CN102588959A - 循环流化床锅炉气固分离器及含有该气固分离器的锅炉 - Google Patents
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Abstract
循环流化床锅炉的气固分离器，包括被导向烟气下上折转膜式屏从前向后分隔成的下行烟道和上行烟道，所述下行烟道和上行烟道通过转弯通道和密封安装在它们下面的料仓连通，该气固分离器的前上部设有烟气入口，该气固分离器的后上部设有烟气出口，该气固分离器的四壁均为与锅炉于一体的受热水冷壁，该气固分离器还包括位于所述转弯通道上的均流分离管束和防磨连通管，所述转弯通道上的均流分离管束的上端与导向烟气下上折转膜式屏下横集箱连通，其下端与料仓横集箱连通;所述转弯通道上的防磨连通管的上端与膜式屏下横集箱连、其下端与连通管横集箱连通。低倍率循环采用惯性重力单级分离,高倍率循环当上行烟道烟速较高时可与低温旋风分离两级组合。
Description
技术领域
本发明公开一种循环流化床锅炉的核心部件——气固分离器，循环流化床锅炉气固分离不用任何专门装置和分离元件，由下、上行烟道、大扩容转弯通道和料仓及与锅炉本体于一体的受热面空间自然构成的惯性重力分离器。尤其涉及对循环流化床锅炉气固分离器的新产品设计和在用各种循环流化床锅炉和层燃链条锅炉的节能减排改造。
背景技术
循环流化床锅炉燃烧技术以其燃料适应性广，燃烧效率高、氮氧化物排放低、高效脱硫、负荷调节性能好等优点被世界公认为一种最具发展前景的“洁净”燃烧技术。
锅炉是国民经济中重要的热能动力设备，广泛用于电力、机械、冶金、化工、纺织、造纸、食品、工业和民用采暖等行业，被称为与人类永恒共存的产业。
资料显示，2007年全国耗煤25.8亿吨，其中锅炉耗煤22亿吨，占85.3％。我国连续多年二氧化硫的排放总量位于世界第一。节能和环保被列入我国基本国策，燃煤锅炉被列入我国十大节能工程之首。根椐我国能源可持续发展在未来几十年中无法改变以煤为主的现实，我国的国情向低碳经济过渡的更大可行性将在产业的节能降耗上。因此在锅炉技术上实现重大创新突破和革命性变革、将对我国乃至全球应对气候变化行动目标的实现具有重要的战略意义。
循环流化床锅炉低温循环燃烧的技术特性所具有的脱硫、脱氮和节能优势是其它任何锅炉无法具备，若能在此技术上有大的突破适应市场大面积推广，必将为我国乃至全球的节能降耗减排产生重要影响。循环流化床锅炉不仅具有煤种适应性广的独特优势，而且对生物质发电和焚烧处理城市生活垃圾发电同样具有独特优势，显然循流化床锅炉不仅具有传统产业优势，而且具有新能源产业优势。
循环流化床气固分离器是循环流化床锅炉的核心部件，被称作锅炉的心脏，其主要作用是将大量高温固体颗粒从气流中分离出来送回炉膛，以维持燃烧室的快速流化状态，保证燃料和脱硫剂多次循环、反复燃烧和反应，达到理想的燃烧效率和脱硫效率。因此，对循环流化床锅炉而言，气固分离器的性能直接影响到锅炉运行的优劣。通常把分离器的形式、运行效果与寿命长短作为循环流化床锅炉的标志。从某种意义上讲，循环流化床锅炉的性能取决于分离器的性能，循环流化床技术的发展也取决于气固分离技术的发展。
目前国际国内市场上最盛行占有率最高的循环流化床分离器是用耐火材料制成的高温旋风分离器，其主要优点是分离效率高，主要缺点是体积庞大，分离器切向进口风速高、阻力大，引风机电耗高，气固两相朝料仓气流反向高速流动气流夹带严重飞灰量大，烟尘的原始排放浓度高，分离器需内衬和外保温隔热，使用耐磨高温材料用量大，不仅使分离器的原材料成本和制造安装成本增大，而且热惯性大，容易高温结焦，锅炉启停慢。有的锅炉采用水冷或汽冷式旋风分离器，虽然减少了耐磨耐高温材料，解决了热惯性大的问题，使锅炉不结焦、启停快，但是同样存在风速高、阻力大、引风机电耗高，并且分离效率和稳定性低于耐磨高温材料制成的旋风分离器，再加其制造工艺复杂，致使售价高，客户不易接受市场占有率很低。
尽管在申请号为200910308160.1的发明专利中所公开的循环流化床锅炉中的气固分离与高温旋风分离器相比有许多优点，如流阻低节省引风机电耗，膜式水冷壁结构节省耐磨高温材料等，但其结构仍存有许多缺陷，如转弯通道进出口全畅通无阻，一是惯性分离性能差，二是料仓前后墙无水冷壁影响炉墙质量寿命、增加维修费用；三是该结构的应用范围小，不宜向大型化发展。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题提供一种节能、降耗、减排显著、应用范围广、工艺先进、大幅度地节约材料，大幅度地提高锅炉性能的循环流化床锅炉气固分离器及含有该气固分离器的锅炉。
本发明的发明构思是：一种循环流化床锅炉气固分离不用任何专门装置和分离元件：既不用非锅炉受热面耐磨高温材料制成的旋风分离器，也不用非锅炉受热面分离元件特殊钢制成的各种惯性分离器，而是用锅炉本体受热面空间自然构成的惯性重力分离器，通过烟气流向大角度急剧变化，大扩容减速和不同流向不同流速流程的正确把握，实现气固高效分离。
在炉膛后壁至竖井前壁的纵向空间布置由膜式水冷壁或水冷壁与耐火材料密封构成的下行烟道、上行烟道、大扩容转弯通道和下部料仓。在下、上行烟道和大扩容转弯通道三个流程段分别设计不同的烟速，可提高下行烟道的烟速、加大扩容减速的倍速、提高惯性分离和重力沉降的性能，可最大限度地降低上行烟道烟速和合理流程、降低气流对细颗粒的二次夹带。
在分离器内导向烟气下上折转膜式屏的作用下、强制烟气从炉膛出口180度急转直下气固两相同向流动经下行烟道直冲料仓，使首次高浓度地固体颗粒经急转的离心力和拽引力、再加气固两相垂直向下同向流动、气流的吹力加固体的重力使固体颗粒与气体分离的速度加快直接快速的落入料仓，又经可扩容三倍以上的转弯通道使烟尘大扩容减速重力沉降于料仓，烟尘在分离器内经2次180度下、上折转惯性分离沉降于料仓，多次与均流分离多排管束冲刷碰撞惯性分离沉降于料仓，上行烟道的烟速≤3m对细颗粒的夹带很有限，再加下、上行烟道、大扩容转弯通道和下部料仓，增加了近一个炉膛高度的可燃物燃尽时间，既是从上行烟道排出的飞灰也几乎没有再循环燃烧的价值。
针对上述提到的现有技术中的循环流化床锅炉气固分离器存在的缺点，本发明提供一种循环流化床锅炉的新的气固分离器及含有该气固分离器的锅炉。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种循环流化床锅炉的气固分离器，气固分离器包括导向烟气下上折转膜式屏、下行烟道、上行烟道、转弯通道和料仓，所述的气固分离器的前上部设有烟气入口，气固分离器的后上部设有烟气出口，所述的导向烟气下上折转膜式屏将气固分离器分隔成的下行烟道和上行烟道，所述的下行烟道和上行烟道通过转弯通道连通，转弯烟道下端密封安装有与转弯烟道连通的料仓，料仓底部设有与返料装置连通的料腿。
本发明同时保护一种采用上述的循环流化床锅炉的气固分离器的循环流化床锅炉，锅炉包括炉膛、气固分离器和竖井，气固分离器的烟气入口与炉膛上部连通，气固分离器的烟气出口与竖井上部连通，料腿与炉膛下部连通。
本发明同时保护一种气固分离方法，该方法为在下行烟道、上行烟道和大扩容转弯通道三个流程段分别设计不同的烟速，提高下行烟道的烟速、加大扩容减速的倍速、提高惯性分离和重力沉降的性能，可最大限度地降低上行烟道烟速、降低气流对细颗粒的二次夹带，在气固分离器内的导向烟气下上折转膜式屏的作用下，强制烟气从炉膛出口180度急转直下，使气固两相同向流动经下行烟道直冲料仓，利用气流的动力将固体颗粒直接送入料仓，同时又经转弯通道突然大扩容，使高浓度的固体颗粒自然沉降于料仓，烟尘在气固分离器内经2次180度下、上折转惯性分离沉降于料仓。
本发明解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括：
所述的导向烟气下上折转膜式屏的下端设有均流分离管束。
所述的气固分离器还包括位于所述的转弯通道上的均流分离管束，均流分离管束设置在导向烟气下上折转膜式屏的一侧或两侧，形成所述的转弯通道的烟气进口和/或烟气出口，均流分离管束上端与导向烟气下上折转膜式屏连通，均流分离管束下端与设置在料仓上的料仓下横集箱连通，或与设置在转弯通道内的管束下横集箱连通，料仓下横集箱与锅炉的锅筒的下降管连通。
所述的导向烟气下上折转膜式屏采用单排管束，导向烟气下上折转膜式屏的单排管束下端分叉成前后各两排或两排以上光管管束，所述前面两排或两排以上光管管束和后面两排或两排以上光管管束均架接在所述料仓的上面，形成所述转弯通道的烟气进口和烟气出口，并构成所述转弯通道烟气进口均流分离管束和转弯通道烟气出口均流分离管束，所述前面两排或两排以上光管管束向前下倾斜平行延伸至炉膛后壁处后，多排并入一排向下弯折延伸形成垂直段管束，所述后面两排或两排以上光管管束向后下倾斜平行延伸至竖井前壁处后，多排并入一排向下弯折延伸形成垂直段管束，垂直段管束的下端再向内弯折倾斜延伸后，其下端分别与料仓下横集箱连通，所述垂直段管束的下端向内弯折延伸形成的倾斜管束作为料仓墙管，料仓墙管与垂直段管束是同一管束。
所述的导向烟气下上折转膜式屏下端设有膜式屏下横集箱，导向烟气下上折转膜式屏与膜式屏下横集箱连通，导向烟气下上折转膜式屏上端设有膜式屏上横集箱，导向烟气下上折转膜式屏与膜式屏上横集箱连通，转弯通道上的均流分离管束的上端与膜式屏下横集箱连通。
所述的上行烟道出口的均流分离管束的上端与膜式屏上横集箱连通或者与设置在气固分离器上方的上横集箱连通，上横集箱与锅炉锅筒的导汽管连通，上行烟道出口的均流分离管束的下端与竖井前壁紧靠或均流分离管束的下端与竖井前壁之间设有缝隙向下弯折形成垂直向下延伸的垂直段管束，所述的垂直段管束的下端向内弯折构成作为料仓墙管的倾斜管束，所述料仓墙管的倾斜管束下端与料仓下横集箱连通。
所述的导向烟气下上折转膜式屏根椐不同需要设置在炉膛后壁至竖井前壁的中间或偏前或大偏前位置处。
所述的下行烟道烟气流速大于5m/s时，转弯通道的烟气进口的均流分离管束采用防磨连通管。
所述的导向烟气下上折转膜式屏和气固分离器的四壁为全膜式壁结构、半膜式壁结构、全光管浇注耐火材料结构和干耐火墙结构中的任意一种。
所述的气固分离器的内部形状和/或外部形状为矩形、方形、圆形、椭圆形或多边形。
所述的气固分离器密封的前壁是炉膛后壁或采用单独的膜式壁或水冷壁，气固分离器密封的后壁是竖井前壁或采用单独的膜式壁或水冷壁，气固分离器的两侧壁采用侧对称膜式壁或水冷壁，侧对称膜式壁或水冷壁管的上、下端分别与设置在气固分离器上端两侧的侧对称纵上集箱和设置在气固分离器下端两侧的侧对称纵下集箱连通，所述的侧对称纵上集箱与锅炉锅筒的导汽管连通，所述的侧对称纵下集箱与锅炉锅筒的下降管连通。
本发明的有益效果是：本发明带来全方位一系列革命性变化，不仅工艺先进，制造简单，而且可大幅度地节约能源、大幅度地减少烟尘排放，并且在提高综合能效、延长锅炉使用寿命等多项性能细节上实现突破。本发明中的气固分离器全水冷壁可解决因生物质和城市垃圾灰熔点低易高温结焦和过热器高温腐蚀的两大难题，是本发明发展新能源产业的第一优势，该气固分离器低倍率循环平均流速<5m∕s流阻低，同各种旋风分离器相比流速低4倍之多，可节省引风机电耗10%至30%，使锅炉长期运行节约电能是本发明的第二优势。该气固分离器的前端是炉膛后壁、后端是竖井前壁，等于该分离器无论多大的锅炉均省下了气固分离器前壁和后壁的材料，无论多大的锅炉只需两侧壁和导向烟气下上折转膜式屏的材料即可，而旋风分离器全是独立组成，并且随着锅炉的增大而增加旋风分离器的个数，本发明无论是多大的锅炉只需等同旋风分离器锅炉的不足一个旋风分离器的材料，旋风分离器的总个数减一个其余全部是该分离器节约的材料，显然旋风分离器的个数越多该分离器节约材料的幅度越大，该气固分离器全水冷壁惯性分离，防磨只在下行烟道占分离器面积的30%、厚度50mm、流速7m/S，而高温旋风分离器的防磨面积100%、厚度加保温需300mm至500mm，最厚的达到800mm、流速25m/s左右。两者对比材料耗量和磨损程度的差别是很明显的，随着大幅度减少的耐磨和保温材料重量自然可减少了钢架支撑的耗量，因此大幅度节约原材料是本发明的第三优势。导向烟气下上折转膜式屏强制烟气从炉膛出口180度急转直下气固两相同向流动直冲料仓，烟尘经2次180度下上折转惯性分离，多次与多排管束冲刷碰撞惯性分离，烟气以5m/s至7m/s的流速进入1.5m/s至2.5m/s流速的转弯通道使烟尘大扩容减速重力沉降，因转弯通道的烟速低于上行烟道的烟速不仅不会形成涡流而且烟尘还可自然沉降，上行烟道的烟速≤3m/s对细颗粒的夹带很有限，烟尘的原始排放浓度有望接近层燃链条锅炉的国家环保排放标准，显然分离效率高于各种旋风分离器无可置疑是本发明的第四优势。本发明中的下、上行烟道和转弯通道大扩容相当于全程燃尽室，增加了近一个炉膛高度的可燃物在炉内的燃尽时间，可降低飞灰量和飞灰含碳量，是本发明的第五优势。本发明工艺先进、无复杂的异形件，≥35T锅炉、分离器、锅炉顶棚和竖井全膜式壁或水冷壁无干墙；不仅可减少分离器和锅炉的维修延长分离器和锅炉寿命，而且锅炉启停快、不结焦、负荷调节性能好等，是本发明的第六优势。大幅度降低飞灰量减少锅炉尾部受热面积灰和磨损，利于降低清灰强度、稳定传热效率，从多方面节省能源提高综合能效，是本发明的第七优势。该气固分离器与锅炉本体与一体的整体化锅炉结构，将彻底改变了目前大型循环流化床锅炉设计在总体上尚未脱离模块叠加或放大的阶段，对降低锅炉运行费用，降低锅炉材料成本和制造成本尤为显著，对发展循环流化床锅炉大型化，对发电设备市场上与超大型煤粉燃烧电站锅炉相竞争创造了可能，是本发明的第八优势。
本发明下、上行烟道和转弯通道可增加近一个炉膛高度的可燃物燃尽时间，可解决＜35t锅炉因炉膛高度所限影响热效率的难题，＜35t横置双锅筒锅炉因全水冷壁分离器增加的受热面和双锅筒便于布置受热面，可充分利用锅炉的高度空间调整对流管束长度、增加烟道回程提高烟气流速，蒸汽温度较低的可不用竖井和省煤器只设空气预热器即可，蒸汽温度较高的可设半竖井。烟气经对流管束烟道从上至下气固两相同向流动，根除了对流烟道和受热面易积灰的弊端。分离器内烟气平均流速低，再加对不同流向流程段的不同流速和对流烟道隔墙角度等的正确把握，有望使烟尘的初始排放浓度达到层燃链条锅炉国家环保排放标准。本发明的显著优势大幅度改善了小型锅炉、投资和运行不经济的弊端，使其节能环保优势和适应市场承受能力有望替代层燃链条锅炉。
本发明用于高倍率循环的大型锅炉，优势同样显著。因大型锅炉炉体较高，可用于转弯通道的高度空间很大，有足够的空间降到所需要的扩容倍数。只要调整好下上行烟道的不同烟速和转弯通道高度，既可实现预期设计目标。烟气经下上行烟道和转弯通道大扩容、相当于全程燃尽室利于可燃物的燃尽降低飞灰含炭量，即使经上行烟道排出的飞灰已几乎没有再循环燃烧的价值。若上行烟道烟速较高时、可在竖井内设二级低温旋风分离器, 其位置以让开障碍满足料腿的倾斜高度使其下端与返料阀后端或后上端连通汇入一个返料阀。因一级分离效率高、二级分离量很小、不会因为低温分离影响炉膛温度。有望使烟尘的原始排放浓度接近层然链条锅炉国家环保标准，实现烟尘低排放大突破。
按常规想象采用惯性分离器的循环流化床锅炉体积要大于高温旋风分离器的锅炉，本发明经初略测算并非如此，因旋风分离器的大筒径加厚耐磨高温材料，再加分离器切向进、出口管段的长度，基本满足本发明分离器下上行烟道的空间。因本发明的下行烟道与炉膛后壁是同一壁，上行烟道和竖井前壁或前排对流管束是同一壁，再加下上行烟道和转弯通道大幅度延长的烟气流程、可降低锅炉高度，只要调整好不同流向的烟速和扩容倍数体积完全可无差别于高温旋风分离器的锅炉。因本发明具有省电，省耐磨材料，降低飞灰含碳量，降低烟尘原始排放浓度，降低磨损，延长锅炉使用寿命，分离效率高，分离器不结焦，锅炉启停快等优点，显然其优良性能所带来的节能、降耗、减排效益等诸多优势不仅胜于体积的大小差别，而且应是最终追求的目标。
根据烟气流向急剧变化惯性分离的原理，根据烟气流速在3-5M∕s内烟尘自然沉降的原理，根据烟尘经突然扩容减速重力沉降的原理，根据烟气流速≤5M∕s可避免受热面磨损的原理，根椐流速≤3M气流对细颗粒夹带很有限、≤1.5M气流无夹带的经验，本发明不仅全面体现了以上原理经验，而且便于全面实施。本发明并不局限以上数据，可在实践中灵活调整，根据不同情况选取不同最佳数据。
下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
附图说明
图1是本发明的实施例一应用于横置单锅筒锅炉的主视结构示意图；
图2是本发明的实施例二应用于横置双锅筒锅炉的主视结构示意图；
图3是本发明的实施例三应用于横置单锅筒锅炉的主视结构示意图；
图4是本发明的实施例四应用于横置双锅筒锅炉的主视结构示意图；
图5是本发明的实施例五应用于横置单锅筒锅炉的主视结构示意图；
图6是本发明的实施例六应用于横置单锅筒锅炉的主视结构示意图；
图7是本发明的实施例七应用于横置双锅筒锅炉的主视结构示意图；
图8是本发明的实施例八应用于横置单锅筒锅炉的主视结构示意图；
图9是本发明的实施例九应用于横置单锅筒锅炉的主视结构示意图；
图10是本发明的实施例十应用于横置单锅筒锅炉的主视结构示意图；
图11是本发明的一种气固分离方法流程原理示意图；
图12为图11的A-A剖面结构示意图。
图中1-炉膛、2-炉膛后壁、3-料仓前下横集箱、4-侧对称纵下集箱、5-料仓前墙管、6-转弯通道烟气进口、7-膜式屏下端分叉、8-下行烟道、9-导向烟气下上折转膜式屏、10-炉膛烟气出口、11-炉膛烟气出口上横集箱、12-上横集箱、13-侧对称纵上集箱、14-侧对称水冷壁、15-上行烟气出口、16-上行烟道、17-竖井、18-竖井前壁、19-转弯通道烟气出口、20-转弯通道、21-料仓、22-料仓后墙管、23-料仓后下横集箱、24-料腿、25-返料阀、26-炉膛前壁、27-炉顶部纵向烟道、28-连通管、29-料仓前墙、30-前外排管束、31-前内排管束、32-后内排管束、33-后外排管束、34-料仓后墙、35-前排对流管束、36-前排管束、37-后排管束、38-管束下横集箱、39-防磨连通管、40-连通管横集箱、41-烟气进口、42-炉膛烟气出口、43-膜式屏下横集箱、44-膜式屏上横集箱、45-顶棚管束、46-低温旋风分离器。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
实施例一：本实施例中，循环流化床锅炉气固分离器与采用该气固分离器的循环流化床锅炉放在一起进行介绍，本实施例中，仅涉及到锅炉的气固分离器结构，锅炉的其他结构，可采用常规的锅炉结构或新型锅炉结构，对锅炉其他部分不做具体描述。请参阅附图1，本实施例中，主要包括四大部分，即锅炉炉膛1、气固分离器、竖井17和返料装置（本实施例中所述的返料装置为返料阀25），气固分离器设置在炉膛1的后部及竖井17的前部。本实施例中，气固分离器包括被导向烟气下上折转膜式屏9从前向后分隔成的下行烟道8和上行烟道16。本实施例中，导向烟气下上折转膜式屏9设置在炉膛后壁2和竖井烟道前壁18的中间位置处，具体实施时，导向烟气下上折转膜式屏9也可设置在炉膛后壁2和竖井烟道前壁18的偏前（本发明中，上行烟道截面大于下行烟道截面定义为偏前）、大偏前（本发明中，上行烟道截面大于下行烟道两倍以上定义为大偏前）位置。本实施例中，导向烟气下上折转膜式屏9为单排管束形成的单排膜式屏，在锅炉炉膛1的顶部设有炉膛烟气出口上横集箱11，导向烟气下上折转膜式屏9的上端与炉膛烟气出口上横集箱11偏心径向连通，即导向烟气下上折转膜式屏9的上端与炉膛烟气出口上横集箱11呈一定倾斜角度连通，上横集箱11与锅炉锅筒的导汽管（锅炉锅筒的导汽管为常规锅炉的部件，图中未画出）连通，导向烟气下上折转膜式屏9的下端是膜式屏下端分叉7，导向烟气下上折转膜式屏9的下端从分叉7处开始由单排膜式屏分叉成前后各两排（或三排以上）光管管束，（管束的排数根椐烟气流速需要确定），本实施例中，以两排为例，其中，前外排管束30和前内排管束31相互交错设置，即前内排管束31对应在两个相邻的前外排管束30之间的位置，前外排管束30对应在两个相邻的前内排管束31之间的位置，前外排管束30和前内排管束31构成转弯通道20的烟气进口的均流分离管束，前外排管束30和前内排管束31的间距空间构成转弯通道烟气进口6，本实施例中，前外排管束30和前内排管束31的前下端与炉膛后壁2紧靠后，两排合成一排向下延伸构成前垂直段管束，前垂直段管束的下端向后内弯折构成作为料仓前墙管5的倾斜管束，料仓前墙管5的下端与设置在料仓21底部的料仓前下横集箱3连通。本实施例中，料仓前墙管5的内外均由耐火材料构筑，其密封构成料仓前墙29。导向烟气下上折转膜式屏9的分叉7处的后内排管束32和后外排管束33构成转弯通道20的烟气出口的均流分离管束，后内排管束32和后外排管束33的间距空间构成转弯通道烟气出口19，本实施例中，后内排管束32和后外排管束33的后下端与竖井前壁18紧靠后，两排合成一排向下延伸构成后垂直段管束，后垂直段管束的下端向前内弯折构成作为料仓后墙管22的倾斜管束，其下端与设置在料仓21底部的料仓后下横集箱23连通，本实施例中，料仓后墙管22内外均由耐火保温材料构筑，其密封构成料仓后墙34，料仓前墙管5和料仓后墙管22的倾斜角度应满足落料的要求，具体角度可根据实际需要设定。本实施例中，垂直段管束与料仓墙管是同根管束，垂直段管束的长度应满足转弯通道扩容减速的流速要求，使转弯通道处的烟气流速低于下行烟道烟气流速的两倍以上，满足固体颗粒最大限度的重力沉降，具体长度可根据实际需要设定。导向烟气下上折转膜式屏下端分叉7处至垂直段管束的下端之间的空间构成转弯通道20，垂直段管束的下端至料腿24的上端之间的空间构成料仓21，本实施例中，料腿24上端与料仓21相连通，料腿24下端通过返料阀25与炉膛1相连通，可将料仓21内的固体颗粒送入炉膛1内进行循环燃烧，本实施例中，料腿24下端连接有返料阀25。本实施例中，料仓21呈横截面为矩形或方形的锥形体，具体实施时，料仓21可由一个至多个锥形体组成，当料仓21采用多个锥形体组成时，多个锥形体横向排列，料仓21前上端与炉膛后壁2紧靠密封，后上端与竖井前壁18（或料仓21后上端与前排对流管束35紧靠密封，前排对流管束35的结构在附图2、附图4和附图7中）紧靠密封。料仓21下端与一个至多个料腿24的上端密封连通，料仓21内部用梯形隔板分隔成一个至多个仓室，其下端与等同的一个至多个料腿24上端密封连通，即料仓21的每个仓室与一个料腿24相连通，每个料腿24上连接有一个返料阀25。本实施例中，气固分离器的前壁是炉膛后壁2，气固分离器的后壁是竖井前壁18（或料仓21后上端与前排对流管束35紧靠密封，前排对流管束35的结构在附图2、附图4和附图7中），本实施例中，气固分离器的两侧壁是侧对称水冷壁14，其上下端分别与侧对称纵上集箱13和侧对称纵下集箱4连通，本实施例中，侧对称纵上集箱13与锅炉锅筒的导汽管连通，侧对称纵下集箱4与锅炉锅筒的下降管连通，锅炉锅筒的导汽管和锅炉锅筒的下降管均为常规的锅炉水循环系统，图中均未画出。导向烟气下上折转膜式屏9的上端可垂直与上横集箱12底部中心或偏心径向连通，也可弯折加长直段偏心一定距离与炉膛烟气出口上横集箱11侧壁径向连通。气固分离器均可为全膜式壁结构、半膜式壁结构、局部膜式壁结构、全光管浇注耐火材料结构或干耐火墙结构。
本实施例的工作过程：流化床燃烧是床料在流化状态下进行的一种燃烧，其燃料可以是化石燃料、工农业废弃物、城市生活垃圾和各种劣质燃料，生物质燃烧或生物质与煤混合燃烧。一般粗重的粒子在炉膛1下部燃烧，细粒子在炉膛1上部燃烧，被吹出炉膛烟气出口10的固体颗粒在导向烟气下上折转膜式屏9的作用下强制气固两相体180°急转直下同向流动经下行烟道8直冲料仓21，首次高浓度的固体颗粒经急转的离心力和拽引力在作用下，同时在气流的吹力加固体的重力作用下大大提高了惯性重力分离效率，烟尘再经烟气进口6与前外排管束30和前内排管束31两次碰撞惯性分离落入料仓21，从烟气进口6进入扩容一至多倍的转弯通道20，使大量固体颗粒又在突然大扩容减速重力的作用下沉降于料仓21内，烟气通过转弯通道烟气出口19时再次180°急转并与后内排管束32和后外排管束33两次碰撞的惯性作用下分离于料仓21内，烟气经上行烟道16低速上行至烟气出口15处大大降低气流对固体颗粒的夹带，被分离出的固体颗粒全部落入料仓21，通过返料装置料腿24、返料阀25返回炉膛1 进行多次循环，颗粒在循环过程中进行充分燃烧和传热。烟气经过竖井17排出。
本实施例中，当流速≤5m/s的低倍率循环时，只需在下行烟道局部防磨。
实施例2：请参阅附图2，本实施例的转弯通道烟气进口6和烟气出口19的管束可不对称或对称，料仓前后墙管可不对称或对称。本实施例的基本结构与实施例一相似，本实施例与实施例1的主要不同之处：本实施例中的锅炉是横置双锅筒式锅炉，竖井在对流管束下端，小于或等于半竖井。本实施例分离器工作过程与实施例1相同。
本实施例中的锅炉密相区和稀相区的流速：高于流化床锅炉低于低循环倍率流化床锅炉，气固分离器下行烟道和上行烟道平均流速3m/s至4m/s、转弯通道流速≤1.5m/s，根椐设计流速的不同，气固分离器水冷壁可全裸露局部防磨，也可全裸露不防磨。本实施例的方案是≤35T锅炉的最佳方案。
实施例3：请参阅附图3，本实施例中的基本结构与实施例一相同，本实施例与实施例1的不同之处是在膜式屏分叉7的下部转弯通道上形成前排管束36和后排管束37或者再向后增加管排管束。具体结构为：膜式屏分叉7的下部分出两排(或三排至5排依次向后排列拉稀间距的管束，管排纵向间距和排数的确定是根椐烟气流速的选择)，前排管束36的下端与管束下横集箱38上部连通，后排管束37（从前排管束36后面的所有管束均定义为后排管束）离前排管束36一段距离，其下端与管束下横集箱38后壁径向连通，本实施例中，后排管束37分为三段，上部为向后下倾斜，后部垂直向下一段满足烟气流速的距离，再向前下倾斜，与管束下横集箱38后壁径向连通。前排管束36和后排管束37等构成转弯通道20的均流分离管束。本实施例中，料仓前墙29的上端与炉膛后壁2紧靠密封，料仓前墙29的下端与料腿24上端外侧紧靠密封，本实施例中，料仓后墙34的上端与竖井前壁18紧靠密封（在图4中，即实施例4中，料仓后墙34的上端与前排对流管束35紧靠）。料仓后墙34的下端与料腿24上端外侧紧靠密封，其横向距离根据料仓21和料腿24的个数确定。在图4中，管束下横集箱38通过连通管28与锅炉的侧对称纵下集箱4连通。
本实施例的工作过程：被吹出炉膛烟气出口10的固体颗粒，在导向烟气下上折转膜式屏9的作用下，强制气固两相体180°急转直下经下行烟道8直冲料仓21使大量固体颗粒在惯性的作用下分离出来落入料仓21内，烟尘经烟气进口41再次180度急转惯性分离落入料仓21，烟尘经前排管束36和后排管束37等多次碰撞使固体颗粒再次惯性分离落入料仓21，料仓21内的固体颗粒通过返料装置料腿24、返料阀25返回炉膛1进行多次循环，可燃物在循环过程中进行充分燃烧和传热。
本实施例根据需要也可与低温旋风分离器组合使用，使用时，低温旋风分离器安装在竖井17内。
实施例4：请参阅图4，本实施例结构与实施例二的结构基本相同，本实施例与实施例2不同的是气固分离器在膜式屏分叉7的下部转弯通道上形成前排管束36和后排管束37或者再向后增加管排管束。具体结构为：膜式屏分叉7的下部分出两排(或三排至5排依次向后排列拉稀间距的管束，管排纵向间距和排数的确定是根椐烟气流速的选择)，前排管束36的下端与管束下横集箱38上部连通，后排管束37离前排管束36一段距离，其下端与管束下横集箱38后壁径向连通。前排管束36和后排管束37等构成转弯通道20的均流分离管束。
本实施例也可提高连通管28的高度达到转弯通道的高度，转弯通道烟气进、出口不设置管束，管束下横集箱38改为膜式屏下横集箱43。
本实施例分离器工作过程与实施例3相同。
实施例5：请参阅图5，本实施例的基本结构与实施例一基本相同，本实施例与实施例1的不同之处是本实施例中的导向烟气下上折转膜式屏9的下端设有与其连通的膜式屏下横集箱43，前内排管束31和前外排管束30以及后内排管束32和后外排管束33分别与膜式屏下横集箱43连通。
本实施例分离器的工作过程与实施例1相同。
实施例6：请参阅图6，本实施例的基本结构与实施例5的相同，本实施例与实施例5不同之处是：本实施例中，在导向烟气下上折转膜式屏9增加了一个膜式屏上横集箱44，膜式屏上横集箱44上端与顶棚管束45的下端连通，膜式屏上横集箱44下端与导向下上折转膜式屏9的上端连通。本实施例与实施例5的另一个不同之处是转弯通道烟气出口19的后内排管束32和后外排管束33的上端与膜式屏上横集箱44连通。本实施例中的前内排管束31、前外排管束30、料仓前横集箱3和膜式屏上横集箱44的管径应大于实施例5的同件号管径。
本实施例的分离器工作过程与实施例1和实施例5基本相同、不同的一点是烟气经转弯通道出口与后内排管束32和后外排管束33碰撞上升到上行烟道出口15。
实施例7：请参阅附图7，本实施例中的气固分离器与实施例6的基本结构和工作过程相同。本实施例与实施例六不同的是本实施例中的锅炉是横置双锅筒无竖井锅炉，适合低温蒸汽，锅炉中可不设省煤器只设空气预热器。
实施例8：请参阅附图8，本实施例的基本结构与实施例五的基本结构相同，本实施例与实施例5不同之处：本实施例中，在导向烟气下上折转膜式屏9的上端增加一个膜式屏上横集箱44，下行烟道8的截面显著小于上行烟道16的截面（本实施例中，上行烟道16的截面大于下行烟道8的2倍左右），使之与其它实施例的下上行烟道在同样总截面的条件下，提高下行烟道8的流速，大幅降低上行烟道16的流速，以提高扩容减速烟尘重力沉降的性能和最大限度地降低上行气流对细颗粒的扬析夹带，低循环倍率下行烟道流速≥7M、上行烟道流速≤3M，转弯通道流速为1.5M-2.5M。高循环倍率下行烟道流速≥12M，上行烟道流速≤3M，转弯通道流速1.5M-2.5M，转弯通道20在体积或高度允许的条件下流速尽量选低限。本实施例中，在转弯通道烟气进口6的前下端增加一个连通管横集箱40，将前内排管束31和前外排管束30更换为防磨连通管39，防磨连通管39的上端与膜式屏下横箱43连通，下端与连通管横集箱40连通。防磨连通管39的主要功能是满足料仓前墙管的水循环，本实施例中，防磨连通管39的管径≤与其连通的膜式屏下横箱43和连通管横集箱40的管径。本实施例中的方案可作为≥35T锅炉的最佳方案。本实施例的下行烟道8的全程四壁管束全部防磨。
本实施例中，所提出的所有数据均是大方向可行的理论和经验数据，不是限制性数据，具体实施时，可根据实际需要具体设计，实施时要通过精细设计和实践有一定的灵活性。
本实施例的工作原理与过程与实施例1、5相同。
实施例9：请参阅附图9，本实施例中气固分离器与实施例8相同，本实施例与实施例8所不同的是在炉膛前壁26前面增加了一组与炉膛后壁之后的气固分离器对称的气固分离器，即本实施例中采用两组相同的气固分离器，两组气固分离器在锅炉顶部增加一个通向竖井17的纵向烟道27，本实施例适合在大型锅炉中炉膛深度超大时采用。
本实施例中的气固分离器采用的实施例8的气固分离器，也可采用实施例1-7中的某部件和某结构形式的集成组合。
本实施例的防磨措施与实施例8相同。
本实施例的工作过程与实施例8不同的是烟尘同时从炉膛烟气出口10、42进入下行烟道8，烟尘经过炉膛前壁46前面的气固分离器，经上行烟道16进入锅炉顶部的纵向烟道47，向后行汇入竖井17。
实施例10：请参阅附图10，本实施例与实施例9的基本结构相同，本实施例与实施例9不同的是本实施例中的下行烟道和上行烟道的截面对称、转弯通道烟气进口6和转弯通道烟气出口19的防磨连通管39和连通管横集箱40是对称设置。转弯通道烟气出口19处的防磨连通管39的上端与膜式屏下横集箱43连通，转弯通道烟气出口19处的防磨连通管39的下端与竖井17前壁紧靠或离开一点缝隙与连通管横集箱40连通，本实施例中，防磨连通管39的管径＜与其连通的横集箱，因转弯通道烟气出口经大扩容后的固体颗粒大幅度降低，防磨连通管的管径可缩小、适当增加密度提高对烟尘均流分离的性能，在可能时可不防磨只保证流速空间需要即可。两组气固分离器在竖井内设低温旋风分离器46。
本实施例高循环倍率下行烟道全部防磨、上行烟道根椐实际区别处理。
本实施例工作过程与实施例9相同。
本1至10实施例的气固分离器的前壁是锅炉炉膛后壁，气固分离器的后壁是锅炉竖井前壁，锅炉炉膛后壁和竖井前壁的水循环采用常规锅炉的水循环系统，气固分离器两侧是侧对称水冷壁，侧对称水冷壁的上端与侧对称纵上集箱连通、其下端与侧对称纵下集箱连通，锅筒的下降管与侧对称纵下集箱连通，锅筒的导汽管与侧对称纵上集箱连通。
气固分离器的水循环由与锅筒连通的下降管与侧对称下横集箱连通供两侧水冷壁管内热水上升至侧对称上横集箱、再通过导汽管进入锅筒，锅炉下降管与料仓横集箱连通供料仓墙管和垂直段管束的热水上升进入膜式屏下横集箱再进入膜式屏管束上升至膜式屏上横集箱、再通过导汽管进入锅筒。
本发明中的实施例1至实施例10中的气固分离器，对于≥35t的锅炉宜提高炉膛出口温度和气固浓度以利于对流传热和飞灰燃尽，宜采用高温分离器；对与＜35t锅炉可采用中温或低温分离器，以利于降低炉体高度。
本发明中的10种实施例方案中所有结构形式和不同部件不同点均可相互优化组合，以持续不断地改进创新大大开阔了发展空间。
请参看附图11，本发明的工作流程如图11所示：流化床燃烧是床料在流化状态下进行的一种燃烧，其燃料可以是化石燃料、工农业废弃物、城市生活垃圾和各种劣质燃料，生物质燃烧或生物质与煤混合燃烧。流化床燃烧是床料在流化状态下进行的一种燃烧，其燃料可以是化石燃料、工农业废弃物、城市生活垃圾和各种劣质燃料，生物质燃烧或生物质与煤混合燃烧。一般粗重的粒子在炉膛1下部燃烧，细粒子在炉膛1上部燃烧，被吹出炉膛烟气出口10的固体颗粒在导向烟气下上折转膜式屏9的作用下强制气固两相体180°急转直下同向流动经下行烟道8直冲料仓21，首次高浓度的固体颗粒经急转的离心力和拽引力在作用下，同时在气流的吹力加固体的重力作用下大大提高了惯性重力分离效率，烟尘再经烟气进口6与前外排管束30和前内排管束31两次碰撞惯性分离落入料仓21，从烟气进口6进入扩容一至多倍的转弯通道20，使大量固体颗粒又在突然大扩容减速重力的作用下沉降于料仓21内，烟气通过转弯通道烟气出口19时再次180°急转并与后内排管束32和后外排管束33两次碰撞的惯性作用下分离于料仓21内，烟气经上行烟道16低速上行至烟气出口15处大大降低气流对固体颗粒的夹带，被分离出的固体颗粒全部落入料仓21，通过返料装置料腿24、返料阀25返回炉膛1 进行多次循环，颗粒在循环过程中进行充分燃烧和传热。烟气经竖井17排出。
尽管以上结合附图对本发明的基本原理和优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种循环流化床锅炉的气固分离器，其特征是：所述的气固分离器包括导向烟气下上折转膜式屏、下行烟道、上行烟道、转弯通道和料仓，所述的气固分离器的前上部设有烟气入口，气固分离器的后上部设有烟气出口，所述的导向烟气下上折转膜式屏将气固分离器分隔成的下行烟道和上行烟道，所述的下行烟道和上行烟道通过转弯通道连通，转弯烟道下端密封安装有与转弯烟道连通的料仓，料仓底部设有与返料装置连通的料腿。
2.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉的气固分离器，其特征是：所述的导向烟气下上折转膜式屏的下端设有均流分离管束。
3.一种采用如权利要求1所述的循环流化床锅炉的气固分离器的循环流化床锅炉，其特征是：所述的循环流化床锅炉包括炉膛、气固分离器、竖井和返料装置，气固分离器的烟气入口与炉膛上部连通，气固分离器的烟气出口与竖井上部连通，料腿及返料装置与炉膛下部相连通。
4.根据权利要求3所述的循环流化床锅炉，其特征是：所述的气固分离器还包括位于所述的转弯通道上的均流分离管束，均流分离管束设置在导向烟气下上折转膜式屏的一侧或两侧，形成所述的转弯通道的烟气进口和/或烟气出口，均流分离管束上端与导向烟气下上折转膜式屏连通，均流分离管束下端与设置在料仓上的料仓下横集箱连通，或与设置在转弯通道内的管束下横集箱连通，料仓下横集箱与锅炉的锅筒的下降管连通。
5.根据权利要求4所述的循环流化床锅炉，其特征是：所述的导向烟气下上折转膜式屏采用单排管束，导向烟气下上折转膜式屏的单排管束下端分叉成前后各两排或两排以上光管管束，所述前面两排或两排以上光管管束和后面两排或两排以上光管管束均架接在所述料仓的上面，形成所述转弯通道的烟气进口和烟气出口，并构成所述转弯通道烟气进口均流分离管束和转弯通道烟气出口均流分离管束，所述前面两排或两排以上光管管束向前下倾斜平行延伸至炉膛后壁处后，多排并入一排向下弯折延伸形成垂直段管束，所述后面两排或两排以上光管管束向后下倾斜平行延伸至竖井前壁处后，多排并入一排向下弯折延伸形成垂直段管束，垂直段管束的下端再向内弯折倾斜延伸后，其下端分别与料仓下横集箱连通，所述垂直段管束的下端向内弯折延伸形成的倾斜管束作为料仓墙管，料仓墙管与垂直段管束是同一管束。
6.根据权利要求4所述的循环流化床锅炉，其特征是：所述的导向烟气下上折转膜式屏下端设有膜式屏下横集箱，导向烟气下上折转膜式屏的下端与膜式屏下横集箱连通，导向烟气下上折转膜式屏上端设有膜式屏上横集箱，导向烟气下上折转膜式屏与膜式屏上横集箱连通，转弯通道上的均流分离管束的上端与膜式屏下横集箱连通，所述的上行烟道出口的均流分离管束的上端与膜式屏上横集箱连通或者与设置在气固分离器上方的上横集箱连通，上横集箱与锅炉锅筒的导汽管连通，上行烟道出口的均流分离管束的下端与竖井前壁紧靠或均流分离管束的下端与竖井前壁之间设有缝隙向下弯折形成垂直向下延伸的垂直段管束，所述的垂直段管束的下端向内弯折构成作为料仓墙管的倾斜管束，所述料仓墙管的倾斜管束下端与料仓下横集箱连通。
7.根据权利要求3至6中任意一项所述的循环流化床锅炉，其特征是：所述的导向烟气下上折转膜式屏根椐不同需要设置在炉膛后壁至竖井前壁的中间或偏前或大偏前位置，所述的下行烟道烟气流速大于5m/s时，转弯通道的烟气进口的均流分离管束采用防磨连通管。
8.根据权利要求3至6中任意一项所述的循环流化床锅炉，其特征是：所述的导向烟气下上折转膜式屏和气固分离器的四壁为全膜式壁结构、半膜式壁结构、全光管浇注耐火材料结构和干耐火墙结构中的任意一种，所述的气固分离器的内部形状和/或外部形状为矩形、方形、圆形、椭圆形或多边形。
9.根据权利要求3至6中任意一项所述的循环流化床锅炉，其特征是：所述的气固分离器密封的前壁是炉膛后壁或采用单独的膜式壁或水冷壁，气固分离器密封的后壁是竖井前壁或采用单独的膜式壁或水冷壁，气固分离器的两侧壁采用侧对称膜式壁或水冷壁，侧对称膜式壁或水冷壁管的上、下端分别与设置在气固分离器上端两侧的侧对称纵上集箱和设置在气固分离器下端两侧的侧对称纵下集箱连通，所述的侧对称纵上集箱与锅炉锅筒的导汽管连通，所述的侧对称纵下集箱与锅炉锅筒的下降管连通。
10.一种气固分离方法，其特征是：该方法为，在下行烟道、上行烟道和大扩容转弯通道三个流程段分别设计不同的烟速，提高下行烟道的烟速、加大扩容减速的倍速、提高惯性分离和重力沉降的性能，可最大限度地降低上行烟道烟速、降低气流对细颗粒的二次夹带，在气固分离器内的导向烟气下上折转膜式屏的作用下，强制烟气从炉膛出口180度急转直下，使气固两相同向流动经下行烟道直冲料仓，利用气流的动力将固体颗粒直接送入料仓，同时又经转弯通道突然大扩容，使高浓度的固体颗粒自然沉降于料仓，烟尘在气固分离器内经2次180度下、上折转惯性分离沉降于料仓，再与均流分离管束冲刷碰撞惯性分离沉降于料仓。
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