用于循环流化床锅炉的旋风分离器

1.本发明涉及循环流化床锅炉技术领域，具体而言，涉及一种用于循环流化床锅炉的旋风分离器。


背景技术：

2.相关技术中，旋风分离器是循环流化床锅炉系统中不可或缺的部件，烟气携带大量循环物料从炉膛出口进入旋风分离器中进行气固分离，分离后的高温烟气携带少量逃逸的细颗粒从旋风分离器顶部进入烟道，而绝大多数颗粒从分离器底部立管进入料腿，维持主循环回路中的物料平衡。为构建一新能源为主体的新型电力系统，需要释放火电机组的调峰运行潜力，循环流化床锅炉由于自身技术特点所限，适应负荷快速变化的能力较低，存在较大的改进空间。


技术实现要素：

3.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用于循环流化床锅炉的旋风分离器，实现了分离效率的快速改变。
4.根据本发明实施例的用于循环流化床锅炉的旋风分离器，包括：分离器本体，所述分离器本体具有排气口和泄压口；排气烟道，所述排气口与所述排气烟道连通，所述分离器本体分离的烟气通过所述排气口排入所述排气烟道；连接管，所述连接管设于所述分离器本体和所述排气烟道之间，所述连接管的一端与所述泄压口连接，所述连接管的另一端与所述排气烟道连通，用于将所述泄压口的高压烟尘通入所述排气烟道，所述连接管具有调节阀，所述调节阀用于调节通过所述连接管的流量。
5.根据本发明实施例的用于循环流化床锅炉的旋风分离器，通过设置连接管将分离器本体内未分离的烟尘直接通入排气烟道内，可以快速改变旋风分离器的分离效率，进而干预循环流率和锅炉负荷；通过在连接管上设置调节阀，可以在一定范围内调节运行的循环物料流率，以应对不同负荷的运行条件，无需对整体结构进行复杂的改动，即可使旋风分离器具备调节能力，同时对于旋风分离器运行阻力影响较小，不会干扰循环流化床锅炉炉膛和返料系统的正常运行，便于推广应用。
6.根据本发明实施例的用于循环流化床锅炉的旋风分离器，所述分离器本体包括入口烟道、筒体、锥形段和排气管，所述排气管设于所述筒体的上部且限定有所述排气口，所述泄压口设于所述筒体。
7.在一些示例中，所述筒体具有环绕所述排气管的环形顶壁，所述泄压口设于所述环形顶壁，其中，所述泄压口与所述排气管之间的距离大于500mm。
8.在一些示例中，所述泄压口设于所述筒体的侧周壁，其中，所述泄压口与与所述筒体的顶部之间的距离小于500mm。
9.在一些示例中，所述连接管内气流速度10-15m/s，所述连接管为圆管，所述圆管的径向尺寸为100-300mm。
10.根据本发明实施例的用于循环流化床锅炉的旋风分离器，所述连接管采用耐热不锈钢管，所述连接管设有膨胀节，所述连接管的壁厚为8-20mm。
11.根据本发明实施例的用于循环流化床锅炉的旋风分离器，，所述调节阀的开度与循环流化床锅炉的锅炉负荷相关，所述调节阀的开度范围为0-100％，其中，在锅炉负荷0-30％时，所述调节阀的开度范围为70-100％；在锅炉负荷30-60％时，所述调节阀的开度范围为40-70％；在锅炉负荷60-100％时，所述调节阀的开度范围为0-40％。
12.根据本发明实施例的用于循环流化床锅炉的旋风分离器，循环流化床锅炉包括一个或多个所述旋风分离器，在包括多个旋风分离器时，每个所述旋风分离器的排气烟道均通入所述循环流化床锅炉的尾部烟道。
13.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
14.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：
15.图1是根据本发明一个实施例的旋风分离器的结构示意图；
16.图2是根据本发明另一个实施例的旋风分离器的结构示意图。
17.附图标记：
18.旋风分离器100，
19.分离器本体10，排气口101，泄压口102，筒体11，排气管12，锥形段13，立管段14，入口烟道15，
20.排气烟道20，连接管30，调节阀40。
具体实施方式
21.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。
22.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，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，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
23.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。
24.下面参考图1-图2描述根据本发明实施例的用于循环流化床锅炉的旋风分离器100。
25.如图1-图2所示，根据本发明一个实施例的旋风分离器100包括：分离器本体10和排气烟道20，分离器本体10具有排气口101和泄压口102，排气口101与排气烟道20连通，分离器本体10分离的烟气通过排气口101排入排气烟道20。
26.分离器本体10和排气烟道20之间还设有连接管30，连接管30的一端与泄压口102连接，连接管30的另一端与排气烟道20连通，连接管30可以将泄压口102的高压烟尘通入排气烟道20，连接管30具有调节阀40，调节阀40用于调节通过连接管30的流量。
27.根据本发明实施例的用于循环流化床锅炉的旋风分离器100，通过设置连接管30将分离器本体10内未分离的烟尘直接通入排气烟道20内，可以快速改变旋风分离器100的分离效率，进而干预循环流率和锅炉负荷；通过在连接管30上设置调节阀40，可以在一定范围内调节运行的循环物料流率，以应对不同负荷的运行条件，无需对整体结构进行复杂的改动，即可使旋风分离器100具备调节能力，同时对于旋风分离器运行阻力影响较小，不会干扰循环流化床锅炉炉膛和返料系统的正常运行，便于推广应用。
28.在一些示例中，高温烟气携带不同粒径的固体颗粒从循环流化床锅炉的炉膛出口进入到旋风分离器100内，分离器本体10可以对进入的高温烟气和固体颗粒进行有效的气固分离，分离出来的高温物料沿着连接在旋风分离器下端的通道向下流动至返料阀，进而被返送入炉膛进行循环再利用，烟气和少量未被分离的细颗粒从排气口流出，进入排气烟道20内。
29.其中，循环流化床锅炉的负荷与物料循环流率相关，循环流率的灵活调节是实现循环流化床锅炉快速变负荷运行的关键，循环流化床锅炉中旋风分离器的分离效率决定了进入立管段中的颗粒量，即循环流率，因此通过改变循环流化床锅炉旋风分离器的分离效率，可以在一定范围内调节运行中的循环流率，以应对不同负荷的运行条件。
30.循环流化床锅炉的旋风分离器入口颗粒与气流质量比一般在2-8kg/kg，并且在旋风分离器的筒体11上部会有颗粒堆积，形成上灰环，通过在上灰环形成的区域安装连接管30和调节阀40，增大调节阀40的开度可以将一部分上灰环中的颗粒直接通入排气烟道20中，由此可以降低分离效率，降低循环流率，帮助锅炉降低负荷；而减小调节阀40的开度，可以增大循环流率，帮助锅炉提升负荷。相比于传统的循环流率调节方式，通过改变调节阀40开度可以更加迅速地调节循环利率，提升了锅炉负荷变化的速率。
31.如图1和图2所示，根据本发明的一些实施例，分离器本体10包括入口烟道15、筒体11、锥形段13和排气管12，入口烟道15连接在筒体11的侧部，锥形段13连接在筒体11的下部，排气管12设在筒体11的上部，排气管12限定有排气口101，泄压口102设置在筒体11上，通过将泄压口102设置在筒体11上，可以保证泄压口102处的烟尘具有足够的压力，使烟尘可以在压差的作用下流至排气烟道20内。
32.在一些示例中，泄压口102位于筒体11的远离入口烟道15的位置处，该位置烟尘相对较多，压力较大，便于泄压口102的烟尘通过压差通入排气烟道20内。
33.如图1所示，在一些示例中，筒体11具有环绕排气管12的环形顶壁，在筒体11和排气通道20之间无障碍物干涉时，泄压口102可以设置在环形顶壁，连接管30与排气管12的环形顶壁配合连接，由此可以缩短连接管30的尺寸，便于烟尘通过连接管30进入排气烟道20
内，同时提高空间利用率。
34.其中，若泄压口102与排气管12之间的距离过小，会导致连接管30和调节阀40对分离效率调节的空间较小，因而将泄压口102与排气管12之间的距离限定在大于500mm，例如距离为500mm、600mm，这里的距离可以为泄压口102中心与排气管12中心之间的距离，由此可以保证对分离效率的调节具有足够的空间，避免对周边流场影响过大，同时便于连接管30的布置。如图2所示，在另一些示例中，在筒体11和排气通道20之间距离过小不便于装配，或者筒体11和排气通道20之间具有无障碍物干涉时，泄压口102设置在筒体11的侧周壁，泄压口102邻近筒体11的顶部，由此保证泄压口102处烟尘处于高压状态，进而可以在压差作用下进入排气通道20内。
35.其中，若泄压口102与筒体11顶部之间距离过大，会导致连接管30和调节阀40对分离效率调节的空间较小，且距离越大，对应位置处的压力越小，其与排气通道20之间压差越小，容易影响连接管30内的烟尘排放效率，因而将泄压口102与筒体11顶部之间的距离限定在小于500mm，由此可以保证烟尘排放效果，保证对分离效率的调节具有足够的空间。
36.在一些示例中，为了防止泄压口的变形，泄压口102应做高温下的防膨胀处理。
37.在一些示例中，由于烟尘内灰尘较多，若连接管30内的气流速度过大，对连接管30的磨损较大，若连接管30的气流速度过小，对分离效率的调节影响较小，由此将连接管内气流速度限定在10-15m/s之间，例如，气流速度为10m/s、12m/s、15m/s，其中，这里的连接管可以为圆管，对此，圆管的径向尺寸可以在100-300mm之间，以匹配连接管30内的气流速度，连接管30的截面尺寸与排气管12的截面尺寸之比可以为0.1，或者0.3，或者在0.1-0.3之间。
38.在一些示例中，连接管30采用耐热不锈钢管，若连接管30的壁厚过薄，连接管30的强度小，容易变形，若壁厚过厚，则会导致连接管30质量过高，同时不易加工，成本高，为此，将连接管30的壁厚限定在8-20mm之间，由此可以保证连接管30的强度，避免变形，同时便于加工。
39.其中，连接管30中间设有膨胀节，通过设置膨胀节可以对连接管30起到有效地补偿变形作用，补偿因壁温不同产生的热膨胀差，降低轴向载荷，从而避免连接管30破坏等。
40.在一些示例中，为了避免烟尘聚集在连接管30内无法排出，堵塞连接管30等，连接管30采用直管，由此便于烟尘穿过连接管30进入排气通道20内。
41.如图1所示，在一些示例中，旋风分离器100具有锥形段13和立管段14，筒体11、锥形段13和立管段14从上至下依次连接，筒体11和锥形段13的壁面类型可以为绝热壁面、汽冷壁面和水冷壁面等。排气管12从筒体11的上表面插入筒体11内部，排气管12的上端与排气烟道20连接，排气烟道20和筒体11之间设有连接管30，连接管30上具有调节阀40，调节阀40可以设置在连接管30的中部，也可以设置在连接管30的端部，调节阀40既可以设置在连接管30与筒体11配合连接处，也可以设置在连接管30与排气烟道20配合连接处，通过改变调节阀40开度，即可改变旋风分离器的阻力和分离效率。
42.其中，筒体11可以为圆柱筒体，筒体11的直径在4-11m之间，筒体11也可以为长方体筒体，其当量直径在4-11m之间其中，筒体11的高度是筒体直径(或当量直径)的1.5-3倍。
43.如图1所示，在一些示例中，旋风分离器100具有入口烟道15，入口烟道15与筒体11的侧面连接，入口烟道15与筒体11的连接方式可以为切向连接，也可以为蜗壳式连接，连接角度为0
°
～20
°
，其中，入口烟道15的长度是筒体11直径(或当量直径)的0.5～3倍。
44.根据本发明实施例的循环流化床锅炉，包括根据本发明实施例的用于循环流化床锅炉的旋风分离器100，通过采用上述旋风分离器100，既可以供锅炉满负荷运行使用，也可以对负荷进行调整，满足不同负荷的使用，进而可以发挥深度调峰的优势，提高运行的灵活性，发挥深度调峰的优势，提高循环流化床锅炉运行的灵活性。
45.在一些具体的示例中，调节阀的开度与循环流化床锅炉的锅炉负荷相关，调节阀40的开度范围为0-100％，其中，在锅炉负荷0-30％时，调节阀40的开度范围为70-100％；在锅炉负荷30-60％时，调节阀40的开度范围为40-70％；在锅炉负荷60-100％时，调节阀40的开度范围为0-40％。
46.可以理解的是，传统旋风分离器高负荷运行时的分离效率较高，低负荷运行时分离效率较低，即负荷与分离效率无法调节改变，而在本技术中，可以使旋风分离器高负荷时的分离效率略高，而通过调节调节阀40的开度大小，可以将分离效率降低，即在需要分离器效率高的时候可以关小调节阀40，在需要分离器效率低的时候可以开大调节阀40。
47.例如，由于在60-100％的高负荷时床温差异不大，可以小幅变化调节阀40，这里调节阀40的开度范围可以在0-40％；在0-30％的低负荷时，由于床温差异变化大，低分离效率可以较大幅度的增加床温，因此可以大幅变化调节阀40，这里调节阀40的开度范围可以在70-100％；对应地，在30-60％中间负荷时，调节阀40的开度范围可介于二者之间，即调节阀40的开度范围可以在40-70％。
48.由此，可以灵活地依据循环流化床锅炉所需的运行负荷来改变旋风分离器的分离效率和阻力，在循环流化床锅炉高负荷或满负荷运行时，降低开度或关闭调节阀40以增大分离效率，进而增大循环流率；在循环流化床锅炉低负荷运行时，增大调节阀40的开度以降低分离效率，保证低负荷运行过程中的运行经济性，由此提升了循环流化床锅炉运行中变负荷的速率，增大了循环流化床锅炉运行的灵活性，有助于循环流化床机组的深度调峰，适用于新建机组和现役机组的改造。
49.根据本发明的一些实施例，旋风分离器100可以包括一个，旋风分离器100也可以包括多个，例如包括两个、三个或者四个，多个旋风分离器100并列排布。
50.在一些具体的示例中，循环流化床锅炉还包括尾部烟道，旋风分离器100包括多个，多个旋风分离器100并列布置，每个旋风分离器100的排气烟道20通入尾部烟道，每个旋风分离器100均设有连接管30和调节阀40，或者，其中一个旋风分离器100或部分旋风分离器100均设有连接管30和调节阀40，由此可以对每个旋风分离器100进行单独的设计，提供调节的便利性和可控性。
51.根据本发明实施例的循环流化床锅炉的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。其中，上下方向、左右方向和前后方向以图示的上下方向、左右方向和前后方向为准。
52.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。
53.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。
54.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。