CN116576459A - 一种用于循环流化床锅炉的旋涡内置式分离器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及锅炉技术领域，具体公开了一种用于循环流化床锅炉的旋涡内置式分离器。其包括：围绕构成供气流旋涡状运动的分离室的左膜式水冷壁、右膜式水冷壁以及下膜式水冷壁，左膜式水冷壁的上端与右膜式水冷壁之间留有间隙并形成气流入口，右膜式水冷壁的下端与下膜式水冷壁的上端之间留有间隙并形成气流出口，左膜式水冷壁的下部与下膜式水冷壁的下部之间构成与分离室连通的返料通道，返料通道的入口位于气流出口的下风位且处于分离室切线方向的下方，返料通道的底部与锅炉炉膛连通。本方案有效增加了颗粒物沿分离室内壁运动的惯性力，从而大幅提高了物料的分离效率，增加物料的循环倍率，改善锅炉燃烧，提高锅炉效率。

Description

一种用于循环流化床锅炉的旋涡内置式分离器

技术领域

本发明涉及锅炉技术领域，具体公开了一种用于循环流化床锅炉的旋涡内置式分离器。

背景技术

分离器是循环流化床锅炉是主要配套设备之一，按分离器的结构形式可分为旋风分离器、惯性分离器、组合型分离器等。

其中，循环流化床锅炉旋涡式分离器是利用气固两相流体旋转运动，使固体颗粒在惯性力的作用下从气流中分离出来。当含尘气流从炉膛出口进入分离器时，由于受分离器本身的约束，气流由直线运行改为旋涡式运动，旋转气流沿分离器内壁呈旋涡状运动，含尘气体在旋转过程中产生惯性力，将重度大于气体的未燃尽的颗粒甩向分离器内壁的切向位置，并沿布置在分离器出口下部的分离器膜式壁向下运动，最后返回炉膛重新燃烧，从而达到气固分离的目的。

现有旋涡式分离器一般由做成特殊旋涡型线的左、中、右三片膜式水冷壁构成，如专利号为201020552106.X公开的一种用于循环流化床锅炉的烟尘分离导向装置，其包括左膜式水冷壁、中膜式水冷壁和右膜式水冷壁构成的烟尘分离器，中膜式水冷壁上端与左、右膜式水冷壁连接处形成该烟尘分离器的进口，该循环流化床锅炉的后墙中部设有烟道口，烟道口作为分离器的出口，从分离器进来的烟气经分离后从烟道口流出。

由于这类旋涡式分离器的气流入口位于分离室外侧，气流出口位于分离室的中部，使得气流从入口进入后其旋涡流动半径会逐渐变小，最终从分离室中部出口流出，导致烟气中大部分固体在进入分离器的前期甩到水冷膜式壁上被分离，而随着后期的烟气旋涡流动半径变小后，烟气中更的小颗粒固体难以接触到水冷膜式壁，最终导致分离器的固气分离效果不佳，难以满足循环流化床锅炉的运行要求，为解决这一问题，提供一种新的旋涡分离器结构是十分必要且有意义的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于循环流化床锅炉的旋涡内置式分离器。

本发明公开了一种用于循环流化床锅炉的旋涡内置式分离器，采用如下的技术方案：

一种用于循环流化床锅炉的旋涡内置式分离器，包括：所述分离器安装在锅炉炉膛内，所述分离器包括：左膜式水冷壁、右膜式水冷壁以及下膜式水冷壁，所述左膜式水冷壁、右膜式水冷壁以及下膜式水冷壁围绕构成供气流旋涡状运动的分离室，所述左膜式水冷壁的上端与右膜式水冷壁之间留有间隙并形成气流入口，所述右膜式水冷壁的下端与下膜式水冷壁的上端之间留有间隙并形成气流出口，所述左膜式水冷壁的下部与下膜式水冷壁的下部之间构成与分离室连通的返料通道，所述返料通道的入口位于气流出口的下风位且处于分离室切线方向的下方，所述返料通道的底部与所述锅炉炉膛连通。

优选地，所述气流出口的烟气速度为15～18m/s，所述气流出口的间距为50～80cm。

优选地，所述分离室的内壁直径长度与所述气流出口的间距为3：(0.5～0.8)，所述气流出口间距与所述气流入口间距的比例为1:1。

优选地，所述左膜式水冷壁的上端设有入口联箱，所述右膜式水冷壁的下端设有上联箱，所述下膜式水冷壁的上端设有下联箱，所述入口联箱与右膜式水冷壁之间留有间隙并形成气流入口，所述上联箱与下联箱之间留有间隙并形成气流出口，所述入口联箱、上联箱以及下联箱通过连通管相连。

优选地，所述锅炉炉膛的后墙设有后墙水冷膜式壁，所述后墙水冷膜式壁与所述左膜式水冷壁的下部构成自密封通道，所述自密封通道与所述返料通道的下部连通，所述自密封通道的底部设有落料口与所述锅炉炉膛连通。

进一步优选地，所述自密封通道的底部为多孔结构构成落料口。

优选地，所述返料通道的宽度自上而下逐渐增大。

优选地，构成返料通道的所述左膜式水冷壁与竖直方向呈45±2°。

优选地，所述气流出口沿烟气流动方向设有凝渣管与槽型分离器。

进一步优选地，所述槽型分离器呈竖向间隔布置，且为多排错列布置。

与现有技术相比，本发明至少包括以下有益效果：

本方案通过改造分离室结构，使得切向进入分离室的烟气能够持续沿着分离室的左膜式水冷壁、右膜式水冷壁形成旋涡状运动，增加了颗粒物沿分离室内壁运动的惯性力，有效增加了燃料颗粒在分离室撞击的几率，相比位于旋涡中央的出口，大幅增加物料的循环倍率，从而提高了烟气的固气分离效率，改善锅炉燃烧，提高锅炉效率。

附图说明

图1为本实施例的一种用于循环流化床锅炉的整体结构示意图；

图2为本实施例的一种用于循环流化床锅炉的旋涡内置式分离器的结构示意图；

图3为图1的A-A/B-B剖视图；

图4为图1的C-C/D-D剖视图。

附图标号说明：

1、锅炉炉膛；2、分离室；3、左膜式水冷壁；31、入口联箱；4、右膜式水冷壁；41、上联箱；5、下膜式水冷壁；51、下联箱；6、后墙水冷膜式壁；7、气流入口；8、气流出口；9、返料通道；10、自密封通道；11、落料口；12、凝渣管；13、槽型分离器；14、吹灰器。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

一种用于循环流化床锅炉的旋涡内置式分离器，参照图1-4，该分离器安装在锅炉炉膛1内，该分离器包括：左膜式水冷壁3、右膜式水冷壁4以及下膜式水冷壁5，左膜式水冷壁3、右膜式水冷壁4以及下膜式水冷壁5围绕构成供烟气旋涡状运动的分离室1。

左膜式水冷壁3的上端设有入口联箱31，右膜式水冷壁4的下端设有上联箱41，下膜式水冷壁5的上端设有下联箱51，入口联箱31、上联箱41以及下联箱51通过连通管相连。入口联箱31与右膜式水冷壁4之间留有间隙，该间隙位于分离室的上部作为分离室1的气流入口7；上联箱41以及下联箱51之间留有间隙，该间隙位于分离室1的下部作为分离室的气流出口8；左膜式水冷壁3的下部与下膜式水冷壁5的下部之间构成与分离室1连通的返料通道9，返料通道9的入口位于气流出口8的下风位且处于分离室1切线方向的下方，返料通道9的底部与锅炉炉膛1连通。烟气从气流入口7进入分离室1内进行旋涡状运动，在气流出口8部位，未燃尽的燃料颗粒在惯性力的作用下，被分离出来并沿气流出口8下方布置的返料通道9向下运动，返料通道8与锅炉炉膛1相通将燃料颗粒返料继续燃烧，经分离物料后的烟气从分离器出口溢出并向后烟道继续运动。

本方案通过将分离室1的气体出口8作调整，使气流入口7与气流出口8分别设置于分离室1的两侧边缘，使得切向进入分离室1的烟气能够持续沿着分离室1的内壁形成旋涡状运动，从而有效增加了燃料颗粒在分离室1撞击的几率。另外，在进入分离室1旋涡流动前期的烟气，会被后期新进入分离室1的烟气所拥簇继续旋涡流动，增加了颗粒物沿分离室1内壁运动的惯性力，使得未在旋流初期分离的更小的燃料颗粒能够继续沿着分离室1的水冷壁运行，直至部分烟气中的燃料颗粒含量降低至一定值后才会从气流出口8溢出，从而达到了固气分离效率大幅提升的效果，相比传统的位于旋涡中央的气流出口的分离器，本方案分离器增加了物料的循环倍率，改善了锅炉燃烧，提高了锅炉效率。

分析现有技术中所存在分离效率低下的原因，当气流出口的间距大，烟气流速下降，此时的烟气旋涡效果较差，容易导致部分燃料颗粒随着烟气逃逸出去，使得分离效率下降；当气流出口的间距小，烟气流速提高，此时的烟气旋涡效果明显，但会导致颗粒反弹加剧，高速的烟气会把已分离的燃料颗粒重新卷入旋流内而被带走，反而影响分离效率，且烟气冲刷，引起受热面磨损加剧，对锅炉效率产生不良影响。

而本方案则能够实现减少颗粒物逃逸效果，又具备良好的分离效率。

一方面，本方案将气流出口8的间距设为50～80cm，同时控制气流出口8的烟气速度为15～18m/s，根据颗粒大小及比重获得颗粒物运动的动量，进而计算得到气流出口8上下高度或间距，保证了颗粒物的矢量大于出口上下间距逃逸的颗粒物所需矢量，以确保颗粒物的成功分离，从而最大限度减少颗粒物从气流出口8逃逸的现象。

另一方面，具体参见图2，分离室2的内壁直径长度L1与气流出口8的间距L2为3：(0.5～0.8)，气流出口8的间距与气流入口7的间距的比例为1:1，通过将进出口间隙长度设计为相对于整体分离室1尺寸更小，由于更小的出入口形成的流动烟气会在分离室中具有更长的相对旋涡路径，因而本方案的特殊尺寸设计增强了分离室1的旋涡效果，补偿了由于烟气速度低所带来的旋涡效果下降，更好地减少了颗粒逃逸情况；同时，更长的相对旋涡路径可以使得颗粒不易在高速烟气下发生反弹而被烟气带走，克服了烟气速度提高受限的缺陷，最终能够达到良好的分离效率。

可见，本方案通过对分离室1进行特殊设计改造，使其与烟气的速度控制之间达到了有机结合，从而既克服了燃料颗粒容易从气流出口8逃逸的难题，又改善了烟气速度影响分离效率的问题，进而最终提高了锅炉效率。

除此之外，传统的分离器大多由水冷壁管子形成多缝隙气流出入口，由于这种缝隙型的出口、入口布置了水冷壁管子，在气固两相流与分离器的入口水冷壁发生碰撞后，燃料因其特性影响会粘结在水冷壁管子上，严重时甚至造成分离器出、入口堵塞的问题。而本方案通过设计入口联箱31、上联箱41以及下联箱51，如图3所示，使得本方案的气流入口7与气流出口8中无水冷壁管子的阻碍，从而保障了烟气以一定流速无障碍从气流入口7进入分离室1内进行旋涡状运动，经分离后气体能够同样无障碍地从气流出口8排出。如此，便克服了现有技术中的出、入口堵塞而给锅炉运行带来安全隐患的问题，既保证了锅炉的运行安全，又延长了锅炉的运行周期，由原来的30天左右的运行周期，延长到至少90天的运行周期。

为了进一步提高返料颗粒的返料情况以及锅炉的运行稳定性，返料通道9的宽度自上而下逐渐增大，构成返料通道9的左膜式水冷壁3(即左膜式水冷壁3下部)与竖直方向呈45±2°，有助于燃料颗粒滚落提速，从而快速返回至锅炉炉膛1底部。此外，锅炉炉膛1的后墙设有后墙水冷膜式壁6，后墙水冷膜式壁6与左膜式水冷壁3的下部构成自密封通道10，参照图4，自密封通道10与返料通道9的下部之间通过横向间隔留口连通，自密封通道10的底部设有落料口11与锅炉炉膛1连通，返料颗粒从返料通道9通过横向间隔留口落入自密封通道10，再从自密封通道10的落料口11中陆续排走。通过设置自密封通道10，使得通道底部返料的积聚与炉膛压力形成自密封和自平衡运行，防止了烟气的短路，实现锅炉的安全运行。具体的，自密封通道10的底部为多孔结构构成落料口11，如此有助于通道形成自密封效果，且燃料颗粒能够流通顺畅。

作为优选方案，参照图1，气流出口8沿烟气流动方向设有凝渣管12与槽型分离器13，通过利用后墙水冷膜式壁6管子的布置在烟道内的部分，使烟气中的灰粒凝固；同时，也是作为辐射受热面的一部分，产生部分蒸汽；此外，对烟气进行均流并减轻烟气的残余旋转动能。槽型分离器13呈竖向间隔布置，且为多排错列布置，本实施例的槽型分离器13竖向分为三排错列布置，其作用为进一步分离烟气中的颗粒物，分离下来的颗粒物沿带有一定的倾斜度的烟道滑移到返料通道9内。必要的，在槽型分离器13部位还布置有吹灰器14，吹灰器14为蒸汽吹灰器，可以定期对烟道底部积聚的颗粒物进行吹扫，以减少在此部位的堆积。

以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种用于循环流化床锅炉的旋涡内置式分离器，其特征在于，所述分离器安装在锅炉炉膛内，所述分离器包括：左膜式水冷壁、右膜式水冷壁以及下膜式水冷壁，所述左膜式水冷壁、右膜式水冷壁以及下膜式水冷壁围绕构成供气流旋涡状运动的分离室，所述左膜式水冷壁的上端与右膜式水冷壁之间留有间隙并形成气流入口，所述右膜式水冷壁的下端与下膜式水冷壁的上端之间留有间隙并形成气流出口，所述左膜式水冷壁的下部与下膜式水冷壁的下部之间构成与分离室连通的返料通道，所述返料通道的入口位于气流出口的下风位且处于分离室切线方向的下方，所述返料通道的底部与所述锅炉炉膛连通。

2.根据权利要求1所述的一种用于循环流化床锅炉的旋涡内置式分离器，其特征在于，所述气流出口的烟气速度为15～18m/s，所述气流出口的间距为50～80cm。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于循环流化床锅炉的旋涡内置式分离器，其特征在于，所述分离室的内壁直径长度与所述气流出口的间距为3：(0.5～0.8)，所述气流出口间距与所述气流入口间距的比例为1:1。

4.根据权利要求1所述的一种用于循环流化床锅炉的旋涡内置式分离器，其特征在于，所述左膜式水冷壁的上端设有入口联箱，所述右膜式水冷壁的下端设有上联箱，所述下膜式水冷壁的上端设有下联箱，所述入口联箱与右膜式水冷壁之间留有间隙并形成气流入口，所述上联箱与下联箱之间留有间隙并形成气流出口，所述入口联箱、上联箱以及下联箱通过连通管相连。

5.根据权利要求1所述的一种用于循环流化床锅炉的旋涡内置式分离器，其特征在于，所述锅炉炉膛的后墙设有后墙水冷膜式壁，所述后墙水冷膜式壁与所述左膜式水冷壁的下部构成自密封通道，所述自密封通道与所述返料通道的下部连通，所述自密封通道的底部设有落料口与所述锅炉炉膛连通。

6.根据权利要求5所述的一种用于循环流化床锅炉的旋涡内置式分离器，其特征在于，所述自密封通道的底部为多孔结构构成落料口。

7.根据权利要求1所述的一种用于循环流化床锅炉的旋涡内置式分离器，其特征在于，所述返料通道的宽度自上而下逐渐增大。

8.根据权利要求1所述的一种用于循环流化床锅炉的旋涡内置式分离器，其特征在于，构成返料通道的所述左膜式水冷壁与竖直方向呈45±2°。

9.根据权利要求1所述的一种用于循环流化床锅炉的旋涡内置式分离器，其特征在于，所述气流出口沿烟气流动方向设有凝渣管与槽型分离器。

10.根据权利要求9所述的一种用于循环流化床锅炉的旋涡内置式分离器，其特征在于，所述槽型分离器呈竖向间隔布置，且为多排错列布置。