一种空间风动筛分流化床结构

技术领域

本申请涉及锅炉燃烧的领域，尤其是涉及一种空间风动筛分流化床结构。

背景技术

为综合利用资源，保护环境，提高经济效益，煤直接液化项目配套建设了以煤直接液化残渣及洗中煤为燃料的循环流化床锅炉。

现有循环流化床锅炉技术是在炉膛底部有一个固定床作为燃烧面，大量的燃料聚集，燃烧峰值温度高，锅炉内部使用了大量耐火材料，增加了锅炉的投资成本，建设周期长，且依靠大功率一次风机突破床层阻力，为燃料提供流化的动力，耗能高。

发明内容

为了现有技术存在的上述技术缺陷，本申请提供一种空间风动筛分流化床结构，通过布置一次风与二次风，实现了燃料和空气的分级燃烧，可以降低燃烧峰值温度，降低系统能耗，可以有效解决背景技术中的问题。

本申请提供的一种空间风动筛分流化床结构采用如下的技术方案：

一种空间风动筛分流化床结构，包括：

炉膛；

流化床，与所述炉膛的内表面连接；

第一进口，设置在所述炉膛上，且与所述流化床的内部连通；

给料装置，位于所述流化床的上层，且与所述炉膛连接；

第二进口，位于所述给料装置的上层，且与所述炉膛连接。

在上述任一方案中优选的是，所述炉膛包括炉膛前壁和炉膛后壁，所述炉膛前壁与所述流化床连接；所述炉膛底部设有底部固定床。

在上述任一方案中优选的是，所述流化床包括水冷床面和支撑组件；所述水冷床面位于所述炉膛前壁与所述炉膛后壁之间，并与所述炉膛前壁连接；所述支撑组件设置在所述水冷床面内。

在上述任一方案中优选的是，所述水冷床面包括水冷光管、下集箱、和上集箱；所述水冷光管的一端与下集箱连接，另一端与所述上集箱连接；所述下集箱与上集箱通过所述支撑组件连接。

在上述任一方案中优选的是，所述下集箱和上集箱之间设置有密封板，所述密封板盖设于所述支撑组件上。

在上述任一方案中优选的是，所述水冷光管上设置有放灰口。

在上述任一方案中优选的是，所述水冷光管的高度为间隔式分布，以形成多个凸起。

在上述任一方案中优选的是，所述流化床还包括耐磨组件，设置在所述水冷光管上，所述耐磨组件与连接扁钢连接。

在上述任一方案中优选的是，所述第一进口的进风量为所述流化床所需总风量的60％；所述第二进口的进风量为所述流化床所需总风量的40％。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果。

通过布置第一进口与第二进口实现了分级配风，降低了燃烧温度与结焦可能，减少原始氮氧化物的生成，在流化床内，燃料可以被充分悬浮和分散，从而实现有效的筛分和分级；一次风通过第一进口由下向上运动，经过流化床床面上的间隙时，由于间隙较小，此处的压头会提高，小颗粒煤粒会悬浮起来，大颗粒会留在流化床床面上，形成筛分作用，且由于大颗粒自身重力的影响，大颗粒会由于自重而向下滚落；二次风通过第二进口由上向下进入炉膛中对燃料进行补燃；煤粒的自由流化状态在炉内形成微循环，在不依靠外置循环设备的情况下实现燃料循环、床料不循环，降低了对锅炉结构的磨损，延长了稳定运行的周期；煤粒的自由流化延长了在锅炉内的燃烧行程，更利于燃烬。

附图说明

图1是本申请空间风动筛分流化床结构的总图示意图；

图2是本申请空间风动筛分流化床结构的立体图；

图3是本申请空间风动筛分流化床结构的流化床示意图；

图4是本申请空间风动筛分流化床结构的水冷床面A-A剖面示意图；

图5是本申请空间风动筛分流化床结构的水冷床面B-B剖面示意图。

附图标记：1、炉膛；2、流化床；3、第一进口；4、给料装置；5、第二进口；11、炉膛前壁；12、炉膛后壁；13、底部固定床；21、水冷床面；23、密封板；24、支撑组件；26、耐磨组件；27、放灰口；28、连接扁钢；211、水冷光管；212、下集箱；215、上集箱。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。为了更好地理解上述技术方案，以下结合附图1-4对本申请作进一步详细说明。

如图1至图4所示，一种空间风动筛分流化床结构，包括：

炉膛1；

流化床2，与所述炉膛1的内表面连接；

第一进口3，设置在所述炉膛1上，且与所述流化床2的内部连通；

给料装置4，位于所述流化床2的上层，且与所述炉膛1连接；

第二进口5，位于所述给料装置4的上层，且与所述炉膛1连接。

在本发明实施例中，炉膛1提供了筛分和分级的空间；流化床2布置在炉膛1空间位置，分担了底床的燃料量，缩小了底部固定床13的面积，降低了系统耗能，燃料从给料装置4中进入炉膛，落入流化床2床面上，一次风通过第一进口3由下向上运动，经过流化床2床面上的间隙时，由于间隙较小，此处的压头会提高，小颗粒煤粒会悬浮起来，大颗粒会留在流化床2床面上，形成筛分作用；此外，由于大颗粒自身重力的影响，当床面的倾斜角度在20°～40°时，大颗粒会由于自重而向下滚落进入到底部固定床13中燃烧；第二进口5布置在空间风动筛分流化床2床面上方，为不完全燃烧产生的CO和未燃烬的煤粒提供所需的氧，并与一次风、高温烟气产生对流，扰动煤粒的运动与烟气的流动，延长燃烧的行程，保证煤粒的燃烬；通过布置第一进口3与第二进口5分摊了空气，实现了分级配风，降低了燃烧温度与结焦可能，减少氮氧化物的生成，在流化床内，燃料可以被充分悬浮和分散，从而实现有效的筛分和分级；根据煤的真实密度，通过计算与预先试验，通过控制床层上的一次风3、二次风5比例，确定床面上的煤粒在不同颗粒度下的轨迹，最终选择合适的一次风和二次风的压头与比例，达到风动筛分煤粒的效果；在不依靠外置循环设备的情况下实现燃料循环、床料不循环，降低了对锅炉结构的磨损，延长了稳定运行的周期，煤粒的自由流化状态在炉内形成微循环，煤粒的自由流化延长了在锅炉内的燃烧行程，更利于燃烬。

如图1至图4所示，所述炉膛1包括炉膛前壁11和炉膛后壁12，所述炉膛前壁11与所述流化床2连接；所述炉膛1底部设有底部固定床13。

在本发明实施例中，底部固定床13为燃料燃烧提供热量，起炉时先从底部固定床13点火，底部固定床13燃料稳定燃烧后产生高温烟气，在风机及密度差的作用下向上运动，从而保证流化床2上的煤粒的温度达到着火点；底部固定床13的面积缩小，降低了系统耗能，还减小了锅炉的占地面积；底部固定床的给料量占总燃料消耗量的30％-40％，由于分摊给底部固定床13的燃料量减少，床层面积与床层阻力都随之减少，避免了大量的燃料聚集在底部固定床，从而实现降低燃烧峰值温度的效果。

如图1至图4所示，所述流化床2包括水冷床面21和支撑组件24；所述水冷床面21位于所述炉膛前壁11与所述炉膛后壁12之间，并与所述炉膛前壁11连接；所述支撑组件24设置在所述水冷床面21内。

在本发明实施例中，流化床2布置在炉膛1空间位置，流化床2的给料量占总燃料消耗量的60％-70％，使分摊给底部固定床13的燃料量减少，床层面积与床层阻力都随之减少，降低了底部固定床13第一进口3风机的压头，从而降低了风机的功率，还减小了锅炉的占地面积；流化床2床面上方布置有烟温测点，当监测到高温烟气的烟温到达煤粒的着火点后，给予给料装置4信号，使燃料进入炉膛1，高温烟气提供热量对煤粒进行烘干、使其挥发分析出、并达到煤粒的着火点，第一进口3的一次风为煤粒的燃烧提供该层所需风量的60％，对水冷床面21上的煤粒进行扰动，使得煤粒与烟气混流燃烧，并与高温烟气共同对其提供向上的浮力；上层床可以过量分配燃料，适当提高流化速度和一次风速度，让小粒径的煤粒在空间中悬浮然燃烧；通过煤粒的自由流化延长了在锅炉内的燃烧行程，更利于燃烬。

如图1至图4所示，所述水冷床面21包括水冷光管211、下集箱212、和上集箱215；所述水冷光管211的一端与下集箱212连接，另一端与所述上集箱215连接；所述下集箱212与上集箱215通过所述支撑组件24连接。

在本发明实施例中，上集箱215、下集箱212与水冷光管211管内有汽水混合物流动，能够带走燃料燃烧产生的部分热量，降低管壁温，使水冷床面21带有水冷效果，减少水冷床面21因燃料燃烧过热导致的强度降低问题，保护床面结构；水冷光管211采用厚壁管，结构强度高；水冷光管211外部敷设耐磨组件26，防止管外壁被燃料磨损；支撑组件24用于支撑上集箱215和下集箱212，水冷光管211通过连接下集箱212和上集箱215可以将经过水冷处理的汽水混合物导出，以便进行进一步的处理或者回收利用，可以有效地利用水冷系统中的水资源，提高能源利用效率。

如图1至图4所示，所述下集箱212和上集箱215之间设置有密封板23，所述密封板23盖设于所述支撑组件24上。

在本发明实施例中，密封板23，保证炉膛1的密封性，避免炉膛中的高温烟气溢出，保证了炉膛1的安全性；密封板23上设置的检查孔可以方便进行检修和维护工作。通过检查孔，操作人员可以轻松地观察和检查炉膛1内部及流化床2的状态，及时发现和解决可能的问题。

如图1至图4所示，所述水冷光管211上设置有放灰口27。

在本发明实施例中，水冷光管211之间向下延伸的两端中间的缝隙为床层间隙，床层间隙的宽度在初始设计时根据燃料粒度进行设计；水冷光管211之间还有弯制形成空隙的形式预留的放灰口27(参考图4)，在放灰口27处，有两根水冷光管211在垂直方向上重叠，所留出的空隙为放灰口27，放灰口27的空隙可以使床料通过，而不会堵塞水冷光管211，不会对水冷光管造成损坏或阻碍其正常的热交换过程，延长了水冷光管211的使用寿命，并提高其工作效率和稳定性。

如图1至图4所示，所述水冷光管21的高度为间隔式分布，以形成多个凸起。

在本发明实施例中，水冷光管211的床层倾角b在20°～40°之间(参考图2)，由于大颗粒自身重力的影响，大颗粒会在床面上由于自重而向下滚落到底部固定床13上进行燃烧；水冷光管211的床层倾角根据水冷光管21床层的布置位置、燃料的粒度决定，可以实现燃料的均匀燃烧和充分利用，提高燃烧效率和热能转化率；床层倾角的选择可以影响燃料在床层中的停留时间和气固两相之间的混合程度，适当的倾角可以使燃料在床层内停留时间延长，增加了燃料的燃烧时间，提高了燃烧效果；水冷光管211的布置并不是在同一水平面上，而是从中间层分别向上和向下弯制，形成拉稀式排布，垂直于管子轴向看呈现波浪形(参考图4)，增加了水冷光管211之间的间距，落下的煤也不会再床面上停留太久，而是直接分散开，更好的进行筛分；水冷光管211采用厚壁管，加快管内汽水混合物的流动的同时，增加水冷光管211的强度和耐用性，使其能够更好的承受高温和压力的影响，提高水冷光管211使用寿命。

如图1至图4所示，所述流化床2还包括耐磨组件26，设置在所述水冷光管211上，所述耐磨组件26与连接扁钢28连接。

在本发明实施例中，耐磨组件26布置在水冷光管211上，材质为耐高温材质；由于流化床2操作过程中存在高温和磨损的环境，耐磨组件26的使用可以保护水冷光管211和上集箱215的连接不受磨损和高温的影响，能够有效地防止因磨损和高温而导致的连接松动或破裂等问题的发生，减少维护和更换的频率，降低维护成本；所述耐磨组件26有两种，使用位置及截面形状不同，在水冷床面A-A剖面示意图中，水冷光管211之间没有连接扁钢28，配套的耐磨组件26为一型；在水冷床面B-B剖面示意图中，水冷光管211之间有连接扁钢28，配套的耐磨组件26为二型。

如图1至图4所示，所述第一进口3的进风量为所述流化床2所需总风量的60％；所述二次风5进口的进风量为所述流化床2所需总风量的40％。

在本发明实施例中，第一进口3设置在流化床2床面下层，为煤粒的燃烧提供该层所需风量的60％，对流化床2床面上的煤粒进行扰动，一次风由下向上运动，经过流化床2床面上的间隙时，由于间隙较小，此处的压头会提高，小颗粒煤粒会悬浮起来，大颗粒会留在床面上，形成筛分作用，使得煤粒与烟气混流燃烧，并与高温烟气共同对其提供向上的浮力；第二进口5布置在流化床2床面上方，为不完全燃烧产生的CO和未燃烬的煤粒提供所需的氧，同时二次风与一次风、高温烟气产生对流，扰动煤粒的运动与烟气的流动，延长燃烧的行程，保证煤粒的燃烬；通过控制床层上的一次风和二次风比例，来达到煤粒自由流化的效果，可以在不依靠外置循环设备的情况下实现燃料循环、床料不循环，降低了对锅炉结构的磨损，延长了稳定运行的周期。

本申请实施例中，空间风动筛分流化床2不作为点火床层，起炉时先从底部固定床13点火，底部固定床13燃料稳定燃烧后产生高温烟气，在风机及密度差的作用下向上运动，根据燃料种类的不同，高温烟气的温度范围也有所不同，保证空间风动筛分流化床上的煤粒的温度达到着火点；空间风动筛分流化床2床面上方布置烟温测点，当监测到高温烟气的烟温到达煤粒的着火点后，给予给料装置4信号，允许给料，高温烟气提供热量对煤粒进行烘干、使其挥发分析出、达到其着火点；第一进口3为煤粒的燃烧提供该层所需风量的60％，对空间风动筛分流化床2床面上的煤粒进行扰动，使得煤粒与烟气混流燃烧，并与高温烟气共同对其提供向上的浮力；煤粒在空间风动筛分流化床床面上是缺氧的不完全燃烧，即产生CO，使得空间气动筛分床第一层床床面上方部分空间具有还原性气氛，煤粒中的N和NOx在此环境中不断被还原成N

2C+O

2NO+2CO＝N

第二进口5布置在空间风动筛分流化床2床面上方，为不完全燃烧产生的CO和未燃烬的煤粒提供所需的氧，并与一次风、高温烟气产生对流，扰动煤粒的运动与烟气的流动，延长燃烧的行程，保证煤粒的燃烬；通过控制床层上的一次风3、二次风5比例，来达到煤粒自由流化的效果；在不依靠外置循环设备的情况下实现燃料循环、床料不循环，降低了对锅炉结构的磨损，延长了稳定运行的周期；因降低大型风机功率以及不需外置循环设备，投资造价与系统耗能少；通过实施燃料与配风分级，降低了系统能耗，实现了低氮燃烧，减少床层上煤粒结焦的可能；通过多级床层布置，锅炉的超负荷稳燃能力优越；上层床可以过量分配燃料，适当提高流化速度和一次风速度，让小粒径的煤粒在空间中悬浮然燃烧；通过煤粒的自由流化延长了在锅炉内的燃烧行程，更利于燃烬。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。