CN1477329A - 带有多功能旋风分离器的流化床锅炉 - Google Patents
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Abstract
带有多功能旋风分离器的流化床锅炉，涉及一种燃烧低热值高挥发份燃料的流化床燃烧设备。本发明采用了具分离和燃尽挥发份双重功能的旋风分离器，该分离器包括一个其内壁形状为文丘里缩口的入口段，外旋风筒、排气筒以及设置在外旋风筒和排气筒之间的气体燃尽风套筒；在入口段上设有气体燃尽风口，在气体燃尽风套筒的顶部设有热空气入口。本发明将流化床锅炉的燃烧空间从传统的燃烧室扩展到分离器，既延长了烟气高温富氧流程，同时又不需要过度增加锅炉高度，便于将现有的流化床锅炉直接改造成燃用高挥发份燃料的锅炉。能够充分满足高挥发份燃料的燃烧要求，提高燃烧效率，降低锅炉烟气中有机类可燃成分的污染排放。
Description
技术领域
本发明涉及一种流化床锅炉，尤其涉及一种燃烧低热值高挥发份燃料的流化床燃烧设备，属能源环保技术领域。
背景技术
流化床锅炉通常使用石英砂或锅炉灰做为蓄热介质，用风力将高温蓄热介质吹送充满整个燃烧室，锅炉燃料就悬浮在燃烧室的高温蓄热介质中燃烧。由于流化床蓄热介质的蓄热量非常大，而且燃烧过程在空间进行，因而流化床锅炉有着燃尽率高，燃料适应性好的特点，被广泛用于处理低品质燃料。然而，在处理生活垃圾等低热值高挥发份的燃料时，流化床锅炉独特的运行方式也带来了相应的问题。由于流化床燃烧室中采用气动燃烧床，烟气流速比通常的层燃炉高得多，高挥发份燃料中的可燃挥发气体在锅炉燃烧室中析出后随着燃烧室烟气迅速上升，在燃烧室高温区只能停留很短的时间，通常很难燃尽。在已有的流化床垃圾焚烧锅炉中，经常在燃烧室上部至燃烧室出口处发生气体剧烈燃烧，这种燃烧往往持续到流化床的旋风分离器甚至分离器出口后的水平烟道中。由于目前大型流化床锅炉通常使用体积较小的低温旋风筒，烟气从燃烧室出口进入分离器后温度马上降低，烟气中的气体可燃成分不能继续燃烧。此外，由于距离燃烧室烟气出口最近的三次风口一般仅在燃烧室上部燃料挥发份析出带的中部，所以即使烟气依然停留在高温流程中，由于烟气中氧含量欠缺，烟气中的气体可燃成分仍然不能充分燃尽。对燃烧高挥发份燃料的流化床锅炉来说，烟气中的气体可燃成分不能燃尽意味着有机类污染物——包括二恶英和呋喃等危险物质——在锅炉排烟中含量增加，一方面降低锅炉气体燃尽率，影响锅炉效率，此外对大气环境造成严重威胁。
为了让高挥发份燃料中的气体成分在燃烧室中燃尽，现有的流化床通常采取增加炉高的方法。这种方法可以增加烟气高温流程，对气体成分燃尽有着直接的效果，但是其代价是巨大的。一台燃用生活垃圾的蒸汽出力为10吨的流化床锅炉，其建设金属耗量相当于一台蒸汽出力为35吨的燃煤锅炉。此外，增加炉高需要更大的通风机来维持燃烧室内的气力输送状态，对流化床锅炉的动力提出更高的要求，大幅提高了锅炉电耗。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带有多功能旋风分离器的流化床锅炉，将流化床锅炉的燃烧空间从传统的燃烧室扩展到分离器，使流化床锅炉的分离器具有分离和燃尽挥发份的双重作用。利用燃烧室以外包括分离器入口和分离器中的空间作为气体燃烧空间，延长烟气高温富氧流程，满足高挥发份燃料的燃烧要求，提高燃烧效率，降低有机类可燃成分及N2O的排放。
本发明的目的和任务是通过以下技术方案实现的：一种带有多功能旋风分离器的流化床锅炉，包括流化床锅炉燃烧室和设置在流化床燃烧室出口外的旋风分离器，所述的锅炉燃烧室包括燃烧室底部的布风板、布风板以上的高速流化区和燃烧室上部的气相燃烧区，所述的旋风分离器包括入口段、与入口段相通的外旋风筒，设置在外旋风筒内的排气筒和锥形灰仓，其特征在于：所述的入口段上安装有一个气体燃尽风口；在所述的外旋风筒和排气筒之间设有一个气体燃尽风套筒，该套筒和排气筒之间形成环形狭缝，在气体燃尽风套筒的顶部设有热空气入口。
本发明的技术特征还在于：所述的燃烧室内的气相燃烧区占整个燃烧室高度的1/3～1/2，其炉膛横截面为高速流化区炉膛横截面的2倍。这种燃烧室结构一方面可以在流化床密相区保持较高床速，保证密相区良好的流动性，另一方面可以在流化床上部保持较低的烟气流速，并在燃烧室截面突扩位置形成烟气涡流，为烟气中的气相可燃成分提供更大的燃烧空间和更长的烟气停留时间，以进一步提高燃烧效率。
本发明所提供的带有多功能旋风分离器的流化床锅炉具有以下优点：将流化床锅炉的燃烧空间从传统的燃烧室扩展到分离器，使流化床锅炉的分离器具有分离固体颗粒和燃尽挥发份的双重作用。利用燃烧室出口外包括分离器入口和分离器中的空间作为气体燃烧空间，一方面延长了烟气高温富氧流程，同时又不需要过度增加锅炉高度，便于将现有的流化床直接改造成燃用高挥发份燃料的锅炉，充分满足高挥发份燃料的燃烧要求，提高燃烧效率，降低有机类可燃成分的污染排放。
附图说明
图1为本发明所提供的带有多功能旋风分离器的流化床锅炉结构示意图。
图2为多功能旋风分离器的结构示意图。
图3为图2的俯视图。
图中：1-分离器入口段，2-外旋风筒，3-排气筒，4-锥形灰仓，5-气体燃尽风口，6-排气筒套筒，7-布风板，8-高速流化区，9-气相燃烧区，10-热空气入口。
具体实施方式
下面结合附图进一步描述本发明的具体结构、工作原理、最佳实施方式：
本发明提供的带有多功能旋风分离器的流化床锅炉，包括流化床锅炉燃烧室和设置在流化床燃烧室出口外的旋风分离器，锅炉燃烧室包括燃烧室底部的布风板7、布风板以上的高速流化区8和燃烧室上部的气相燃烧区9；所述的旋风分离器包括入口段1、与入口段相通的外旋风筒2，设置在外旋风筒内的排气筒3和锥形灰仓4。入口段1的内壁形状为文丘里缩口，在入口段上安装有一个气体燃尽风口5，热空气通过气体燃尽风口5沿烟气流动的垂直方向吹入分离器入口段，文丘里缩口形状的入口段一方面使气体燃尽风更容易吹透烟气流动区，另一方面在缩口处烟气紊流度有所增加，有利于烟气和气体燃尽风的混合；在外旋风筒2和排气筒3之间设有一个气体燃尽风套筒6，在气体燃尽风套筒的顶部设有热空气入口10，热空气通过该入口进入气体燃尽风套筒，从套筒和排气筒下部的狭缝吹出形成风帘，为外旋风筒和排气筒之间的旋流烟气提供助燃空气。从排气筒下部以风帘形式补充助燃空气一方面能保证整个分离器内助燃空气分布均匀，另一方面不会破坏分离器内的旋流流场，影响分离效率。由于分离器中包含两个气体燃尽风入口，能够保证烟气在整个高温烟气流程中都得到助燃空气补充，烟气中的可燃气体成分得以充分燃尽，以提高燃烧效率，减少锅炉排烟中的有机类污染成分。
所述锅炉燃烧室包括燃烧室底部的布风板7、布风板以上的高速流化区8和燃烧室上部的气相燃烧区9，在高速流化区以上占燃烧室高度1/3～1/2的气相燃烧区炉膛横截面发生突扩，其炉膛横截面为高速流化区炉膛横截面的2倍。这种燃烧室结构一方面可以在流化床密相区保持较高床速，保证密相区良好的流动性，另一方面可以在流化床上部保持较低的烟气流速，并在燃烧室截面突扩位置形成烟气涡流，为烟气中的气相可燃成分提供更大的燃烧空间和更长的烟气停留时间，以进一步提高燃烧效率。
上述带有多功能旋风分离器的流化床锅炉运行方式如下：高挥发份燃料进入流化床燃烧室后悬浮在布风板7上高速流化区8中燃烧，燃烧过程中燃料挥发份受热析出，和烟气以及炉内蓄热介质在燃烧室中共同上升并发生气相燃烧，产生空间火焰，火焰可持续延伸至燃烧室出口和分离器入口1。在分离器入口处燃烧烟气被文丘里缩口加速，缩口处的气体燃尽风口5沿烟气流动的垂直方向吹入来自锅炉尾部空气预热器的气体燃尽风，将烟气流动区充分吹透，保证烟气的整个流动空间处在富氧状态。烟气夹带固体颗粒流入旋风筒2后沿旋风筒壁面旋转，其中的固体颗粒撞击在壁面上落入旋风筒下部的锥形灰斗4，而烟气向上翻转进入中心排气筒3排出。来自锅炉尾部空气预热器的气体燃尽风从排气筒套筒顶部的热空气入口10进入排气筒套筒6后再通过套筒和排气筒之间的狭缝吹出，与旋风筒中的旋转气流混合并燃烧，将烟气中的可燃气体燃尽，最终通过排气筒排出。
Claims (3)
1.一种带有多功能旋风分离器的流化床锅炉，包括流化床锅炉燃烧室和设置在流化床燃烧室出口外的旋风分离器，所述的锅炉燃烧室包括燃烧室底部的布风板、布风板以上的高速流化区和燃烧室上部的气相燃烧区，所述的旋风分离器包括入口段、与入口段相通的外旋风筒，设置在外旋风筒内的排气筒和锥形灰仓，其特征在于：在所述的入口段上安装有一个气体燃尽风口；在所述的外旋风筒和排气筒之间设有一个气体燃尽风套筒，该套筒和排气筒之间形成环形狭缝，在气体燃尽风套筒的顶部设有热空气入口。
2.按照权利要求1所述的流化床锅炉，其特征在于：所述的气相燃烧区占整个燃烧室高度的1/3～1/2，其炉膛横截面为高速流化区炉膛横截面的2倍。
3.按照权利要求1或2所述的流化床锅炉，其特征在于：所述分离器入口段的内壁形状为文丘里缩口。
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