[实用新型]具有自然循环埋管的差速流化床结构

说明书

本实用新型属于工业锅炉，是一种特别适于靠固体燃料流化燃烧、并在流化区内设有水循环吸热埋管的工业锅炉所采用的具有自然循环埋管的差速流化床结构。

在燃料流化燃烧区内设置水循环埋管，可以较大地提高吸热效率，并使炉膛温度降低，从而减少氧化氮污染排放、有利于固硫和减少结焦，这是目前流化床锅炉的一种理想结构形式。但是由于埋管在受热过程中，其表面受到流化区内的燃料颗粒强烈、反复的撞击和冲刷，埋管的磨损极为严重，并且在炉膛内更换和修复埋管也较困难。固然合理选择埋管的材质，是减少磨损、延长寿命的有效途径，但实践证明流化风速与埋管磨损关系最为密切，已有学者提出燃料颗粒(特别是粗颗粒)流化速度的增加，可使埋管的磨损呈三次方递增。因此从磨损的主要因素出发，研制降低自然循环埋管磨损的流化床结构一直是研究燃用宽筛分燃料的锅炉设计者的努力方向。

针对上述现有技术的不足，为了减少流化床内燃料粗颗粒对埋管的冲击磨损，按照自然循环倾斜埋管的走势，在炉膛内设计具有不同高度、且具有不同流化风速的差速流化床面，是本实用新型的技术任务。

本实用新型主要由在流化床上方燃料流化区内设有水循环埋管构成，其特点是在炉膛内依次设有高度差异的流化床面A、B、C，并且床面A、B、C分别与独立输风管E、F、G相接，其中床面B位置最低、床面C次低、床面A最高，倾斜布置的直线状埋管的高端设在床面A上方、低端设在床面C上方。另有输送器向床面B输送燃料。

本实用新型另一方案，主要由在流化床上方燃料流化区内设有水循环埋管构成，其特点是在炉膛内依次设有高度差异的流化床面A、B、C，并且床面A、B、C分别与独立输风管E、F、G相接，其中床面B位置最低，床面A、C可以等高或有高度差，在床面A、C上方各自设有倾斜布置的弧形埋管。另有输送器向床面B输送燃料。

本实用新型的又一方案，主要由在流化床上方燃料流化区内设有水循环埋管构成，其特点是在炉膛内设有高度差异的流化床面A′、B′，并且床面A′、B′分别与独立输风管E′、F′相接，其中床面A′沿炉膛四周环形布置，床面B′处于炉膛中部位于床面A′下方，在床面A′上方设有若干倾斜布置的弧形埋管或设有螺旋状倾斜布置的环形埋管。另有输送器向床面B′输送燃料。

由于具有上述差速流化床结构，其积极意义依次有：1、在第一方案里，设有三个不等高的流化床面A、B、C，燃料通过螺旋或气力输送直接送至位置最低的流化床面B，并且由于靠输风管E、F、G分别向床面A、B、C输风，只要适当选择各风机的风压、风量，使床面B上的风速最高，床面A、C上的风速较低，从而在处于炉膛中段位置的床面B上方形成燃料燃烧的强流化区，根据流化区内燃料颗粒分布规律，细小颗粒一般处于流化区上段，且因炉膛截面成倍扩大、颗粒上冲速度迅速减慢，粗大颗粒一般处于流化区下段运动。当强流化区(B)工作运行中，处于上段的细小燃粒不断向两侧A、C床面洒落，从而在床面A、C上方形成细颗粒燃料燃烧的低速流化区，又由于低速流化区(A、C)内的气流静压高于强流化区，在低速流化区的循环过程中，下段的燃粒有再次流回强流化区的趋向，继而被强流化区气流再次吹起，如此往复，在整个炉膛内形成三个流化燃烧区的内循环燃烧。并且该方案中倾斜布置的直线状吸热埋管的高端是设在位置最高的床面A上方，埋管的低端是设在位置次高的床面C上方，也就是埋管的高端处于床面A低速流化区上段，埋管中段处于床面B强流化区上段，埋管的低端处于床面C低速流化区上段，使整个埋管在流化燃烧的吸热过程中，主要只受到低速的、细小燃粒的撞击和冲刷，从而埋管的磨损大为改善，若再辅以埋管的耐热、耐磨材质选择，埋管的磨损基本可以得到解决。2、在第二方案里，利用与第一方案相同的设计思路，在中段床面B上方的燃料强流化区里，不设埋管；而在两边床面A、C上方的燃料低速流化区里，各自设有倾斜布置的弧形埋管，使埋管只受到低速的细小燃粒的撞击和冲刷，从而降低埋管磨损。3、第三个方案的设计思路与前二个方案相同，在中央床面B′的强流化区内不设埋管；而在环形床面A′上方的低速流化区里，设有若干个倾斜布置的弧形埋管或设有沿床面A′的螺旋状倾斜布置的环形埋管，在工作中使埋管的磨损降低。4、上述埋管的描述，为便于理解，是讲单根埋管的形状和布置位置，实际应理解为若干同样形状的埋管构成的埋管群，譬如第一方案的埋管群为倾斜平面，第二、三方案里的埋管群为弧形旗面或螺旋环旗面。在这三个方案里均采用倾斜布置埋管，当埋管在流化区内吸热并传导至管内介质水后，形成的汽水混合物在埋管内上升并往高端出口流动，外界“冷水”从低端进入埋管，从而形成埋管内介质水的自然循环。5、由于上述方案的差速流化床结构，除粗燃粒主要在强流化区燃烧循环外，细小燃粒还从强流化区上段向二旁(或周围)低速流化区洒落并流化循环，且又在流化料层静压差的作用下再次逐渐返回至强流化区，从而形成燃粒充分内循环燃烧。由于燃粒横向混合强烈，燃粒在流化区内停留时间长，燃烧充分，提高了燃烧效率。同理，辅助添加的脱硫原料(例石灰石等)也因在流化区内有较长的停留时间，从而提高了脱硫介质的利用率及脱硫效率。另外由于埋管在流化区内传热效率较高，从而使炉膛内温度稳定在800℃～900℃，不仅减少了燃料结焦，还可降低氮氧化合物生成，而使排放的烟气减少污染。6、由于燃料只向强流化区床面给料，与常规流化床锅炉向整个流化区床面给料相比，本实用新型给料相对集中在面积较小的强流化区床面上，给料较容易均匀，流化混合也较为均匀。7、在第二、第三方案里，埋管采用弧形或螺旋环形结构，由于具有弯管挠性，在受热过程里可以较合理地解决了热膨胀问题。8、当锅炉采用本实用新型结构后，具有良好的负荷适应能力，可以在1/3的额定负荷下稳定运行(譬如只开强流化区输风管流化燃烧)，负荷调节性能好(譬如启动强流化区后，选择开启低速流化区输风管E或G流化燃烧)。