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具有变截面入口烟道的旋风分离器和循环流化床锅炉
申请号	CN202310720532.1	申请日	2023-06-16	公开(公告)号	CN116727124A	公开(公告)日	2023-09-12
申请人	清华大学; 太原锅炉集团有限公司;			发明人	姚禹歌; 尚曼霞; 柯希玮; 吕俊复; 张建春; 黄中; 周托;
摘要	本发明公开了一种具有变截面入口烟道的旋风分离器和循环流化床锅炉，具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器包括：圆柱筒体；锥形段，所述锥形段与所述圆柱筒体相连且位于所述圆柱筒体下方；排气管，排气管设在圆柱筒体的顶壁；入口烟道，入口烟道包括顶壁、底壁、外侧壁和内侧壁，外侧壁分别与顶壁和底壁相连且与圆柱筒体相切，内侧壁的水平截面满足预定线形，预定线形具有与圆柱筒体相连的连接点、在平行于外侧壁方向上远离圆柱筒体的入口点和在垂直于外侧壁的方向上与外侧壁之间距离最小的最小截面点。根据本发明实施例的具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器具有分离效率高等优点。
权利要求	1.一种具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器，其特征在于，包括：圆柱筒体；锥形段，所述锥形段与所述圆柱筒体相连且位于所述圆柱筒体下方；排气管，所述排气管设在所述圆柱筒体的顶壁；入口烟道，所述入口烟道包括顶壁、底壁、外侧壁和内侧壁，所述顶壁、所述底壁、所述外侧壁和所述内侧壁共同限定出入口烟道内的流通区域，所述顶壁与所述圆柱筒体的顶壁平齐，所述底壁与所述顶壁平行且在上下方向上间隔设置，所述外侧壁分别与所述顶壁和所述底壁相连且与所述圆柱筒体相切，所述内侧壁的水平截面满足预定线形，所述预定线形为折线形或弧线形以使所述入口烟道内的流通区域在垂直于烟气流入方向的截面积由所述入口烟道的入口向所述圆柱筒体入口的方向先逐渐减小后逐渐增大，所述预定线形具有与所述圆柱筒体相连的连接点、在平行于所述外侧壁方向上远离所述圆柱筒体的入口点和在垂直于所述外侧壁的方向上与所述外侧壁之间距离最小的最小截面点，所述最小截面点在垂直于所述外侧壁的方向上与所述连接点之间的距离等于所述圆柱筒体直径的2％‑ 5％且在平行于所述外侧壁的水平方向上的与所述连接点的距离为所述圆柱筒体直径的 5％‑25％。 2.根据权利要求1所述的具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器，其特征在于，在垂直于所述外侧壁的方向上所述连接点与所述外侧壁之间的距离大于所述最小截面点与所述外侧壁之间的距离且小于所述入口点与所述外侧壁之间的距离以使所述入口烟道内的流通区域的进口面积大于所述入口烟道内的流通区域的出口面积。 3.根据权利要求1所述的具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器，其特征在于，所述最小截面点与所述连接点在垂直于所述外侧壁的方向上的距离为120‑250毫米。 4.根据权利要求1所述的具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器，其特征在于，所述最小截面点与所述连接点在平行于所述外侧壁的水平方向上的距离为300‑ 1500毫米。 5.根据权利要求1所述的具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器，其特征在于，所述最小截面点与所述连接点在垂直于所述外侧壁的方向上的距离为200毫米且所述最小截面点与所述连接点在平行于所述外侧壁的水平方向上的距离为700毫米。 6.根据权利要求1所述的具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器，其特征在于，所述预定线形为折线且还具有至少一个副折点，所述副折点在垂直于所述外侧壁的方向上较所述最小截面点远离所述外侧壁且在平行于所述外侧壁的水平方向上较所述最小截面点远离所述连接点。 7.根据权利要求1所述的具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器，其特征在于，所述排气管的上端高于所述圆柱筒体的顶壁且下端伸入所述圆柱筒体内。 8.根据权利要求1所述的具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器，其特征在于，所述圆柱筒体的直径为2‑10米。 9.一种循环流化床锅炉，其特征在于，包括根据权利要求1‑8中任一项所述的具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器。 10.根据权利要求9所述的循环流化床锅炉，其特征在于，所述具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器为多个。
说明书全文	具有变截面入口烟道的旋风分离器和循环流化床锅炉技术领域 [0001] 本发明涉及火力发电技术领域，具体而言，涉及一种具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器和具有所述具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器的循环流化床锅炉。背景技术 [0002] 随着电力系统中新能源发电的占比逐渐提升，火力发电机组需要在电力系统中起到“压舱石”作用，保障新能源发电的消纳和电网的安全运行。 [0003] 火力发电装置中，循环流化床锅炉具有燃料适用性广、污染控制成本低、低负荷运行稳定等方面的优势。而为了应对电力系统的转型，循环流化床锅炉需要进一步发挥燃料适应性的优势、深化低价燃料的规模化应用；进一步加强污染物尤其是氮氧化物和二氧化硫的炉内排放控制；进一步增强运行灵活性。而循环流化床锅炉用旋风分离器的分离效率等性能对循环流化床应对电力系统转型起到关键作用。 [0004] 相关技术中的循环流化床锅炉用旋风分离器，意图通过使入口段的截面积逐渐收缩促使气体和固体颗粒加速提升旋风分离器的效率，但对分离效率的提升有限。发明内容 [0005] 本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器，该具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器具有分离效率高等优点。 [0006] 本发明还提出一种具有所述具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器的循环流化床锅炉。 [0007] 为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例提出一种具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器，所述具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器包括：圆柱筒体；锥形段，所述锥形段与所述圆柱筒体相连且位于所述圆柱筒体下方；排气管，所述排气管设在所述圆柱筒体的顶壁；入口烟道，所述入口烟道包括顶壁、底壁、外侧壁和内侧壁，所述顶壁、所述底壁、所述外侧壁和所述内侧壁共同限定出入口烟道内的流通区域，所述顶壁与所述圆柱筒体的顶壁平齐，所述底壁与所述顶壁平行且在上下方向上间隔设置，所述外侧壁分别与所述顶壁和所述底壁相连且与所述圆柱筒体相切，所述内侧壁的水平截面满足预定线形，所述预定线形为折线形或弧线形以使所述入口烟道内的流通区域在垂直于烟气流入方向的截面积由所述入口烟道的入口向所述圆柱筒体入口的方向先逐渐减小后逐渐增大，所述预定线形具有与所述圆柱筒体相连的连接点、在平行于所述外侧壁方向上远离所述圆柱筒体的入口点和在垂直于所述外侧壁的方向上与所述外侧壁之间距离最小的最小截面点，所述最小截面点在垂直于所述外侧壁的方向上与所述连接点之间的距离等于所述圆柱筒体直径的2％‑5％且在平行于所述外侧壁的水平方向上的与所述连接点的距离为所述圆柱筒体直径的5％‑25％。 [0008] 根据本发明实施例的具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器，具有分离效率高等优点。 [0009] 另外，根据本发明上述实施例的具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器还可以具有如下附加的技术特征： [0010] 根据本发明的一个实施例，在垂直于所述外侧壁的方向上所述连接点与所述外侧壁之间的距离大于所述最小截面点与所述外侧壁之间的距离且小于所述入口点与所述外侧壁之间的距离以使所述入口烟道内的流通区域的进口面积大于所述入口烟道内的流通区域的出口面积。 [0011] 根据本发明的一个实施例，所述最小截面点与所述连接点在垂直于所述外侧壁的方向上的距离为120‑250毫米。 [0012] 根据本发明的一个实施例，所述最小截面点与所述连接点在平行于所述外侧壁的水平方向上的距离为300‑1500毫米。 [0013] 根据本发明的一个实施例，所述最小截面点与所述连接点在垂直于所述外侧壁的方向上的距离为200毫米且所述最小截面点与所述连接点在平行于所述外侧壁的水平方向上的距离为700毫米。 [0014] 根据本发明的一个实施例，所述预定线形为折线且还具有至少一个副折点，所述副折点在垂直于所述外侧壁的方向上较所述最小截面点远离所述外侧壁且在平行于所述外侧壁的水平方向上较所述最小截面点远离所述连接点。 [0015] 根据本发明的一个实施例，所述排气管的上端高于所述圆柱筒体的顶壁且下端伸入所述圆柱筒体内。 [0016] 根据本发明的一个实施例，所述圆柱筒体的直径为2‑10米。 [0017] 根据本发明的第二方面的实施例提出一种循环流化床锅炉，所述循环流化床锅炉包括根据本发明的第一方面的实施例所述的具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器。 [0018] 根据本发明实施例的循环流化床锅炉，通过利用根据本发明的第一方面的实施例所述的具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器，具有分离效率高等优点。 [0019] 根据本发明的一个实施例，所述具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器为多个 [0020] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。附图说明 [0021] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中： [0022] 图1是根据本发明实施例的具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器的结构示意图。 [0023] 图2是根据本发明一个具体实施例的具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器的结构示意图。 [0024] 图3是根据本发明另一个具体实施例的具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器的结构示意图。 [0025] 图4是根据本发明另一个具体实施例的具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器的结构示意图。 [0026] 附图标记：具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器1、圆柱筒体11、锥形段12、排气管20、入口烟道30、顶壁31、底壁32、外侧壁33、内侧壁34、连接点41、入口点 42、最小截面点43、副折点44。具体实施方式 [0027] 本申请是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识作出的： [0028] 相关技术中的循环流化床锅炉用旋风分离器，意图通过使入口段的截面积逐渐收缩促使气体和固体颗粒加速提升旋风分离器的效率，但对分离效率的提升有限，而且收缩程度难以确定，当收缩程度选取不佳时，分离效率反而会降低。 [0029] 具体而言，相关技术中的循环流化床锅炉用旋风分离器，在入口段的截面积以固定的比例进行收缩时，分离效率的提升有限甚至会降低。 [0030] 部分旋风分离器的入口段采用文丘里结构，使入口段的截面积在气体流入方向上先减小后增大，但文丘里结构本身对气流的影响较为复杂，其设计和设置的难度较大，截面积变化比例更加难以确定，导致对分离效率的提升程度有限甚至会降低。 [0031] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。 [0032] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。 [0033] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0034] 下面参考附图描述根据本发明实施例的具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器1。 [0035] 如图1‑图4所示，根据本发明实施例的具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器1包括圆柱筒体11、锥形段12、排气管20和入口烟道30。 [0036] 锥形段12与圆柱筒体11相连且位于圆柱筒体11下方。排气管20设在圆柱筒体11的顶壁。入口烟道30包括顶壁31、底壁32、外侧壁33和内侧壁34，顶壁31、底壁32、外侧壁33和内侧壁34共同限定出入口烟道内的流通区域，顶壁31与圆柱筒体11的顶壁平齐，底壁32与顶壁31平行且在上下方向上间隔设置，外侧壁33分别与顶壁31和底壁32相连且与圆柱筒体 11相切，内侧壁34的水平截面满足预定线形，所述预定线形为折线形或弧线形以使所述入口烟道内的流通区域在垂直于烟气流入方向的截面积由入口烟道30的入口向圆柱筒体11 入口的方向先逐渐减小后逐渐增大，所述预定线形具有与圆柱筒体11相连的连接点41、在平行于外侧壁33方向上远离圆柱筒体11的入口点42和在垂直于外侧壁33的方向上与外侧壁33之间距离最小的最小截面点43，最小截面点43在垂直于外侧壁33的方向上与外侧壁33 之间的距离等于圆柱筒体11直径的2％‑5％且在平行于外侧壁33的水平方向上的与连接点 41的距离为圆柱筒体11直径的5％‑25％。 [0037] 根据本发明实施例的具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器1，通过使所述入口烟道内的流通区域在垂直于烟气流入方向的截面积由烟气流入方向先逐渐减小后逐渐增大，可以使气流经过入口烟道30后能够被有效加速，从而增大具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器1的分离效率，相比相关技术中入口烟道内的流通区域截面积逐渐减小的旋风分离器，可以避免入口烟道内的流通区域的截面积以固定比例收缩，可以更加有效地提升气流流速，而且可以提高入口烟道30内颗粒和气体分布的不均匀性，以提升分离效率并控制压降的增加。 [0038] 并且，通过使内侧壁34的水平截面满足预定线形，所述预定线形为折线形或弧线形，所述预定线形具有与圆柱筒体11相连的连接点41、在平行于外侧壁33方向上远离圆柱筒体11的入口点42和在垂直于外侧壁33的方向上与外侧壁33之间距离最小的最小截面点 43，最小截面点43在垂直于外侧壁33的方向上与连接点41之间的距离a等于圆柱筒体11直径的2％‑5％且在平行于外侧壁33的水平方向上的与连接点41的距离b为圆柱筒体11直径的5％‑25％，这样不仅可以便于形成截面先减小后增大的入口烟道内的流通区域，而且可以通过限制最小截面点43的位置确保入口烟道内的流通区域的形状，从而可以进一步提高入口烟道内的流通区域对于气流的加速效果，进一步提高入口烟道内的流通区域内颗粒和气体分布的不均匀性，从而进一步提高具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器1的分离效率并控制压降的增加。 [0039] 此外，通过使入口烟道30包括顶壁31、底壁32、外侧壁33和内侧壁34，仅通过调整内侧壁34的水平截面的所述预定线形的形状调整所述入口烟道内的流通区域的形状，相比相关技术中入口段采用文丘里结构的旋风分离器，可以使入口烟道内的流通区域的形状的变量更加单一，降低入口烟道内的流通区域形状的选择难度，便于对已有旋风分离器进行改造，简化入口烟道30的设计和设置难度，便于确定所述预定线形的形状以确定所述入口烟道内的流通区域的形状，从而确保入口烟道30对分离效率的提升效果并控制压降的增加。 [0040] 因此，根据本发明实施例的具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器1具有分离效率高等优点。 [0041] 下面参考附图描述根据本发明具体实施例的具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器1。 [0042] 在本发明的一些具体实施例中，如图1‑图4所示，根据本发明实施例的具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器1包括桶体10、排气管20和入口烟道30。 [0043] 具体地，如图2‑图4所示，在垂直于外侧壁33的方向上连接点41与外侧壁33之间的距离大于最小截面点43与外侧壁33之间的距离且小于入口点42与外侧壁33之间的距离以使所述入口烟道内的流通区域的进口面积大于所述入口烟道内的流通区域的出口面积。这样可以在所述入口烟道内的流通区域的截面积沿烟气流入方向上先增大后减小的基础上使所述入口烟道内的流通区域的截面积整体变小，从而便于促使气流加速，提高入口烟道 30对气流的加速效果并控制压降的增加。 [0044] 可选地，圆柱筒体11的直径为2‑10米，这里优选圆柱筒体11的直径为6米。这样可以使圆柱筒体11具有合理的尺寸，在保证容积的情况下便于具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器1的制造。 [0045] 进一步地，外侧壁33在水平方向上的长度为6米。这样可以使入口烟道30具有合理的尺寸，在保证对气流的加速和引导效果的情况下便于入口烟道30的制造。 [0046] 有利地，如图2‑图4所示，最小截面点43与连接点41在垂直于外侧壁33的方向上的距离a为120‑300毫米，这里优选120‑250毫米。这样可以进一步限定最小截面点43的位置，从而进一步便于控制内侧壁34的形状以限制所述入口烟道内的流通区域的形状，提高入口烟道30对气流的加速效果和不均匀性，提高具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器1的分离效率并控制压降的增加。 [0047] 更为有利地，如图2‑图4所示，最小截面点43与连接点41在平行于外侧壁33的水平方向上的距离b为300‑1500毫米。这样可以进一步限定最小截面点43的位置，从而进一步便于控制内侧壁34的形状以限制所述入口烟道内的流通区域的形状，提高入口烟道30对气流的加速效果和不均匀性，提高具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器1的分离效率并控制压降的增加。 [0048] 在一些具体示例中，采用图2所示的结构，最小截面点43与连接点41在垂直于所述外侧壁的方向上的距离a为200毫米且最小截面点43与连接点41在平行于外侧壁33的水平方向上的距离b为700毫米。通过数值模拟的方法对a为200毫米且b为700毫米的入口烟道30 的具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器1进行验证，相比相关技术中入口段截面逐渐减小的旋风分离器，分离效率增长了1.79％，而压降的增量仅有408.71Pa。 [0049] 本领域的技术人员可以理解的是，上述数值模拟仅用于对上述数值进行验证，并非表示上述数值是通过有限次实验得出的。 [0050] 图2示出了根据本发明一些示例的具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器1。如图2所示，内侧壁34的所述预定线形为具有单一折点的折线且最小截面点43为折点。 [0051] 图3示出了根据本发明另一些示例的具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器1。如图3所示，所述预定线形为折线且还具有至少一个副折点44，副折点44在垂直于外侧壁33的方向上较最小截面点43远离外侧壁33且在平行于外侧壁33的水平方向上较最小截面点43远离连接点41。这样可以使所述预定线形为具有多个折点的折线且最小截面点43为其中一个折点，可以使内侧壁34的形状选择更加灵活。 [0052] 图4示出了根据本发明再一些示例的具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器1。如图4所示，所述预定线形为弧线形。 [0053] 具体地，如图1所示，排气管20的上端高于圆柱筒体11的顶壁且下端伸入圆柱筒体11内。这样可以便于排气管20的设置。 [0054] 可选地，圆柱筒体11的直径为2‑10米，这里优选圆柱筒体11的直径为6米。这样可以使圆柱筒体11具有合理的尺寸，在保证容积的情况下便于具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器1的制造。 [0055] 下面描述根据本发明实施例的循环流化床锅炉。根据本发明实施例的循环流化床锅炉包括根据本发明上述实施例的具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器 1。 [0056] 根据本发明实施例的循环流化床锅炉，通过利用根据本发明上述实施例的具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器1，具有分离效率高等优点。 [0057] 可选地，具有变截面入口烟道的循环流化床锅炉用旋风分离器1为一个或多个。 [0058] 根据本发明实施例的循环流化床锅炉的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。 [0059] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。 [0060] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

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