第二实施方式)

接下来，基于图5A、图5B，说明本发明的第二实施方式。此外，对与上述实施方式相同的部分附加相同的符号，省略其详细的说明。

图5A、图5B所示的粉体分离装置1B是在分离器主体2的内部设有将突出量形成为可变的引导板20的装置，该分离器主体2使以固气二相流的状态被进行气流传送的粉体从气流中分离而进行回收。该引导板20相对于使固气二相流从周向流入的固气供给配管3所连接的分离器主体2的主体连接部，能够适当调整从固气供给配管3的出口朝向分离器主体2的内部的突出量L，因此如图中箭头S所示，安装为能够滑动(可动)。

即，通过在与分离器主体2连接的固气供给配管3的连接部内周侧(分离器主体2的轴中心侧)安装朝分离器主体2的内部方向能够往复滑动的引导板20，而将突出量L形成为可变。如此，突出量L可变的引导板20能够根据固气二相流的变化而调整到使突出量L变化的最优位置。即，通过根据固气二相流的粒子浓度或气流流量变化的负载变动来调整引导板20的突出量L，能够根据运转状态的负载而维持良好的捕集效率。

然而，关于图示的引导板20，设有切除了矩形角部的锥部21。该锥部21是分离器主体2的中心侧(内侧)的下部角部被切除的部分，是为了减少分离器主体2的内部回旋的气流所碰撞的面积而削除三角形状的板材形成的。

因此，设有锥部21的引导板20能够抑制或防止由引导板20的存在引起的分离器主体2内的回旋流产生的紊乱。即，引导板20的锥部21防止或抑制分离器主体2内的回旋流发生乱流的情况，能够防止压力损失的增加并提高捕集效率。

(第三实施方式)

接下来，作为具备上述偏流形成部10的粉体分离装置1A的适用例，说明固体燃料燃烧器用燃烧器。在以下的说明中，作为固体燃料用燃烧器的一例，基于图6及图7，说明将难燃性燃料形成为细粉末状而使用的煤粉锅炉上安装的难燃性燃料燃烧器(以下，称为“燃烧器”)30。

燃烧器30设置在例如煤粉锅炉等炉40内使用。该燃烧器30是用于使与空气一起供给的难燃性燃料的粉粒体(细粉末状)在炉40内燃烧的装置。在此，列举难燃性燃料的具体例子的话，包括无烟煤或石油焦炭等。

以下，说明接受将难燃性燃料的无烟煤形成为细粉末状的燃料即煤粉的供给而使其燃烧的燃烧器30。

燃烧器30包括：接受约100℃比较低温的一次空气和煤粉的供给的煤粉供给系统；接受约300～350℃比较高温的二次空气的供给的二次空气系统。

煤粉供给系统大致位于燃烧器30的中心部，以提高点火性为目的，具备将一次空气及煤粉的混合流体分配给下述的浓部及淡部的粉体分离装置(以下，称为“分离器”)1A。该分离器1A是利用了离心分离的旋风分离器的结构，在分离器主体(外筒)2的侧面连接有从切线方向供给燃料与空气的混合流体(固气二相流)的固气供给配管(一次空气配管)3。并且，将分离器主体2缩成圆锥台形状的细径部2a上连接有粒子配管(高粒子浓度气体配管)5，其前端部上设有朝向炉40内开口的浓部喷嘴31。

再有，在分离器主体2的内部同心地插入有气流配管(低粒子浓度气体配管)4。该气流配管4从分离器主体2向粒子配管5的相反侧伸出而形成为U形弯，其前端部上以与浓部喷嘴31大致相同的标准以相邻的方式设有淡部喷嘴32。此外，气流配管4的开口部4a在混合流体的流动方向上比固气供给配管3的连接部靠下游侧(浓部喷嘴31侧)。

浓部喷嘴31及淡部喷嘴32的位置关系是，使低粒子浓度气体燃烧的淡部喷嘴32配置在形成炉40的炉壁41侧。

相对于如此构成的燃烧器30的分离器1A，在固气供给配管3的主体连接部附近的适当部位设有偏流形成部10。该偏流形成部10在推进块11、螺带12及它们的组合中根据固气供给配管3的结构适当选择最优的方式即可。

如此，通过在固气供给配管3中采用设有偏流形成部10的分离器1A，能够提高作为燃料向高粒子浓度气体供给的煤粉粒子的捕集效率。

另外，在上述的燃烧器30中，能够采用具备图5A、图5B所示的引导板20的粉体分离装置1B作为分离器，与偏流形成部10相同地，能够提高作为燃料向高粒子浓度气体供给的煤粉粒子的捕集效率。

另外，对于在偏流形成部10的作用下粒子浓度高的固气二相流所流动的分离器主体2，考虑有对上部的圆筒部的内壁面或下部的锥形部等增加壁厚或使用高铬材料的情况。然而，在进一步要求耐磨耗性能的情况下，例如图7所示，优选实施陶瓷材料的粘帖或耐磨损硬化加厚(25Cr铸铁、CHR-3等)，通过形成耐磨损性处理部50来提高耐久性。

此外，对于上述的分离器主体2的锥形部，也可以形成为通过采用能够分割的结构而仅更换锥形部的磨损对策。

如此，根据上述的本发明的粉体分离装置1A、1B，能够将辅机动力的增大或装置的大型化等抑制为最小限度而提高捕集效率。而且，上述的本发明的粉体分离装置1B在例如煤粉锅炉的燃烧器30等固体燃料用燃烧器中采用时等，即使在根据锅炉侧的要求而产生使燃料供给量变化的负载变动的情况下也能够对应。

再有，本发明的粉体分离装置1A、1B像使用难燃性燃料的煤粉锅炉等那样适用于使用固体燃料的各种燃烧装置时，能够将辅机动力的增大或装置的大型化等抑制为最小限度而提高捕集效率，即使在根据锅炉侧的要求而产生使燃料供给量变化的负载变动的情况下也能够对应。

此外，本发明并未限定于上述的实施方式，在不脱离本发明的主要内容的范围内能够适当变更。

Claims (5)

1.一种粉体分离装置，使以固气二相流的状态被进行气流传送的粉体从气流中分离而进行回收，其中，

具备偏流形成部，该偏流形成部设置在使所述固气二相流从周向流入分离器主体内的固气供给配管的主体连接部附近，并使所述固气二相流的高粉体粒子浓度向所述分离器主体外周侧集中。

2.根据权利要求1所述的粉体分离装置，其中，

对设有所述偏流形成部的周边部件实施耐磨损性处理。

3.一种粉体分离装置，使以固气二相流的状态被进行气流传送的粉体从气流中分离而进行回收，其中，

使所述固气二相流从周向流入分离器主体内的固气供给配管的主体连接部上设有将从所述固气供给配管的出口朝向分离器主体内的突出量形成为可变的引导板。

4.根据权利要求3所述的粉体分离装置，其中，

所述引导板的矩形的所述分离器主体中心侧的下部角部被切成锥状。

5.一种固体燃料用燃烧器，通过权利要求1～4中任一项所述的粉体分离装置将与空气一起供给的粉末状的固体燃料分离，并分配给配设在炉内的浓部喷嘴及淡部喷嘴而使其燃烧。

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