循环灰量的调节方法、 分离器和燃烧系统 【技术领域】
本发明涉及流化床燃烧系统技术。更具体地， 本发明涉及一种调节循环流化床燃 烧系统中的循环灰量的方法。背景技术
循环流化床燃烧技术是近二十几年迅速发展起来的新型燃烧技术。 随着流化床燃 烧系统技术的发展， 循环流化床燃烧低热值、 高灰分燃料的优势得到充分体现， 逐渐成为低 热值燃料的主流炉型。由于采用高效的高温旋风分离器， 使得燃料颗粒可以在炉内循环多 次燃烧， 因此它具有燃烧适应性好， 可燃用煤矸石、 炉渣、 垃圾等高灰份低热值的劣质燃料， 可采用炉内脱硫， 氮氧化物排放量低等诸多优点， 是目前国家重点发展的炉型之一。
图 1 为现有技术中循环流化床燃烧系统 A 的结构示意图。图中， 1 为炉膛布风板， 2 为燃料进口， 3 为二次风喷口， 4 为炉膛， 5 为旋风分离器， 6 为料腿， 7 为返料器，10 为热二 次风管道， 11 为热一次风管道， 12 为过热器， 13 为省煤器， 14 为二次风空预器， 15 为一次风 空预器， 16 为烟气出口。
在图 1 中， 流化床燃烧系统的炉膛 4 内燃烧所需要的燃料由燃料进口 2 送入， 燃烧 所需要的一次风从炉膛布风板 1 的下部送入， 二次风通过布置在炉膛 4 中部的二次风喷口 3 送入， 燃烧所产生的带有灰分的高温烟气上升进入旋风分离器 5， 经过旋风分离器 5 分离烟 气和灰分， 其中， 烟气将流经过热器 12、 省煤器 13、 二次风空预热器 14、 一次风空预热器 15 的吸热降温后， 从烟道下部的烟气出口 16 排出。旋风分离器 5 分离下来的灰则通过其料腿 6 进入返料器 7 中， 通过返料器 7 返回到炉膛 4 中循环燃烧。
可见， 旋风分离器的分离效率直接影响着燃烧系统内循环灰量的大小， 当分离效 率高时， 单位时间分离出灰量相对较大， 返回炉膛的速度较快， 当分离效率低时， 单位时间 分离出循环灰量相对较小， 返回炉膛的速度较缓。 在现有的循环流化床燃烧系统中， 炉膛出 口的灰和未燃尽的燃料在旋风分离器的作用下大部分从烟气中分离下来， 并通过旋风分离 器的料腿 6 和返料器 7 返回炉膛 4 内。
然而， 在燃烧高灰份燃料的流化床燃烧系统中， 尤其是在掺烧或纯燃烧煤矸石发 电的循环流化床燃烧系统中， 由于燃料的灰分含量很高， 一般在 40％以上， 在旋风分离器的 作用下， 炉内的循环灰量很大。 当循环灰量过大时会超出燃烧系统设计工况， 使循环流化床 燃烧系统无法再稳定、 经济、 安全地运行。
另一方面， 由于地区的差异以及垃圾分类管理水平的不同， 造成各地垃圾中泥砂 和灰土的含量是一个不确定因素， 当采用循环流化床燃烧系统焚烧垃圾时， 往往会碰到循 环灰量过大的问题。如果不能够对循环灰量进行限制， 将无法保证循环流化床燃烧系统在 进行垃圾焚烧时能够稳定运行。
在现有技术中， 当发生循环灰量过大、 远偏离设计工况时， 在保证一定负荷的条件 下， 可以通过调整一、 二次风的配比来降低炉膛中灰的携带能力， 进而减少循环灰量。但是 上述方法在操作上比较困难， 周期长， 效果不明显。目前， 更普遍地采取在旋风分离器的料腿或返料器的下部， 通过人工放灰来减少循环灰量， 但此种措施很难进行定量地控制， 对操 作人员的技术水平要求很高。同时劳动强度大， 既不安全也不经济。
因此， 在循环流化床燃烧系统中实现方便、 简单、 可靠地调节循环灰量具有很重要 的意义。 发明内容
本发明目的在于提供一种循环灰量的调节方法、 调节式旋风分离器和新型循环流 化床燃烧系统， 达到调节循环流化床循环灰量的目的。
本发明的循环灰量的调节方法包括 ： 向旋风分离器的料腿中导入调节风 ； 通过调节所述调节风的风量改变旋风分离器的分离效率。
本发明通过导入调节风来影响料腿内的气体流动状态， 从而实现对循环灰量的调 节作用。 随着对料腿内导入风量的增加， 原先料腿内的气流的下行速度逐渐降低， 直至气流 方向转变为上行， 且随着导入风量的进一步增加， 气流的上行速度逐渐增大， 旋风分离器的 分离效率逐渐下降， 相应地， 循环灰量逐渐减少， 反之则循环灰量逐渐增加。 进一步地， 所述调节风的导入位置在料腿的负压区。
在料腿的负压区导入调节风， 其优点在于， 第一， 可以避免料腿内循环灰的外喷 ； 第二， 不但对旋风分离器分离效率的调节范围大， 而且调节的灵敏度也比较高 ； 第三， 可以 避免料腿内循环灰的堵塞和搭桥。
进一步地， 调节所述调节风的风量使所述调节风在料腿内的导入点始终为负压状 态。
通过限制所述调节风的导入量保证调节风在料腿内的导入点所在位置始终处于 负压， 这样可以避免导入点随着导入量的增加变为正压状态后所产生的循环灰外喷、 堵塞 或搭桥的不良后果。
进一步地， 调节所述调节风的风量使料腿中的气流的上行流速不大于 2 米 / 秒。
这样， 可以避免流速过高造成的循环灰量不稳定、 料腿内循环灰搭桥和堵塞的现 象， 有利于返料的稳定。
本发明还提供一种调节式旋风分离器， 包括调节风供给装置， 该调节风供给装置 用于向料腿中导入调节风 ； 风量调节装置， 该风量调节装置用于调节所述调节风的风量以 改变所述调节式旋风分离器的分离效率。
通过上述改进， 本发明所提供的调节式旋风分离器具有可调节分离效率的功能， 有效地提高了对循环灰量不断变化的适应性。
进一步地， 所述调节风供给装置包括风源、 和调节风管道， 所述风源通过所述调节 风管道与料腿的负压区相接。
本发明利用调节风管道从风源引出调节风并导入料腿内的负压区， 并通过控制调 节风的导入量达到改变料腿内的气体流动状态， 从而影响调节式旋风分离器的分离效率并 实现循环灰量调节。
本发明提供一种包括有上述调节式旋风分离器的新型循环流化床燃烧系统。
进一步地， 所述调节风为循环流化床燃烧系统的热二次风。
采用热二次风作为调节风可以保持较稳定的风压并提高与燃烧系统较接近的温 度， 对燃烧系统产生的不利影响较小， 并且可以节省额外能源的消耗。同时， 调节风管道从 燃烧系统的热二次风管道引出二次风， 既保持燃烧系统的稳定运行又节省了新增额外风源 设备的成本。
进一步地， 调节所述调节风的风量使返料温度不超过 1000 摄氏度。
通过调节所述调节风的导入量控制进入返料器的灰的温度不超过 1000 摄氏度， 可以减少剩余炭颗粒在料腿内的继续燃烧， 避免返料灰的结焦和搭桥， 减少被迫停炉的风 险。
本发明与现有技术相比具有以下优点 ： （1） 可以实现循环流化床循环灰量的连续、 定量的调节， 同时消除人工排灰带来的排灰 热损失。
（2） 可以方便、 简单、 可靠的对循环灰量进行调节， 有效地提高燃烧系统对燃料灰 分变化的适应性。
（3） 工艺结构简单， 可靠性高， 工程实施容易。
（4） 充分利用原有的结构， 十分适用于对现有燃烧系统的技术改造。 附图说明 下面将参照附图并结合实施例对本发明进行具体说明。
图 1 为现有技术中的循环流化床燃烧系统 A 的结构示意图 ； 图 2 为本发明的方法流程图 ； 图 3 为本发明提供的新型循环流化床燃烧系统 B 的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供一种循环灰量的调节方法， 根据图 2， 本发明的方法包括 ： 步骤 S1、 向 料腿中导入调节风 ； 步骤 S2、 通过调节所述调节风的风量改变旋风分离器的分离效率。
在循环流化床中， 由于旋风分离器的分离效率直接影响着循环灰量的大小， 而影 响旋风分离器的分离效率的重要因素之一是料腿中气体的流动状态。原理在于， 在通常状 况下， 旋风分离器下的料腿内是一种负压差下的气固两相重力流动状态， 料腿下端出口直 接埋在流化床返料器的密相床层内， 使料腿内维持一定的料封。 料腿在稳定操作时， 颗粒的 流动方向为下行， 气体的流动方向则随着颗粒下行速度和质量流率的不同而呈现下行和上 行两种状态 ； 并且随着颗粒下行速度和质量流率的增大， 气体整体呈现下行状态， 并且下行 速度也相应地增加。 相反地， 如果料腿内的气流方向由下行转为上行时， 随着气体流量和速 度的增加， 料腿内较细的颗粒就会随着上行气流从料腿内返回旋风分离器中， 并且随着料 腿内上行气流速度的增加， 上行返回旋风分离器的颗粒增加。因此上升气流的流量和速度 越大， 旋风分离器的分离效率越低， 对于循环流化床， 产生的循环灰量就越小。
因此， 本发明在循环流化床燃烧系统的料腿上导入一定的风量， 改变料腿内的气 体流动状态， 通过调节导入风量的大小来改变旋风分离器的分离效率， 从而达到调节循环 流化床燃烧系统循环灰量的目的。比如， 为了减少循环灰量， 在料腿内导入调节风， 随着风 量的增加， 下行的气流方向速度逐渐减小， 直到气流风向转为上行 ； 当进一步对导入的风量增加时， 气流上行速度将进一步加快， 并携带灰返回旋风分离器中， 降低了旋风分离器的分 离效率， 从而起到有效控制循环灰量， 同时可避免循环灰短时间大量沉积的作用。
进一步地， 在料腿的负压区导入调节风。调节风量的导入位置应在旋风分离器的 料腿的负压区。
由于料腿内由上向下负压的压力逐渐减少， 料腿较长时可能在料腿下端会出现正 压区。如果调节风从这样的正压区导入， 则料腿内气流流动状态对调节风风量的变化不够 敏感， 使本发明所产生的效果不够明显。 而且， 在正压区进风， 很可能会导致循环灰的外喷， 并引起循环灰的堵塞和搭桥。 因此， 调节风的导入位置置于料腿的负压区， 将使风量对气流 流动状态的影响性更大。
进一步地， 调节所述调节风的风量使所述调节风在料腿内的导入点始终为负压状 态。
因为， 随着导入风量的增加， 料腿导入点的负压会逐渐降低， 直至变成正压。如果 导入点变成正压， 会使调节风的导入受到阻碍， 并且容易造成循环灰外喷， 料腿内循环灰堵 塞和搭桥的几率也大大增加， 严重时会影响锅炉的安全稳定的运行。所以在导入点所处位 置的负压值以下限制风量的增加。
进一步地， 通过调节所述调节风的风量使料腿中的气流的上升流速不大于 2 米 /秒。 随着导入的风量的增大， 气流上升的流速逐渐增大。 研究和实践表明， 如果料腿内 的上升气流的流速大于 2 米 / 秒， 会造成循环灰量的不稳定， 同时还会造成料腿内循环灰的 搭桥和堵塞， 不利于燃烧的稳定， 因此通过控制风量来限制气流上升的速度。
进一步地， 通过调节所述调节风的风量使进入返料器的灰的温度不超过 1000 摄 氏度。
研究和实践表明， 由于料腿内的循环灰中含有大量细颗粒的未燃尽炭颗粒， 如果 在料腿内导入的风量较大会造成炭颗粒的继续燃烧， 使得返料的温度继续升高， 当返料温 度超过 1000 摄氏度以后， 很容易造成返料灰的结焦和搭桥， 造成被迫停炉。
因此， 为使返料温度控制在 1000 摄氏度或 1000 摄氏度以下， 本发明在调节风量时 还需进一步进行适于温度的限制。
如图 3 所示， 本发明提供一种调节式旋风分离器 5’ 和包括有该调节式旋风分离器 5’ 的一种新型循环流化床燃烧系统 B， 该新型循环流化床燃烧系统 B 包括 ： 炉膛布风板 1， 燃料进口 2， 二次风喷口 3， 炉膛 4， 返料器 7， 热二次风管道 10， 热一次风管道 11， 过热器 12， 省煤器 13， 二次风空预器 14， 一次风空预器 15， 烟气出口 16。另外， 本发明的新型循环流化 床燃烧系统 B 还包括调节式旋风分离器 5’ ， 该调节式旋风分离器 5’ 包括料腿 6， 相对于图 1 中的现有的旋风分离器 5， 本发明中的调节式旋风分离器 5’ 增加了调节风供给装置和风 量调节装置， 该调节风供给装置用于向料腿 6 中导入调节风 ； 该风量调节装置用于调节所 述调节风的风量以改变所述调节式旋风分离器 5’ 的分离效率。比如， 在本发明的具体实施 方式中， 调节风供给装置包括风源和调节风管道 9， 所述风源通过所述调节风管道 9 与料腿 6 的负压区相接 ； 风量调节装置为风量调节阀 8。在本发明的调节方法的步骤 S1 中从风源 获得调节风， 由调节风管道 9 向调节式旋风分离器 5’ 下面的料腿 6 中导入调节风 ； 在步骤 S2、 风量调节阀 8 调节所述调节风的风量来改变调节式旋风分离器 5’ 的分离效率。其中，
风源可以采用新型循环流化床燃烧系统 B 的热一次风、 热二次风和返料风， 也可以采用单 独的风机进行供风。 在现场条件受限制的情况下， 可以采用返料风或单独的风机作为风源， 由于返料风、 单独的风机产生的风是冷风， 会略微降低循环流化床燃烧系统的热效率。 在通 常的情况下， 热二次风作为燃尽风， 其裕量相对较大， 风压相对较稳定， 对燃烧系统的影响 相对较小， 因此本发明的具体实施方式中优选采用热二次风作为调节风， 即， 将该燃烧系统 B 的热二次风管道 10 中的热二次风作为风源。
以某台 75 吨 / 时中温中压循环流化床生活垃圾焚烧发电锅炉为例， 燃料灰分含量 超过 50％， 在进行改造前， 由于循环灰量太大， 返料器下部每天需进行大量的放灰， 造成现 场环境十分恶劣， 劳动强度很大， 排灰的热损失也比较大， 同时对放灰人员的人身安全也构 成严重地威胁。 在经过图 3 的改造后， 将现有的旋风分离器 5 改进成调节型旋风分离器 5’ ， 将风量调节阀 8 固定在调节风管道 9 上， 并对导入料腿 6 的风量进行调节， 适当地降低旋风 分离器的分离效率， 使得循环灰量大大减少， 有效地避免了人工放灰的操作， 大大改善了现 场人员的工作条件， 消除了排灰造成的热损失， 提高了锅炉的总体热效率。
在实际应用中， 应根据各个电厂锅炉的具体实际情况， 进行综合比较后， 优化确定 风源、 调节风的风量、 料腿导入点的位置等一些重要参数， 最终使本发明提出的方法达到最 佳的效果。 应当理解， 以上借助优选实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性的 而非限制性的。 本领域的普通技术人员在阅读本发明说明书的基础上可以对各实施例所记 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 ； 而这些修改或者替换， 并 不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。 本发明的保护范围 仅由随附权利要求书限定。