搭载蓄热式旋转换向加热器的颗粒燃料锅炉

摘要

本发明公开了一种搭载蓄热式旋转换向加热器的颗粒燃料锅炉，包括：颗粒燃料锅炉炉膛；蓄热式旋转换向加热器；烟气通路，所述烟气通路的入口端与所述炉膛的顶部相连通，且出口端与所述蓄热式旋转换向加热器相连通；空气通路，所述空气通路用于将空气至少通入所述成对的容纳部分中的另一个内。根据本发明的搭载蓄热式旋转换向加热器的颗粒燃料锅炉，通过蓄热式旋转换向加热器可将高温烟气降低至65-75℃，从而提高了锅炉的效率，既优化了工艺、节约了成本等问题。

说明书

技术领域

本发明涉及热交换技术领域，尤其涉及一种搭载蓄热式旋转换向加热器的颗粒燃料 锅炉。

背景技术

循环流化床锅炉技术，原来出于化学工业中的一种燃烧工艺技术，1975年德国鲁奇公 司把这项技术用于锅炉燃烧。1979年芬兰生产首台20吨/时商业化的循环流化床锅炉，目前 已经用于电力行业，在我国已经有3000台以上在运行，100MW以上的循环流化床锅炉100台 以上，是目前世界上拥有循环流化床锅炉最多的国家。

循环流行化床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技术。这项 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。未来的也将是循环流化床飞速发展的一个重要时 期。

现有循环流化床锅炉为了提高效率在烟气排放口和进气口设置有空气预热器，以使通 过烟气对空气预热器进行加热，空气预热器对进气口进入的新鲜空气再进行加热。但是现 有技术中必须将对空气预热器加热后的烟气温度控制在130℃以上，如果温度低于130℃将 达到硫的露点，就会对空气预热器造成酸腐蚀，从而造成空气预热器损害，因此进气口进 入的新鲜空气不能充分回收烟气中的显热和潜热。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种搭载蓄热式旋转换向加热器的颗粒燃料锅 炉，该搭载蓄热式旋转换向加热器的颗粒燃料锅炉可最大程度回收烟气中的显热和潜 热。

根据本发明的第一方面实施例，提供了一种搭载蓄热式旋转换向加热器的颗粒燃料锅 炉，所述搭载蓄热式旋转换向加热器的颗粒燃料锅炉包括：炉膛；蓄热式旋转换向加热器， 所述蓄热式旋转换向加热器包括：换热器主体；驱动装置，所述驱动装置用于驱动所述换 热器主体绕其中心轴线旋转；分隔件，所述分隔件沿着所述中心轴线的方向设置在所述换 热器主体内，且将所述换热器主体分隔成至少一对容纳部分，所述每对容纳部分相对所述 中心轴线成径向相对设置；热载体，所述热载体分别容纳在所述容纳部分中，所述热载体 由非金属固体材料所形成；烟气通路，所述烟气通路的入口端与所述炉膛的顶部相连通， 且出口端与所述蓄热式旋转换向加热器相连通，以将炉膛内产生的烟气通入至少所述成对 的所述容纳部分中的一个内并与其中容纳的所述热载体换热；空气通路，所述空气通路用 于将空气至少通入所述成对的所述容纳部分中的另一个内，以使得其中容纳的所述热载体 与所述空气进行换热，经过换热后的空气被供给至所述炉膛的内部。

根据本发明实施例的搭载蓄热式旋转换向加热器的颗粒燃料锅炉，通过设置蓄热式 旋转换向加热器，可将搭载蓄热式旋转换向加热器的颗粒燃料锅炉所产生的高温烟气 降低至65-75℃，从而提高了锅炉的效率，由于蓄热式旋转换向加热器是通过旋转的方 式吸收和被吸收热量，因此提高了加热效率且减少了热损失，降低了成本。

另外，根据本发明的搭载蓄热式旋转换向加热器的颗粒燃料锅炉还具有如下附加技术 特征：

根据本发明的一个实施例，所述烟气通路包括与所述炉膛相连通的尾部烟道和与所 述尾部烟道相连通的热风烟道，所述热风烟道的出口端与所述蓄热式旋转换向加热器 相连通。

可选地，所述尾部烟道内设置有多个过热器。由此，通过设置过热器，可有效提高 整个蒸汽动力装置的循环热效率。

根据本发明的一个实施例，所述搭载蓄热式旋转换向加热器的颗粒燃料锅炉进一步 包括：旋风分离器，所述旋风分离器分别与所述炉膛的顶部和所述尾部烟道相连通。 由此，通过设置旋风分离器，可有效地将烟气和较大的颗粒燃料、灰粒进行分离。

进一步地，所述旋风分离器进一步包括回料管，所述回料管分别与所述旋风分离器 的主体以及所述炉膛的下部相连通。由此，通过设置回料管，较大的颗粒燃料和灰粒 可经过回料管，循环进入炉膛燃烧和换热。

根据本发明的一个实施例，从所述热风烟道进入所述蓄热式旋转换向加热器内的烟 气速度可调节。由此，有效地提高了待预热空气的温度。

可选地，所述热载体为SiC或者陶瓷。由此，蓄热式旋转换向加热器可耐高温、耐 腐蚀且耐磨损。

可选地，所述热载体具有小球状、片状或者多孔状的结构。

可选地，经过所述蓄热式旋转换向加热器换热后的烟气的温度为65-75℃。

可选地，所述炉膛内燃烧的颗粒燃料的直径为0.5-13mm。

可选地，所述热载体中添加有用于催化NOx的催化剂。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得 明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明 显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的搭载蓄热式旋转换向加热器的颗粒燃料锅炉的结构示 意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相 同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考 附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、 “下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、 “内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为 了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的 方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第 一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发 明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、 “相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接， 或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中 间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可 以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化 本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例， 并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。 这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的 关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人 员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。

另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形 成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例， 这样第一和第二特征可能不是直接接触。

下面参考图1描述根据本发明实施例的搭载蓄热式旋转换向加热器的颗粒燃料锅 炉100。

如图1所示，根据本发明实施例的搭载蓄热式旋转换向加热器的颗粒燃料锅炉包 括：炉膛11、蓄热式旋转换向加热器2、烟气通路3、空气通路4。

蓄热式旋转换向加热器2用于将高温烟气和待预热空气进行热交换，从而使待预热 空气的温度升高到某一定值。蓄热式旋转换向加热器2包括：换热器主体21、驱动装 置、分隔件22和热载体。驱动装置用于驱动换热器主体21绕其中心轴线旋转。分隔 件22沿着中心轴线的方向设置在换热器主体21内，且将换热器主体21分隔成至少一 对容纳部分，每对容纳部分相对中心轴线成径向相对设置。热载体分别容纳在容纳部 分中，热载体由非金属固体材料所形成。根据本发明的一个实施例，所述热载体中添 加有用于催化NOx的催化剂，由此使得该锅炉工艺可以降低NOx，同时由于在热载体内 设置用于催化NOx的催化剂，从而消除了现有的烟气出口处必须单独设置去除NOx的 装置，从而也提高了整个系统的效率同时降低了成本。

在本发明的其中一个示例中，换热器主体21可形成为中空的圆柱体，分隔件22 可大致呈板形，该分隔间沿着换热器主体21中心线轴线的方向延伸，从而将换热器主 体21分隔成一对容纳部分，热载体分别设在两个容纳部分中，热载体可由非金属固体 材料制成，烟气和待预热空气分别通入两个容纳部分中，然后通过驱动装置驱动换热 器主体21旋转、烟气和与其所在的容纳部分中的热载体进行热交换、待预热空气和与 其所在的容纳部分中的热载体进行热交换，从而使得待预热空气温度升高。

当然，本发明不限于此，在本发明的另一些示例中，分隔件22还可将换热器主体 21分隔成两对、三对甚至多对容纳部分。

在现有的气体换热系统中，烟气在通过该气体换热器之后的出口温度是不能降低到 130℃以下，因为这会导致硫的沉积，从而导致对该气体换热器内由金属制造的部件的 严重腐蚀。但是，在本发明的上述蓄热式旋转换向加热器2中（针对例如含硫的高温 烟气），由于热载体由例如SiC、陶瓷等的非金属固体材料所形成，从而不用顾虑硫在 130℃存在露点所导致的腐蚀性问题，而可以把高温烟气的出口温度降低到硫的露点之 下的温度，从而最大程度地进行换热，根据本发明的一个实施例，所述高温烟气离开 所述气体换热器的出口温度小于130℃，进一步地，所述高温烟气离开所述气体换热器 的出口温度小于70℃。该温度在传统的气体换热系统中是几乎不可能实现的。此外， 在将出口温度降低到露点的温度之下，硫从气体变成固体，释放了大量的潜热（相当 于从0℃升高至100℃时所吸收热量的3倍）。由于热载体由非金属固体材料所形成， 所以在硫沉积一定程度之后，对该容纳部分中所容纳的热载体清洗即可以继续使用， 从而降低了传统的气体换热系统中所存在的零部件替换所导致的成本增加的问题。此 外，根据发明人的计算，通过搭载蓄热式旋转换向加热器，将冷风加热到热风利于燃 烧的同时，将排烟温度降到65～75℃，有效的利用了燃料的余热，并将锅炉的效率提高 3个百分点以上。

搭载蓄热式旋转换向加热器的颗粒燃料锅炉100限定有炉膛11。烟气通路3的入 口端与炉膛11的顶部相连通，且出口端与蓄热式旋转换向加热器2相连通，以将炉膛 11内产生的烟气通入至少成对的蓄热式旋转换向加热器2的容纳部分中的一个内，并 与容纳部分中容纳的热载体换热。空气通路4用于将空气至少通入成对的容纳部分中 的另一个内，以使得容纳部分中容纳的热载体与空气进行换热，经过换热后的空气被 供给至炉膛11的内部。经过蓄热式旋转换向加热器2换热后的烟气通过第二烟气通路 101流出。

在下面的描述中，以换热器主体21逆时针转动，且烟气沿着中心轴线的右侧通入 换热器主体21内，待预热空气沿着中心轴线的左侧通入换热器主体21为例进行说明。

如图1所示，锅炉本体1内限定出炉膛11以用于容纳直径为0.5-13mm的颗粒燃料， 烟气通道3的一端与炉膛11相通，其另一端与蓄热式旋转换向加热器2相通，以将炉 膛11内产生的烟气通入蓄热式旋转换向加热器2的第一容纳部分211中（例如为图1 中所示的蓄热式旋转换向加热器2的右侧），蓄热式旋转换向加热器2的第二容纳部 分212中（例如为图1中所示的蓄热式旋转换向加热器2的左侧）用于通入待预热空 气，在换热器主体21处于未旋转状态时，烟气和第一容纳部分211中的热载体换热以 使热载体的温度升高，热载体吸收热量后，换热器主体21逆时针旋转，第一容纳部分 211旋转到中心轴线的左侧，第二容纳部分212旋转到中心轴线的右侧，旋转到左侧的 第一容纳部分211内的热载体与待加热空气进行换热以使带加热空气温度升，同时， 烟气对旋转到右侧的第二容纳部分212内的热载体进行加热。

换热器主体21继续逆时针转动，此时第一容纳部分211被旋转回到中心轴线的右 侧，第二容纳部分212被旋转回到中心轴线的左侧，旋转回左侧的第二容纳部分212 内的热载体与待加热空气进行热交换，烟气对旋转回右侧的第一容纳部分211内的热 载体进行加热，如此循环重复，以完成对待预热空气的加热。

在本发明的一个示例中，待预热空气加热到一定温度后可从搭载蓄热式旋转换向加 热器的颗粒燃料锅炉100的底部供入炉膛11内，从而与颗粒燃料在炉膛11内进行高 温氧化燃烧，颗粒燃料可从燃料入口13进入炉膛11内。

进一步地，搭载蓄热式旋转换向加热器的颗粒燃料锅炉100底部设有布风板12， 预热空气经过锅炉底部的布风板12进入炉膛11内。与待预热空气进行换热后的烟气 通过排气通路101排出。

根据本发明实施例的搭载蓄热式旋转换向加热器的颗粒燃料锅炉100，通过设置蓄 热式旋转换向加热器2，蓄热式旋转换向加热器2可将高温烟气降低至70℃左右，从 而提高了锅炉的效率。

如图1所示，烟气通路3包括与炉膛11相连通的尾部烟道31和与尾部烟道31相 连通的热风烟道32，热风烟道32的出口端与蓄热式旋转换向加热器2相连通。也就是 说，烟气通路3包括尾部烟道31和热风烟道32，其中，尾部烟道31的一端与炉膛11 相通，其另一端与热风烟道32相通，热风烟道32的另一端即出口端与蓄热式旋转换 向加热器2相通。

可选地，尾部烟道31内设置有多个过热器311。换言之，尾部烟道31内可设有多 个彼此间隔开的过热器311。由此，通过设置过热器311，可有效提高整个蒸汽动力装 置的循环热效率。

在本发明的一个实施例中，搭载蓄热式旋转换向加热器的颗粒燃料锅炉100进一步 包括：旋风分离器6，旋风分离器6分别与炉膛11的顶部和尾部烟道31相连通。例如 在图1的示例中，旋风分离器6设在炉膛11和尾部烟道31的连接处，且分别与炉膛 11和尾部烟道31相通。由此，通过设置旋风分离器6，可有效地将烟气和较大的颗粒 燃料、灰粒进行分离。

进一步地，旋风分离器6进一步包括回料管61，回料管61分别与旋风分离器6的 主体以及炉膛11的下部相连通。如图1所示，回料管61的一端与旋风分离器6的底 部相通，其另一端与炉膛11的下部相通。由此，通过设置回料管61，较大的颗粒燃料 和灰粒可经过回料管61，循环进入炉膛11燃烧和换热。

在本发明的一个实施例中，从热风烟道32进入蓄热式旋转换向加热器2内的烟气 速度可调节。当从热风烟道32进入蓄热式旋转换向加热器2内的烟气速度较高时，可 极大地提高待预热空气的温度。

可选地，热载体为SiC或者陶瓷，且具有小球状、片状或者多孔状的结构。由此， 蓄热式旋转换向加热器2可耐高温、耐腐蚀且耐磨损。

可选地，经过蓄热式旋转换向加热器2换热后的烟气的温度为65-75℃，由此极大 地提高了余热回收的效率。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示 例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结 构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语 的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或 者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱 离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型， 本发明的范围由权利要求及其等同物限定。