CN113864770A - 循环流化床锅炉的返料风系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种循环流化床锅炉的返料风系统，包括返料风机，所述循环流化床锅炉包括返料阀，所述返料风机的出风口与所述返料阀中的返料风入口连通，还包括斯特林机，所述斯特林机包括顺序连接的加热器、回热器和冷却器；所述加热器包括设置在所述返料阀中的加热管；所述冷却器包括设置在所述返料阀外的冷却管；与所述返料风机的进气口连通的返料风进气通道与所述冷却管贴合设置。本发明可以广泛应用于循环流化床锅炉系统，提高能源利用率，降低排放。

Description

循环流化床锅炉的返料风系统
技术领域
本发明属于循环流化床锅炉技术领域，特别是循环流化床锅炉的返料阀技术领域。
背景技术
循环流化床锅炉的物料循环系统主要包括气固分离器和返料阀，气固分离器通常采用旋风分离器，返料阀通常采用非机械的U型返料阀。高温烟气携带不同粒径的固体颗粒从循环流化床锅炉的炉膛出口进入到旋风分离器内，旋风分离器对进入其中的高温烟气和固体颗粒进行了有效的气固分离，烟气和少量未被分离的细颗粒从旋风分离器流出，进入到了尾部烟道。而被旋风分离器分离出来的高温物料称为循环灰，沿着连接在旋风分离器下端的通道向下流动至U型返料阀中。
U型返料阀是非机械阀的一种，其底部是风室，风室的上隔板布置有一定数量的风帽。返料风进入风室并通过风帽送入返料阀内，使得从旋风分离器落下来的高温循环灰松动形成流化状态。返料阀的循环灰入口和出口间具有一定压差，流化状态的循环灰经阀和进料通道依据自身的压力平衡返回至循环流化床锅炉炉膛内。
进入返料阀风室的返料风由专门的返料风机提供，一般是采用电动机驱动的高压罗茨风机。目前我国大型循环流化床锅炉返料风系统配置的高压罗茨风机通常为2用1备，高压罗茨风机运行过程中需要产生很高的压头，因此系统耗电量较大。
此外，返料阀内的高温循环灰温度超过800℃，虽然采用了较厚的保温材料，但是整个返料阀向环境的散热量依然很大，这部分损失的热量无法被有效利用，降低了循环流化床锅炉的效率。
发明内容
为了解决循环流化床锅炉的返料风系统耗电量大以及返料阀散热无法利用的问题，本发明提供了一种新型的循环流化床锅炉的返料风系统。
本发明的技术方案如下：
循环流化床锅炉的返料风系统，包括返料风机，所述循环流化床锅炉包括返料阀，所述返料风机的出风口与所述返料阀中的返料风入口连通，还包括斯特林机，所述斯特林机包括顺序连接的加热器、回热器和冷却器；所述加热器包括设置在所述返料阀中的加热管；所述冷却器包括设置在所述返料阀外的冷却管；与所述返料风机的进气口连通的返料风进气通道与所述冷却管贴合设置。
可选地，有复数个所述加热管，且所述加热管之间互相平行设置；所述加热管的第一端连接于加热管集箱；所述加热管的第二端连接于所述回热器；所述加热管设置在所述返料阀的进料通道的内壁上；所述返料阀的进料通道的壁上设置有保温隔热层。
可选地，在所述进料通道的内壁上均设置有所述加热管；所述加热管集箱包括环绕所述进料通道设置的加热管环形集箱。
可选地，所述加热管环形集箱设置在所述进料通道的外壁上。
可选地，有复数个所述冷却管，且所述冷却管之间互相平行设置；所述冷却管的第一端连接于冷却管集箱；所述冷却管的第二端连接于所述回热器；所述冷却管设置在所述返料阀的进料通道的外壁上。
可选地，在所述进料通道的外壁上均设置有所述冷却管；所述冷却管集箱包括环绕所述进料通道设置的冷却管环形集箱。
可选地，所述冷却管环形集箱设置在所述进料通道的外壁上。
可选地，所述回热器包括环绕所述进料通道设置的环形回热器。
可选地，所述返料风进气通道包括设置在所述冷却管外侧的气流容腔，在所述气流容腔上分别设置进气口与出气口，所述出气口与所述返料风机的所述进气口连通。
可选地，所述斯特林机包括α型斯特林机；所述加热管的所述加热管集箱与所述α型斯特林机的热气缸连通；所述冷却管集箱与所述α型斯特林机的冷气缸连通。
可选地，所述斯特林机包括斯特林发动机，所述斯特林发动机通过传动机构与所述返料风机连接。
可选地，所述斯特林机包括斯特林发电机，所述斯特林发电机与所述返料风机电连接。
本发明的技术效果：
本发明的循环流化床锅炉的返料风系统，采用斯特林机，利用返料阀中的高温循环灰作为斯特林机的加热源，利用常温空气作为斯特林机的冷源，进而产生机械能或电能。这部分机械能或电能可以被循环流化床锅炉系统进行利用，从而降低了系统的耗电量，实现了本发明的目的。
常温空气作为冷却介质，与斯特林机的冷却管进行换热，降低了冷却管内工质的温度，升高了空气的温度。而这部分空气作为返料风的来源，被返料风机输入到返料阀中。与传统的常温返料风相比，升高温度的返料风进入到返料阀后，使得返料阀中的能量损耗小。
另外，斯特林机的加热管与返料阀中的高温循环灰进行换热，降低高温循环灰的温度，可以有效避免高温循环灰温度过高后容易在返料阀中结焦的问题。
上述可选方式所具有的进一步效果，将在下文中结合具体实施方式加以说明。
附图说明
图1为本发明一个实施例的结构原理图。
图2为图1局部放大图。
图中标识说明如下：
101、返料阀进料通道；102、气流容腔出气口；103、斯特林机本体；104、返料风机；105、返料阀风室；106、返料阀；107、气流容腔进气口；
201、环形回热器；202、加热管；203、保温隔热层；204、冷却管；205、气流容腔；206、冷却管环形集箱；207、加热管环形集箱。
具体实施方式
以下结合附图所示的实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。
图1显示了本发明循环流化床锅炉的返料风系统的一个实例。如背景技术部分所述，旋风分离器落下来的高温循环灰通过返料阀进料通道101（也称为进料腿）进入到返料阀106中。在返料阀106的底部设置有风帽，从返料阀风室105引入的返料风从风帽窜出使高温循环灰松动形成流化状态。返料风由返料风机104产生并输入到返料阀风室105。现有的返料风机多采用罗茨风机，利用电力驱动，耗电量较大。本实施例中的返料风机104采用罗茨风机。
从图1可见，本发明采用了斯特林机。斯特林机是一种能以多种燃料为能源的闭循环回热式发动机，又被称为热气机。斯特林机通过等温吸热、等容放热、等温放热和等容吸热四个可逆过程形成了一个闭式循环。两个等温过程是从高温热源吸热和向低温源放热，而两个等容过程的热量则是循环内部的回热，即等容吸热过程恰好吸收等容放热过程所放出的热量。因此该循环理论上是工作在一个高温热源和一个低温源间的可逆循环。在循环流化床锅炉运行的过程中，循环流化床的炉温达到800~900℃，返料阀中的循环灰的温度也在800℃以上，循环灰直接被返料器送回高温炉膛，高温能量在返料器的下降段主要以热传导的方式耗散浪费。本发明的技术方案，利用返料阀中的高温循环灰作为斯特林机的热源，外部空气作为冷源，使得斯特林机能够做功产生能量，充分利用了以往被浪费的能量。同时，返料阀中的高温循环灰存在的隐患，即高温循环灰容易产生结焦，进而堵塞返料阀。而本发明的技术方案，返料阀中的循环灰通过与斯特林机的加热器进行换热，降低了温度，避免了高温循环灰容易产生结焦的问题。
图2显示了斯特林机主要的加热器、回热器和冷却器的设置方式，以下结合附图进行详细说明。
在本实施例中，斯特林机采用α型斯特林机，包括依次连接的热气缸、加热器、回热器、冷却器和冷气缸。其中，在热气缸和冷气缸中分别设置有活塞。图2进一步显示了本实施例中斯特林机的加热器、回热器和冷却器部分的结构。
返料阀进料通道101的壁上设置了保温隔热层203。在返料阀进料通道101的内壁上设置有加热管202。加热管202是斯特林机的加热器的组成部分。加热管202内容纳斯特林机的工作介质。在返料阀进料通道101的内壁上设置的管状的加热管202有多个，且互相平行，且与返料阀进料通道101内循环灰的下落方向（即重力方向）平行。为了清晰起见，在图2所示的返料阀进料通道101的剖视结构中没有显示内壁其余部分（即图2标识101所指向的返料阀进料通道101的内壁部分）设置的加热管202。返料阀进料通道101内流动的高温循环灰与加热管202中的所述工作介质进行换热。加热管202的一端与环形回热器201连接，另一端与加热管环形集箱207连接。为了便于所有加热管202的连接，加热管环形集箱207设置成环绕返料阀进料通道101一周的环形集箱，这样便于所有加热管202与加热管环形集箱207连通。加热管环形集箱207设置在返料阀进料通道101的外壁上。
为了便于与所有的加热管202的连接，斯特林机的回热器设置成环绕返料阀进料通道101一周的环形回热器201。
在返料阀进料通道101的外壁上设置有多个互相平行的冷却管204。在本实施例中冷却管204与加热管202平行，且在返料阀进料通道101的外壁上布满。冷却管204的一端连接于冷却管集箱，另一端连接于环形回热器201。为了便于连接所有的冷却管204，在本实施例中，冷却管集箱设置成环绕返料阀进料通道101一周的环形集箱，即冷却管环形集箱206。冷却管环形集箱206设置在返料阀进料通道101的外壁上。
在冷却管204的外侧包覆设置气流容腔205。气流容腔205的结构类似于包围返料阀进料通道101外壁上的冷却管204的中空壳体。在气流容腔205上分别设置有气流容腔进气口107和气流容腔出气口102。常温空气作为冷源从气流容腔进气口107进入气流容腔205，由于气流容腔205与冷却管204贴合设置，因此，常温空气可以在气流容腔205中与冷却管204进行换热，对冷却管204中的斯特林机的工作介质进行冷却。
为了更清晰的表述，对图2中相关部件设置的位置进行再次描述：返料阀进料通道101由内至外方向依次是在返料阀进料通道101内壁上设置的加热管202、保温隔热层203、冷却管204和气流容腔205。
再次参考图1，可见气流容腔出气口102与返料风机104连接，具体的是气流容腔出气口102与返料风机104的进气口连通。加热管环形集箱207与斯特林机本体103中的热气缸连通；冷却管环形集箱206与斯特林机本体103中的冷气缸连通。
以下结合图1，对本发明的循环流化床锅炉的返料风系统的工作过程进行说明，以进一步阐述本发明的技术方案。
加热管202在返料阀进料通道101内与高温循环灰进行换热，加热管202内的工作介质被加热。冷却管204设置在返料阀进料通道101外壁上，由于返料阀进料通道101的壁上设置有保温隔热层203，因此，加热管202与冷却管204之间不会进行直接的接触热交换。设置在冷却管204外侧的气流容腔205中的常温空气对冷却管204中的工作介质进行冷却。至此，斯特林机进入工作状态。如果斯特林机是发动机，可以通过传动机构将动力施加于返料风机104，带动返料风机104工作；如果斯特林机是发电机，可以与返料风机104电连接，利用电能驱动返料风机104工作。由此可见，返料阀进料通道101高温循环灰的能量被合理利用，避免无效耗散，提高了能源的利用效率。
返料风机104的工作，使得更多的常温空气从气流容腔进气口107进入到气流容腔205，并在此与冷却管204进行换热，以维持斯特林机的正常工作状态。同时，与冷却管204进行换热后的常温空气的温度升高后，被返料风机104从出口排出，进入到返料阀风室105，进而作为返料风进入到返料阀106中。图1中返料风机104前后的空心箭头表征了空气流动方向。由于返料风的温度已升高（相当于返料风经过预热），进入到返料阀后，降低了能耗。
本发明设置的斯特林机的主要的加热器、回热器和冷却器均设置于返料阀进料通道101，占地面积小。
在其他实施例中，可以采用水替代常温空气作为冷源，与冷却管换热后升温的水可直接输送至锅炉内用于锅炉循环，保证循环灰的能量不会浪费。
在其他实施例中，加热管和冷却管均可以安装肋片，以增大换热面积，提高换热效率。
值得注意的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非因此限定本发明的专利保护范围，本发明还可以采用等同技术进行替换。故凡运用本发明的说明书及图示内容所作的等效变化，或直接或间接运用于其他相关技术领域均包含于本发明所涵盖的范围内。

Claims (12)

1.循环流化床锅炉的返料风系统，包括返料风机，所述循环流化床锅炉包括返料阀，所述返料风机的出风口与所述返料阀中的返料风入口连通，其特征在于：还包括斯特林机，所述斯特林机包括顺序连接的加热器、回热器和冷却器；所述加热器包括设置在所述返料阀中的加热管；所述冷却器包括设置在所述返料阀外的冷却管；与所述返料风机的进气口连通的返料风进气通道与所述冷却管贴合设置。
2.根据权利要求1所述循环流化床锅炉的返料风系统，其特征在于：有复数个所述加热管，且所述加热管之间互相平行设置；所述加热管的第一端连接于加热管集箱；所述加热管的第二端连接于所述回热器；所述加热管设置在所述返料阀的进料通道的内壁上；所述返料阀的进料通道的壁上设置有保温隔热层。
3.根据权利要求2所述循环流化床锅炉的返料风系统，其特征在于：在所述进料通道的内壁上均设置有所述加热管；所述加热管集箱包括环绕所述进料通道设置的加热管环形集箱。
4.根据权利要求3所述循环流化床锅炉的返料风系统，其特征在于：所述加热管环形集箱设置在所述进料通道的外壁上。
5.根据权利要求4所述循环流化床锅炉的返料风系统，其特征在于：有复数个所述冷却管，且所述冷却管之间互相平行设置；所述冷却管的第一端连接于冷却管集箱；所述冷却管的第二端连接于所述回热器；所述冷却管设置在所述返料阀的进料通道的外壁上。
6.根据权利要求5所述循环流化床锅炉的返料风系统，其特征在于：在所述进料通道的外壁上均设置有所述冷却管；所述冷却管集箱包括环绕所述进料通道设置的冷却管环形集箱。
7.根据权利要求6所述循环流化床锅炉的返料风系统，其特征在于：所述冷却管环形集箱设置在所述进料通道的外壁上。
8.根据权利要求7所述循环流化床锅炉的返料风系统，其特征在于：所述回热器包括环绕所述进料通道设置的环形回热器。
9.根据权利要求8所述循环流化床锅炉的返料风系统，其特征在于：所述返料风进气通道包括设置在所述冷却管外侧的气流容腔，在所述气流容腔上分别设置进气口与出气口，所述出气口与所述返料风机的所述进气口连通。
10.根据权利要求5所述循环流化床锅炉的返料风系统，其特征在于：所述斯特林机包括α型斯特林机；所述加热管的所述加热管集箱与所述α型斯特林机的热气缸连通；所述冷却管集箱与所述α型斯特林机的冷气缸连通。
11.根据权利要求1所述循环流化床锅炉的返料风系统，其特征在于：所述斯特林机包括斯特林发动机，所述斯特林发动机通过传动机构与所述返料风机连接。
12.根据权利要求1所述循环流化床锅炉的返料风系统，其特征在于：所述斯特林机包括斯特林发电机，所述斯特林发电机与所述返料风机电连接。
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