CN87103148A - 具有整体固体燃料分离器的流化床燃烧器 - Google Patents

Abstract

一种循环流化床加热炉10，非旋风式颗粒分离器18整体配置于炉子烟气出口14和烟气管道16间的烟气流内。它包括具有曲线形内壁24的弧形导管20。跨接于进口和烟气管道间的管段具有许多开口28，形成流通区，部分烟气通过该区流入烟气管道。当烟气从其弧形流道上急转通过开口时，便完成了烟气和固体颗粒的分离。颗粒动量及其离心力阻止它急转弯，使它继续顺剩余烟气在流道上行进，经导管流到跟弧形导管颗粒出口26连通的颗粒收集器40。

Description

本发明涉及流化床燃烧器，颗粒燃料在其中以悬浮状态被燃烧。本发明尤其涉及到具有整体固体分离器的这种燃烧器，固体分离器用以使由燃烧室中生成的烟气所携带的颗粒物分离。

在典型的现代流化床燃烧器中，诸如最大尺寸范围大约为6.5毫米的颗粒燃料煤，通常以悬浮于高速输送气体中的状态，以较低的温度范围760℃-925℃被送到炉子燃烧室内，并在其中燃烧。流化床炉子特别适于燃烧含硫燃料，因为炉内悬浮的颗粒物除了颗粒燃料外，也还包括硫吸附剂，通常是碎石灰石。也用作燃烧空气的高速输送空气从位于燃烧室底下的压力空气腔被输送到炉膛。在某种典型的流化床，亦称作快速流化床内，向上进入炉膛的高速输送空气的速度或流速保持足够高，以夹带炉膛内大部分颗粒物，这样，燃烧室中大部分颗粒物从那里和烟气一起被带走。

因此，就循环或快速流化床燃烧器来说，有必要提供一种装置，用于在烟气排入大气之前，分离与烟气一起从燃烧室中输出的颗粒物。由于这种颗粒物通常含有大量未燃燃料，从用于再循环到炉膛燃烧室的气体流中收集颗粒物进一步燃烧以提高燃料的利用率，是更加有利的。此外，从气体流中分离的颗粒物总包含大量的未反应的硫吸附剂，也被再循环到炉膛燃烧室内，以提高硫吸附剂的利用率。

在排到大气之前，从流经燃烧室的烟气中分离固体颗粒最常用的装置是旋风分离器。利用旋风收集颗粒的循环流化床装置在美国专利4，111，158中有说明。如图所示，所述旋风分离器一般装于炉膛的紧下流，以便于将收集到的颗粒物再循环到炉膛。由于被夹带在烟气中的固体颗粒的温度反映了烟气的温度，旋风分离器将暴露于热固体和热气体两者中，因此必须设计成在正常运行时能耐高温达1600℃的温度范围。此外，旋风分离器必须设计成能经得住在强腐蚀环境中工作，因为烟气中运载的颗粒将使腐蚀性粒子猛烈地冲击到旋风分离器的侧壁上。因此，适合应用于循环流化床装置中的这种旋风分离器投资费用高，并且与此相关的，运转费用通常也高。

在普通的循环流化床炉子上用便宜的分离装置来取代旋风分离器是人们所希望的。采用非旋风分离器的这种循环流化床炉子装置的实例在美国专利4，442，797和4，538，549中有说明，它们分别表明冲量分离器和撞击分离器应用于将颗粒物从流经燃烧室的烟气中分离。

在美国专利4，442，797中，从炉膛流到烟气排气管的烟气须经许多垂直的槽形开口离开炉膛，这些槽形开口是借助于从其壁面向内弯曲燃烧室上壁中的水壁管所形成的，以便在相邻管子间形成一流通区。一强制通风腔按带形方式环绕炉膛上部延伸，以接收流经这些管子的烟气。当烟气流经管子间形成的槽形开口时，烟气流速下降到夹带速度，其中运载的颗粒从烟气流中脱出，被导入收集仓，以便再循环到炉膛内。

在美国专利4，538，549中，在炉膛气体出口紧下流处设置撞击流束。离开炉子燃烧室的烟气在撞击流束排之间通过，而其中所含的固体颗粒，由于其流动惯性，穿过撞击流束。穿过撞击流束的结果，颗粒失去了动量，脱离气流进入收集仓，以便再循环炉膛内，而烟气则继续前进到排气烟道内。

本发明的目的在于提供一种具有整体非旋风式固体分离器的流化床燃烧器，分离器用于在烟气流排入大气前分离烟气流中运载的灼热的固体颗粒。

用于燃烧在高速输送气体中处于悬浮状态的颗粒燃料的循环流化床燃烧装置包括一炉膛外壳，该外壳构成了具有灼热燃气出口的燃烧室，烟气管配置于炉膛外壳的下流，用于将燃烧室中生成的烟气排向大气。分离装置整体装于炉膛燃气流道的下流和烟气导管的上流，用于从炉膛输出的烟气中分离出固体颗粒，固体颗粒收集装置用以收集来自分离装置的固体颗粒。

分离装置包括一弧形导管，导管有一进口，通至炉膛外壳的燃气出口，用于接收燃烧室的灼热烟气，出口和进口有间隔。弧形导管包括间隔的曲线内、外壁，从导管的进口延伸到出口，一对间隔的侧壁在间隔的内、外壁间横向延伸。包括分离装置的弧形导管的曲线内壁部分治烟气导管进口配置，并具有许多在其间形成的开口，用以形成一流通区，通过该区，灼热烟气的第一主要部分从分离装置的弧形导管的出口流入固体颗粒收集装置，利用它，把从流经分离装置弧形导管内壁的烟气的第一部分中分离出来的固体颗粒带走。由于弧形导管的曲线形状，便产生了离心力，它作用于流经分离器的颗粒上，从而使在流经其间的烟气中的颗粒沿弧形导管曲线形外壁集中。

包含在流经弧形导管内壁上开口的第一部分烟气内的固体颗粒具有足够的动量，它们并不沿着流经弧形导管内壁上开口的第一部分烟气的路线，却通至弧形导管的出口，并且被带入较少的第二部分烟气内，沿着弧形导管的曲线形外壁，经出口流入固体颗粒收集装置。

沿进口配置于烟气管道的分离装置弧形导管的曲线形内壁区最好包括许多间隔的百叶窗，它们横向配置于弧形导管的间隔侧壁之间，以便在其间形成许多孔口。每一百叶窗配置得和该处曲线形内壁的切线成某一锐角，因此，流经其间孔口的第一部分烟气必定急剧地改变流动方向，而固体颗粒，由于在极大的惯性力影响下，在烟气改变流动方向通过百叶窗间的孔口时，从第一部分烟气中分离出来，并继续沿着曲线形流道，经弧形导管，借离心力集中于较少的第二部分烟气内，它们沿弧形导管的曲线形外壁通至配置于弧形导管出口处的颗粒收集器。

由于对附图中所示实施例随后的说明，本发明的目的及其性质和优点便会变得明显，其中：

图1表示按照本发明装有整体非旋风式固体分离器的流化床燃烧器的正视图。

图2是按照本发明装有非旋风式固体分离器的流化床锅炉装置的另一实施例的正视图;

图3是按照本发明装有非旋风式固体分离器的流化床锅炉装置的另一实施例的正视图;

图4是沿图1中4-4线所取的横剖面视图;

图5是沿图1中5-5线所取的局部视图;

图6表示固体分离器曲线形底面部分的局部放大视图，其中底面部分由许多百叶窗组成;

图7是沿图6中7-7线所取的横剖面视图。

现在参照各附图，在那里画出了流化床加热炉10，其中，诸如颗粒煤的含碳燃料，在悬浮状态下，和包含硫氧化物吸附剂的附加颗粒燃料一起被燃烧。所述颗粒燃料在由加热炉外壳10构成的燃烧室12内的高速输送空气中被燃烧，以生成一种灼热的烟气，它经加热炉烟气出口14从燃烧室12内排出。离开燃烧室12的灼热烟气经加热炉烟气出口14通至烟气排气管16排入大气。通常对流面（未示出）设置在烟气排气管16内，以便在烟气经烟道（未示出）排入大气之前，冷却烟气。

由于在循环中的或在快速流化床中的颗粒燃料在高速输送燃气中以悬浮状态被燃烧，该高速输送燃气的速度不仅足以使颗粒燃料流化，而且夹带燃烧室12内的大部分颗粒物，被夹带在离开燃烧室12流经烟气出口14的颗粒物在烟气流排入大气之前必须从烟气流中分离。在典型的属于现有技术的循环流化床加热炉装置中，通常将旋风分离器配置在加热炉烟气出口14的下流，处于燃料室和烟气排气管之间，以分离大部分颗粒物，将其再循环到加热炉膛。流经烟气排气道16的烟气仍然含有一些颗粒燃料，在烟气流过烟道之前，使烟气流通过纤维过滤器式收集器时，它通常能从烟气流中分离出来。正如前面所指出的，取消旋风分离器有利于分离装置大大简化并降低投资费用，是有益的。

按照本发明，用于分离从燃烧室中被运走的、在流经加热炉烟气出口14的烟气中的固体颗粒的装置18包括一个呈弧形导管20形式的整体件加热炉装置，弧形导管20有一进气口，通至加热炉外壳10的烟气出口14，用于接受来自燃烧室12的灼热烟气。弧形导管20由曲线形外壁22、曲线形内壁24和一对在其间横向延伸的间隔的侧壁构成。当然，“内壁”指的是具有较小曲率半径的曲线形弧形导管壁，而“外壁”指的是具有较大曲率半径的曲线形弧形导管壁。在图1所示的实施例中，加热炉10的烟气出口14处于垂直平面内，并且本发明的分离装置的弧形导管20包括一个向下弯曲的导管，它对着在连接着烟气出口14的垂直布置的进口和水平布置的固体颗粒出口26之间的90°夹角。在图2所示的实施例中，烟气出口14处于水平面内，本发明的分离装置的弧形导管20包括一个半环形导管，它对着在连接着烟气出口14的水平布置进口跟与导管相反端间隔的水平布置的固体颗粒出口26之间的180°夹角。在图3所示的实施例中，烟气出口14处于水平面内，本发明的分离装置的弧形导管20包括一向下弯曲的导管，它对着在连接着烟气出口14的水平布置的进口和垂直布置的固定颗粒出口26之间的90°夹角。

弧形导管20的曲线形内壁24部分跨接在进口和烟气管道16之间，并具有许多开口28，形成一流通区，灼热烟气经该区从分离装置的弧形导管20流至烟气管道16。在本发明的分离装置中，当烟气经导管20从其弧形通道急剧转弯穿过在导管的曲线形内壁24上的开口28时，烟气和固体颗粒的分离便完成了。当烟气流经弧形导管20时，由于离心力作用在烟气中的固体颗粒上，固体颗粒具有足够的动量，使它们继续沿着它们的弧形轨迹流过导管20，并且当烟气从其弧形流动轨迹上急剧转弯穿过导管20曲线形内壁上孔28时，便不能跟随烟气。已经穿过弧形导管20的曲线形内壁24的烟气进入烟气排气管道16，此时固体颗粒的含量已大大减少。这一减少了固体颗粒含量的烟气继续流过处于所设置的对流冷却面上的烟气排气管道18，如果有必要，从该处通过一纤维过滤器或多管式旋风机械分离器，以便在经烟道（未示出）排入大气之前进一步分离固体颗粒物。

在从加热炉燃烧室流经烟气出口14的灼热烟气中的大部分固体颗粒物经弧形导管20的固体颗粒出口26进入固体颗粒收集装置40，装置40在和进气口相反的弧形导管的一端通至弧形导管20的固体颗粒的出管26。这些固体颗粒被集中并夹带在流经弧形导管20的较少的第二部分烟气内，并且被运载到固体颗粒收集装置40，而后再循环返回到加热炉外壳10内的燃烧室。由于这些颗粒含有未燃的颗粒燃料，还含有未利用的颗粒硫吸附剂，将它进行再循环是必要的，并且是有益的。

按照申请人的发明，固体颗粒分离作用也增强了，在该发明中，分离装置是采用弧形导管的形式，它具有曲线形的外壁。由于采用这种外形的结果，在离开加热炉烟体出口14的烟气中的固体颗粒由于离心力的牵引集中于沿弧形管14的外壁流动的烟气内，和沿着弧形导管20内壁流动并穿过内壁的那部分烟气分离。

如在图4和图5清楚看到的，弧形导管20的固体颗粒出口26在曲线形外壁22的底部通至固体颗粒收集装置40，它最好包括一接收仓42和许多从接收仓42向下延伸的下烟道44，并从那里和加热炉外壳10相互连接，通向燃烧室12，从而形成了一条流道，经过这条流道，被夹带流经弧形导管20较少的第二部分烟气中的固体颗粒被重新输入加热炉燃烧室内。由于流经下烟道44的固体颗粒会处于高温下，因为它们还未流经绕过了烟气排气管16的冷却面，因此，希望提供内部或外部冷却装置，它和一个或多个下烟道44保持运转联系，诸如图3中所示的配置于内部的冷却螺线管46，以便在重新输送到加热炉燃烧室之前，冷却固体颗粒，从而利用保存的热焓来加热液体或蒸汽以供使用。

在本发明的优选实施方案中，跨接于进口和烟气管道16的弧形导管20的曲线形内壁24区段是由横向配置在弧形导管20的间隔侧壁之间的许多间隔百叶窗叶片30构成的，以便在其间形成许多孔口。百叶窗30是这样配置的，使其张开时和该处曲线形内壁的切线成某一锐角，这样，沿着基本上平行于弧形导管20的曲线形内壁24的轨迹流经弧形导管的烟气为要流经相邻百叶窗30之间的孔口必须急剧后转，如前所述，烟气中的固体颗粒，由于其动能，不可能经过由流经曲线形内壁的烟气经过的急转弯，而代之以向前流经弧形导管20达到固体颗粒出口26。

弧形导管20的横截面沿着烟气流的方向使其流通截面均匀缩小是最好的，该烟气流无论如何要经过由位于烟气管道16顶部的曲线形内壁24的穿孔段连接的那段导管。如果导管20的横截面保持不变，则通过其间的烟气速度会由于第一部分烟气流过烟气导管上的开孔壁而减慢。结果，集中于第二部分烟气中的固体颗粒的动量会随着烟气流速度的降低而降低，导致弧形导管20内的固体颗粒过早的沉积。这一后果通过均匀缩小弧形导管20的横截面是可以避免的，当第一部分烟气经开孔的内壁24排入烟气管道16时，使第二部分烟气速度保持足够高，使其中的固体颗粒保持在夹带状态，以便将固体颗粒输送到固体颗粒收集装置40。

尽管所述百叶窗可以采用许多结构形式，然而，在目下的实施例中，由图6和7中可清楚看出，单个百叶窗叶片30被安装在曲线形流体冷却管32上，跟曲线形管32成一锐角，以形成位于烟气管道16顶部的曲线形内壁24的区段。此外，如图6所示，每一百叶窗叶片30可由许多小块34构成，它们沿弧形导管20的内弯曲部分成并列关系配置，对置安装在流体冷却管32上的每一单独的小块是单个整体的百叶窗叶片，它沿导管20的内壁24延伸。在适于各种特定装置的情况下，百叶窗叶片可以由陶瓷或金属制成。

申请人发明的百叶窗叶片壁结构的特殊优点是，百叶窗叶片30被安装得和烟气流成颇小的锐角，这样，叶片表面不暴露于在流经曲线形导管的烟气流中的固体颗粒的强烈的腐蚀性冲击之中。作为现代技术的冲击型分离器须暴露于强腐蚀之中，因为，为了降低颗粒的动能，使它们能从烟气中分离出来，颗粒本身直接冲击在分离器上。同样，在现有技术的旋风式分离器中，分离器中固体颗粒的旋流引起了旋风分离器壁的强烈腐蚀。本发明的分离器装置不受颗粒的强烈腐蚀作用，因为颗粒不直接冲击在该表面上，而是沿某一曲线形轨迹流过申请人发明的分离器的弧形导管。申请人发明的分离器取决于烟气在从加热炉出口流过弧形导管时所产生的颗粒离心力动量，并且就开孔的曲线形内壁来说，要求烟气急剧转弯，以便流过内壁上的开口，从而使固体颗粒按特有的方式从烟气中分离出来。

Claims (7)

1、用以燃烧颗粒燃料的流化床燃烧器装置，包括：

a、构成燃烧室的加热炉外壳，该燃烧室用于燃烧在高速输送气体中成悬浮状态的颗粒燃料，以产生一种灼热烟气，在所述流化床上方有一烟气出口，用于输送来自燃烧室的灼热烟气；

b、配置于加热炉外壳下流的烟气导管，它具有一进气口，用以接收从燃烧室中产生的烟气；

c、用以分离来自燃烧室的烟气中携带的固体颗粒的分离装置，所述分离装置包括一弧形导管，导管具有一进气口，和加热炉外壳的烟气出口相通，用以接收来自燃烧室的灼热烟气，导管还具有一出口，和所述进口有间隔，并用一曲线形内壁，一曲线形外壁和一对在其间延伸的间隔的侧壁连接于所述进口，一段曲线形内壁跨接于进口和烟气导管，所述区段具有许多开口，形成一流通区，通过该区。第一部分灼热气体自分离器装置的弧型导管经进口流至烟气管道；

d、通至分离器装置弧形导管出口的固体颗粒收集器装置，用以接收第二部分烟气，和其一起的还有在烟气流经分离器装置的弧形导管内壁时从第一部分烟气中分离出来的固体颗粒。

2、按权利要求1所述的一种流化床燃烧器装置，其中跨接于进口和烟气管道的分离器装置弧形导管的曲线形内壁包括许多间隔的百叶窗，它们被横向地配置于弧形导管的两间隔侧壁之间，以便在其间形成许多开口，所述各百叶窗在其所在位置和曲线形内壁的切线成一锐角，因此，流经许多百叶窗间开口的烟气改变其流向，而烟气中运载的固体颗粒便从中分离出来，并继续行进一弧形流动轨迹，流经分离器装置。

3、按权利要求2所述的一种流化床燃烧器装置，其中分离器装置的弧形导管的横截面沿流经其间的烟气流方向逐渐缩小其流通面积。

4、按权利要求1所述的一种流化床燃烧器装置，其中分离器装置的弧形导管包括一向下弯曲的导管，面对垂直配置的进口和水平配置的出口之间的90°角度。

5、按权利要求1所述的一种流化床燃烧器装置，其中分离器装置的弧形导管包括一曲线形导管，面对水平配置的进口和水平配置的出口之间的180°角度。

6、按权利要求1所述的一种流化床燃烧器装置，其中固体颗粒收集装置至少包括一连接于弧形导管出口的下烟道，用以接收流经弧形导管出口的第二部分烟气和其中所载的固体颗粒，下烟道构成一流道，经该流道，第二部分烟气和其中所载固体颗粒作为排出物被转送到加热炉外壳的燃烧室内。

7、按权利要求6所述的一种流化床燃烧器装置，还包括一种至少和一下烟道联接的用于冷却流经其间的固体颗粒的管道冷却装置。

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