CN102235665B - 大型循环流化床锅炉的旋风分离器与炉膛之间的连接 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型循环流化床锅炉的旋风分离器与炉膛之间的连接，炉膛与六个旋风分离器相连接；炉膛横截面为矩形，其中较宽的两侧墙的上部分别设有三个烟气出口，六个旋风分离器均分为两组，分别固接于两侧墙上，每个烟气出口与一旋风分离器入口烟道相连通；六个旋风分离器的筒体结构和尺寸均相同；位于两侧墙上的两组旋风分离器之间，每组的每一旋风分离器的入口烟道横截面，相对于炉膛中心点中心对称；每组最外侧的两个旋风分离器的入口烟道横截面，相对于炉膛中心线轴对称。本发明提供的连接，使烟气在炉膛中的流动分布均匀，且每个旋风分离器的烟气流量均匀分布、入口烟道的垂直截面上颗粒浓度分布合理，保证了各旋风分离器性能一致。

Description

大型循环流化床锅炉的旋风分离器与炉膛之间的连接

技术领域

本发明涉及循环流化床锅炉技术领域，特别是循环流化床锅炉的气固分离装置。

背景技术

旋风分离器是循环流化床锅炉的重要部件之一，其主要作用是将大量随烟气离开炉膛的高温固体物料从烟气中分离，通过返料器送回炉膛，以维持炉膛的循环流化状态，使燃料反复燃烧、脱硫剂反复反应，达到理想的燃烧效率和脱硫效率。旋风分离器的分离性能直接影响整个循环流化床锅炉的性能。

目前，循环流化床锅炉技术正朝着大型化和高参数方向发展，国内外的有关研发都集中在亚临界和超临界循环流化床锅炉领域。由于大型循环流化床锅炉炉膛的尺寸很大，而旋风分离器的尺寸无法与炉膛的尺寸同步增加，目前公知的做法是用多个旋风分离器与一个炉膛匹配，由此产生了多个旋风分离器的布置方法。比如，西安热工研究院设计的210MW循环流化床锅炉在炉膛的左右侧墙上对称布置四个旋风分离器；法国ALSTOM公司设计的600MW超临界循环流化床锅炉炉膛的左右侧墙对称布置六个旋风分离器；清华大学提出的800MW超临界循环流化床锅炉概念设计方案也采用六个旋风分离器并行布置。

多个旋风分离器与一个炉膛并行连接是循环流化床锅炉大型化发展中出现的新问题，已成为超临界循环流化床锅炉设计的关键问题之一。已公开的研究结果表明，在超过两个旋风分离器并行布置时，旋风分离器内部的气固两相流动呈现出非均匀性，多个旋风分离器之间烟气流量分配不均；不同的入口烟道布置影响炉膛烟气流量分配以及颗粒浓度在入口烟道中的分布特性，炉膛的多个出口的布置对炉膛内的烟气流动和颗粒分布有影响；一些大型循环流化床锅炉运行过程中也存在这种分配不均的现象。

受循环流化床锅炉整体布置的限制，旋风分离器的入口烟道都比较短，属于短入口烟道，在入口烟道中颗粒的加速程度非常有限，而颗粒在入口烟道的垂直截面上的分布特性直接影响旋风分离器的分离效率，短入口烟道的旋风分离器的性能与入口烟道的布置有关，也就是与炉膛出口的位置和入口烟道相对炉膛的角度有关。当大尺寸的炉膛与多个旋风分离器并联时，这种关系的重要性就更加突出，而且变得复杂。

针对上述问题，已公开的解决方法之一是，在入口加装导流板以改善对旋风分离器性能的影响，但是在高度达6米、宽度达4米的出口内设置导流叶片在结构上难以实现；已公开的解决方法之二是，在炉膛内设置垂直的隔墙，将炉膛的空间分割，以避免炉膛出口的布置对炉膛内烟气流动对称性的影响，但是这种结构破坏了炉膛内大范围的烟气掺混，而且隔墙的防磨和悬吊问题都非常难解决；已公开的解决方法之三是，在炉膛每侧均布置偶数个旋风分离器，对于大型循环流化床锅炉，在炉膛左右侧墙上需要分别布置四个旋风分离器，但四个旋风分离器并排布置时所占的横向空间大大超出了炉膛宽度所提供的横向空间，虽然可以采用减小旋风分离器直径的方法解决布置问题，但旋风分离器的性能将大大下降。

发明内容

本发明的目的是，克服现有技术的缺点，提供一种大型循环流化床锅炉的旋风分离器与炉膛之间的连接，用于大型循环流化床锅炉的六旋风分离器并置布置的方法，使烟气在炉膛中的流动分布均匀，且六个旋风分离器的烟气流量均匀分布，六个旋风分离器的入口烟道的垂直截面上颗粒浓度分布合理，保证六个旋风分离器性能一致。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种大型循环流化床锅炉的旋风分离器与炉膛之间的连接，为炉膛与六个旋风分离器相连接；其每个旋风分离器均由入口烟道和筒体构成；炉膛(10)横截面(BKQN)为矩形，其中较宽的两侧墙的上部分别设有三个烟气出口，六个旋风分离器均分为两组，分别固接于两侧墙上，每个烟气出口均与一个旋风分离器的入口烟道相连通；其中，

a)六个旋风分离器的筒体结构和尺寸均相同；

b)位于两侧墙上的两组旋风分离器，每组的三个旋风分离器的入口烟道横截面，与另一组的三个旋风分离器的入口烟道横截面，关于炉膛中心点(R)中心对称；

c)位于两侧墙上的两组旋风分离器，每组最外侧的两个旋风分离器的入口烟道横截面，关于炉膛中心线(JP)轴对称。

所述每组最外侧的旋风分离器，其入口烟道横截面(ABDC)的外侧边(AB)与其所连接的炉膛两侧墙(BK、QN)所成的角(a)为90～110°；其入口烟道横截面(ABDC)的外侧边(AB)与内侧边(CD)所成的夹角(b)为0～30°，其中角(b)为0°是指外侧边(AB)与内侧边(CD)相互平行。

所述每组中间的旋风分离器的入口烟道的横截面(FEHG)的外侧边(FE)与其所连接的炉膛两侧墙(BK、QN)所成的角(c)比角(a)小0～10°。

所述角(c)≥90°。

所述每组中间的旋风分离器的入口烟道横截面(FEHG)的外侧边(FE)与其所连接的炉膛两侧墙(BK、QN)的交点(E)的位置满足BE＝BK/3±10％。

所述每组中间的旋风分离器的入口烟道的横截面(FEHG)的外侧边(FE)与内侧边(GH)所成的角(d)≥角(b)。

所述每组中间的旋风分离器的入口烟道开口宽度(EH)，与每组最外侧的旋风分离器的入口烟道开口宽度(BD)的关系为：EH＝BD±2％.

本发明提供的大型循环流化床锅炉的旋风分离器与炉膛之间的连接，通过合理设置炉膛烟气出口的位置和旋风分离器入口烟道的形状，使烟气在炉膛中的流动分布均匀，且六个旋风分离器的烟气流量均匀分布、入口烟道的垂直截面上颗粒浓度分布合理，保证了各旋风分离器性能一致。

附图说明

图1为本发明的大型循环流化床锅炉的旋风分离器与炉膛之间的连接实施例1的俯视示意图；

图2为本发明的大型循环流化床锅炉的旋风分离器与炉膛之间的连接实施例2的俯视示意图；

图3为本发明的大型循环流化床锅炉的旋风分离器与炉膛之间的连接实施例3的俯视示意图。

具体实施方式

参见图1、2、3，本发明的大型循环流化床锅炉的旋风分离器与炉膛之间的连接，是将旋风分离器1、3、4、6分别布置在炉膛横截面BKQN的四角位置，这四个旋风分离器相对炉膛的中心点R对称，可最大限度的使烟气充满炉膛的四个角、避免在角部出现烟气滞留或旋流现象、并且使旋风分离器1、3、4、6的烟气流量基本相同。

旋风分离器1的入口烟道横截面ABDC的外侧边AB与其所连接的炉膛横截面BKQN的边BK所成的角a＝90～110°；旋风分离器1的入口烟道横截面ABDC的外侧边AB与内侧边CD所成的夹角b＝0～30°；由于旋风分离器1、3、4、6是关于炉膛的中心点R对称的，因此旋风分离器3、4、6的入口烟道结构与旋风分离器1相同。通过入口烟道与炉膛之间的上述角度，和入口烟道的上述形状，使得烟气进入旋风分离器的入口烟道后，烟气所夹带的灰向入口烟道的外侧边富集，并沿着入口烟道外侧边流入旋风分离器，从而保证旋风分离器的气固分离效率达到足够高的水平。

旋风分离器2和5与炉膛侧墙相连接的入口烟道的开口，并不位于炉膛侧墙的中间位置，且入口烟道的形状与其余4个分离器也未必相同。实践已经证明，如若简单的按照旋风分离器1的结构尺寸，在炉膛侧墙中间位置设置分离器2和5，则这两个旋风分离器的烟气量会显著少于其它4个，且分离效率也显著偏低。本发明的旋风分离器2和5与炉膛侧墙相连接的入口烟道的开口位置向其入口烟道外侧边方向偏移至BE＝BK/3±10％，可使炉膛烟气进入入口烟道后，烟气所夹带的灰向外侧边富集，从而保证了这两个分离器的分离效率；同时，减小入口烟道横截面的外侧边FE与炉膛横截面BK边的内角c，使a-c＝0～10°，可以避免炉膛烟气直接冲刷中心筒、造成烟气夹带着固体颗粒直接从中心筒短路逸出，从而进一步保证旋风分离器2和5分离效率不会降低；此外，通过改变旋风分离器2和5的入口烟道外侧边与内侧边的夹角d，使d≥b，以及使EH＝BD±2％，进一步保证进入旋风分离器2和5的烟气量与其余4个分离器相当，从而保证六个分离器的烟气流量均匀，并保证了炉膛横截面上烟气流动的均匀性。

因为在炉膛BKQN的BK侧，中间旋风分离器2的入口烟道在炉膛上的开口EH偏向BN侧，这使得炉膛靠近BK侧墙处烟气产生偏向BN侧的倾向。为了纠正这种倾向，在炉膛BKQN的NQ侧，使中间旋风分离器5对应的入口烟道在炉膛上的开口偏向炉膛的KQ侧，因此使旋风分离器5与旋风分离器2相对于炉膛BKQN的中心点R对称，这样在炉膛的整个横截面BKQN上实现了对称均匀的烟气流动分布。

在实际应用中，旋风分离器1～6的入口烟道在炉膛上的开口可能为扩口形式，即横截面的内侧边和/或外侧边为两条直线段构成的折线段，此时外侧边和内侧边的靠近分离器筒体的直线段向炉膛方向的延长线，与炉膛侧墙围合而成的四边形，仍满足本发明的上述特征；上述分离器入口烟道开口宽度，此时为入口烟道横截面侧边靠近分离器筒体的直线段向炉膛方向的延长线与炉膛侧墙的两个交点之间的距离。

以下结合实施例具体说明。

实施例1

图1是本发明实施例1的大型循环流化床锅炉炉膛和六个旋风分离器的顶部俯视图，图中用单线条表示炉膛和旋风分离器在俯视图上的基本轮廓，是烟气流通的内壁面。这些壁面的具体结构和厚度等参数与本发明的任务无关，图中没有表示。矩形BKQN表示由四个侧墙围成的炉膛的横截面，有时炉膛四角可能带有切角，仍可近似认为横截面为矩形。

六个旋风分离器都由筒体和入口烟道构成，六个旋风分离器分别通过各自的入口烟道与炉膛烟气出口连接。六个分离器的筒体结构和尺寸均相同。

旋风分离器1、2、3依次并排布置在炉膛的BK侧，旋风分离器4、5、6依次并排布置在炉膛的NQ侧，BK边和NG边为炉膛横截面的长边；旋风分离器1的入口烟道横截面上，有入口烟道的外侧边AB和内侧边CD，BD为入口烟道的开口，同时也是炉膛的六个烟气出口之一。

旋风分离器1、旋风分离器2、旋风分离器3的入口烟道的横截面，与旋风分离器4、旋风分离器5、旋风分离器6的入口烟道的横截面，关于炉膛中心点R中心对称；旋风分离器1和旋风分离器4的入口烟道的横截面，与旋风分离器3和旋风分离器6的入口烟道的横截面，关于炉膛中心线JP轴对称。

以旋风分离器1和2为例，说明对炉膛每侧位于中间位置的旋风分离器的限定。

旋风分离器2的结构和尺寸与1基本相同，差别仅在入口烟道上。旋风分离器2的入口烟道FEHG的外侧边FE位于内侧边GH的左侧，与旋风分离器1的入口烟道的内外侧关系相同。

旋风分离器1的入口烟道横截面ABDC的外侧边AB与其所连接的炉膛横截面BKQN的边BK所成的角a为100°；旋风分离器1的入口烟道横截面ABDC的外侧边AB与内侧边CD所成的夹角b为10°。

旋风分离器2的入口烟道的横截面FEHG的外侧边FE与其所连接的炉膛横截面BKQN的边BK所成的角c比角a小5°；旋风分离器2的入口烟道横截面FEHG的外侧边FE与炉膛10边BK的连接点E位置为BE＝BK/3；旋风分离器2的入口烟道的横截面FEHG的外侧边FE与内侧边GH所成的角d＞角b，炉膛10与旋风分离器2相连的入口烟道开口宽度EH与炉膛10与旋风分离器1相连的入口烟道开口宽度BD的关系为EH＝BD。

上述角度和长度关系可在一定范围内适当调整，具体的：

旋风分离器1的入口烟道横截面ABDC的外侧边AB与其所连接的炉膛横截面BKQN的边BK所成的角a可为90～110°；旋风分离器1的入口烟道横截面ABDC的外侧边AB与内侧边CD所成的夹角b可为0～30°，其中角b为0°是指外侧边AB与内侧边CD相互平行；

旋风分离器2的入口烟道的横截面FEHG的外侧边FE与其所连接的炉膛横截面BKQN的边BK所成的角c比角a小0～10°；旋风分离器2的入口烟道横截面FEHG的外侧边FE与炉膛10在炉膛横截面FEHG的连接位置E点为BE＝BK/3±10％；炉膛10与旋风分离器2相连的入口烟道开口宽度EH与炉膛10与旋风分离器1相连的入口烟道开口宽度BD的关系为EH＝BD±2％.

需要附加说明的是，图中位于炉膛四角的4个分离器1、3、4、6，以旋风分离器1为例，入口烟道的外侧AB与炉膛BKQN的顶点B为同一点，只是简化的表示，在实际设计中，处于结构处理的考虑，这两点往往是不重合的。

实施例2

图2是本发明实施例2的大型循环流化床锅炉炉膛和六个旋风分离器的顶部俯视图。矩形BKQN表示由四个侧墙围成的炉膛的横截面。

六个旋风分离器都由筒体和入口烟道构成，六个旋风分离器分别通过各自的入口烟道与炉膛烟气出口连接。六个分离器的筒体结构和尺寸均相同。

旋风分离器1、2、3依次并排布置在炉膛的BK侧，旋风分离器4、5、6依次并排布置在炉膛的NQ侧，BK边和NG边为炉膛横截面的长边；旋风分离器1的入口烟道横截面上，有入口烟道的外侧边AB和内侧边CD，BD为入口烟道的开口，同时也是炉膛的六个烟气出口之一。

旋风分离器1、旋风分离器2、旋风分离器3的入口烟道的横截面，与旋风分离器4、旋风分离器5、旋风分离器6的入口烟道的横截面，关于炉膛中心点R中心对称；旋风分离器1和旋风分离器4的入口烟道的横截面，与旋风分离器3和旋风分离器6的入口烟道的横截面，关于炉膛中心线JP轴对称。

以旋风分离器1和2为例，说明对炉膛每侧中间的旋风分离器的限定。

旋风分离器2的结构和尺寸与1基本相同，差别仅在入口烟道上。旋风分离器2的入口烟道FEHG的外侧FE位于内侧GH的左侧，与旋风分离器1的入口烟道的内外侧关系相同。

旋风分离器1的入口烟道横截面ABDC的外侧边AB与其所连接的炉膛横截面BKQN的边BK所成的角a为90°；旋风分离器1的入口烟道横截面ABDC的外侧边AB与内侧边CD所成的夹角b为15°。

旋风分离器2的入口烟道的横截面FEHG的外侧边FE与其所连接的炉膛横截面BKQN的边BK所成的角c比角a小0°，即角c也为90°；旋风分离器2的入口烟道与炉膛10在炉膛横截面FEHG的连接位置为BE＝BK/3+10％；旋风分离器2的入口烟道的横截面FEHG的外侧边FE与内侧边GH所成的角d＝角b，炉膛10与旋风分离器2相连的入口烟道开口宽度EH与炉膛10与旋风分离器1相连的入口烟道开口宽度BD的关系为EH＝BD。

实施例3

如图3所示，炉膛与旋风分离器的连接方法与实施例2完全一致，唯一的区别在于，旋风分离器1～6的入口烟道在炉膛上的开口为扩口形式，其横截面的内侧边为两条直线段构成的折线段。

旋风分离器1的入口烟道横截面为ABD”D’C，外侧边为AB，内侧边为折线段CD’D”，靠近分离器筒体的直线段CD’向炉膛方向的延长线与炉膛侧墙BK相交于点D，BD为炉膛10与旋风分离器1相连的入口烟道开口宽度。

旋风分离器2的入口烟道横截面为FEH”H’G，外侧边为FE，内侧边为折线段GH’H”，靠近分离器筒体的直线段GH’向炉膛方向的延长线与炉膛侧墙BK相交于点H，EH为炉膛10与旋风分离器2相连的入口烟道开口宽度；

旋风分离器1的入口烟道横截面上，边AB与边CD’所成的夹角b为15°；旋风分离器2的入口烟道横截面上，边FE与边GH’所成的角d＝角b；

炉膛10与旋风分离器2相连的入口烟道开口宽度EH与炉膛10与旋风分离器1相连的入口烟道开口宽度BD的关系为EH＝BD。

Claims (7)

1.一种具有旋风分离器与之连接的大型循环流化床锅炉的炉膛，该炉膛与六个旋风分离器相连接；其特征在于，每个旋风分离器均由入口烟道和筒体构成；炉膛(10)横截面(BKQN)为矩形，其中较宽的两侧墙的上部分别设有三个烟气出口，六个旋风分离器均分为两组，分别固接于两侧墙上，每个烟气出口均与一个旋风分离器的入口烟道相连通；其中，

a)六个旋风分离器的筒体结构和尺寸均相同；每个旋风分离器的入口烟道横截面均具有外侧边和内侧边，所述外侧边与旋风分离器筒体壁面平滑过渡；

b)位于两侧墙上的两组旋风分离器，每组旋风分离器的三个旋风分离器的入口烟道横截面，与另一组的三个旋风分离器的入口烟道横截面，关于炉膛中心点(R)中心对称；

c)位于两侧墙上的两组旋风分离器，每组旋风分离器最外侧的两个旋风分离器的入口烟道横截面，关于炉膛中心线(JP)轴对称；且其入口烟道横截面(ABDC)的外侧边(AB)与内侧边(CD)所成的夹角b为0～30°，其中角b为0°是指外侧边(AB)与内侧边(CD)相互平行。

2.按权利要求1所述的大型循环流化床锅炉的炉膛，其特征在于，所述每组旋风分离器最外侧的旋风分离器，其入口烟道横截面(ABDC)的外侧边(AB)与其所连接的炉膛两侧墙(BK、QN)所成的角a为90～110°。

3.按权利要求2所述的大型循环流化床锅炉的炉膛，其特征在于，所述每组旋风分离器中间的旋风分离器的入口烟道的横截面(FEHG)的外侧边(FE)与其所连接的炉膛两侧墙(BK、QN)所成的角c比角a小0～10°。

4.按权利要求3所述的大型循环流化床锅炉的炉膛，其特征在于，所述角c≥90°。

5.按权利要求1所述的大型循环流化床锅炉的炉膛，其特征在于，所述每组旋风分离器中间的旋风分离器的入口烟道横截面(FEHG)的外侧边(FE)与其所连接的炉膛两侧墙(BK、QN)的交点(E)的位置满足BE=BK/3±10％，其中，BE为每组旋风分离器中间的旋风分离器的入口烟道横截面的外侧边与其所连接的炉膛侧墙的交点，到与所述交点距离较近的、所述炉膛侧墙在所述入口烟道横截面上的投影线段的端点之间的距离，BK为所述炉膛侧墙在所述入口烟道横截面上的投运线段的两端点间的距离。

6.按权利要求1所述的大型循环流化床锅炉的炉膛，其特征在于，所述每组旋风分离器中间的旋风分离器的入口烟道的横截面(FEHG)的外侧边(FE)与内侧边(GH)所成的角d≥角b。

7.按权利要求1所述的大型循环流化床锅炉的炉膛，其特征在于，所述每组旋风分离器中间的旋风分离器的入口烟道开口宽度(EH)，与每组旋风分离器最外侧的旋风分离器的入口烟道开口宽度(BD)的关系为：EH=BD±2％，其中，EH为每组旋风分离器中间的旋风分离器的入口烟道横截面的外侧边和内侧边与其所连接的炉膛侧墙的两交点之间的距离，BD为每组旋风分离器最外侧的旋风分离器的入口烟道横截面的外侧边和内侧边与其所连接的炉膛侧墙的两交点之间的距离。

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