[发明专利]高温颗粒陷阱及使用高温颗粒陷阱的循环流化床锅炉

说明书

技术领域

本发明属于高温气固分离领域，提供一种低阻力的高效率颗粒捕集过程，被捕集的高温颗粒在颗粒陷阱的诱导下进入限定区域，实现高低温过程的高效低阻气固分离过程。可用于化工、动力、冶金、环保等领域的气固分离过程。 

背景技术

中国是世界上最大的循环流化床锅炉的使用国。2010年底中国已经拥有3000多台与发电有关的循环流化床锅炉，锅炉最大容量达到300MW。中国第一台，也是世界第一台600MW循环流化床锅炉已经开始建设，中国将成为循环流化床锅炉最为完善的国家。 

循环流化床锅炉与常规发电锅炉在结构上的一个巨大差别是多了飞灰循环回路。这套回路既不是燃烧的需要，也不是传热的需要，仅仅是为了改善锅炉性能而采取的完善措施。如果不采用这套回路，循环流化床锅炉就回到所谓鼓泡流化床锅炉，在燃烧和脱硫等方面性能略有下降外，在锅炉容量、运行方式、电厂运营等方面都没有显著影响。然而，这套仅仅是提供锅炉性能提高的结构却带来较大幅度的发电厂自用电消耗。其原因是高温气固分离装置形成很大的动力消耗，这种动力消耗只能由锅炉引风机承担。 

通常循环流化床的高温气固分离采用旋风分离器。不同厂家和研究机构设计的旋风分离器的差别主要反映在截面形状、结构尺寸、冷却方式、构造结构和建造材料等方面，为了达到较高的分离效率，循环流化床锅炉发展期间淘汰了百叶窗分离器、迷宫分离器等所谓低阻同时效率不高的高温分离器，几乎无一例外的选择了旋风分离器。这种发展历程暗示着工业界接受了高效高阻的技术现实。 

循环流化床燃烧技术的发展历程显示，如果得不到足够的返料，无论布置多少受热面都很难获得希望的锅炉出力。其原因是经过高温分离器捕集的飞灰颗粒回到炉膛不仅调节了炉膛温度还强化了炉膛水冷壁的传热过程，显著提高了锅炉炉膛的产汽量。 

对循环流化床锅炉而言，有效回输足够量的高温颗粒，不仅可以保证锅炉炉膛出产足够量的饱和蒸汽，还在一定程度上决定了锅炉各种受热面(水冷壁、过热器、再热器等)的吸热量分配，是锅炉运行需要严格保证的参数。从另一个角度看，飞灰回输不仅提高了这些飞灰本身的燃尽率，对锅炉整体运行也有减少燃料消耗最的间接作用。因此，保证高温分离器效率成为锅炉设计者首先考虑的重要因素之一，这也可能是生产厂家放弃其他高温分离器而采用旋风分离器的最直接原因。 

然而，旋风分离器的效率与运行阻力是一对天生的矛盾体。高效必然高阻，满足锅炉性能的同时带来的高分离器阻力成为锅炉烟气通道中最大的阻力构成。目前获得的数据看，旋风分离器阻力在1000～2000Pa之间。如中国科学院的设计，200MW循环流化床锅炉选用的旋风分离器阻力为2kPa(孙运凯，600t/h循环流化床锅炉的设计开发，第一届中国循环流化床燃烧理论与技术学术会议暨全国电力行业CFB机组技术交流服务协作网第六届年会论文集，2007.海口)，135MW循环流化床锅炉选用的旋风分离器阻力为1.5kPa(包绍麟，神华煤制油自备电站440t/h CFB锅炉的设计与运行，第一届中国循环流化床燃烧理论与技术学术会议暨全国电力行业CFB机组技术交流服务协作网第六届年会论文集，2007.海口)；这个压降下，旋风分离器的进口气体速度选择在18m/s～20m/s附近(设计范围可选择18～35m/s)。 

西安热工研究院对某发电厂135MW循环流化床锅炉发电机组的测量显示，引风机实际电耗达到2.657kWh/t，与引风机电耗目标值2.049kWh/t的差距为-1.039kWh/t。该发电厂引风机电耗占到0.7％(王智微，CFB机组运行优化系统的研究开发及SIS系统在CFB机组中的应用，循环流化床锅炉协作网年会ppt，2007.5大连)。这是在确认旋风分离器在循环流化床锅炉上使用合理的前提下的结果。同一测量显示，该电厂厂用电目标9.327％，实际厂用电率12.984％，造成发电煤耗多17.991g/kWh。不论电厂自用电多少，为保证锅炉出力，旋风分离器运行阻力不会改变，因此引风机电耗的绝对值不会改变。 

目前循环流化床锅炉旋风分离器压降在1000～2000Pa之间，成为烟气流程中压力降最大的机构，也是造成引风机电耗高的主要环节。表1给出了一些现有的中等容量循环流化床锅炉的相关数据。数据显示，引风机电耗在数千kW数量级上。 

表1.循环流化床锅炉引风机电耗