CN1125948C - 一种变截面型循环流化床燃烧设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种循环流化床燃烧设备。本发明针对目前存在的内循环和外循环流化床燃烧设备的优缺点，提出了一种内循环和外循环相结合的燃烧设备。通过改变炉膛截面，配合一次风口、二次风口的分布以及炉底风帽的布置旋向等，使炉内形成内旋流场。外分离设备为对称布置的双旋风分离器。由于内旋流场的作用，减轻了外分离设备的负载，使炉膛内燃料混合均匀、释热均匀，风机电耗降低。本发明适用于劣质煤、固体废弃物、城市与工业污泥、生物质等多种燃料。

Description

一种变截面型循环流化床燃烧设备

本发明涉及一种循环流化床燃烧设备。

循环流化床燃烧是高效清洁燃烧技术，燃料以泥煤、废木料及树皮、废纸、沥青、焦炭、煤矸石、高硫煤、褐煤为主，并可进行混烧。循环流化床燃烧技术具有燃料适用性广、燃烧效率高、能在30％～100％额定负荷稳定燃烧、脱硫、脱硝成本低、灰渣综合利用好等优点。

现有的循环流化床燃烧设备有两种物料循环方式，外循环和内循环。外循环流化床燃烧设备是在炉膛外部设置外分离器，将灰分离后经回料器回送到炉膛，然后进一步参与循环。内旋流流化床是一种与传统的鼓泡床和循环流化床不同的流化床类型，通过非均匀的分段布风、在炉膛内设置隔板以及在与炉膛结为一体的上部分离器中设置下旋流喷嘴等方法实现床料颗粒的内循环流动。单纯的外循环流化床燃烧设备，存在炉体较高，锅炉房体积庞大等缺陷，因而造价及初投资较大。而单纯的内循环流化床燃烧设备存在循环倍率低且不易控制的问题。中国专利CN 1070038公布了一种差速内循环的方法及锅炉设备，根据不同气速对颗粒携带能力的不同，通过在燃烧室内设置三个不同的气速区来实现内循环，但该方法由于在燃烧室内布置埋管及隔墙，因而磨损严重，必然带来维护上的困难。中国专利CN 1041646A公布了一种复合循环流化床锅炉，燃烧室底部呈凹形，并且在燃烧室内设置隔板，依靠颗粒在密相区的溢流形成内循环，同时在自由空间内设置对流换热部分，在对流换热面部分设置挡板，分离颗粒，分离后的颗粒通过绞龙送回主燃烧室，通过密相区的溢流及绞龙的机械作用形成内循环。欧洲专利EP0332360A1公布了一种流化床反应器及其操作方法，在该装置中设置主、副两个反应器，主、副反应器之间的料位具有一定的高差，副反应器收集内循环分离下来的颗粒，通过一个“L”阀返回主反应器，其实质可以看作是一个将外循环机构转移到燃烧室内形成的内循环，结构复杂。

为解决单纯内循环或外循环燃烧设备的不足，以及现有的实现内循环和外循环相结合设备的不足之处，在尽量简化结构，不增添副床及机械设备的基础上，本发明依据惯性分离原理提出了一种内循环和外循环相结合的循环流化床燃烧设备。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种变截面型循环流化床燃烧设备，它主要包括由炉底、炉膛、炉拱组成的燃烧室，与燃烧室相连的给料装置和回料系统，设置在炉膛底部的一次风口和炉膛中上部的二次风口，设置在燃烧室外部的分离器，与该分离器的出口相连的烟道以及装在其尾部的过热器、省煤器、空气预热器及除尘系统，所述炉膛底部布置风帽，其特征在于炉膛横截面形状沿炉膛高度方向变化，中部为直段、底部呈“马蹄”状、在炉膛中部直段上方由炉拱收缩形成腰部，腰部上方的悬浮段直立，整个炉膛形状呈葫芦状。即炉膛类似一个葫芦形状，其横截面形状及横截面面积沿着炉膛高度方向变化，使炉膛内沿高度方向气体流速不同。炉底为马蹄状凹形，布风板亦呈马蹄状凹形分布，并且在布风板上设置定向风帽，定向风帽的空气喷口方向统一向一个方向旋转，以便在炉膛内部水平截面内形成绕炉膛中心线旋转的流场。炉膛底部设置几个分隔的布风室，通过控制布风室内的风压，使布风板中部气速高，两侧气速低，使气流在炉膛纵截面内形成旋转流动。布风板向上是密相区扩张段，扩张段向上为一直段，直段后为炉膛腰部的炉拱，炉膛两侧的炉拱形成收缩截面，炉膛腰部的炉拱以上是悬浮段。二次风口布置在炉膛腰部的前后拱上，提供助燃风及强化炉膛内的旋转气流。

马蹄状凹形分布的布风板以及炉拱收缩截面的“端部效应”，使得一次风在炉膛的纵截面内形成旋转气流，加上腰部二次风的助旋作用，纵截面内旋转气流更加强烈(图1为炉膛内纵平面旋转流场的示意图，本图描述了本发明的原理)。由于惯性分离的作用，因而在炉膛内形成内循环。宽筛分的燃料一进入炉内，就被一次风自炉底吹向炉膛，在旋转气流离心力的作用以及炉膛腰部的“端部效应”分离作用下，相对大的粒子被甩向炉膛边壁而分离，粒子脱离下旋流场又被上升一次风携带，再进入下旋流场又被重新分离，如此周而复始循环燃烧，这样不仅使稀相区气固扰动强烈，烟气中可燃物与氧气混合充分，燃料的燃烧速度和强度提高，而且由于粒子的反复上浮与分离，大大延长了在炉内的停留时间，降低了飞灰排放浓度，提高了燃烧效率。悬浮段的截面积小，气体流速高，一部分中、小颗粒通过悬浮段被气流携带出炉膛，进入两侧的高温分离器，由分离器分离下来的循环灰由回料装置重新送入炉膛，进行外循环。由于存在强烈的内循环，因而外循环倍率可取8～20的较小倍率，这样可降低风机电耗及减轻受热面的磨损。本发明的燃烧设备可以用来燃烧煤、垃圾、污泥等一切低品质宽筛分的固体燃料。根据燃料的热值情况，可确定是否布置水冷壁。

附图1为本发明的原理示意图。

附图2为本发明的系统示意图。

附图3为本发明的一个实施例中炉底定向风帽马蹄凹形布置的正向示意图。

附图4为本发明的一个实施例炉底定向风帽的俯视示意图。

图中：1—风室；2—一次风口；3—炉底；4—风帽；5—炉膛扩张段；6—炉膛直段；7—给料装置；8—回料装置；9—炉拱收缩段；10—二次风口；11—外分离器；12—悬浮段；13—下降管；14—锅筒；15—汽、水引入管；16—饱和蒸汽引出管；17—水冷壁；18—烟道；19—过热器；20—去热用户管道；21—省煤器；22—空气预热器；23—鼓风机；24—除尘器；25—引风机；26—烟囱。

下面结合附图详细说明本发明的具体结构及最佳实施方式。该种燃烧设备由马蹄形炉底3、马蹄形布置的定向风帽4、炉膛扩张段5、炉膛直段6、炉拱收缩段9、悬浮段12、外分离器11、回料机构8、给料装置7等组成。燃料由给料装置7送入炉内，沿凹形炉底3落至炉底布置的定向风帽4上，从定向风帽吹出的一次风将燃料向上吹向炉膛，在由定向风帽形成的水平面内旋转气流离心力的作用以及炉膛腰部的“端部效应”分离作用下，相对大的粒子被甩向炉膛边壁而分离，脱离下旋流场落到炉底的粒子又被上升一次风携带，再进入下旋流场又被重新分离，如此周而复始循环燃烧。燃烧后产生的灰颗粒被气流带到炉膛腰部的炉拱收缩段后，其中的中、小颗粒则被带出悬浮段，大颗粒由于内旋流场的离心力的作用以及炉拱收缩段的碰撞作用被甩向炉膛壁面，形成壁面流，并由布置在炉拱收缩段的二次风口，加强旋流，回送到炉底，实现物料的炉内循环。悬浮段12的截面积小，气体流速高，一部分中、小颗粒通过悬浮段被气流携带出炉膛，进入两侧的高温分离器11，由分离器分离下来的循环灰由回料装置8重新送入炉膛，进行外循环。本实施例炉膛截面为矩形特征(图3所示)，其它炉体形状的改变，比如圆形炉体也可构成本发明的实施例。

本发明提出了一种变截面的循环流化床燃烧设备，通过炉膛横截面形状的变化来改变炉膛内的气速，并且在炉底布置定向风帽，风帽出口统一向左旋或向右旋，在炉膛的腰部炉拱处布置二次风口强化助旋，通过上述措施实现炉膛内的旋转流场，在炉膛出口设置高温分离器，回料装置将分离器与炉膛相连，使内循环和外循环结合起来。该种燃烧设备同时具有内循环和外循环流化床的优点，克服了现有的复合循环流化床锅炉结构复杂、设置隔板及埋管带来的磨损严重问题。燃料颗粒停留时间长，循环次数多，炉内混合良好。炉膛高度较小。适用于煤、垃圾、污泥等一切低品质固体燃料。

Claims (5)

1、一种变截面型循环流化床燃烧设备，它主要包括由炉底、炉膛、炉拱组成的燃烧室，与燃烧室相连的给料装置和回料系统，设置在炉膛底部的一次风口和炉膛中上部的二次风口，设置在燃烧室外部的分离器，与该分离器的出口相连的烟道以及装在其尾部的过热器、省煤器、空气预热器及除尘系统，所述炉膛底部布置风帽，其特征在于炉膛横截面形状沿炉膛高度方向变化，中部为直段、底部呈“马蹄”状、在炉膛中部直段上方由炉拱收缩形成腰部，腰部上方的悬浮段直立，整个炉膛形状呈葫芦状。

2、按照权利1所述的变截面型循环流化床燃烧设备，其特征在于一次风风帽采用定向风帽，且在炉膛底部呈马蹄凹形布置，其风帽喷口方向按左旋或右旋布置。

3、按照权利2所述的变截面型循环流化床燃烧设备，其特征在于在炉底风室分为风压不同的几个风室，中间风室风压高，两侧风室风压低。

4、按照权利要求1、2或3所述的变截面型循环流化床燃烧设备，其特征在于所述的二次风口布置在炉膛腰部的炉拱处且靠近前后炉墙。

5、按照权利4所述的变截面型循环流化床燃烧设备，其特征在于在燃烧室外部两侧对称设置高温气固分离器。

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