專利名稱：控制循環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)的灰濃度的排灰器和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制鍋爐爐膛內(nèi)的灰濃度的排灰器和方法，特別是指一種控制循環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)的灰濃度的排灰器和方法，其是用于循環(huán)流化床鍋爐，可調(diào)節(jié)爐膛內(nèi)的灰濃度。
背景技術(shù)：
循環(huán)流化床鍋爐是20世紀(jì)70年代末發(fā)展起來的一種高效率低污染鍋爐，特別地，由于循環(huán)流化床鍋爐可以高效率低污染地燃用高灰分低熱值的劣質(zhì)煤，使循環(huán)流化床鍋爐在我國被越來越多的用戶采用。循環(huán)流化床鍋爐主要由循環(huán)流化床和尾部煙道等組成，循環(huán)流化床包括爐膛、氣固分離器、返料下降管和返料器，循環(huán)流化床鍋爐的主要輔助系統(tǒng)包括加煤、加風(fēng)、排渣和控制等。循環(huán)流化床鍋爐所用的燃料是顆粒狀的煤，一般從爐膛下部的側(cè)壁加入爐膛，燃燒所用的空氣從爐膛的底部和下部的側(cè)壁加入爐膛。在爐膛內(nèi)，粒徑比較小的煤以及煤燃燒后形成的灰等固體顆粒被煙氣夾帶著由底部上升，從上部的出口排出爐膛進入氣固分離器，絕大部分的固體顆粒在氣固分離器內(nèi)與煙氣分離，被分離的固體顆粒通過返料下降管及返料器等部件返回爐膛，由此構(gòu)成固體顆粒的循環(huán)流動。粒徑比較大的固體顆粒則在爐膛內(nèi)上下翻騰，不參與上述的循環(huán)流動。一般地，在爐膛的下部，固體顆粒的濃度很高、粒徑也比較大，而在爐膛的中部和上部，固體顆粒的濃度和粒徑都會迅速減小。達到并維持爐膛上下的灰濃度和粒徑的合適的分布是循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計和運行的關(guān)鍵之一，因為它決定了鍋爐的負(fù)荷、燃燒效率和污染物的生成等一系列指標(biāo)。爐膛上下的灰濃度和粒徑分布的主要影響因素之一是煤的特性，包括煤的灰含量和成灰特性等。對大多數(shù)煤種而言，在設(shè)計循環(huán)流化床鍋爐時要盡可能提高氣固分離器的分離效率，以保證在爐膛的中部和上部的灰濃度足夠高。但是，一般的循環(huán)流化床鍋爐并不適用于燃燒灰含量特別大的劣質(zhì)煤(如煤矸石)，因為爐膛中部和上部的灰濃度非常高，不僅對爐膛壁面的防磨造成很大的困難，而且過于大量的灰參與循環(huán)浪費了風(fēng)機的動力。相對于通過提高氣固分離效率以維持爐膛內(nèi)足夠高的灰濃度而言，減少爐膛內(nèi)的灰濃度似乎很容易，但是從以下的分析可以看出，這個問題實際上并不容易解決。可以加大爐膛底部的排渣量，但是這樣做往往并不能減少爐膛中部和上部的灰濃度，而且為了維持灰含量特別大的劣質(zhì)煤(如煤矸石等)的燃燒穩(wěn)定性，往往要求爐膛下部的灰濃度要高一些；可以降低爐膛的煙氣表觀速度，以減少向爐膛中部和上部夾帶的灰量，但是煙氣表觀速度同時還影響爐膛上下的燃燒份額，而且灰的夾帶量與煙氣表觀速度的3-4次方成正比，實際設(shè)計中并不容易精確確定；可以適當(dāng)減小氣固分離器的分離效率以減少參與循環(huán)流動的灰(即循環(huán)灰)的量，但是這樣只能減少循環(huán)灰中非常細(xì)的灰的量，而這部分非常細(xì)的灰中的碳含量往往比較高，如果直接逃逸到鍋爐尾部的飛灰中，將降低鍋爐的燃燒效率；可以直接從爐膛的中部排放部分灰，這有可能成為好的方法，但這不是本發(fā)明的任務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提出一種控制循環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)的灰濃度的方法，根據(jù)鍋爐燃用的煤種以及爐膛中部和上部的灰濃度，適當(dāng)排放一部分循環(huán)灰，以控制爐膛中部和上部的灰濃度，因為循環(huán)灰的量直接決定了爐膛中部和上部的灰濃度，采用這個方法不需要增加爐膛底部的排渣量和改變爐膛內(nèi)煙氣的表觀速度。
本發(fā)明的第二目的是，提出一種控制循環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)的灰濃度的排灰器，其是將排灰器與返料器連接，其內(nèi)部是鼓泡床式熱交換器，冷卻后的排灰從其底部通過移動床式排灰管排出，便于控制爐膛內(nèi)灰的濃度。
本發(fā)明一種循環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)的排灰器，主要用于燃用高灰分劣質(zhì)煤的循環(huán)流化床鍋爐，其可控制爐膛中部和上部的灰濃度，其特征在于，其中包括有一容器，該容器為立方體或圓形筒體，該容器的頂部與反料器的下部連通；在該容器的中間安裝有一冷卻管，用于排灰的冷卻；在該容器的下部，連接有一移動床式排灰管和機械閥，用于排灰的排放。
其中在該容器的中間的下部有一隔墻，該隔墻將容器分為上升區(qū)和下降區(qū)，該上升區(qū)和下降區(qū)的上部連通。
其中該容器的上升區(qū)與鍋爐爐膛的下部和氣固分離器的下部連通。
其中移動床式排灰管和機械閥安裝在該容器的下降區(qū)的下部。
其中該冷卻管安裝在該容器的下降區(qū)。
其中該冷卻管安裝在該容器的上升區(qū)。
其中該機械閥可以是閘閥、蝶閥、回轉(zhuǎn)閥或螺旋輸送機。
本發(fā)明一種控制循環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)的灰濃度的方法，主要用于燃用高灰分劣質(zhì)煤的循環(huán)流化床鍋爐，其可控制爐膛中部和上部的灰濃度，其特征在于，其中包括如下步驟(1)在循環(huán)流化床鍋爐反料器的下部，安裝一排灰器，該排灰器與反料器的下部連通；(2)在排灰器的上升區(qū)下部通入流化風(fēng)，使上升區(qū)中的排灰充分流化、上升、越過排灰器中的隔墻的頂端進入下降區(qū)；(3)在排灰器的下降區(qū)的底部通入流化風(fēng)，使上升區(qū)中的排灰處于鼓泡床狀態(tài)；(4)在排灰器的下降區(qū)中的冷卻管中，送入冷卻介質(zhì)，通過熱交換將排灰的溫度降低到可以安全排放的水平；(5)開啟排灰器下方的機械閥，將排灰器內(nèi)的排灰排除，控制開啟該機械閥，可以控制排灰排除的流量。
其中冷卻管中送入的冷卻介質(zhì)可以是水也可以是蒸汽。


為進一步說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合附圖及實施例詳細(xì)地說明于后，其中圖1是本發(fā)明的第一實施例排灰器與循環(huán)流化床鍋爐的位置示意圖；圖2是圖1所示的第一實施例排灰器的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；圖3是本發(fā)明的第二實施例排灰器與循環(huán)流化床鍋爐的位置示意圖；圖4是圖2所示的第二實施例排灰器的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；圖5是本發(fā)明第三實施例排灰器的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。
具體實施例方式
第一實施例首先請參閱圖1及圖2所示，一種循環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)的排灰器15，主要用于燃用高灰分劣質(zhì)煤的循環(huán)流化床鍋爐，其可控制爐膛中部和上部的灰濃度，其中排灰器15包括有一容器151，該容器151為立方體或圓形筒體，該容器151的頂部與反料器12的下部連通；在該容器151的中間安裝有一冷卻管15b，用于排灰9c的冷卻；在該容器151的下部，連接有一移動床式排灰管13g和機械閥13h，用于排灰9c的排放。
第二實施例請參閱圖3及圖4，本發(fā)明第二實施例與第一實施例不同之處在于，其中在該容器151的中間的下部有一隔墻13b，該隔墻13b將容器151分為上升區(qū)13a和下降區(qū)13a，該上升區(qū)13a和下降區(qū)13a的上部連通；該容器151的上升區(qū)13a與反料器12的下部連通；該移動床式排灰管13g和機械閥13h安裝在該容器151的下降區(qū)13c的下部；其中該冷卻管安裝在該容器151的下降區(qū)13c。
第三實施例請參閱圖5，本發(fā)明的第三實施例與第一、第二實施例的不同之處在于，該冷卻管14d安裝在該容器151的上升區(qū)14a。
其中第一、二、三實施例中的機械閥13h、14f可以是閘閥、蝶閥、回轉(zhuǎn)閥或螺旋輸送機。
本發(fā)明一種控制循環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)的灰濃度的方法，主要用于燃用高灰分劣質(zhì)煤的循環(huán)流化床鍋爐，其可控制爐膛中部和上部的灰濃度，其中包括如下步驟(1)在循環(huán)流化床鍋爐反料器12的下部，安裝一排灰器，該排灰器與反料器12的下部連通；(2)在排灰器的上升區(qū)下部通入流化風(fēng)，使上升區(qū)中的排灰充分流化、上升、越過排灰器中的隔墻的頂端進入下降區(qū)；(3)在排灰器的下降區(qū)的底部通入流化風(fēng)，使上升區(qū)中的排灰處于鼓泡床狀態(tài)；(4)在排灰器的下降區(qū)中的冷卻管中，送入冷卻介質(zhì)，通過熱交換將排灰的溫度降低到可以安全排放的水平；(5)開啟排灰器下方的機械閥，將排灰器內(nèi)的排灰排除，控制開啟該機械閥，可以控制排灰排除的流量。
其中冷卻管中送入的冷卻介質(zhì)可以是水也可以是蒸汽。
本發(fā)明的工作過程為請再參閱圖1及圖2，排灰器15位于返料器12的下面，排灰9c從返料器12的底部通過連接管15a進入排灰器15，以移動床的狀態(tài)從上向下移動，從底部進入移動床式排灰管13g，最后通過位于移動床式排灰管13g底部的機械閥13h排出鍋爐。在排灰器15中設(shè)置冷卻管15b，通過熱交換將排灰9c的溫度降低到可以安全排放的水平，冷卻管15b內(nèi)的冷卻介質(zhì)可以是水也可以是蒸汽。由于排灰9c在排灰器15中以移動床的狀態(tài)通過冷卻管15b，換熱系數(shù)比較小。為了彌補這個缺陷，可以將排灰器15的橫截面尺寸設(shè)計得小一些，而將其高度設(shè)計得大一些。排灰9c的流量是由位于移動床式排灰管13g底部的機械閥13h控制的。
結(jié)合參閱圖3和圖4，一次風(fēng)1從風(fēng)室2穿過布風(fēng)板3進入爐膛的下部7，煤5和二次風(fēng)6從側(cè)壁加入爐膛的下部7，固體顆粒9被煙氣夾帶進入爐膛的中部和上部8。一般地，將爐膛中從布風(fēng)板至二次風(fēng)6加入點之間的部分稱為爐膛的下部7，以上部分稱為爐膛的中部和上部8。固體顆粒9的絕大部分在氣固分離器10中與煙氣分離，被分離的固體顆粒9a稱為循環(huán)灰，通過返料下降管11和返料器12返回爐膛的下部7。本發(fā)明提出的一種排灰器13與返料器12連接，將進入返料器12的循環(huán)灰9a的一部分9c排出鍋爐，使通過返料器12返回爐膛的下部7的循環(huán)灰9b的量減少。這樣可以控制爐膛的中部和上部8的灰濃度。
圖4和圖5出示了另外兩種排灰器13和14，其控制爐膛中部和上部8的灰濃度的方法與圖3所示的排灰器13的相同，排出進入返料器12的循環(huán)灰9a的一部分9c。但是這三種排灰器13、14和15的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和原理不同，以下結(jié)合圖2、圖3、圖4和圖5進一步詳細(xì)說明。
見圖4，第一種排灰器13內(nèi)部的底部和下部被隔墻13b分隔為上升區(qū)13a和下降區(qū)13c，上升區(qū)13a的底部與返料器12的底部連接，由排灰器13排出的循環(huán)灰9c從返料器12的底部進入排灰器13的上升區(qū)13a的底部，而后上升，越過隔墻13b的頂端進入下降區(qū)13c，從下降區(qū)13c的底部進入移動床式排灰管13g，最后通過位于移動床式排灰管13g底部的機械閥13h排出鍋爐。在上升區(qū)13a的底部送入流化風(fēng)13e，使上升區(qū)13a中的排灰9c充分流化、上升、越過隔墻13b的頂端進入下降區(qū)13c。循環(huán)灰9a的溫度是非常高的，不能直接排放，因此在排灰器13的下降區(qū)13c中設(shè)置冷卻管13d，通過熱交換將排灰9c的溫度降低到可以安全排放的水平。冷卻管13d的冷卻介質(zhì)可以是水也可以是蒸汽。為了強化排灰9c與冷卻管13d之間的換熱系數(shù)，在下降區(qū)13c的底部送入流化風(fēng)13f，使下降區(qū)13c中的排灰9c處于鼓泡床狀態(tài)。流化風(fēng)13e與13f由下降區(qū)13c的頂部通過導(dǎo)管13i引入爐膛的下部7。排灰9c的流量是由位于移動床式排灰管13g底部的機械閥13h控制的。設(shè)置移動床式排灰管13g的目的是起密封作用，阻止排灰器13中的流化風(fēng)13e和13f甚至爐膛的下部7中的煙氣從機械閥13h泄漏。因此移動床式排灰管13g的直徑比較大，使得排灰9c在排灰過程中在移動床式排灰管13g中的移動速度小于排灰9c的最小流化速度，始終處于移動床狀態(tài)。同時，移動床式排灰管13g的高度要足夠。機械閥13h可以是閘閥、蝶閥、回轉(zhuǎn)閥和螺旋輸送機等，從便于操作和運行穩(wěn)定的角度看，最好使用螺旋輸送機。
可以將上述第一種排灰器13中冷卻管13d的位置移到上升區(qū)中，從而構(gòu)成本發(fā)明的第二種排灰器，見圖5。排灰器14的底部和下部由隔墻14b分為上升區(qū)14a和下降區(qū)14c，冷卻管14d位于上升區(qū)14a中，冷卻管14d的冷卻介質(zhì)可以是水也可以是蒸汽。為了強化排灰9c與冷卻管14d之間的換熱系數(shù)，從上升區(qū)14a的底部送入流化風(fēng)14e，使上升區(qū)中的灰處于鼓泡床狀態(tài)。排灰9c從返料器12的底部進入排灰器14，在上升區(qū)中上升并越過隔墻14b，進入下降區(qū)14c，靠重力直接下落，通過機械閥14f落入密閉灰罐14g。排灰9c的流量由流化風(fēng)14e的流量控制，機械閥14f在更換密閉灰罐14g時起開關(guān)的作用。流化風(fēng)14e從排灰器14的頂部由導(dǎo)管14h引入爐膛的下部7。
以上由圖3、圖4和圖5所描述的排灰器13和排灰器14更適合于排灰量比較大的循環(huán)流化床鍋爐，因為排灰9c的冷卻效果比較好，但是由于使用了流化風(fēng)13e、13f、14e及導(dǎo)管13i、14h，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜一些。如果排灰量比較小，可以采用本發(fā)明提出的第一種排灰器15。
需要指出的是，本發(fā)明所提出的循環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)的灰濃度的控制方法可以采用本發(fā)明所提出的三種排灰器實現(xiàn)，但是排灰器的具體結(jié)構(gòu)可以不限于這三種。根據(jù)本發(fā)明的目的，排灰器的原理要滿足以下三個基本條件可以控制排灰的流量，必須將排灰的溫度降低到可以安全排放的水平，必須阻止氣體的泄漏。
權(quán)利要求
1.一種控制循環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)的灰濃度的排灰器，主要用于燃用高灰分劣質(zhì)煤的循環(huán)流化床鍋爐，其可控制爐膛中部和上部的灰濃度，其特征在于，其中包括有一容器，該容器為立方體或圓形筒體，該容器的頂部與反料器的下部連通；在該容器的中間安裝有一冷卻管，用于排灰的冷卻；在該容器的下部，連接有一移動床式排灰管和機械閥，用于排灰的排放。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制循環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)的灰濃度的排灰器，其特征在于，其中在該容器的中間的下部有一隔墻，該隔墻將容器分為上升區(qū)和下降區(qū)，該上升區(qū)和下降區(qū)的上部連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制循環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)的灰濃度的排灰器，其特征在于，其中該容器的上升區(qū)與反料器的下部連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制循環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)的灰濃度的排灰器，其特征在于，其中移動床式排灰管和機械閥安裝在該容器的下降區(qū)的下部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制循環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)的灰濃度的排灰器，其特征在于，其中該冷卻管安裝在該容器的下降區(qū)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制循環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)的灰濃度的排灰器，其特征在于，其中該冷卻管安裝在該容器的上升區(qū)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制循環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)的灰濃度的排灰器，其特征在于，其中該機械閥可以是閘閥、蝶閥、回轉(zhuǎn)閥或螺旋輸送機。
8.一種控制循環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)的灰濃度的方法，主要用于燃用高灰分劣質(zhì)煤的循環(huán)流化床鍋爐，其可控制爐膛中部和上部的灰濃度，其特征在于，其中包括如下步驟(1)在循環(huán)流化床鍋爐反料器的下部，安裝一排灰器，該排灰器與反料器的下部連通；(2)在排灰器的上升區(qū)下部通入流化風(fēng)，使上升區(qū)中的排灰充分流化、上升、越過排灰器中的隔墻的頂端進入下降區(qū)；(3)在排灰器的下降區(qū)的底部通入流化風(fēng)，使上升區(qū)中的排灰處于鼓泡床狀態(tài)；(4)在排灰器的下降區(qū)中的冷卻管中，送入冷卻介質(zhì)，通過熱交換將排灰的溫度降低到可以安全排放的水平；(5)開啟排灰器下方的機械閥，將排灰器內(nèi)的排灰排除，控制開啟該機械閥，可以控制排灰排除的流量。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制循環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)的灰濃度的方法，其特征在于，其中冷卻管中送入的冷卻介質(zhì)可以是水也可以是蒸汽。
全文摘要
本發(fā)明一種循環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)的排灰器，主要用于燃用高灰分劣質(zhì)煤的循環(huán)流化床鍋爐，其可控制爐膛中部和上部的灰濃度，其中包括有一容器，該容器為立方體或圓形筒體，該容器的頂部與反料器的下部連通；在該容器的中間安裝有一冷卻管，用于排灰的冷卻；在該容器的下部，連接有一移動床式排灰管和機械閥，用于排灰的排放。
文檔編號F23C10/28GK1499130SQ0214981
公開日2004年5月26日 申請日期2002年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月4日
發(fā)明者呂清剛, 那永潔, 包紹麟, 孫運凱, 賀軍 申請人:中國科學(xué)院工程熱物理研究所