CN103392096A - 燃煤发电厂中的塔式分配器 - Google Patents
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Abstract
位于燃煤发电厂中的塔式分配器接收包括煤粉和载体气体在内的工作介质流。塔式分配器包括壁结构和一个或多个流动引导构件，流动引导构件包括分流器、叶片构件和/或突起。壁结构限定出用于工作介质流的流动通道，并包括入口和在轴向方向上与入口间隔开的出口。每个流动引导构件设置成改变穿过塔式分配器的工作介质的流动。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2011年1月13日提交的名称为“DISTRIBUTOR OFPULVERIZED COAL AND CARRIER AIR FOR EXHAUSTER MILLS”的美国临时专利申请No.61/432,338的权益，该公开的全部内容作为引用并入本文。
技术领域
本发明涉及一种位于燃煤发电厂中的塔式分配器，更具体地说，涉及一种塔式分配器，其包括多个工作介质流动引导结构，用于为发电厂的一个或多个燃烧器提供煤粉和载体空气的大致均匀分布。
背景技术
在燃煤发电厂中，煤粉被传输通过将排粉机(exhauster mill)连接到炉膛的一个或多个燃烧器的管路或管道系统。煤粉通常通过例如空气的载体气体在管路系统内传输，载体气体与煤粉结合以形成工作介质的非均质流。当工作介质流移动通过管路系统时，工作介质流中的煤粉的固体颗粒易于以本领域上通常称为绳股的模式聚集在一起。该现象在本领域中普遍称为“绕绳(roping)”。
由于绕绳现象，使所述流分成多个支流以传输到炉膛中的各个燃烧器的尝试可能不会产生等量工作介质来供应到各燃烧器。这种工作介质到各个燃烧器的不等分配导致燃烧不稳定和效率降低。
发明内容
根据本发明的第一方面，塔式分配器设置成在燃煤发电厂中接收包括煤粉和载体气体的工作介质流。塔式分配器包括壁结构和至少一个分流器。壁结构限定出用于工作介质流的流动通道，并包括入口和在轴向方向上与入口间隔开的出口。每个分流器位于入口和出口之间，并固定到壁结构的内表面。每个分流器从位于入口下游的工作介质聚集区域的第一位置向位于第一位置下游的第二位置沿壁结构沿周向和轴向延伸。而且，每个分流器限定出流道，以实现工作介质流的一部分从第一位置向第二位置的转向。
根据本发明的第二方面，塔式分配器设置成在燃煤发电厂中接收包括煤粉和载体气体的工作介质流。塔式分配器包括壁结构和一对分流器。壁结构限定出用于工作介质流的流动通道，并包括入口和在轴向方向上与入口间隔开的出口。分流器固定到壁结构的内表面，并沿周向彼此邻近地安置在壁结构的入口和出口之间。分流器在轴向方向上沿壁结构延伸，并在相对方向上沿周向延伸。分流器从位于入口下游的工作介质聚集区域的各自第一位置向位于各自第一位置下游的各自第二位置延伸。而且，分流器限定出流道，以实现工作介质流的各自部分从各自第一位置向相应第二位置的转向。流动通过塔式分配器的工作介质形成煤绳(coal rope)，工作介质聚集区域限定出煤绳的与煤绳的剩余部分相比具有较高煤粉配给量的区域。
根据本发明的第三方面，塔式分配器设置成在燃煤发电厂中接收包括煤粉和载体气体的工作介质流。塔式分配器包括壁结构、至少一个分流器和至少一个可调节叶片构件。壁结构限定出用于工作介质流的流动通道，并包括入口和在轴向方向上与入口间隔开的出口。每个分流器位于入口和出口之间，并固定到壁结构的内表面。每个分流器从位于入口下游的工作介质聚集区域的第一位置向位于第一位置下游的第二位置沿壁结构沿周向和轴向延伸。工作介质聚集区域位于壁结构的与将工作介质流输送至塔式分配器的排粉机风扇周向相对的一侧。而且，每个分流器限定出流道，以实现工作介质流的一部分从第一位置向第二位置的转向。每个叶片构件附接至壁结构，并从壁结构的内表面沿径向向内延伸。
附图说明
尽管本说明书以特别指出和清楚要求本发明的权利要求结束，但是应理解，通过结合附图的下述说明，本发明会变得更易理解，附图中的相同标号代表相同元件，附图中：
图1是包括根据本发明实施例的塔式分配器的燃煤发电厂的一部分的侧平面视图；
图2是沿图1的线2-2截取的图1的塔式分配器的横截面视图；
图3是沿图2的线3-3截取的图1和2的塔式分配器的横截面视图；以及
图4是图1-3所示塔式分配器的透视图，示出塔式分配器的以虚线表示的壁结构。
具体实施方式
在以下对优选实施例的详细说明中，参考了形成本发明一部分的附图，在附图中，以说明性而非局限性示出本发明，本发明在附图中实施为特定的优选实施例。应当理解的是，可利用其它实施例，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行改变。
现在参见图1，示出燃煤发电厂10的一部分。发电厂10包括常规排粉机风扇(exhauster mill fan)12(还称为磨煤机风扇(coal mill fan))、塔式分配器14和多个常规燃烧器(未示出)，多个常规燃烧器相对于煤粉流过发电厂10的方向(在图1中大致由箭头16表示)位于塔式分配器14的下游。
排粉机(未示出)接收煤和例如空气的载体气体，使煤成为粉末以经由载体气体分配，并经由排粉机风扇12朝向塔式分配器14引导煤粉和载体空气。煤粉和载体气体的组合在本文中称为“工作介质”。发电厂10包括一个或多个供给管18(图1中示出一个)，其设置成将来自排粉机风扇12的工作介质分配给塔式分配器14。
参见图2-4，描述根据本发明各方面的塔式分配器14。塔式分配器14包括限定出用于工作介质流的流动通道22的壁结构20。壁结构20可包括一个或多个导管，在所示实施例中，壁结构20包括拴接在一起的第一和第二导管20A、20B。壁结构包括入口24，其经由供给管18接收来自排粉机风扇12的工作介质流。壁结构20还包括在塔式分配器14的轴向方向上与入口24间隔开的出口26，见图2和3。如图2和3所示，出口26可将来自塔式分配器14的工作介质供应到多个出口管28，多个出口管均将一部分工作介质输送至燃烧器。
参见图2-4，塔式分配器14还包括位于入口24和出口26之间的第一和第二周向相邻的分流器30、32。分流器30、32固定到壁结构20的内表面34，并通常具有L形横截面。分流器30、32在L形腿内限定出流道，以实现工作介质流的相应部分的转向，如本文中所讨论的。
分流器30、32从分流器30、32的位于各自第一位置的入口部分30A、32A向分流器30、32的位于各自第二位置(在塔式分配器14的轴向方向上位于第一位置的下游)的出口部分30B、32B沿壁结构20的内表面34在彼此相对的方向上沿周向和沿轴向向下游延伸(见图4)。分流器30、32优选相对于轴向方向以约35-55度的角度延伸，每个分流器30、32优选横跨壁结构20的内周的至少约90°。
分流器30、32的入口部分30A、32A有利地布置成靠近塔式分配器14的入口24，即，稍微位于入口24的下游，位于工作介质聚集区域40(也见图1)。工作介质聚集区域40包括位于塔式分配器14内的区域，已发现该区域包括比塔式分配器14的位于与工作介质聚集区域40相同轴向位置处的剩余部分高的煤粉配给量。即，当工作介质流从排粉机风扇12朝向燃烧器流动时，会发生绕绳现象，如上所讨论的。工作介质聚集区域40限定出位于塔式分配器14内的区域，在该区域，煤绳包括大量煤粉。由于分流器30、32的入口部分30A、32A的放置，分流器30、32使一部分工作介质从工作介质聚集区域40改向为朝向位于各自分流器出口部分30B、32B的第二位置，如上所讨论的。如图1所示，工作介质聚集区域40紧邻塔式分配器14的入口24安置，位于壁结构20的与排粉机风扇12周向相对的一侧。
如图2和4所示，在周向方向上具有分量的间隙G形成在各自分流器30、32的入口部分30A、30B之间。优选地，间隙的周向分量横跨壁结构20内周的约1-10%。
塔式分配器14还包括附接至壁结构20的第一和第二可调节叶片构件46、48，见图2-4。叶片构件46、48从壁结构20的内表面34径向向内延伸，并均与位于塔式分配器14外部的相应把手50、52相关联，也见图1。能够从塔式分配器14外部操作把手50、52，以在发电厂10工作期间调节相应叶片构件46、48的方位，以便使在相应叶片构件46、48附近流过壁结构20的一部分工作介质的流动方向改变，如本文中所讨论的。在优选实施例中，把手50、52均具有多个预置位置，每个预置位置对应于相应叶片构件46、48的特定方位。预置位置可由例如把手尖头50A、52A(见图3和4)限定，把手尖头接合在形成于把手50、52的各自杆54A、56A(支撑在壁结构20上)中的多个孔55之一中。第一和第二叶片构件46、48及它们的相应把手50、52的组合在本文中被称为第一和第二叶片组件54、56，见图3和4。
如图2最清楚所示，第一叶片组件54沿周向方向位于第一和第二分流器30、32的各自入口部分30A、32A之间，即，第一叶片组件54与形成在入口部分30A、32A之间的间隙G大致周向对准。而且，第一叶片组件54可与第一和第二分流器30、32的出口部分30B、32B大致轴向对准。如本文所述，穿过间隙G的一部分工作介质朝向第一叶片构件46流动，其中，第一叶片构件46可改变工作介质的该部分的方向。
第二叶片组件56位于第一叶片组件54的轴向下游，并沿周向位于分流器30、32的各自出口部分30B、32B之间的大致中间位置。而且，第二叶片组件56可位于第一叶片组件54的轴向下游，并位于第一导管20A的沿径向向外逐渐变细的下游端21的下游。如本文所述，第二叶片构件48可改变在其附近流动的工作介质的方向。
塔式分配器14还包括第一和第二突起60、62，在所示实施例中，第一和第二突起与各自第一和第二叶片构件46、48大致周向对准，并位于各自第一和第二叶片构件46、48的下游。突起60、62从壁结构20沿径向向内延伸，并包括倾斜的下部表面60A、60B和62A、62B，见图4。倾斜表面60A、60B和62A、62B使工作介质的在突起60、62附近流动的部分偏转，如本文中所讨论的。
在燃煤发电厂10操作期间，煤和载体空气被输送至排粉机。排粉机使煤成为粉末，排粉机12经由供给管18将煤粉和载体空气分配至塔式分配器14。
工作介质流在塔式分配器14中形成煤绳，如上所述。煤绳的形成产生了邻近塔式分配器14的入口24、位于壁结构20的与排粉机风扇12相对的一侧的工作介质聚集区域40。工作介质的位于工作介质聚集区域40中的部分进入由分流器30、32在各自分流器入口部分30A、32A限定的流道。工作介质的这些部分跟随由分流器30、32限定的围绕壁结构20内周的流道，并由分流器30、32的位于第二位置的分流器出口部分30B、32B释放，即，分流器30、32使工作介质的各自流动转向。
当被分流器出口部分30B、32B释放的工作介质沿轴向向下游流动时，所述工作介质的一部分可流过第二叶片构件48。第二叶片构件48的方位可由第二把手52根据需要调节，以更改工作介质的流角。可使用在线监控系统70来确定第二叶片构件48的期望角度，如图1示意性所示。在线监控系统70可监控出口管28内的状况。例如，在线监控系统70可指示出：与出口管28中的一个或其它多个相比，较高百分比的工作介质正进入出口管28的一个或多个中，在该情况下，第二叶片构件48可调节成更改穿过塔式分配器14的工作介质的流动，从而改变进入各个相应出口管28中的工作介质量。在线监控系统70可监控塔式分配器14或出口管28内的一个或多个操作状况，以确定进入出口管28中的工作介质量，如本领域技术人员所明白的。
一旦通过第二叶片构件48，工作介质便流进第二突起62。第二突起62的倾斜表面62A、62B使工作介质偏转，以进一步将工作介质流分为基本相等部分，以便输送进各个出口管28中。
位于工作介质聚集区域40中的未被分流器30、32转向的一部分工作介质流过分流器入口部分30A、32A之间的间隙G。当该部分工作介质沿轴向向下游流动时，其流过第一叶片构件46。第一叶片构件46的方位可由第一把手50根据需要调节，以更改该部分工作介质的流角。可使用在线监控系统70来确定第一叶片构件46的期望角度，如上所述。
一旦通过第一叶片构件46，工作介质便流进第一突起60。第一突起60的倾斜表面60A、60B使工作介质偏转，以进一步将工作介质流分为基本相等部分，以便输送进相应出口管28中。
本文所述塔式分配器14被认为通过改变煤绳的构造将基本等量的工作介质输送到每个出口管28，使得基本等量的工作介质被输送至各个相应燃烧器。在出口管28在公共燃烧器中供给多个燃料喷射器(未示出)的实施例中，基本等量的工作介质被认为供应到各个燃料喷射器。
通过将基本等量的工作介质输送到每个出口管28，认为降低了不需要的产物(例如CO、NOx和未燃碳)的排放水平。此外，认为减少了燃烧器内的高热流密度区域，这是因为燃烧器均不具有过量的煤粉。而且，认为使燃烧器内的空气失衡最小，从而基本避免了在燃料喷嘴出口处的高气流速度和随后的不稳定燃烧。
此外，由于本发明的塔式分配器14仅使流过其中的一部分工作介质转向，并不机械地干扰工作介质的流动，所以认为减少了由塔式分配器14产生的工作介质的压力下降，从而增加了发电厂10的效率。而且，由于塔式分配器14内的流动引导部件不会直接妨碍工作介质的流动，而是改变工作介质的流动方向或使工作介质的流动转向，所以认为减少了对流动引导部件的侵蚀损坏。
尽管本文所公开的塔式分配器14包括两个分流器30、32、两个叶片构件46、48和两个突起60、62，但是应注意，额外或更少的这些相应部件可包含在塔式分配器14中。
虽然说明和描述了本发明的特定实施例，但是本领域技术人员应明白，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种其它改变和修改。因此，在所附权利要求中意在涵盖处于本发明范围内的所有这样的改变和修改。
Claims (20)
1.一种位于燃煤发电厂中的接收包括煤粉和载体气体的工作介质流的塔式分配器，所述塔式分配器包括：
壁结构，限定出用于所述工作介质流的流动通道，所述壁结构包括入口和在轴向方向上与所述入口间隔开的出口；以及
至少一个分流器，位于所述入口和所述出口之间，并固定到所述壁结构的内表面，其中，所述至少一个分流器：
从位于所述入口下游的工作介质聚集区域的第一位置向位于所述第一位置下游的第二位置沿所述壁结构沿轴向和周向延伸；以及
限定出流道，以实现所述工作介质流的一部分从所述第一位置向所述第二位置的转向。
2.如权利要求1所述的塔式分配器，其中，所述工作介质聚集区域位于壁结构的与排粉机风扇周向相对的一侧，所述排粉机风扇将所述工作介质流输送至所述塔式分配器。
3.如权利要求2所述的塔式分配器，其中，所述工作介质聚集区域紧邻所述壁结构的入口安置。
4.如权利要求3所述的塔式分配器，其中，流过所述塔式分配器的工作介质形成煤绳，其中，所述工作介质聚集区域限定出所述煤绳的与所述煤绳的剩余部分相比具有较高煤粉配给量的区域。
5.如权利要求1所述的塔式分配器，其中，所述至少一个分流器包括沿轴向向下游延伸和在相对方向上沿周向延伸的两个周向相邻的分流器。
6.如权利要求5所述的塔式分配器，其中，在周向方向上具有分量的间隙形成在各自分流器的入口部分之间，所述间隙的周向分量为所述壁结构的内周的约1-10%。
7.如权利要求1所述的塔式分配器，其中，所述至少一个分流器相对于轴向方向以约35-55度的角度延伸。
8.如权利要求1所述的塔式分配器，其中，所述至少一个分流器沿所述壁结构内周的至少约90°延伸。
9.如权利要求1所述的塔式分配器，还包括附接至所述壁结构的至少一个可调节叶片构件，所述叶片构件均从所述壁结构的内表面沿径向向内延伸。
10.如权利要求9所述的塔式分配器，还包括用于每个叶片构件的把手，所述把手均位于所述塔式分配器外部，用于在发电厂工作期间调节相应叶片构件的方位，以使在相应叶片构件附近流过所述壁结构的一部分工作介质的流动方向改变。
11.如权利要求10所述的塔式分配器，其中，每个把手具有多个预置位置，每个预置位置对应于相应叶片构件的特定方位。
12.如权利要求9所述的塔式分配器，还包括与每个相应叶片构件大致轴向对准的至少一个突起，每个突起从位于各个叶片构件下游的壁结构沿径向向内延伸。
13.一种位于燃煤发电厂中的接收包括煤粉和载体气体的工作介质流的塔式分配器，所述塔式分配器包括：
壁结构，限定出用于所述工作介质流的流动通道，所述壁结构包括入口和在轴向方向上与所述入口间隔开的出口；以及
一对分流器，固定到所述壁结构的内表面，并在所述壁结构的入口和出口之间沿周向彼此邻近地安置，其中，所述分流器：
在轴向方向上沿所述壁结构延伸，并在相对方向上沿周向延伸，所述分流器从位于所述入口下游的工作介质聚集区域的各自第一位置向位于各自第一位置下游的各自第二位置延伸；以及
限定出流道，以实现所述工作介质流的各自部分从各自第一位置向相应第二位置的转向；以及
其中，流过所述塔式分配器的工作介质形成煤绳，其中，所述工作介质聚集区域限定出所述煤绳的与所述煤绳的剩余部分相比具有较高煤粉配给量的区域。
14.如权利要求13所述的塔式分配器，其中，所述工作介质聚集区域紧邻所述壁结构的入口安置，位于壁结构的与排粉机风扇周向相对的一侧，所述排粉机风扇将所述工作介质流输送至所述塔式分配器。
15.如权利要求13所述的塔式分配器，其中：
在周向方向上具有分量的间隙形成在各自分流器的入口部分之间，所述间隙的周向分量为所述壁结构的内周的约1-10%；以及
所述分流器相对于轴向方向以约35-55度的角度延伸，并沿所述壁结构的内周的至少约90°延伸。
16.一种位于燃煤发电厂中的接收包括煤粉和载体气体的工作介质流的塔式分配器，所述塔式分配器包括：
壁结构，限定出用于所述工作介质流的流动通道，所述壁结构包括入口和在轴向方向上与所述入口间隔开的出口；以及
至少一个分流器，位于所述入口和所述出口之间，并固定到所述壁结构的内表面，其中，所述至少一个分流器：
从位于所述入口下游的工作介质聚集区域的第一位置向位于所述第一位置下游的第二位置沿所述壁结构沿轴向和周向延伸，所述工作介质聚集区域位于壁结构的与排粉机风扇周向相对的一侧，所述排粉机风扇将所述工作介质流输送至所述塔式分配器；以及
限定出流道，以实现所述工作介质流的一部分从第一位置向第二位置的转向；以及
至少一个可调节叶片构件，附接至所述壁结构，每个叶片构件从所述壁结构的内表面沿径向向内延伸。
17.如权利要求16所述的塔式分配器，其中，所述至少一个分流器包括沿轴向向下游延伸和在相对方向上沿周向延伸的两个周向相邻分流器，其中，在周向方向上具有分量的间隙形成在各自分流器的入口部分之间。
18.如权利要求17所述的塔式分配器，其中，所述至少一个叶片构件包括两个叶片构件，第一叶片构件沿周向方向位于所述分流器的各自入口部分之间，第二叶片构件沿周向方向位于所述分流器的各自出口部分之间的大致中间位置。
19.如权利要求16所述的塔式分配器，还包括用于每个叶片构件的把手，每个把手位于所述塔式分配器外部，用于在发电厂工作期间调节相应叶片构件的方位，以使在相应叶片构件附近流过所述壁结构的一部分工作介质的流动方向改变，其中，每个把手具有多个预置位置，每个预置位置对应于相应叶片构件的特定角度。
20.如权利要求16所述的塔式分配器，还包括与每个相应叶片构件大致轴向对准的至少一个突起，每个突起从位于各个叶片构件下游的壁结构沿径向向内延伸，并使在其附近通过的工作介质偏转。
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