提高大型循环流化床锅炉炉内物料分布均匀性的回料系统

摘要

一种提高大型循环流化床锅炉炉内物料分布均匀性的回料系统，包括和旋风分离器下端相连接的立管、和立管下端连接的松动床以及和松动床底部相连通的松动床风室，所述回料系统还包括设置在松动床周围和其连通的至少两组回料床，和至少两组回料床底部分别相连通的至少两组回料床风室，和至少两组回料床顶部分别相连通的至少两组返料斜腿，和至少两组返料斜腿分别相连接的炉膛接口；所述回料系统为不对称结构；通过在M型布置形式等大型循环流化床锅炉上采用这种回料系统，以改变和调节各个返料斜腿的返料量，解决了大型循环流化床锅炉炉内固体颗粒不均，导致温度不均匀，影响锅炉安全稳定高效运行的问题。

说明书

技术领域

本发明大型循环流化床锅炉技术领域，具体涉及一种提高大型循环流化床 锅炉炉内物料分布均匀性的回料系统。

背景技术

循环流化床（CFB）锅炉技术，是近十几年来迅速发展的一项高效低污染清 洁燃烧枝术，具有低污染燃烧、燃料适应性广、负荷调节性好、燃烧效率高、 投资和运行成本相对较低等优点。目前，该技术在电站锅炉、工业锅炉和废弃 物处理利用等领域已得到广泛的商业应用，并向几十万千瓦级规模的大型循环 流化床锅炉发展。目前，30万千瓦循环流化床已经成为在建CFB锅炉的主流， 60万千瓦CFB锅炉的投运也已进入倒计时。

循环流化床锅炉的特点是：各种固体颗粒在向上气流的作用下，表现出类 似流体状态的现象。这些固体颗粒一方面在炉膛内部不断循环；另一方面从炉 膛顶部离开的固体颗粒进入旋风分离器，从气-固两相流中分离出来的固体颗粒 通过回料阀被重新送回炉膛参与燃烧。通过上述循环，保证了气固之间的强烈 扰动和混合，并保证了固体颗粒较长的停留时间，使得锅炉内温度分布均匀， 从而为燃烧和传热提供了良好的外部条件，并为炉内高效脱硫、低NOx燃烧、 预防锅炉结焦提供了保障。

然而，在循环流化床锅炉大型化的过程中，为了保证分离器较高的分离效 率和简化整体锅炉结构布置，锅炉采用了3个分离器布置在锅炉炉膛和尾部烟 道之间的方式，即M型锅炉布置方式（如图1所示）。大量现场运行数据表明， 这种布置方式存在两侧循环回路回料量大，而中间循环回路回料量小的问题， 导致锅炉床温分布不均匀，炉内侧磨，炉内脱硫效率下降，NOx排放浓度增加， 严重时还会影响入炉煤的燃烬程度、甚至引起锅炉结焦，从而危害锅炉机组的 安全稳定高效运行。

本发明人研究后发现，大型CFB锅炉内沿水平方向固体颗粒不均匀，可能 是导致该问题的主要原因。在CFB锅炉的内循环过程中，会形成边壁流，及固 体颗粒碰撞到炉膛内壁时，会形成团聚并向下流动，因此，CFB锅炉两侧的循 环物料量，往往高于中部的循环物料量。而当采用具有三个分离器的M型锅炉 布置方式时，由于中部的循环物料量少，因此进入中部分离器的物料量少，通 过中部分离器下的回料阀回到炉膛的物料量少，从而使循环物料分布不均的现 象更为明显。

此外，由于大型CFB锅炉多采用冷却式旋风分离器，以增加换热面，并且 由于高压流化风的加入，从而使得回料阀出口的循环灰的温度低于炉膛温度， 因此当中部的循环灰量较少时，炉膛中部的床温也就显著偏高，导致炉膛内密 相区温度偏差较大。而当炉膛中部温度严重偏高时，为了保证机组安全稳定高 效运行，将必须减少炉膛中部的给煤量，增加炉膛两侧的给煤量，从而进一步 降低了炉膛中部的循环物料量，使该问题更加严重。

因此，如何提高大型CFB锅炉内沿水平方向固体颗粒的均匀性，是CFB锅 炉在大型化过程中必须解决的问题。这就需要对现有的回料阀重新优化设计。

目前常规的回料阀包括L型回料阀、U型回料阀、V型回料阀等，其中又 以U型回料阀为主，得到了广泛的应用，但无法解决循环物料不均的问题。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种提高大型 循环流化床锅炉炉内物料分布均匀性的回料系统，解决了大型循环流化床锅炉 炉内固体颗粒不均，导致温度不均匀，影响锅炉安全稳定高效运行的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种提高大型循环流化床锅炉炉内物料分布均匀性的回料系统，包括和旋 风分离器7下端相连接的立管1、和立管1下端连接的松动床10以及和松动床 10底部相连通的松动床风室6，所述回料系统还包括设置在松动床10周围和其 连通的至少两组回料床，和至少两组回料床底部分别相连通的至少两组回料床 风室，和至少两组回料床顶部分别相连通的至少两组返料斜腿，和至少两组返 料斜腿分别相连接的炉膛接口。

所述回料系统为不对称结构。

所述回料床、回料床风室、返料斜腿和炉膛接口为两组。

所述松动床10的两侧与#1回料床3和#2回料床11相连通，#1回料床3和 #2回料床11的底部分别与#1回料床风室4和#2回料床风室12相连通，其顶部 分别与#1返料斜腿2和#2返料斜腿9相连通，松动床风室6与#1回料床风室4 和#2回料床风室12之间为风室隔板14，#1返料斜腿2的末端与#1炉膛接口5 相连接，#2返料斜腿9的末端与#2炉膛接口13相连接；在立管1和旋风分离 器7连接处、#1返料斜腿2的末端与#1炉膛接口5连接处以及#2返料斜腿9的 末端与#2炉膛接口13连接处附近安装有膨胀节8。

靠近炉膛中部的#2返料斜腿9的长度大于靠近炉膛两侧的#1返料斜腿2的 长度。

靠近炉膛中部的#2返料斜腿9的直径大于靠近炉膛两侧的#1返料斜腿2的 直径。

靠近炉膛中部的#2回料床11与松动床10之间的通道高度大于靠近炉膛两 侧的#1回料床3与松动床10之间的通道高度。

靠近炉膛中部的#2回料床11溢流堰高度H2小于靠近炉膛两侧的#1回料床 3溢流堰高度H1。

所述#1返料斜腿2和#2返料斜腿9上设有返料斜腿调节阀15。

所述#1回料床3和#2回料床11与松动床10之间的通道上设有通道调节阀 16。

所述#1回料床风室4和#2回料床风室12与松动床风室6入口处设有风室 调节阀17。

对于具有三个旋风分离器的M型大型循环流化床锅炉，当在两侧的旋风分 离器下方采用该不对称回料系统，使靠近炉膛中部的返料斜腿的返料量，适当 超过靠近炉膛两侧的返料斜腿的返料量时，可以使循环流化床内部固体颗粒更 加均匀。

本发明所述回料系统是在常规U型回料阀的基础上，针对一根立管连接两 个及以上返料斜腿的结构，选择性的采取多种不对称设计方法，如采用不同的 返料斜腿直径、返料斜腿长度、松动床与回料床之间的通道高度、回料床溢流 堰高度等，使得某只返料斜腿靠近炉膛中部的返料量大于另一只返料斜腿靠近 炉膛两侧。此外，还通过在返料斜腿、松动床和回料床之间、回料床风室入口 等处增设调节阀，以实现返料量的可调节性。通过在M型布置形式等大型循环 流化床锅炉上采用这种回料系统，以改变和调节各个返料斜腿的返料量，从而 提高M型大型循环流化床锅炉炉内物料分布的均匀性，进而保证炉内温度分布 的均匀性，为高效燃烧、高效传热、炉内高效脱硫、低NOx燃烧、预防锅炉结 焦提供了保障。

本发明的突出优点是：

1.通过采用该回料系统，包括使得：靠近炉膛中部的#2返料斜腿的长度， 超过靠近炉膛两侧的#1返料斜腿的长度；靠近炉膛中部的#2返料斜腿的直径， 超过#1返料斜腿的直径；靠近炉膛中部的#2回料床与松动床之间的通道高度， 大于#1回料床与松动床之间的通道高度；靠近炉膛中部的#2回料床溢流堰高度 H2，小于#1回料床溢流堰高度H1，从而使更多的循环物料进入炉膛中部区域， 克服采用常规回料阀时，CFB锅炉两侧的循环物料量高于中部的循环物料量的 缺点。

2.通过在返料斜腿上设置返料斜腿调节阀，在回料床与松动床之间的通道 上设置通道调节阀，在回料风室和松动风室入口处设置风室调节阀，以便对回 料阀各个返料斜腿的返料量进行独立调节，使CFB锅炉水平方向的固体颗粒浓 度更加均匀。

3.必要时可通过设置三个或更多的返料斜腿，并设置相应的回料床及其风 室，从而使CFB锅炉水平方向的固体颗粒浓度更加均匀。

附图说明

图1为本发明的一种实施例，为典型的回料系统，无调节阀。

图2为本发明的一种实施例，为典型的回料系统，带有调节阀。

图3为本发明应用于M型循环流化床锅炉的示意图；其中图3a为俯视图， 图3b为仰视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

实施例一：

如图1所示，本实施例一种适合于大型循环流化床锅炉的回料系统，立管1 的下端为松动床10，松动床10的底部与松动床风室6相连通，松动床10的两 侧与#1回料床3和#2回料床11相连通，#1回料床3和#2回料床11的底部分 别与#1回料床风室4和#2回料床风室12相连通，其顶部分别与#1返料斜腿2 和#2返料斜腿9相连通，松动床风室6与#1回料床风室4和#2回料床风室12 之间为风室隔板14，使各个风室之间相互独立，从而可以独立调节。#1返料斜 腿2的末端与#1炉膛接口5相连接，#2返料斜腿9的末端与#2炉膛接口13相 连接；在立管1和旋风分离器7连接处、#1返料斜腿2的末端与#1炉膛接口5 连接处以及#2返料斜腿9的末端与#2炉膛接口13连接处附近安装有膨胀节8， 以保证温度变化时连接处仍然密封良好。

靠近炉膛中部的#2返料斜腿9的长度大于靠近炉膛两侧的#1返料斜腿2的 长度，使得#2返料斜腿9的末端更加靠近炉膛中部；靠近炉膛中部的#2返料斜 腿9的直径大于靠近炉膛两侧的#1返料斜腿2的直径；靠近炉膛中部的#2回料 床11与松动床10之间的通道高度大于靠近炉膛两侧的#1回料床3与松动床10 之间的通道高度；靠近炉膛中部的#2回料床11溢流堰高度H2小于靠近炉膛两 侧的#1回料床3溢流堰高度H1；从而增加靠近炉膛中部的#2返料斜腿的返料 量。

实施例二

如图2所示，本实施例一种适合于大型循环流化床锅炉的回料系统，在#1 返料斜腿2和#2返料斜腿9上设有返料斜腿调节阀15；在#1回料床3和#2回 料床11与松动床10之间的通道上设有通道调节阀16；#1回料床风室4和#2回 料床风室12与松动床风室6入口处设有风室调节阀17；以便进行风量和返料量 的调节。其他结构同实施例一。

如图3所示，在M型大型循环流化床锅炉靠近两侧的#1分离器和#3分离器 下方，采用该不对称回料系统，使得#1分离器和#3分离器的#2返料斜腿的返料 量超过#1返料斜腿的返料量，并使各个返料斜腿的返料量便于通过各个调节阀 进行调节，最终实现大型CFB锅炉内固体颗粒沿水平方向均匀分布，进而保证 炉内温度分布的均匀性，为高效燃烧、高效传热、炉内高效脱硫、低NOx燃烧、 预防锅炉结焦提供了保障。