CN105627300A - 节能环保循环流化床系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种节能环保循环流化床系统，包括流化床、烟气管道、沿烟气管道的烟气流动方向依次布置的烟气分离装置和余热利用装置；烟气分离装置包括分离器本体、设于分离器本体侧壁与烟气管道相连接的高温烟气入口、垂直设于分离器本体内腔且顶部入口远离分离器本体顶壁而底部出口通过烟气管道与余热利用装置相连接的下排气筒、以及设于分离器本体底部与流化室通过返料管相连接的返料出口；余热利用装置包括通过烟气管道与下排气筒的底部出口相连接的除尘烟气入口、通过烟气管道连接至烟囱的低温烟气出口、通过冷空气管线与第一风机相连的冷空气入口、以及通过热空气管线与风室相连接的热空气出口。

Description

节能环保循环流化床系统

技术领域

本发明涉及一种锅炉系统，尤其涉及一种循环流化床系统。

背景技术

面对日益严峻的环境问题和能源危机，全世界都在大力提倡节能减排，尤其是对于耗能和污染都较严重的锅炉相关产业，如何进行节能减排改造，已经成为相关领域技术人员在设计该类设备时必须要考虑的因素。

以流化床为例，其烟气出口处的温度通常会达到800摄氏度左右的烟气夹带有大量的烟尘，如果将这些带有烟尘的烟气直接排放到环境中，不但会造成能源浪费，还会对环境造成一定程度的破坏。

如中国专利201320869949.6公开了一种协同脱除PM2.5及脱硫的循环流化床系统，其包括依次相连的炉膛、旋风分离器、空气预热器、增湿装置、除雾器以及除尘器，返料器分别与炉膛和旋风分离器连接。然而，该专利所设计的循环流化床系统中的旋风分离器的排气口位于上方，其在分离器内产生的负压导致烟尘容易堵塞在分离器与炉膛之间的返料管中，不仅难以实现循环的效果，而且也难以达到有效分离烟尘的环保效果。

又如中国专利200710063369.7公开的一种多级返料的循环流化床系统，由主床、分离器、返料器依次连接而成，其中，返料器为两个或两个以上，沿高度方向串联，即分离器底部固体出口管与最上方的返料器下降段相连，该返料器出口管与其下方的返料器的下降段相连，最下方的返料器的出口管与主床下部相连；除最下方的返料器外，每个返料器的上升段顶部设有与主床相通的压力平衡管。然而，该专利所设计的循环流化床系统需要采用多级返料器串联解决循环流化床系统返料不畅的问题，结构过于复杂，而且也没有公开如何循环利用排出的高温烟气。

因此，提供一种节能环保循环流化床系统成为业内急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种节能环保循环流化床系统，该系统能够有效降低排放至环境中的烟气的烟尘含量，并能够充分循环利用排出的高温烟气的能量，实现节能环保的效果。

为了实现上述目的，本发明提供了一种节能环保循环流化床系统，包括流化床，流化床包括流化床本体、设于流化床本体内部并将流化床本体内部分隔为位于上方的流化室和位于下方的风室的布风板、排布于布风板上的若干个用于将流化风喷射至流化室的风帽；烟气管道，烟气管道连接于流化床本体的侧壁上以将流化室内产生的烟气排出；其中，节能环保循环流化床系统还包括沿烟气管道的烟气流动方向依次布置的烟气分离装置和余热利用装置；烟气分离装置包括分离器本体、设于分离器本体侧壁与烟气管道相连接的高温烟气入口、垂直设于分离器本体内腔且顶部入口远离分离器本体顶壁而底部出口通过烟气管道与余热利用装置相连接的下排气筒、以及设于分离器本体底部与流化室通过返料管相连接的返料出口；余热利用装置包括通过烟气管道与下排气筒的底部出口相连接的除尘烟气入口、通过烟气管道连接至烟囱的低温烟气出口、通过冷空气管线与第一风机相连的冷空气入口、以及通过热空气管线与风室相连接的热空气出口。

可选择地，分离器本体的底部形成有锥形部，返料出口形成于锥形部的侧壁上。

可选择地，高温烟气以分离器本体的切向方向进入分离器本体，于分离器本体的内壁与下排气筒的外壁之间旋转以分离烟气中的烟尘，除尘后的烟气通过下排气筒的顶部入口进入下排气筒以由上至下的方向排出。

可选择地，余热利用装置可以为单一的空气预热器，空气预热器包括外壳、将外壳内部空间分隔为逆向平行的烟气流路和空气流路的中隔板、以及穿设在中隔板中的若干热管，其中，热管的蒸发端延伸于烟气流路中，热管的冷凝端延伸于流体流路中。烟气流路的两端分别形成除尘烟气入口和低温烟气出口，空气流路的两端分别形成冷空气入口和热空气出口。空气预热器的热管内的工质可为适用于1000摄氏度左右工况的液态钠或钾等工质。

优选地，烟气管道在烟气分离装置和余热利用装置之间分支有回流烟气管线，回流烟气管线与热空气管线相连接并在连接处设有混合器以将来自烟气分离装置的部分热烟气与来自余热利用装置的热空气混合形成混合气。

可选择地，回流烟气管线将烟气总量的10～20％回流到混合器中与热空气混合，优选地将烟气总量的15％回流到混合器。

其中，回流烟气管线中的温度约800摄氏度、含氧量约5％的热烟气与热空气管线中的温度约200摄氏度、含氧量约21％的热空气在混合器中形成温度约500摄氏度、含氧量约13％的混合气。

优选地，混合器包括混合器本体、设于混合器本体一端的热空气入口、设于混合器本体一侧的热烟气入口、设于混合器本体内部的气体混合腔、以及设于混合器本体的另一端的混合气出口，其中，气体混合腔中邻近混合气出口设有旋转叶轮。

优选地，在热空气管线上于混合器出口的下游设有与风室相连接的风管，风管包括风管本体、设于风管本体一端的混合气入口、设于风管本体内部的风腔、设于风管本体的另一端的混合气出口、以及邻近混合气出口设置的第一均流板组，第一均流板组包括自上而下水平排布的至少三个第一均流板以将混合气出口分隔成分别与风室连通的至少四个第一分流通道。

可选择地，至少三个第一均流板彼此之间等距排布。

可选择地，风室内设有第二均流板组，第二均流板组包括自布风板的下表面间隔向下延伸的至少三个第二均流板，至少三个第二均流板的延伸长度沿远离风管的方向递增以在风室内分隔出至少四个分别与每个第一分流通道对应连通的第二分流通道。

可选择地，至少三个第二均流板分别自布风板的下表面垂直向下延伸且至少三个第二均流板彼此之间等距排布。

可选择地，以自远离风管至邻近风管的方向的至少三个第二均流板的末端分别对应地与自下而上的至少三个第一均流板的水平方向平齐。

优选地，每个风帽包括内管、套置在内管外部的外管以及自外管的侧壁间隔向下倾斜且与外管内部连通的至少二个出风管，内管自布风板的上表面围绕布风板上的每个进风口向上延伸并且顶端封闭，外管的底壁连接至内管的外壁且外管的顶壁位于内管的顶端的上方，其中，内管位于外管内部的管壁上设有若干个风孔，使得风室内的混合气通过进风口经由若干个风孔喷射至内管外壁与外管内壁之间的空间后再经由至少二个出风管喷射至布风板的上表面。

可选择地，内管位于外管内部的长度为整个内管长度的三分之二至六分之五。出风管的末端与布风板的上表面之间的距离为整个内管长度的六分之一至三分之一。外管底壁与布风板的上表面之间的距离为整个内管长度的六分之一至三分之一。内管顶端与外管顶壁之间的距离为整个内管长度的十分之一至五分之一。外管直径为内管直径的二倍至五倍。

可选择地，包括围绕外管侧壁等间隔设置的三个等长的出风管，三个出风管的末端所在圆周的直径为外管直径的二倍至五倍。

可选择地，出风管与内管的中心轴线之间的夹角设为30～60度，优选为40～50度，比如约45度。

可选择地，内管底部可以通过焊接、铆接、螺纹连接或其它方式固定连接于布风板的上表面。

优选地，回流烟气管线上于邻近混合器处设有用于调节回流烟气流量的第一阀门，热空气管线上于邻近混合器处设有用于调节热空气流量的第二阀门。

可选择地，第一阀门和/或第二阀门可以为气动阀门、电磁阀门、手动阀门或其它可实现控制流量功能的阀门。

优选地，混合器与风管之间设有第二风机以向风管中输送混合气。

优选地，节能环保循环流化床系统还包括与流化室的侧壁上设置的煤粉入口相连接的螺杆进料器以将煤粉输送至流化室内流化燃烧。

优选地，余热利用装置包括自下而上依次连通设置的用于二次除灰的除灰室、用于将蒸汽加热成过热蒸汽的过热器、用于将冷水加热成蒸汽的省煤器、以及用于将冷空气加热成热空气的空气预热器，其中，除尘烟气入口形成于除灰室的一侧壁，热空气出口形成于空气预热器的一侧壁，冷空气入口形成于空气预热器的另一侧壁。

可选择地，除灰室采用旋风除尘或静电除尘方式，以进一步除去烟气中的烟尘。

可选择地，过热器为对流式过热器，包括若干个过热器管，管间流通烟气，管内流通蒸汽，优选地，过热器管为带纵肋的鳍片管或带环状圆肋的肋片管。

可选择地，省煤器为列管结构，管间流通烟气，管内流通水，其通过回收烟气中的热能来加热水。

可选择地，空气预热器为由钢板制成的板式空气预热器，进入空气预热器的冷空气与逆向流动的热烟气进行热交换形成热空气。

作为一种可替代方案，本发明的节能环保循环流化床系统可以不采用烟气分离装置和余热利用装置，即，提供一种节能环保循环流化床系统，包括：流化床，流化床包括流化床本体、设于流化床本体内部并将流化床本体内部分隔为位于上方的流化室和位于下方的风室的布风板、排布于布风板上的若干个用于将流化风喷射至流化室的风帽；烟气管道，烟气管道连接于流化床本体的侧壁上以将流化室内产生的烟气排出。其中，每个风帽包括内管、套置在内管外部的外管以及自外管的侧壁间隔向下倾斜且与外管内部连通的至少二个出风管，内管自布风板的上表面围绕布风板上的每个进风口向上延伸并且顶端封闭，外管的底壁连接至内管的外壁且外管的顶壁位于内管的顶端的上方，其中，内管位于外管内部的管壁上设有若干个风孔，使得风室内的混合气通过进风口经由若干个风孔喷射至内管外壁与外管内壁之间的空间后再经由至少二个出风管喷射至布风板的上表面。

本发明的有益效果是：(1)、烟气分离装置采用下排气的方式有效解决了烟尘堵塞在分离器与流化床之间的返料管中的问题，保证烟尘可更加顺畅地通过返料管输送至流化室内进行二次燃烧，实现节能环保的效果；(2)、余热利用装置不仅采用多级热转换装置，有效地利用热烟气的高温热量，而且设置的除尘室可以进一步对烟气进行二次除尘处理，实现低温低烟尘含量烟气排放的环保效果；(3)、来自烟气分离装置的部分烟气与来自余热利用装置进行热交换的热空气混合后可以循环输送至流化床的风室内，不仅可以产生对流化室内的物料进行流化的效果，同时还可以实现高温低氧燃烧，使得排放的烟气中氮氧化合物含量低，节能环保；(4)第一均流板组和第二均流板组的设置使得风室内的气体可进一步均匀地喷入流化室内，保证流化的顺利稳步进行；(5)向下吹风式的风帽构造，一方面使流化反应更加均匀，另一方面避免了床料经由风帽泄漏到风室内；(6)混合器内叶轮的设置不仅使热烟气和热空气的混合更加均匀，而且也可以消除来自热烟气中的火星，确保安全。

附图说明

图1为本发明的节能环保循环流化床系统的构造示意图。

图2为本发明的风帽的构造示意图。

图3为本发明的混合器的构造示意图。

图4为图1中沿A-A线剖视示意图。

具体实施方式

请参照图1，根据本发明的一种非限制性实施方式，节能环保循环流化床系统包括：流化床100、烟气分离装置200、余热利用装置300以及烟气管道GL。

其中，流化床100包括流化床本体110、设于流化床本体110内部的布风板140，布风板140将流化床本体110内部分隔为位于上方的流化室120和位于下方的风室130，布风板140上排布有若干个风帽150，由此利用风帽150便可以将来自风室130的流化风喷射至流化室120内。

在该非限制性实施方式中，如图2所示，每个风帽150包括内管1501、套置在内管1501外部的外管1502、以及自外管1502的侧壁间隔向下倾斜且与外管1502内部连通的二个出风管1503和1504，内管1501自布风板140的上表面围绕布风板140上的每个进风口(图未示)向上延伸并且顶端封闭。外管1502的底壁BW连接至内管1501的外壁且外管1502的顶壁位于内管1501的顶端的上方。其中，内管1501位于外管1502内部的管段的管壁上设有若干个风孔1505，使得风室130内的混合气通过进风口经由若干个风孔1505喷射至内管1501外壁与外管1502内壁之间的空间后再经由二个出风管1503和1504喷射至布风板140的上表面。由此，利用这种向下吹风式的风帽构造不仅可以使流化反应更加均匀，而且还避免了床料经由风帽泄漏到风室内。为了便于安装和气体的排出，可以设定内管1501位于外管1502内部的长度约为整个内管1501长度的三分之二，出风管1503和1504的末端与布风板140的上表面之间的距离约为整个内管1501长度的三分之一。

继续回到图1，在该非限制性实施方式中，在流化室120内流化燃烧产生的烟气通过连接于流化床本体110的侧壁上部的烟气管道GL依次流动至烟气分离装置200和余热利用装置300。烟气分离装置200包括分离器本体210、设于分离器本体210侧壁的与烟气管道GL相连接的高温烟气入口220、垂直设于分离器本体210内腔且顶部入口远离分离器本体210顶壁而底部出口通过烟气管道GL与余热利用装置300相连接的下排气筒230、以及设于分离器本体210底部且与流化室120通过返料管FL相连接的返料出口240。

请参照图4，高温烟气入口220沿分离器本体210侧壁的切向设置。由此，自流化室120排出的高温烟气以分离器本体210的切向方向进入分离器本体210后，于分离器本体210的内壁与下排气筒230的外壁之间旋转，在重力作用下，烟气中的烟尘下降并通过返料管FL输送至流化室120内进行二次燃烧，而除尘后的烟气最后通过下排气筒230的顶部入口以由上至下的方向排出烟气分离装置200并进入余热利用装置300。

余热利用装置300包括自下而上依次连通设置的用于二次除灰的除灰室310、用于将蒸汽加热成过热蒸汽的过热器320、用于将冷水加热成蒸汽的省煤器330、以及用于将冷空气加热成热空气的空气预热器340。其中，与下排气筒230的底部出口相连接的除尘烟气入口G1形成于除灰室310的一侧壁，空气预热器340的顶部设有通过烟气管道连接至烟囱(图未示)的低温烟气出口G2，空气预热器340的一侧壁设有通过冷空气管线(未标号)与第一风机F1相连的冷空气入口C1，而另一侧壁设有通过热空气管线HL与风室130相连接的热空气出口C2。

作为一种可替代实施方式，烟气管道GL在烟气分离装置200和余热利用装置300之间分支有回流烟气管线RL，回流烟气管线RL与热空气管线HL相连接并在连接处设有混合器400，同时，回流烟气管线RL上于邻近混合器400处设有可调节回流烟气流量的第一阀门V1，热空气管线HL上于邻近混合器400处也设有可调节热空气流量的第二阀门V2。由此，约占烟气总量的15％、温度约800摄氏度、含氧量约5％的热烟气与温度约200摄氏度、含氧量约21％的热空气在混合器400中形成温度约500摄氏度、含氧量约13％的混合气。

如图3所示，作为另一种可替代实施方式，混合器400包括混合器本体410、设于混合器本体410一端的热空气入口420、设于混合器本体410一侧的热烟气入口430、设于混合器本体410内部的气体混合腔440、以及设于混合器本体的另一端的混合气出口450，其中，气体混合腔440中邻近混合气出口450设有旋转叶轮460，旋转叶轮460的设置不仅可以使热烟气和热空气混合的更加均匀，还可以消除来自热烟气中的火星，确保安全。

继续回到图1，作为又一种可替代实施方式，来自混合器400的混合气由第二风机F2输送至与风室130相连接的风管500内。风管500包括风管本体(未标号)、设于风管本体一端的混合气入口501、设于风管本体内部的风腔502、设于风管本体的另一端的混合气出口(未标号)、以及邻近混合气出口设置于风腔502内的第一均流板组，第一均流板组包括自上而下水平等距排布的三个第一均流板510，由此利用这三个第一均流板510将混合气出口分隔成分别与风室130连通的四个第一分流通道515。

作为再一种可替代实施方式，风室130内设有第二均流板组，第二均流板组包括自布风板140的下表面间隔垂直向下延伸且等距排布的三个第二均流板，三个第二均流板的延伸长度沿远离风管的方向递增，即以自远离风管至邻近风管的方向的三个第二均流板的末端分别对应地与自下而上的三个第一均流板的水平方向平齐，从而在风室内分隔出四个分别与每个第一分流通道对应连通的第二分流通道，保证了混合气均匀地喷入流化室内。

由此，当螺杆进料器900将煤粉通过流化室的侧壁上设置的煤粉入口(图未示)输送至流化室120内进行燃烧后，产生的热烟气随烟气管道GL进入烟气分离装置200中以将烟气中的烟尘分离出去，分离后的烟尘通过返料管FL输送至流化室120内进行二次燃烧，而除尘后的烟气则通过下排气筒230的顶部入口以由上至下的方向排出烟气分离装置200并进入余热利用装置300，在余热利用装置300中，除尘后的烟气依次经过除灰室310、过热器320、省煤器330以及空气预热器340后，降温至20摄氏度左右的除尘烟气便通过烟囱排出至大气环境中。而在空气预热器340中与热烟气进行热交换的热空气则通过热空气管线HL输送至混合器400中，在混合器400中，来自烟气分离装置200通过回流烟气管线RL输送的约占烟气总量的15％、温度约800摄氏度、含氧量约5％的热烟气与温度约200摄氏度、含氧量约21％的热空气混合形成温度约500摄氏度、含氧量约13％的混合气，通过风管500输送至风室130后，再通过风帽150进入流化室120内用于流化燃烧煤粉，从而实现能量的循环利用。

尽管在此已详细描述本发明的优选实施方式，但要理解的是本发明并不局限于这里详细描述和示出的具体结构，在不偏离本发明的实质和范围的情况下可由本领域的技术人员实现其它的变型和变体。例如，可以不设置多层级的余热利用装置，而仅在烟气管道中采用空气预热器预热空气。

Claims (10)

1.一种节能环保循环流化床系统，包括：

流化床，所述流化床包括流化床本体、设于所述流化床本体内部并将所述流化床本体内部分隔为位于上方的流化室和位于下方的风室的布风板、以及排布于所述布风板上的若干个用于将流化风喷射至所述流化室的风帽；以及

烟气管道，所述烟气管道连接于所述流化床本体的侧壁上以将所述流化室内产生的烟气排出；

其特征在于：

所述节能环保循环流化床系统还包括沿所述烟气管道的烟气流动方向依次布置的烟气分离装置和余热利用装置；

其中，所述烟气分离装置包括分离器本体、设于所述分离器本体侧壁并与所述烟气管道相连接的高温烟气入口、垂直设于所述分离器本体内腔且顶部入口远离所述分离器本体顶壁而底部出口通过烟气管道与所述余热利用装置相连接的下排气筒、以及设于所述分离器本体底部并与所述流化室通过返料管相连接的返料出口；并且

所述余热利用装置包括通过烟气管道与所述下排气筒的底部出口相连接的除尘烟气入口、通过烟气管道连接至烟囱的低温烟气出口、通过冷空气管线与第一风机相连的冷空气入口、以及通过热空气管线与所述风室相连接的热空气出口。

2.如权利要求1所述的节能环保循环流化床系统，其特征在于，所述烟气管道在所述烟气分离装置和所述余热利用装置之间分支有回流烟气管线，所述回流烟气管线与所述热空气管线相连接并在连接处设有混合器以将来自所述烟气分离装置的部分热烟气与来自所述余热利用装置的热空气混合形成混合气。

3.如权利要求2所述的节能环保循环流化床系统，其特征在于，所述混合器包括混合器本体、设于所述混合器本体一端的热空气入口、设于所述混合器本体一侧的热烟气入口、设于所述混合器本体内部的气体混合腔、以及设于所述混合器本体的另一端的混合气出口，其中，所述气体混合腔中邻近所述混合气出口设有旋转叶轮。

4.如权利要求3所述的节能环保循环流化床系统，其特征在于，在所述热空气管线上于所述混合器出口的下游设有与所述风室相连接的风管，所述风管包括风管本体、设于所述风管本体一端的混合气入口、设于所述风管本体内部的风腔、设于所述风管本体的另一端的混合气出口、以及邻近所述混合气出口设置的第一均流板组，所述第一均流板组包括自上而下水平排布的至少三个第一均流板以将所述混合气出口分隔成分别与所述风室连通的至少四个第一分流通道。

5.如权利要求4所述的节能环保循环流化床系统，其特征在于，所述回流烟气管线上于邻近所述混合器处设有用于调节回流烟气流量的第一阀门，所述热空气管线上于邻近所述混合器处设有用于调节热空气流量的第二阀门。

6.如权利要求5所述的节能环保循环流化床系统，其特征在于，所述混合器与所述风管之间设有第二风机以向所述风管中输送混合气。

7.如权利要求1所述的节能环保循环流化床系统，其特征在于，所述烟气分离装置的所述高温烟气入口沿所述分离器本体侧壁的切向设置。

8.如权利要求1所述的节能环保循环流化床系统，其特征在于，每个所述风帽包括内管、套置在所述内管外部的外管以及自所述外管的侧壁间隔向下倾斜且与所述外管内部连通的至少二个出风管，所述内管自所述布风板的上表面围绕所述布风板上的每个进风口向上延伸并且顶端封闭，所述外管的底壁连接至所述内管的外壁且所述外管的顶壁位于所述内管的顶端的上方，其中，所述内管位于所述外管内部的管壁上设有若干个风孔，使得所述风室内的混合气通过所述进风口经由所述若干个风孔喷射至所述内管外壁与所述外管内壁之间的空间后再经由所述至少二个出风管喷射至所述布风板的上表面。

9.如权利要求1所述的节能环保循环流化床系统，其特征在于，所述节能环保循环流化床系统还包括与所述流化室的侧壁上设置的煤粉入口相连接的螺杆进料器以将煤粉输送至所述流化室内流化燃烧。

10.如权利要求1～9中任一项所述的节能环保循环流化床系统，其特征在于，所述余热利用装置包括自下而上依次连通设置的用于二次除灰的除灰室、用于将蒸汽加热成过热蒸汽的过热器、用于将冷水加热成蒸汽的省煤器、以及用于将冷空气加热成热空气的空气预热器，其中，所述除尘烟气入口形成于所述除灰室的一侧壁，所述热空气出口形成于所述空气预热器的一侧壁，所述冷空气入口形成于所述空气预热器的另一侧壁。