专利名称：水/蒸汽冷却的u形槽梁碰撞式颗粒分离器的制作方法
技术领域：
本发明总地涉及用于从循环流化床锅炉的烟气流内分离出其所携带的固体颗粒的装置。具体地说，本发明涉及用与循环流化床锅炉的水和/或蒸汽回路相结合的U形槽梁砬撞式颗粒分离器阵列来分离出烟气中的固体颗粒的新颖而实用的装置。
在采用循环流化床锅炉的发电厂，从烟气中将固体颗粒分离出来并送回到这种锅炉的流化床的回收利用系统对锅炉的有效运行是至关重要的。这种分离和回收利用系统对循环流化床锅炉的初始投资和运行成本以及其跟随负荷变化的能力有极大的影响。
现在已有的从循环流化床锅炉的烟气流中分离出固体颗粒的系统包括旋风式颗粒分离器系统(
图1)和砬撞式颗粒分离器系统(图2)。图1中的旋风式颗粒分离器系统15采用一个旋风式主分离器1，烟气流从锅炉炉膛8经管道流进该旋风式主分离器1。固体颗粒收集在主分离器1并被通过一个称为回形密封的非机械式阀门30送回到炉膛8。已知的有旋风式分离器系统15的循环流化床锅炉也利用对流表面9、空气加热器10、以及一辅助颗粒分离和回送系统，诸如辅助收集器4，辅助收集器吹扫管路7、辅助回送管路5、集尘室11、以及集尘室回送管路6。
图2的碰撞式颗粒分离器系统17采用一个碰撞式主颗粒分离器1′连通于炉膛8，烟气流13从炉膛8流进该碰撞式主颗粒分离器1′，固体颗粒收集在分离器1′并被积存在用于收集颗粒的颗粒积存斗2内，而后被通过L形阀门3回送到炉膛。
Belin等人的No.4，992，085号美国专利揭示了一种内部碰撞式颗粒分离器，它采用多个U形碰撞构件，这些构件排列成至少交错的两行并设置在烟气流内，用于截获烟气流中的固体颗粒。
Eickvonder等人的No.5，025，755号美国专利揭示了一种采用交错布置的许多槽梁的迷宫式颗粒分离器，槽梁横截面基本上为“U”形的截面。这种迷宫式分离器是安装在流化床锅炉的顶部。
Abdulally等人的No.4，951，611号美国专利揭示了一种采用许多由水或蒸汽冷却的分离器管的内部固体颗粒分离系统，这些管子都有从各管子的正好相对的部分伸出的一对翅片，用于截获烟气流中的固体颗粒。
本发明涉及用于从采用流体循环系统尤其是水和/或蒸汽循环系统的循环流体床锅炉的含有固体颗粒的烟气流中分离出固体颗粒的装置。
根据本发明的第一实施例，本发明的一个方面是做成一种用于从有流体循环系统的燃烧室的含有固体颗粒的烟气流中分离出固体颗粒的装置。在烟气流流道内以一定的水平间距相邻地设置许多分离器。每一分离器有四根垂向的或基本上垂向的管子(下文称为垂向管)第一前垂向管、与第一前垂向管以一定的水平间距设置的第二前垂向管、与第一前垂向管以一定的水平间距设置的第一后垂向管、以及与第二前垂向管以一定的水平间距设置的第二后垂向管。每一分离器还有把第一前垂向管和第一后垂向管连通的连接管、把第一后垂向管和第二后垂向管连通的连接管、以及把第二后垂向管和第二前垂向管连通的连接管。
第一前垂向管和第一后垂向管之间、第一后垂向管和第二后垂向管之间、以及第二后垂向管和第二前垂向管之间均连接一隔板，以形成一个将能截获流过来的烟气中的固体颗粒的凹槽形结构。
一第一分离器的第一前垂向管连通于流体循环系统，一最后一个分离器的第二前垂向管也连通于流体循环系统。一分离器连接管把一个分离器的第二前垂向管与一相邻分离器的第一前垂向管连通。通过把各相邻的分离器连接于流体循环系统，各分离器的各管子和连接管就允许来自流体循环系统的流体流经每一分离器而后流回流体循环系统，这样就能有效地冷却各分离器的各管子和连接管。
将许多分离器在烟气流的流道内布置成交错的几例。
根据本发明的第二实施例，本发明的另一方面是做成一个用于从有流体循环系统的燃烧室的含有固体颗粒的烟气流中分离出固体颗粒的装置。它也是将许多分离器以一定的水平间距相邻地设置在烟气流的流道内。每一分离器有四根垂向的或基本上垂向的管子(下文称为垂向管)一第一前垂向管、一与第一前垂向管以一定水平间距设置的第一后垂向管、以及一与第二前垂向管以一定水平间距设置的第二后垂向管。
同样，在第一前垂向管和第一后垂向管之间、在第一后垂向管和第二后垂向管之间、以及在第二后垂向管和第二前垂向管之间均连接一隔板，以形成一将能截获流过来的烟气流中携带的固体颗粒的凹槽形结构。
但是，与前一实施例不同，这一实施例中，构成每一分离器的每一根垂向管的上端都连接并流体连通于流体循环系统的一根上总管，而构成第一分离器的每一根垂向管的下端都连接并流体连通于流体循环系统的一根下总管。通过将相邻的各分离器以同样的方式流体连通于流体循环系统，在各上总管和下总管之间就形成许多并行的流体流道，这就使来自流体循环系统的流体能并行地流过并冷却每一分离器。
同样，也是将许多分离器在烟气流的流道内布置成交错的几列。
在后附的并构成本说明书之一部分的权利要求书中详细地指出了表征本发明之新颖性的各特点。为更好地理解本发明技术方案、它的运行上的优点以及应用它能获得的具体效果，下面参照附图描述本发明的较佳实施例。
在各图中图1是已知的采用旋风式颗粒分离器系统的循环流化床锅炉设计结构的示意图;
图2是另一已知的采用碰撞式颗粒分离器系统的循环流化床锅炉设计结构的示意图;
图3是表示用在碰撞式颗粒分离器系统中的一种已知U形槽梁的支撑连接的简图;
图4是已知的U形槽梁碰撞式颗粒分离器系统的顶视图;
图5是本发明的分离器的第一实施例的顶视图;
图5A是沿图5中箭头5A-5A方向观察的分离器的向视图;
图6是本发明的分离器系统之第一实施例的俯视剖视图，是沿图7中的箭头6-6方向剖取的;
图7是本发明之分离器系统的第一实施例的立体图;
图8是本发明之分离器系统的第二实施例的俯视图;
图9是图8之第二实施例的分离器系统的侧视图，是沿图8中的箭头9-9的方向剖取的;
图10是本发明之分离器系统的第二实施例的立体图。
图4显示了一种已知的、采用许多U形槽梁20的碰撞式颗粒分离器系统，这些U形槽梁是设置在含有固体颗粒的烟气流13中以收集固体颗粒。密封挡板27连接于侧壁隔极24，用于阻止烟气流13旁通流过U形槽梁20。图3表示出了用支撑板26和栓接于顶隔板22的支撑螺栓28连接于顶隔板22的U形槽梁20。顶隔板22和侧壁隔板24都典型地分别包括有流体冷却的管子22′和24′，各管子之间有金属隔板23连接着，构成一个气密的外壳壁。尽管U形槽梁是用不锈钢制成的，但已发现其在高温下会产生翘曲。
本发明通过采用类似于用于锅炉外壳的那种结构的管子和隔板壁结构可以减轻与已知的不锈钢U形槽梁相关的问题，这种结构允许以与流经管子构成循环流化床反应器或锅炉外壳的流体循环回路的流体相同的流体冷却U形槽梁。流体一般是水、蒸汽或两者的混合物。本发明的分离器30的第一实施例示于图5。分离器30包括多根垂向的或大致为垂向的管子(下文称为垂向管)，即，第一前垂向管30a和与第一前垂向管30a有一段水平间距的第二前垂向管30d;第一后垂向管30b与第一前垂向管30a有一段水平间距;第二后垂向管30c与第一后垂向管30b有一段水平间距，又与第二前垂向管30d有一段水平间距。
连接管32使管子30a和30b之间、30b和30c之间、以及30c和30d之间连通。此外，隔板或称连接板34用焊接或其它适当的方法连接在垂向管30a和30b、30b和30c、以及30c和30d之间，且基本上延伸于这些管子30a-30d的整个长度。如果需要，连接板34也可以连接于每一连接于管子30a和30b、30b和30c、以及30c和30d之间的连接管32，以消除如图5A所示那些部位的且不只限于这些的空隙33。在任何情况下，连接在各管子30a和30b、30b和30c以及30c和30d之间的连接板34都与这些管子一起构成一个凹槽形的结构，这些凹槽形结构将能截获携带在烟气中流过来的固体颗粒，使这些颗粒向下落去而跑出烟气流的流道13。这一凹槽形结构最好是“U”形的，但也可以用“V”形或“C”型等其它形状的，这都不偏离本发明的构思。本发明的分离器30是设置在烟气流的流道13内，且使第一和第二前垂向管30a和30d首先与烟气流接触。如果必要，可以在第一和第二垂向管30a和30d上加装防冲蚀护板或护罩36，以保护管子免受由烟气流13中的固体颗粒的直接冲撞而引起的冲蚀。防蚀护板可以用任何适当的耐蚀材料，诸如耐火材料、陶瓷或钢铁材料来制造。
图6是本发明的俯视图，其中几个分离器30排列成几列35，并且各列分离器35连通于循环流化床的流体循环系统。在这一较佳实施例中，流体循环系统是水和/或蒸汽循环系统(下文照此称呼)。水和/或蒸汽循环系统包括第二总管40、一个连通于第二总管40和分离器列35中的第一个分离器30的第一前垂向管30a的进口42、一个连通于第二总管40且连通于最后一个分离器30的第二前垂向管30d的出口44、以及第二总管40。水和/或蒸汽流从进口42依次流经一个分离器列35中的每一分离器30流向出口44。图6中，对管子30a和30c所画的没有影线的圆圈示意地表示管子内的水和/或蒸汽流是向图6所在的纸面内流，而对管子30b和30d所画的有影线的圆圈示意管子内的水和/或汽流或蒸汽流是从图6所在的纸面向外流。各列分离器35最好以交错的结构排列。分离器连接管32a通过把一个分离器30的第二前垂向管30d连接于相邻一个分离器30的第一前垂向管30d把相邻两个分离器30之间连通。按照本发明，交错的排列结构使得每一列分离器35都在烟气流的流道内水平地且横向地与前一列35有一定的间距。每一列中各分离器30都对准前一列35的分离器连接管32a的背后。
将本发明应用到循环流化床锅炉外壳的流体循环系统中有几种方案。第一实施例示于图6，其中在管子30a和30b之间以及管子30d和30c之间在管子的下端有连接管32，而且，管子30b和30c之间的连接管32是在管子30b和30c的上端，分离器连接管32a是在相邻两分离器30的管子30d和30a的上端。
流体(如水和/或蒸汽)从总管40进口42流入第一前管30a的顶部，然后，沿管子30a向下流到管子30a的底部，并在把那一U形槽梁的第一前缘管30a连接于后角管30b的连接管32处转一个180度的弯。然后，流体在后角管30b内向上流，并在连接于第二后角管30c的连接管32处又转一个180度的弯而向下流过管子30c，再流经连接管32转180度，随后向上流过第二前缘管30d。在这一列分离器35的其余各U形槽梁内的流动与上述第一个U形槽梁内的流动完全相同。
图7示出了采用本发明的分离器方案之后从烟气流13中分离出来的固体颗粒12的集流方向。被除去了颗粒的清洁燃气流14流出这一系统。
在正常运行工况下，烟气流13的燃气温度和已知U形槽梁列的金属的工作温度在(1500～1600)F范围内。异常的工况可能使U形槽梁区域的温度升高(＞1750F)而导致U形槽梁严重翘曲，因而固体颗粒收集效率降低。本发明的冷却隔板壁U形槽梁阵列能够大大降低U形梁翘曲的可能性。
在已知的碰撞式颗粒分离器系统中，材料上的考虑制约着工作在(1500～1600)F温度下的不锈钢U形槽梁的最大高度，因为众所周知，U形槽梁的强度要随温度的升高而降低。相比之下，本发明的碰撞式颗粒分离器30的U形槽梁是以流体冷却的，所以不存在由工作温度下的强度引起的高度限制。与其它结构型式相比，本发明的一个主要优点是容易制造。熟悉本技术领域的技术人员都可以理解，本发明可以用与现在循环流化床锅炉隔板壁外壳制造中采用的方法相类似的方法来制造。本发明的U形槽梁30既可作为蒸发器(锅炉)的表面也可以作为过热器/再热器的表面。与已知的非冷却U形槽梁相比，用本发明的冷却的U形槽梁30可以设计制造更大的循环流化床锅炉。
本发明的另一个优点是容易修理和维护。由于冷却的U形槽梁30是固定在位于锅炉顶部的总管40上向下悬挂的，如果需要修理或更换那一列U形槽梁30，只要简单地在图7中所示的C处切断进口管42和出口44，就可以很容易地将其从循环流化床锅炉的顶部拆下来。
前面已指出，可以采用的另一途径是将本发明应用于循环流化床锅炉外壳的流体循环系统。本发明的这一第二实施例示于图8～10。如图所示，在这种结构中，第一列U形槽梁51都连接于其自己的下端横向总管52(在这种情况下就是进口端)以及连接于其自己的上端横向总管54(在这种情况下就是出口端)。这种结构型式将更适用于水和蒸汽混合物以下面的横向总管52经过U形槽梁阵列到上面的横向总管54的自然循环。上和下总管之所以要称为横向管是因为它们的定位方向基本上垂直于烟气流13而沿着每一列分离器51的方向。最好是将上和下横向总管52和54设置在烟气流13之外，以降低烟气对它们的冲蚀。如图8所示，用了许多单独的分离器50，每一个都有一第一前垂向管50a和一与第一前垂向管50a有一定水平间距的第二前垂向管50d。每一后垂向管50b与第一前垂向管50a有一定的水平间距，而第二后垂向管50c与第二前垂向管50d有一定的水平间距。与第一实施例不同，在那一实施例中，流体是依次流过每一管子30a、30b、30c和30d。而在这一实施例中，流体是从下(进口)横向总管52并行地流过每一分离器50的每一单独的管子50a、50b、50c和50d而流向上(出口)横向总管54。管子50a和50b和50d而流向上(出口)横向总管54。管子50a和50b、50b和50c、及50c和50d之间均设有挡板34，用以形成一凹槽形的结构，以便能截获携带在烟气流中流过来的颗粒。同样，如果必要，也可以在每一分离器50的前缘管50a和50d上加装防触护板或罩板。
可以以强制或自然循环方式使流体流过每一单独的分离器50，这取决于多方面的考虑。在采用自然循环的情况下，最好是把下横向总管52作为进口总管，而把上横向总管54作为出口总管。当然，如果是采用强制循环，或者如果分离器50内的工作流体是蒸汽，这些进口和出口的位置设置就可以倒过来。流进分离器50的流体的具体类型应根据具体应用场合的需要来选择。
如图8和9所示，包围着分离器阵列50的侧壁通常包括由隔板58间隔开的管子56，这样，侧壁也可以用水和/或蒸汽冷却。类似地，如图9所示，顶壳板也可以是一种用隔板62隔开管子60的结构。底板64也可以做成这种流体冷却的结构。
第二实施列的另一优点是，各根管子50a、50b、50c和50d都是相互完全相同的，每根管子都有一弯曲部分66和一直的部分68。用这种结构，只需加工一种形式的管子就可以把下横向总管52和上横向总管54相互连接起来，这就使分离器50成为一种简单而制造成本低的结构。
同样，也可以设置多个附加的分离器列51。每一附加的分离器列51与前一列51保持一定的水平间距。每个附加的分离器列51应有其自己的上和下横向总管52、54。如果认为合适，可以使流体循环系统的流体从第一列51的出口横向总管出来进入第二列51的进口横向总管。这样的连通可以一直继续到最后的那一分离器列51。应该恰当地选择各列之间的连接管路(未示)的尺寸和型式，以便达到为消除流体吸热的任何不平衡所需要的压力降和/或流量分布。例如，可以在横向总管52、54之间设置不同型式的单或多个三通连接。
尽管为了说明本发明之原理的应用已详细地图示和描棕了本发明的几个具体实施例，但应理解，本发明还可以在不偏离这些原则的情况下有其它的实施例。
权利要求
1.一种用于从有流体循环系统的燃烧室的含有固体颗粒的烟气流中分离出固体颗粒的装置，它包括多个以一定水平间距相邻地设置在含有固体颗粒的烟气流的流道内的分离器，每一分离器有一第一前垂向管、一与第一前垂向管以一定水平间距设置的第二前垂向管、一与第一前垂向管以一定水平间距设置的第一后垂向管、以及一与第二前垂向管以一定水平间距设置的第二后垂向管；一个将第一前垂向管和第一后垂向管连通的连接管，一个将第一后垂向管向管和第二后垂向管连通的连接管，以及一个将第二后垂向管和第二前垂向管连通的连接管。连接在第一前垂向管和第一后垂向管之间、第一后垂向管和第二后垂向管之间、以及第二后垂向管和第二前垂向管之间的隔板，用以形成一个将能截获流过来的烟气流中携带的固体颗粒的凹槽形结构；第一个分离器的第一前垂向管连通于流体循环系统，最后一个分离器的第二前垂向管也连通于流体循环系统；一个把一个分离器的第二前垂向管连通于相邻一个分离器的第一前垂向管的分离器连接管；以及用于使来自流体循环系统的流体流经每一分离器再流回到流体循环系统的管子和连接管。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，它包括多列设置在烟气流的流道内的附加分离器，每一列附加的分离器都与其前一列有一定的水平间距。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，每一列附加分离器中的各分离器都对准其前一列的分离器连接管的背后。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，流体循环系统包括多个总管。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，包括把第一个总管连通于第一个分离器的第一前垂向管的进口管和把第二个总管连通于最后一个分离器的第二前垂向管的出口管。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，第一和第二前垂向管的外表面装有护罩。
7.如权利要求6的所述的装置，其特征在于，护罩是用耐火材料制成的。
8.如权利要求6的所述的装置，其特征在于，护罩是用陶瓷材料制成的。
9.如权利要求8的所述的装置，其特征在于，护罩是用钢材料制成的。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，前垂向管和后垂向管之间的连接管是设在这些垂向管的下端。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，第一后垂向管和第二后垂向管之间的连接管是设在这两个垂向管的上端。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，分离器连接管是设在一个分离器的第二前垂向管和一个相邻的分离器的第一前垂向管的上端。
13.如权利要求1所述的装置，其特征在于，流体是水。
14.如权利要求1所述的装置，其特征在于，流体是水和蒸汽的混合物。
15.如权利要求1所述的装置，其特征在于，流体是蒸汽。
16.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述凹槽形结构是“U”形的、“V”形的或“C”形的。
17.如权利要求1的所述的装置，其特征在于，所述燃烧室是一种循环流化床锅炉。
18.一种用于从有流体循环系统的燃烧室的含有固体颗粒的烟气流中分离出固体颗粒的装置，它包括多个以一定水平间距相邻地设置在含有固体颗粒的烟气流的流道内的分离器，每一分离器有一第一前垂向管、一与第一前垂向管以一定水平间距设置的第二前垂向管、一与第一前垂向管以一定水平间距设置的第一后垂向管、以及一与第二前垂向管以一定水平间距设置的第二后垂向管;连接在第一前垂向管和第一后垂向管之间、第一后垂向管和第二后垂向管之间、以及第二后垂向管和第二前垂向管之间的隔板，用以形成一个将能截获流过来的烟气流中携带的固体颗粒的凹槽形结构;其特征在于，各分离器布置成至少一列，且构成一列中的各分离器的每一管子的下端与流体循环系统的供这一列用的一下横向总管流体连通，以及所述那些管子的上端与流体循环系统的供这一列用的一上横向总管流体连通，因而在下和上横向总管之间形成多条并行的流道，这些管子和横向总管使从流体循环系统来的流体并行地流经各分离器再流回到流体循环系统。
19.如权利要求18所述的装置，其特征在于，还包括设置在烟气流道内的多列附加分离器，每一列都与其前一列有一定的水平间距，且每一列都有一上和一下横向总管。
全文摘要
一种用于从有流体循环系统的燃烧室的含有固体颗粒的烟气流中分离出固体颗粒的装置，它包括多个以一定水平间距设置在烟气流的流道内的分离器。每一分离器的四根管子中有选择地在两根管子之间设置隔板，形成能截获流过来的烟气中的颗粒的凹槽形结构。在一实施例中，每一分离器的四根管子之间依次两两连通，各相邻分离器之间依次连通，来自流体循环系统的流体从第一个分离器的第一前管流进，流经一列分离器的每一管子，从最后一个分离器流出而流回流体循环系统。在另一实施例中，借助于进口和出口横向总管使流体并行地流过各列分离器的各分离器。
文档编号F23J15/02GK1104928SQ9411671
公开日1995年7月12日 申请日期1994年9月28日 优先权日1993年9月28日
发明者爱德华D·达姆, 戴尼尔R·罗莱 申请人:巴布考克及威尔考克斯公司