轴向煤炭分离器的制作方法

专利名称：轴向煤炭分离器的制作方法
技术领域：
本申请大体涉及用于根据尺寸或质量分离颗粒的分离器。更具体地说，本申请涉及静态轴向分离器，所述静态轴向分离器被构造成更精确地分离燃料(比如煤)的固体颗粒，以使燃料的燃烧更有效并且减少不希望的排放物。
背景技术：
在电力工业中例如在燃煤发电站中使用颗粒分离器，比如煤炭分离器，进行悬浮燃烧，是众所周知的。通常，颗粒分离器被安装在燃料破碎装置(例如粉碎机)和燃料燃烧装置(例如锅炉、火炉)之间。煤炭以大而无规则的块进入破碎机，并且转变为较小且更规则的块离开，这些较小且更规则的块随后被导入分离器中。分离器基于煤的尺寸或质量对其进行分离，较大的颗粒被引导再次穿过粉碎机以进一步减小尺寸，并且其中较小的颗粒被引导出分离器并进入燃烧装置。通常，分离器被分为两种类型:静态型和动态型。传统的静态分离器一般涉及使用流体(例如空气、气体)流，以通过旋风流或涡旋流产生离心力以将颗粒移动到分离器的周边壁，在这里重力和摩擦力的合力克服拉拽力，使得较重或较大颗粒脱离流体流并且被剔除返回粉碎机。传统的动态分离器一般涉及使用旋转式分离器叶片，以产生改善颗粒分级所需的离心力，其中所述旋转叶片可以与颗粒实体撞击，以将其从总体的流体流中剔除返回粉碎机。本申请涉及一种改进的静态分离器，其更为有效地分离燃料(比如煤炭)的粗颗粒与细颗粒。图1例示了传统的静态轴向分离器的一个实例，它包括壳体11、入口管12、出口管13、目标锥形部件14、一个挡板或多个叶片15，以及回收管16。所述壳体11包括连接至(coupled to)入口管12和回收管16的下部V型部分，并且进一步包括连接至出口管13的上部环形(低速)部分。所述锥形部件14设置在所述壳体11的内部，以便所述锥形部件14的外表面与所述壳体11的内表面为流体流19’(通过所述壳体与锥体之间的两个箭头以及出口管中的两个箭头例示)形成通道。所述锥形部件14的外表面可以连接至叶片15的内表面，并且所述叶片15的外表面可以连接至所述壳体11的内侧。与所述回收管16的横截面相比，所述入口管12具有较小的横截面(例如直径)，以便所述回收管16连接到所述壳体11的下部V型部分的底部，围绕所述入口管12形成环形部分。气动输送的粉煤进入传统静态轴向分离器10的入口管12的下端，正如流体流19所例示的那样。流体和煤炭颗粒离开所述入口管12，并且在穿过所述锥体14与壳体11之间形成的通道的同时，与所述锥体14的外表面或所述壳体11的内表面碰撞。流动截面积也被增大，使流动变慢。一些煤炭颗粒可能碰触所述椎体14或壳体11,由于摩擦力抵消来自流体流19’的向上拉拽力，煤炭颗粒将遭受进一步的减速。如果重力、摩擦力和非弹性碰撞的合力超过流体流所产生的拉拽力，那么颗粒将停滞并且可能从通道中掉落或下降至所述回收管16的环形部分中，通过所述回收管16的环形部分将煤送回至粉碎机。其它煤炭颗粒被流体流19’拉拽从通道穿过所述挡板15进入所述出口管13 (如流体流19"所示)，所述出口管13既可以间接地也可以直接地将颗粒最终送往燃烧区，因为颗粒可以被存储在容器中。形成挡板的叶片15通常被构造成引导所述流体流19’以旋流或涡流的形式离开挡板，这增大了重力势能(the potential for gravity),从而克服了流体的拉拽力并使颗粒朝所述回收管16掉落。具有相对较高的动量和惯性的较大颗粒可能与所述叶片15撞击或碰撞，从而通过非弹性碰撞使颗粒变慢。形成的漩涡，连同在所述壳体11顶部的流动方向的变化，增加了较大颗粒的势能以撞击固定表面，这可能使颗粒变慢或者使撞击过的颗粒流从所述流体流方向朝所述回收管16改变方向。传统的静态轴向分离器，比如图1中所示的分离器，具有数个缺陷，本申请仅描述其中的一些。传统的静态轴向分离器的第一个缺陷是，相对于穿过所述出口管的全部颗粒，粗颗粒(例如大于300微米)与所述流体流之间的分离非最佳分离，这可能降低燃烧区的效率。离开所述入口管的流体流以高速行进，在未受到足以克服流体拉拽力以及使最佳百分比的粗颗粒掉落返回至所述回收管的抵消力(例如摩擦力、碰撞、重力)的作用的情况下，所述粗颗粒可能被带起穿过通道。另外，那些确实受到足够的抵消力的作用而开始下降的颗粒必须重新进入入口管附近的较高速度的流体流内(因为所述回收管被构造成与来自所述入口管的流体流的出口相邻)，其中所述较高速度的流体流可能重新带走上升的粗颗粒，并且引导它们回到并穿过所述挡板。传统的静态轴向分离器的第二个缺陷是，使离开燃烧区的未燃烧的煤炭或煤焦出现增多的趋势，这会对燃烧效率产生负面影响。在静电除尘器的运行过程中收集负载有碳的飞灰颗粒也更困难，并且对来自燃烧过程的灰尘副产品的质量及其在建筑工业中的有益利用都受到负面影响。第三个缺陷是，由于在所述目标锥体部分14与所述壳体11之间的环形中的速度低，因此还存在不希望的百分比的细颗粒被剔除的可能性。随着通常用于氮氧化合物排放控制的燃烧分级(主火焰的内部或外部)使用的增多，注入燃烧区的颗粒的最大尺寸越来越受关注。因为焦炭或固定碳在暴露于氧气的表面氧化，因此在燃烧期间颗粒的尺寸和颗粒的表面积与体积或重量的比例影响总体反应速率。因此，较小或较细的颗粒相对于较大或较粗的颗粒氧化得更快。增加细煤粒相对于注入燃烧区的全部颗粒的含量，通常而言，在降低未燃烧的煤炭(或焦炭)离开燃烧区的可能性的同时，改善燃烧效率和氮氧化物的排放控制。

发明内容
本发明的一个示范性实施例涉及一种根据颗粒的尺寸分离流体流中的颗粒的轴向分离器。所述分离器包括:入口管、回收管、反射盖和壳体，所述入口管具有第一端和第二端，其中所述第一端接受来自另一个设备的流体流并且所述第二端输出所述流体流，所述回收管具有被构造成接收从所述流体流中分离出的颗粒的开口，所述反射盖设置在所述入口管上方，用于使离开所述入口管的流体流朝所述回收管改变方向，所述壳体形成有腔室以供流体流从中流动，其中所述壳体包括供所述流体流离开所述分离器的开口。所述入口管的第二端设置在所述回收管的开口上方，其中离开所述反射盖后的所述流体流中的颗粒在所述腔室中被分离。本发明的另一个示范性实施例涉及通过燃烧燃料源生产电能的动力设备(powerplant)。所述动力设备包括:粉碎机、燃烧装置和轴向分离器，所述粉碎机被构造成减小进入所述粉碎机的燃料源的颗粒尺寸，所述燃烧装置具有点火器和燃烧室，其中所述点火器提供热量以在所述燃烧室中引发燃料的燃烧。所述轴向分离器被构造成分离从所述粉碎机接收的流体流中的燃料颗粒，以便将被分离出的粗颗粒送回所述破碎机并且将细颗粒送至所述燃烧装置。所述轴向分离器包括入口管、反射盖、偏转部件、流体连接(fluidlyc ο u PI e d )至所述粉碎机的回收管、流体流导向件和形成有腔室以供流体流从中流过的壳体。所述入口管将从所述粉碎机接收的流体流向上朝所述反射盖引导。所述反射盖使所述流体流向下朝所述偏转部件和回收管改变方向。所述流体流导向件连接至所述壳体，并且被构造成影响所述流体流的方向，其中粗颗粒从所述流体流中分离出来并进入所述回收管，以返回并经由所述粉碎机再次调整尺寸，并且其中所述流体流的细颗粒留在流体流中，并且被偏转部件向上朝所述壳体的开口改变方向以进入所述燃烧装置中。


图1为传统的静态轴向分离器的主剖视图；图2为根据一个示范性实施例的静态轴向分离器的主剖视图，其中例示了流体流；图3为图2的分离器的另一个主剖视图，其包括用以调整所述分离器运行的调节组件；图4为例示了传统分离器的内部静压梯度的计算流体力学(CFD)模拟；图5为例示了图2的分离器的内部静压梯度的CFD模拟；图6为例示了传统分离器内部的流体速度的CFD模拟；图7为例示了图2的分离器内部的流体速度的CFD模拟；图8为CFD模拟，例示了传统分离器内部的煤炭粗颗粒的轨迹分布；图9为CFD模拟，例示了图2的分离器内部的煤炭粗颗粒的轨迹分布；图10为罗辛-拉姆勒标绘图(Rosin-Rammler Plot),例示了传统分离器运行时所测量到的入口和出口条件样本和通过CFD模型验证的出口条件，以及关于图2所示的分离器的CFD分离器模型；图11和12例示了根据一个示范性实施例的静态轴向分离器的尺寸；图13为根据另一个示范性实施例的静态轴向分离器的主剖视图；图14为例示了通至下游的颗粒基于颗粒尺寸(单位为微米)范围的百分比的图表;图15为例示了被剔除以进行再磨碎的颗粒基于颗粒尺寸(单位为微米)范围的百分比的图表；图16为用在根据另一个示范性实施例的静态轴向分离器中的反射盖和入口管的主剖视图。
具体实施例方式相比于传统的分离器，本发明所描述的轴向分离器通过减小或消除粗颗粒相对于离开所述分离器随后被引至燃烧区的全部颗粒的含量，改善了粗颗粒的分离效率。因为平均颗粒尺寸的减小总体上改善了燃烧装置的效率，减少了不希望的排放物的数量，并且减少了未燃烧而离开所述燃烧区的颗粒的含量，所以采用所述分离器增大了细颗粒相对于进入所述燃烧区的全部颗粒的含量。本申请所公开的静态轴向分离器，通过在分离器内部更有效地从所述流体流中分离粗颗粒并且将所述粗颗粒剔除返回粉碎机以进一步减小尺寸，而增大了到达所述燃烧区的细颗粒的比例。本申请所公开的静态轴向分离器优选地用于煤电厂中，以分离从所述粉碎机接收的煤炭颗粒并且送至燃烧区，然而，应该注意的是，所述轴向分离器可以用于任何工业中分离包括粉体或颗粒组合物的任何物料。图2和3例示了根据一示范性实施例的轴向分离器30，示出的轴向分离器30包括壳体31、回收管35、出口管40、入口管50、反射盖60和偏转部件70。所述分离器30可以被构造成包括多个出口管40，其中所述多个出口管中的每个出口管40可以将流体流中的一部分朝一个或多个燃烧区引导。所述壳体31可以由任何足够牢固且耐用的合适材料制成，以承受来自高速煤炭颗粒的潜在的内部压力、撞击和磨损。根据一个示范性实施例，所述壳体31可以包括环形上部33和锥形(例如具有V型剖面)下部32。所述壳体31的上部33可以连接至所述出口管40，并且所述壳体31的下部32可以连接至所述回收管35。所述壳体31可以容纳所述入口管50的一部分和所述反射盖60，其中在所述壳体31的内表面与所述入口管50的一部分的外表面之间形成第一腔室34a，在所述壳体31的内表面与所述反射盖60的外表面之间形成第二腔室34b。所述腔室34a、34b可以被构造成供流体，比如与燃料(例如煤)的颗粒一起的空气，从中流过。例如，流体流39可以从所述反射盖60穿过所述第一腔室34a，其中粗颗粒从所述流体流39中分离。然后所述流体流39可以离开所述第一腔室34a向上朝所述第二腔室34b改变方向，其中其他余下的粗颗粒可以从所述流体流39中分离并掉落而被回收，同时所述流体流39经由所述出口管40离开所述分离器30。所述出口管40可以足够坚固和耐用以承受来自高速煤炭颗粒的潜在的内部压力、撞击和磨损。根据一个示范性实施例，所述出口管40可以被构造成供包含燃料(例如煤)颗粒的流体流从所述分离器3传送至存储容器或所述燃烧区，并且出口管40可以包含下端41 (或第一端)和上端42 (或第二端)。所述出口管40的下端41可以连接至所述壳体31的上部33，并且所述出口管40的上端42可以连接至存储容器、燃烧区或另外连接(例如流体连接)至所述燃烧区的管。所述出口管40也可以与所述壳体31 —体成型，从而使得所述上端42具有被构造成供所述流体流直接或经由另外的管传送至所述燃烧区的开口。所述入口管50可以足够坚固和耐用以承受来自高速煤炭颗粒的潜在的内部压力、撞击和磨损。根据一个示范性实施例，所述入口管50可以被构造成供包含燃料(例如煤炭)颗粒的流体流39通过，并且所述入口管50在所述回收管35的内部和壳体31的至少一部分(比如下部32)之中穿过。所述入口管50可以包括下端52 (或第一端)和上端51 (或第二端)，所述下端被构造成接收来自粉碎装置的加压流体和煤炭颗粒，所述上端被构造成在向上的方向上朝所述反射盖60输出包含煤炭颗粒的流体。所述入口管50的上端51可以高于所述回收管35的入口 37。这样的构造克服了传统分离器的不足，如图1所示的那样，所述传统分离器的入口管的上端被构造成相对接近于所述回收管的入口，在这样的传统分离器中，为了回收粗颗粒，颗粒必须返回穿过所述高速流体流并且再次受到所述流体流的拉拽力的作用，在这种情况下通常所述高速流体流可能再次带走粗颗粒，将粗颗粒带回通道以离开所述出口管。所述反射盖60可以足够坚固和耐用以承受来自高速煤炭颗粒的潜在的内部压力、撞击和磨损。根据一个示范性实施例，所述反射盖60可以包括上表面61、环形侧壁62和通孔或开口 63。所述反射盖60可以包括多个通孔或开口 63。所述反射盖60的上表面61可以连接至所述环形侧壁62，并且可以是凹/凸状的表面，以使所述流体流偏转或路线重置。根据一个示范性实施例，所述环形侧壁62可以具有基本一致的直径。根据另一个示范性实施例，所述环形侧壁62可以具有不同的直径。例如，所述环形侧壁62可以以一定的倾斜角朝所述入口管50延伸，从而形成向下的漏斗型或锥形形状的出口部分64。通过这样的构造可以增大离开所述反射盖60的通孔63的流体流的速度。根据一个示范性实施例，所述反射盖60可以在底部开口，形成通孔或开口 63，以容纳所述入口管50的上端51的一部分。根据另一个示范性实施例，通过不设置反射盖60的底表面而形成开口 63，所述入口管50的上端51可以在接近所述开口 63处终止。根据另一个示范性实施例，所述反射盖60可以包括可以连接至所述入口管50的上端51的底表面(或底部)。所述底表面(或底部)可以包括一个或多个开口(或通孔)63以允许流体流39通过。所述底表面(或底部)也可以被构造成具有多个翅片或叶片的挡板，以引导和调节所述流体流。所述底部的多个翅片可以被多个开口(或通孔)63隔开，其中所述翅片以相似(或一致)的倾斜角度(相对于垂直方向而言)对齐，以控制离开所述反射盖60的流体流39的方向。所述反射盖60的底部的多个倾斜对齐的翅片可以使所述流体流39以旋流或涡流的形式离开所述反射盖60，以引起所述流体流39的颗粒的撞击，比如颗粒与颗粒之间、颗粒与所述入口管50的外壁之间和/或颗粒与偏转部件70之间的撞击。作用在粗颗粒上的拉拽力可以被这些撞击(例如颗粒与其它颗粒、颗粒与所述入口管、颗粒与所述偏转部件、颗粒与所述壳体等之间的撞击)克服，从而使得所述粗颗粒从所述流体流39中分离，并且掉落至所述分离器的回收管35，以重新输出(比如通过破碎机)进一步减小尺寸。所述反射盖60被构造成使含有煤炭颗粒的流体流39从穿过所述入口管50时基本向上的方向，改变方向至当通过所述反射盖60的通孔63离开时基本向下的方向。所述反射盖60可以引导所述流体流39以一定的倾斜向下的角度离开所述反射盖60。根据一个示范性实施例，所述反射盖60可以将含有煤炭颗粒的流体流39以大体向下的方向沿所述入口管50的外表面或外壁引导至所述偏转部件70。所述反射盖60的出口部分64可以成型为使从所述反射盖60的内部到所述反射盖60的下方的流动转换中的压降损失最小。例如，出口部分64可以是呈喇叭状的，具有从所述环形侧壁62延伸出去的线性或弯曲的形状。所述反射盖60的出口部分64的形状可以改变。如图13中所示的那样，所述出口部分264可以从所述侧壁延伸出一段较长的距离，或可以被构造成具有由此延伸出去的弯曲部分。相似地，所述入口管50的上端51、入口管250的上端251和/或所述出口管40的下端41、出口管240的下端241可以被构造成使流动转换中的压降损失最小，比如通过被构造成具有一定形状(例如喇机状、弯曲状、角状(angle)等)以减少压降。根据图16中示出的示范性实施例，所述反射盖460可以包括出口部分464 (例如出口表面)和设置在所述出口部分464下方的底部463 (例如底表面)，其中所述底部463可以连接至所述入口管450的上端451。所述底部463可以包括一个或多个开口，所述开口允许从所述入口管450接收的流体流离开所述分离器430的反射盖460。所述反射盖460还可以包括扁平的顶部461、环形侧壁462和过渡部分465，所述过渡部分465包括弯曲部分和大致线性部分。所述偏转部件70可以足够坚固和耐用以承受来自高速煤炭颗粒的潜在的内部压力、撞击和磨损。根据一个示范性实施例，所述偏转部件70可以以可调节的倾斜角度从所述入口管50的外表面或外壁朝所述壳体31的内表面或内壁延伸,其中所述壳体31与所述偏转部件70之间可以形成间隙44，以使粗颗粒能够穿过所述间隙44而进入所述回收管35。如图3中所示的那样，所述分离器可以进一步包括联接件72和调节机构74。根据一个示范性实施例，所述联接件72可以在一个末端处连接至所述偏转部件并且可以在另一个末端处连接至所述调节机构74，从而在所述调节机构74的驱动下，经由所述联接件72，可以改变所述偏转部件70相对于所述入口管50的偏转的角度。所述偏转部件70的倾斜角度可以增大或减小，从而改变可以被回收的(即穿过所述回收管35的)或穿过所述出口管40的煤炭颗粒的尺寸。例如，所述偏转部件70相对于所述入口管50的倾斜角度可以减小，以调节所述分离器30而分离出相对较小的颗粒。因此，所述分离器30可以被构造成供分离大于300微米的煤炭颗粒，但是可以对上述尺寸进行调节，例如，分离大于180微米的煤炭颗粒。所述分离器可以具有宽的调节范围，以对具有较宽尺寸范围的颗粒进行分离，并且本文中所公开的实例并不意味着是限制，而是对一些可能性的说明。所述调节机构74和联接件72可以被构造成可使用任何能够提供远程调节的方式。例如，所述联接件可以包括接入所述偏转部件70内的螺纹轴，并且所述螺纹轴具有固定在所述联接件72的另一末端的作为调节机构74的手柄。转动所述调节机构74使所述联接件72转动，在螺纹的驱动下，使得所述偏转部件70沿联接件72的长度移动位置，从而使得所述偏转部件70连接至所述联接件72的末端上升或下降(取决于所述调节机构74的转动方向)，而所述偏转部件70的另一个末端可以固定到所述入口管50。因此，所述调节机构74的转动可以移动所述偏转部件70与其固定端相对的一端，而所述固定端保持固定，从而改变所述偏转部件70相对于所述入口管50和壳体31的角度。可选地，所述调节机构74可以使用任何合适的方式(比如使用电磁阀、液压或线性电动执行机构)移动或调节所述联接件72的位置。根据另一个示范性实施例，所述分离器30可以包括联接件72和调节机构74，其中所述联接件72可以在其一个末端处连接至所述偏转部件70，并且可以在其另一个末端处连接至所述调节机构74。通过所述调节机构74的调节(例如驱动)，比如可以经由所述联接件72改变所述偏转部件70相对于所述入口管50和所述反射盖60的标高(elevation)(例如高度)。换言之，所述偏转部件70相对于所述入口管50的位置(例如，高度)可以被调节，比如通过所述调节机构74的驱动。所述偏转部件70的标高(例如高度)可以改变(例如增大、减小)，从而影响到可以通过所述回收管35而被回收的和/或可以穿过所述出口管40的颗粒的尺寸。所述分离器30的偏转部件70的标高可以具有宽的调整范围。例如，所述联接件72可以螺纹连接至所述壳体31，其中通过所述联接件72的转动可以使所述联接件72中与所述偏转部件70连接的末端在线性(例如向上、向下)方向(取决于所述联接件72转动的方向)上移动。相应地，通过所述调节机构74的转动可以进而使所述联接件72转动，比如使所述联接件72相对于所述壳体31转动，以移动所述联接件72进而调节所述偏转部件70的标闻。所述分离器可以进一步包括支撑板38，所述支撑板38可以足够坚固和耐用以承受来自高速煤炭颗粒的潜在的内部压力、撞击和磨损。所述支撑板38包括连接至所述壳体31的外表面和连接至所述反射盖60的内表面。所述支撑板38通过保持所述反射盖60相对于所述壳体31的位置可以为所述分离器30提供结构支撑。根据一个示范性实施例，所述支撑板38可以成型为环形，具有与所述壳体31的内表面连接的外径以及与所述反射盖60的侧壁62的外表面连接的内径。所述支撑板38可以包括多个通孔，以使流体流39能够从中穿过而无需改变流体流的方向。因此，所述支撑板可以被构造成提供颗粒分离的另外的(例如次要的)方法。图2中通过表示流体在所述分离器30内的流动的总体方向的箭头例示了所述流体流39。所述流体流39也是为了表明在加压流体中燃料(比如煤)颗粒的流动。根据一个示范性实施例，所述流体流39通过所述入口管50的下端52 (或第一端)进入所述分离器30，并穿过所述入口管50、以大体向上的方向离开所述上端51 (或第二端)。随后通过所述反射盖60使所述流体流39改变方向进入大体向下的方向，由此所述流体流39离开所述反射盖60的底部然后流向所述偏转部件70。当所述流体流39通过所述反射盖60从大体向上的方向转向大体向下的方向时，颗粒的相对惯性导致颗粒分离，其中具有较高惯性力的较大(且较重)颗粒倾向于沿所述反射盖60的内表面聚集，而具有较低惯性力的细(且较轻)颗粒倾向于在流体流线的内部移动，所述流体流线偏离所述反射盖60的内表面。此外，通过所述反射盖60的出口(例如开口 63)的轮廓(例如弧形、弯曲状)，可以将粗颗粒导向所述入口管50的外表面，以通过碰撞产生作用力(例如摩擦力)而防止粗颗粒再次被所述流体流的拉拽力所带走，以使粗颗粒能够穿过所述回收间隙44并进入所述回收管35。当所述流体流39向下行进时，所述流体流的速度可能减小，其中经过惯性(即颗粒抵抗其方向被改变)、重力、摩擦力和非弹性碰撞的作用，粗颗粒可以与留在所述流体流中的细颗粒分离。由于颗粒的惯性以及由颗粒加速所引起的作用力均受颗粒重量的影响，因此，在与所述入口管50、壳体31和/或偏转部件70接触后，所述粗颗粒通过继续向下行进从所述流体流中分离，其中粗颗粒在穿过所述间隙44后通过所述入口 37进入所述回收管35。所述粗颗粒的惯性或动量加上重力，克服所述流体流的拉拽力，从使粗颗粒能够穿过所述回收管35以进一步减小尺寸，比如在破碎机中。然而，来自流体流的拉拽力使细颗粒转向大体垂直或向上的方向，以穿过所述支撑板并向着所述燃烧区离开所述出口管40。向上流动的流体的拉拽力可以克服向下流动的细颗粒的惯性或动量，从而使得所述流体驱使细颗粒与所述加压流体一起向上运动。如图13所不，所述分尚器230可以包括壳体231、回收管235、出口管240、入口管250和反射盖260，其中所述反射盖260的位置(例如，标高)可以被调节，从而影响粗颗粒从穿过所述分离器230的所述流体流中的分离。所述分离器230可以包括调节机构274和联接件272，所述联接件272在其一个末端处连接至所述反射盖260，并且在其另一个末端处连接至所述调节机构274，其中，通过所述调节机构274的调节可以移动所述联接件272，进而改变所述反射盖260的标高。所述调节机构274和联接件272可以是多向作用的(例如双向作用的)，以在超过一个方向上为所述反射盖260提供调节。例如，所述调节机构274可以在第一方向(例如顺时针方向)转动，其中所述联接件272和与其连接的所述反射盖260可以在向上的方向上移动，以提高所述反射盖260的相对标高，并且所述调节机构274可以在第二方向(例如逆时针方向)转动，其中所述联接件272和与其连接的所述反射盖260可以在向下的方向上移动，以降低所述反射盖260的相对标高。所述反射盖260的标高(例如高度)可以改变(例如，提高、降低)，以影响可以从所述流体流中分离的颗粒的尺寸。采用所述分离器230可以使所述反射盖260的标高具有宽的调节范围。例如，所述联接件272可以螺纹连接至所述壳体231，其中通过所述联接件272的转动可以使所述联接件272中与所述反射盖260连接的末端在线性(例如向上、向下)方向(取决于所述联接件272转动的方向)上移动。相应地，通过所述调节机构274的转动可以进而使所述联接件272转动，比如使所述联接件272相对于所述壳体231转动，以移动所述联接件272进而调节所述反射盖260的标高。所述分离器230还可以包括调节机构274和/或联接件272，所述联接件272连接至所述反射盖260，以调节所述流体流离开所述反射盖260所经过的横截面积。例如，所述分离器230可以被构造成可以通过所述调节机构274的调节移动所述联接件272，进而改变(例如增大、减小)所述反射盖的出口的横截面积，比如通过相对于所述入口管250和/或壳体231调节所述反射盖260以改变上述横截面积。通过出口处的横截面积的调节可以影响离开所述反射盖260的流体流。例如，可以通过调节所述反射盖260以对所述流体流产生文丘里效应，从而对应于所述反射盖260的出口处的表面积的减小，所述流体流的速度可以被增大，或者对应于所述表面积的增大，所述流体流的速度可以被减小。改变所述分离器230的反射盖260的出口处的横截面积的能力，比如在所述反射盖260的出口部分264的末端与所述入口管250的外侧之间的横截面积，使得离开所述反射盖260的流体流的压力(例如静压)和速度可以发生变化，以调节所述分离器230的性能(例如分级)。所述分离器还可以包括设置在所述壳体231与所述反射盖260之间的支撑板238。所述支撑板38可以支撑所述反射盖260，以帮助所述反射盖60与所述入口管250保持同心度，同时使所述反射盖60能够相对于所述支撑板238移动(例如向上、向下)，以调节所述反射盖60的标高。所述支撑板238和/或所述反射盖60可以包括轴承或可以具有轴承表面，通过所述轴承或轴承表面可以实现它们之间的有效相对运动。所述分离器230还可以包括流体流导向件，以帮助使所述流体流(和携带的细颗粒)向上转向所述出口管240，和/或以捕获待回收的粗颗粒。如图13所示，所述分离器可以包括第一流体流导向件277和设置在所述第一流体流导向件277下方的第二流体流导向件278。所述第一流体流导向件277可以成型为翅片状(fin)或脉络状(vein)，可以是三角形，或可以形成任意适合的形状。所述第一流体流导向件277可以从所述壳体231的内表面以向下倾斜的取向角度(例如相对于垂直方向)延伸，并且可以垂直地(即从高度或标高的视角)设置在偏转部件270和所述反射盖260的底部之间。所述第一流体流导向件的取向角度可以是0°到90°之间，并且，例如可以是30°到60°之间任意适合的角度。所述第二流体流导向件278可以以相对于所述第一流体流导向件277的取向角度相似或不同的取向角度延伸，并且可以具有与所述第一流体流导向件277的形状相似或不同的形状。所述第二流体流导向件278可以直接连接至所述壳体,或直接连接至所述第一流体流导板277,在这种情况下在所述壳体231的内表面与所述第二流体流导向件278之间可以存在间隙。所述流体流导板277、278可以帮助向上朝所述第二腔室234b引导进入所述第一腔室234a的流体流，以经由所述出口管240离开所述分离器230。在所述第一腔室234a中，所述流体流导向件277、278可以使流体流(包括流入其中的细颗粒)从向下的方向转向向上的方向。此外，所述流体流导向件277、278可以捕获粗颗粒，所述粗颗粒可以在所述翅片状或脉络状导向件之下被捕获，以分离出待回收的粗颗粒。应该注意的是，如本文中所公开的分离器可以包括任意数量的导向件，在所述分离器中，所述导向件具有任意适合的构造方式和位置，并且本文中示出且描述的实施例并不作为限制。所述分离器230还可以包括偏转部件270，所述偏转部件270可以从所述入口管250的外表面以一定的倾斜角度朝所述壳体231的内表面延伸。所述偏转部件270可以单独作用，或与所述流体流导向件277、278协同作用，帮助向上引导所述流体流，同时分离出待回收的粗颗粒。本文所公开的分离器有利地利用了输送介质流线与颗粒经由180°方向变化的自然分离。在该过程中，利用与重力和输送介质速度相结合的颗粒动量和惯性，在剔除较粗(且较重)颗粒的同时，优选地保持将较细(且较轻)颗粒留在所述流体流39中。例如，可以剔除所述粗颗粒(例如尺寸大于300微米的颗粒)，以便对其进行再加工，以减小所述粗颗粒的尺寸。应该注意的是，尽管所述粗颗粒在上文被描述为尺寸大于300微米的颗粒，本文所公开的分离器可以被构造成(例如可调节的)分离尺寸小于300微米的粗颗粒。例如，本文所公开的分离器可以被构造成分离尺寸大于250微米的粗颗粒。穿过所述分离器的所述输送介质的设计速度是这样的，使得在穿过所述分离器时的压降非常小，特别是与涡流分离器和动态分离器相比。相似地，所述入口管50的上端51、250的上端251和/或所述出口管40的下端41、240的下端241可以被构造成使流动转换过程中发生的压降损失最小，比如通过被构造成波状的形状(contoured shape)，例如弯曲、喇叭状、角状等。与传统的轴向分离器相比，采用本文所公开的分离器比如分离器30在分离上更有效(即具有较高的粗颗粒回收百分比和较高的进入所述出口管的细颗粒的百分比)。因为颗粒的尺寸和表面积与颗粒的重量和体积的比例影响燃烧期间的反应速率，因此增大的分离效率提高了燃烧效率。增大的分离效率也总体上减少了飞灰中的碳含量。所述回收管35可以包括倾斜的引导表面36，该表面被构造成引导穿过所述回收管35的入口 37的粗颗粒返回粉碎机中。所述回收管35可以包括可以直接连接至所述粉碎机的未处理的固体物料进料的出口 46，或可以连接至将粗颗粒送往粉碎机的输送管道的出口 46。所述分离器30还可以包括阀门(例如淋流阀、旋转阀)，以阻止流体流在回收方向的反向上往回穿过(例如向上)所述回收管。图4-10例示了通过计算流体力学(CFD)分析完成的预测分析，上述分析比较了传统的轴向分离器与本文所描述的分离器的一个示范性实施例。这些图并未例示分离器的实际测试结果，因为CFD分析是一种用于预测分析的计算机模拟过程。由CFD分析生成的典型输出是具有不同颜色梯度的彩色轮廓图(contour plots),其中将特定颜色指派给使用给定的测量单位(例如英寸水柱、米每秒)的参数(例如压力、速度)的特定值(或量级)。图4-10中所用的阴影意在通过具有实线区分的标有附图标记的阴影区域，代表在CFD分析中所估计的参数梯度，所述附图标记对应于使用给定测量单位的参数的给定取值范围或量级范围。因此，图4-10中所使用的阴影并不是表示点刻法(stippling)或所述分离器的结构的材料，因为所使用的阴影是为了例示所述分离器内流体中的颗粒(例如燃料和空气)穿过的部分(或区域)，其中每个部分代表以下所讨论的值。图4例示了图1的传统分离器内的静压梯度，而图5例示了图2的根据一个示范性实施例的分离器内的静压梯度。图4的预测分析显示从离开所述入口管(由标记为梯度82的量级范围表示)直到进入所述分离器的出口管(由标记为梯度86的量级范围表示),所述传统的分离器具有相对一致的压力，这表明粗颗粒通常不能克服所述流体流的拉拽力而掉落至所述回收管中。相反，图5的预测分析显示，所述分离器被构造成在离开所述反射盖、并向下朝所述偏转部件(由标记为梯度93和92的量级范围表示)流动的流体流中产生一个压力降，并且在所述流体转向上朝所述出口管(由标记为梯度92和94的量级范围表示)流动时产生另外的压力降。所述流体流中的这些压力降使得粗颗粒的惯性或动量加上重力能够克服所述流体流的拉拽力，从而使得粗颗粒能够下降或落入所述回收管，以便进一步减小粗颗粒的尺寸。如图4所示，标记为梯度81的量级范围对应于约为2.8英寸水柱(在H2O中)的预测压力梯度，标记为梯度82的量级范围对应于约为3.15英寸水柱(在H2O中)的预测压力梯度，标记为梯度83的量级范围对应于约为2.45英寸水柱(在H2O中)的预测压力梯度，标记为梯度84的量级范围对应于约为2.1英寸水柱(在H2O中)的预测压力梯度，标记为梯度85的量级范围对应于约为1.95英寸水柱(在H2O中)的预测压力梯度，标记为梯度86的量级范围对应于约为1.75英寸水柱(在H2O中)的预测压力梯度，标记为梯度87的量级范围对应于约为0.70英寸水柱(在H2O中)的预测压力梯度。因此，从离开所述入口管直到进入所述出口管，所述壳体内的预测压力相对一致，从而使得粗颗粒难以挣脱所述流体流的拉拽力。如图5所示,标记为梯度90的量级范围对应于约为2.65英寸水柱(在H2O中)的预测压力梯度，标记为梯度91的量级范围对应于约为2.8英寸水柱(在H2O中)的预测压力梯度，标记为梯度92的量级范围对应于约为1.75英寸水柱(在H2O中)的预测压力梯度，标记为梯度93的量级范围对应于约为1.5英寸水柱(在H2O中)的预测压力梯度，标记为梯度94的量级范围对应于约为1.4英寸水柱(在H2O中)的预测压力梯度，并且标记为梯度95的量级范围对应于约为0.7英寸水柱(在H2O中)的预测压力梯度。因此，从离开所述反射盖进而再次下降并经由所述偏转部件转为向上流动，所述壳体内的预测压力下降，从而使得粗颗粒比较容易克服所述流体流的拉拽力而落入所述回收管。图6例示了在图1的传统分离器内流动的流体的速度梯度，而图7例示了在图2的根据一个示范性实施例的分离器内流动的流体的速度梯度。图6的预测分析显示，在传统分离器内，流体离开所述入口管时具有高速(由标记为梯度97的量级范围表示)，然后在从所述入口管到位于所述目标锥形部件与壳体之间的通道的流体转换过程中，存在显著的速度梯度。当所述流体穿过在锥形部件与壳体之间形成的通道时，所述流体的速度保持相对低的速度(由标记为梯度100的量级范围表示)直到抵达所述出口管(由标记为梯度103的量级范围表示)。在向上的方向中该一致的速度说明了为什么传统的分离器使较高百分比的粗颗粒通过所述出口管，因为颗粒的惯性与基本向上行进贯穿所述通道的长度的流体流产生的拉拽力在同一方向中。为使颗粒被回收并返回破碎机，重力必须克服由较高的分离器入口速度所产生的颗粒惯性和所述流体流的拉拽力。相反地，图7的预测分析显示，离开所述反射盖的流体速度相对较高，不过在所述流体流和颗粒朝所述偏转部件下降通过所述分离器的过程中，流体速度减小，从而使得粗颗粒被回收。通过粗颗粒的惯性加上重力抵消所述流体拉拽力，这使得粗颗粒难以保持被携带在所述流体流中的状态。此外，图7显示，在转为向上流动后(例如受所述偏转部件影响)，所述流体经过所述反射盖与壳体之间(在腔中)时的速度降低，减小了拉拽力并且使得剩余的粗颗粒克服所述拉拽力并下降待被回收。在被标记为梯度109、110和111的量级范围的区域内，速度量级的下降使得粗颗粒克服所述拉拽力，以向下朝所述回收管下降。如图6所示，标记为梯度97的量级范围对应于约为16.8米每秒(m/s)的预测速度量级梯度，标记为梯度98的量级范围对应于约为10.5米每秒(m/s)的预测速度量级梯度，标记为梯度99的量级范围对应于约为8.4米每秒(m/s)的预测速度量级梯度,标记为梯度100的量级范围对应于约为4.2米每秒(m/s)的预测速度量级梯度,标记为梯度101的量级范围对应于约为8.4米每秒(m/s)的预测速度量级梯度,标记为梯度102的量级范围对应于约为10.5米每秒(m/s)的预测速度量级梯度，标记为梯度103的量级范围对应于约为
16.8米每秒(m/s)的预测速度量级梯度,标记为梯度104的量级范围对应于约为21.0米每秒(m/s)的预测速度量级梯度,标记为梯度105的量级范围对应于约为18.9米每秒(m/s)的预测速度量级梯度。颗粒在离开所述入口管时具有相对较高的速度(由标记为梯度97的量级范围表示)，从而推动颗粒向上穿过所述锥形部件与壳体之间形成的通道，然后在标记为梯度99的量级范围和标记为梯度100的量级范围的区域内，所述相对较一致的速度使得粗颗粒难以挣脱所述流体流的拉拽力，这导致相对较多的粗颗粒穿过所述出口管。如图7所示,标记为梯度107的量级范围对应于约为16.8米每秒(m/s)的预测速度量级梯度，标记为梯度108的量级范围对应于约为10.5米每秒(m/s)的预测速度量级梯度，标记为梯度109的量级范围对应于约为8.4米每秒(m/s)的预测速度量级梯度，标记为梯度110的量级范围对应于约为6.3米每秒(m/s)的预测速度量级梯度，标记为梯度111的量级范围对应于约为4.2米每秒(m/s)的预测速度量级梯度,标记为梯度112的量级范围对应于约为16.8米每秒(m/s)的预测速度量级梯度，标记为梯度113的量级范围对应于约为21.0米每秒(m/s)的预测速度量级梯度。图8例示了在图1的传统分离器内的粗颗粒(在这里颗粒具有大于300微米的直径)的流动分布，而图9例示了在图2的根据一个示范性实施例的分离器内的粗颗粒的流动分布。换言之，图8和9例示了粗颗粒关于各自的分离器腔室的内部区域或部分(所述流体流在分离器中流过腔室)的分布。图8的预测分析显示，76.9%的粗颗粒被回收，而23.1%的粗颗粒穿过所述传统分离器的出口管并进入燃烧区。因此，100%的粗颗粒穿过标记为附图标记115注的腔室的内部区域，有76.9%的粗颗粒被回收(或分离)并且有23.1%的粗颗粒穿过标记为附图标记116的腔室的内部区域，然后经由所述出口管离开所述分离器。然而，图9的预测分析显示，100%的粗颗粒被回收，而0%的粗颗粒穿过图2的分离器的出口管。因此，100%的粗颗粒穿过标记为附图标记118的腔室的内部区域，有全部100%的粗颗粒被回收(或分离)并且有0%的粗颗粒穿过标记为附图标记119的腔室的内部，然后经由所述出口管离开所述分离器。CFD分析预测，本文所公开的分离器在分离待回收的粗颗粒方面上将明显比传统分离器更有效，从而增加了总能源的燃烧效率。CFD分析的结果被进一步例示在下面的表1-3中。表I例示了 CFD分析所使用的颗粒尺寸分布。来自表I和2的结果显示，相对于图1的传统分离器，图2的分离器在分离待回收的粗颗粒并且将细颗粒输送至燃烧区的方面上更有效。例如，总体回收百分比从传统分离器的24.2%增加到图2的分离器的44%。另外，相比于采用传统分离器回收了 76.9%的大于300微米的颗粒，采用图2的分离器回收了 100%的大于300微米的颗粒。相比于采用传统分离器回收了 60.5%的尺寸从150微米到300微米的颗粒，采用图2的分离器回收了 98.5%的尺寸从150微米到300微米的颗粒。这说明图2的分离器通过将更高百分比的细颗粒送入燃烧区，同时将粗颗粒送去回收，增大了燃烧效率。此外，所述“测量的质量百分比(％)”与“质量百分比(％)”对应良好，这表明CFD分析具有高水平的准确性。表1在CFD分析中使用的基于颗粒尺寸(或尺寸范围)的入口质量流量
权利要求
1.一种基于颗粒的尺寸分离流体流中颗粒的轴向分离器，包括: 入口管，所述入口管具有第一端和第二端，其中所述第一端接收来自另一设备的流体流，并且所述第二端输出所述流体流； 回收管，所述回收管具有被构造成接收从所述流体流中分离出的颗粒的开口； 反射盖，所述反射盖设置在所述入口管上方，用于使离开所述入口管的流体流朝所述回收管改变方向；和 壳体，所述壳体形成供所述流体流从中流动的腔室，其中所述壳体包括供所述流体流离开所述分离器的开口； 其中，所述入口管的第二端设置在所述回收管的开口上方，并且其中离开所述反射盖后的流体流中的颗粒在所述腔室中被分离。
2.如权利要求1所述的轴向分离器，其特征在于，所述入口管的第二端构造为用于使离开所述入口管的流体流的压降最小的轮廓。
3.如权利要求1所述的轴向分离器，其特征在于，所述入口管的第一端从粉碎机接收所述流体流，所述粉碎机被构造成减小所述流体流的颗粒的尺寸。
4.如权利要求1所述的轴向分离器，进一步包括偏转部件，所述偏转部件设置在所述反射盖的下方，用于在所述腔室中使接收自所述反射盖的流体流改变方向。
5.如权利要求4所述的轴向分离器，进一步包括被构造成调节所述偏转部件相对于所述壳体的方位的调节机构。
6.如权利要求5所述的轴向分离器，其特征在于，所述调节机构被构造成调节所述偏转部件的标闻。
7.如权利要求5所述的轴向分离器，其特征在于，所述调节机构被构造成调节所述偏转部件的角度。
8.如权利要求5所述的轴向分离器，进一步包括将所述调节机构连接至所述偏转部件的联接件，从而通过所述联接件将所述调节机构的调节传达到所述偏转部件。
9.如权利要求8所述的轴向分离器，其特征在于，所述联接件为螺旋线性致动器。
10.如权利要求1所述的轴向分离器，其特征在于，所述反射盖包括设置在环形侧壁上方的凹形顶面，通过所述凹形顶面使离开所述入口管的流体流从向上的方向改变方向至向下的方向。
11.如权利要求1所述的轴向分离器，其特征在于，所述反射盖设有出口部分，所述出口部分被构造为用于引导离开所述反射盖的流体流的轮廓。
12.如权利要求1所述的轴向分离器，进一步包括被构造成调节所述反射盖相对于所述壳体的方位的调节机构。
13.如权利要求12所述的轴向分离器，进一步包括将所述调节机构连接至所述反射盖的联接件，从而经由所述联接件将所述调节机构的调节传达到所述联接件。
14.如权利要求1所述的轴向分离器，进一步包括设置在所述腔室内的支撑板，其中所述支撑板包括连接至所述壳体的外表面和连接至所述反射盖的内表面。
15.如权利要求12所述的轴向分离器，进一步包括设置在所述腔室内的支撑板，其中所述支撑板包括连接至所述壳体的外表面和当所述反射盖被调节时作为所述反射盖的导向件的内表面。
16.如权利要求1所述的轴向分离器，其特征在于，所述轴向分离器进一步包括流体流导向件，所述流体流导向件连接至所述壳体并且被构造成影响所述流体流的方向。
17.如权利要求16所述的轴向分离器，其特征在于，所述流体流导向件设置在所述反射盖与回收管之间。
18.一种用于从燃料源的燃烧生产电能的动力设备，包括: 粉碎机，所述粉碎机被构造成减小输入所述粉碎机中的燃料源的颗粒尺寸； 燃烧装置，所述燃烧装置具有点火器和燃烧室，其中所述点火器提供热量以在所述燃烧室中引发燃料的燃烧反应；和 轴向分离器，所述轴向分离器被构造成从接收自所述粉碎机的流体流中分离燃料的颗粒，并且被构造成将分离出的粗颗粒送回所述粉碎机并将细颗粒送至所述燃烧装置，其中所述轴向分离器包括入口管、反射盖、偏转部件、流体流导向件、流体连接至所述粉碎机的回收管，和形成有腔室以供流体流从中穿过的壳体； 其中所述入口管将接收自所述粉碎机的流体流向上朝所述反射盖弓I导； 其中所述反射盖使所述流体流向下朝所述偏转部件和回收管改变方向； 其中所述流体流导向件连接至所述壳体并且被构造成影响所述流体流的方向； 其中所述粗颗粒从所述流体流中分离并进入所述回收管以返回并经由所述破碎机再次调整尺寸；并且 其中所述流体流的细颗粒留在所述流体流中，并且被所述偏转部件向上朝所述壳体的开口改变方向，以进入所述燃烧装置。
19.如权利要求18所述的动力设备，其特征在于，所述入口管包括连接至所述粉碎机的第一端和将所述流体流朝所述反射盖引导的第二端，其中所述入口管的第二端设置在所述回收管的开口上方。
20.如权利要求18所述的动力设备，其特征在于，其中所述反射盖包括设置在环形侧壁上方的凹形顶表面，所述凹形顶表面使离开所述入口管的流体流从向上的方向改变方向至向下的方向。
全文摘要
一种基于颗粒的尺寸分离流体流中的颗粒的轴向分离器(30)。所述轴向分离器包括入口管(50)、回收管(35)、反射盖(61)以及壳体(31)，所述入口管(50)具有第一端(52)和第二端(51)，其中所述第一端(52)接收来自另一设备的流体流并且所述第二端(51)输出所述流体流，所述回收管(35)具有被构造成接收从所述流体流中分离出的颗粒的开口，所述反射盖(61)设置在所述入口管上方，用于使离开所述入口管(50)的流体流朝所述回收管(35)改变方向，所述壳体(31)形成有腔室以供所述流体流从中流动，其中所述壳体(31)包括供所述流体流离开所述分离器的开口(32)。所述入口管(50)的第二端(51)设置在所述回收管(35)的开口上方，其中离开所述反射盖后的流体流中的颗粒在所述腔室中被分离。
文档编号B07B7/02GK103221150SQ201180039722
公开日2013年7月24日 申请日期2011年6月17日 优先权日2010年6月18日
发明者S·维勒斯特拉, W·拉塔 申请人:Lp雅米纳有限责任公司