专利名称：高度降低的内部碰撞式颗粒分离器的制作方法
技术领域：
本发明总地涉及颗粒分离器，尤其涉及一种用于将燃烧炉产生的烟气中夹杂的颗粒分离出来的新型且适用的装置。
燃烧炉以及循环流化床(CFB)锅炉和/或反应器利用了内部碰撞式颗粒分离器也可以指凹面撞击构件或U型槽梁，来收集并去除烟气中夹杂的颗粒。例如，参见已转让给巴布考克及威尔考克斯公司的美国专利Nos.4,891,052、4,992,085和5,343,830。通常每个炉子中均使用了一U型槽梁装置来使颗粒从烟气中分离出来。所述烟气被引导穿过炉子和U型槽梁装置，而当烟气的气固速度增加时，U型槽梁的颗粒收集效率便会降低。
图1中示出了这样两个U型槽梁装置10，它们用来收集并去除诸如由一炉子的燃烧过程而产生的烟气8中所包含的颗粒。通常使用时，在这样一个炉子中和/或下游，沿其宽度方向设置多个U型槽梁10。每个凹面撞击构件或U型槽梁均具有从基板4延伸的腿部2，它们形成了将颗粒从烟气8中收集并分离出来的一凹形收集区6。
现参见图2A和2B以及图3A和3B，如图2A和2B所示，已知，在燃烧区域具有这样一个结构，它包括位于燃烧炉或反应器14上部和/或其下游(相应烟气8的流向)排行成一行但最好是两行或更多行12的多个U型槽梁10。这些U型槽梁行12可包括一单级分离器16，其后可直接跟着一烟气通道18或一表面加热装置(未示出)。更好的是，如图3A和3B所示，它们可以包含U型槽梁10的一些行12组合在一起形成的一个第一级分离器16，跟在其下游的U型槽梁10的一些行12则组合成一个第二级分离器20。如美国专利No.5,343,830所揭示，成行的凹面撞击构件或碰撞式颗粒分离器可设置在具有不同行数的这样的颗粒分离器60上、下游组中，这些颗粒分离器将它们所收集的颗粒排放到选定的位置。
图4中揭示了已有技术的美国专利No.4,992,085中这些U型槽梁10的特定间隔。如其中所示，参数A表示一给定行12中相邻U型槽梁间的间隔或间隙。参数B表示在第一行12中的一个U型槽梁10覆盖住一相邻行12中的间隔A时的重叠部分。通常，B的数值是间隔A的5％到15％。参数C表示相邻的行12之间的距离或后方间隔，其数值通常是间隔A的50％到75％。参数D则表示U型槽梁10的后行12和炉子的后壁22之间的缝隙(参见图2A，2B，3A，以及3B)。缝隙D通常是单个U型槽梁10的凹度或深度(称为参数E)的15％或更少，以减少气体分流至诸U型槽梁10的下部。靠近U型槽梁10的每一行12的端部的围壁26上固接着L形挡板24，也是为了防止在每个围壁26处U型槽梁10的气体分流，L形档板基本上沿着这些个别的U型槽梁10的整个垂直长度方向延伸。烟气8穿过缝隙A通过U型槽梁10的每一行12将颗粒从烟气8中收集并去除。
为了确保一大型炉子，特别是较深的炉子有一恰当的收集率，增加U型槽梁10的长度以便在U型槽梁10的这些行12附近的气体/固体速度维持在一个所需的范围内。
每一行12用了多个U型槽梁10，它有一个烟气8的总的自由流动区域，该区域是相邻U型槽梁10之间垂直取向的缝隙A的总和。第一行以后的U型槽梁10之间垂直取向的缝隙A的总和。第一行以后的U型槽梁10的每个相继行12都是错开排列的，这样，一上流行的每个间隙A均被下一行中的U型槽梁10所复盖。因而，进入第一行之后所有这些相继的或下游行中的U型槽梁10的烟气8的气体/固体速度高于进入第一行时的气体/固体速度。
由于U型槽梁10的行12的这种结构型式以及烟气8通过这些行12时气体/固体的合成速度的作用，进入相继的行12中U型槽梁10内的烟气8的气体/固体的有效速度可重新夹带已收集在U型槽梁10中的固体。同样，当U型槽梁的长度很大，尤其是用于大型锅炉时，从烟气8中收集的一些颗粒在U型槽梁中不会保持很长时间，便会掉落下来，并由诸如一贮斗等的收集装置加以收集。因而，对前述装置而言，较长的U型槽梁实际上造成了总收集率的下降。
此外，由于U型槽梁10的长度增加，该U型槽梁10必须由较强的材料制成，以承受施于其上的有所增加的静力、重力以及动态的力。显然，较长且较强的U型槽梁10的结构还使得材料的和制造的成本较高，这是因为其长度增加，以及相应的厚度和重量的增加。
因而，本发明的一个目的在于，提供一种比其它已知的系统和结构更为有效而且费用低廉的颗粒收集和分离装置。
与已有技术中的结构不同，本发明的用于从一炉子或锅炉的烟气收集颗粒的U型槽梁装置具有一独特的后方间隔。本发明利用了间隔开的并且成行设置的U型槽梁。每一U型槽梁之间留有间隙，这些U型槽梁行设置成这样，即至少一个相继行或下游行中有一个U型槽梁是位于前一行或上流行中的U型槽梁之间的间隙之后。本发明在至少两个相继的U型槽梁之间设置了一独特的后方间隔，这后方间隔至少等于单个U型槽梁凹度或深度。在至少一些U型槽梁行之间的这种独特的、增大了的后方间隔提高了烟气中的颗粒收集效率，这是因为在烟气到达U型槽梁的下一后继行之前有了更长的时间和距离来减速。
本发明的新颖的，各种特征将详细结合所附权利要求加以阐明并且作为所揭示的一部分。为了更好理解本发明，下面将参照附图和对本发明较佳实施例所作的说明来进一步阐明其操作上的优点以及因本发明的使用而带来的特殊效果。
图1是已有技术的两个凹面撞击构件(U型槽梁)的立体图；图2A是一个已知的碰撞式颗粒分离器结构的侧剖视图；图2B是图2A结构的剖开的俯视图；图3A是另一个已知的碰撞式颗粒分离器结构的侧剖视图；图3B是图3A结构的剖开的俯视图；图4是一个已知的碰撞式颗粒分离器装置的剖开的俯视图，示出了各种参数和代号；图5是图4所示型式的碰撞式颗粒分离器的一种结构的剖开的俯视图；图6是本发明第一实施例的剖开的俯视图，其中至少两个相继的行之间具有加大的后方间隔；图7是本发明第二实施例的剖开的俯视图；图8是本发明第三实施例的剖开的俯视图；图9是本发明第四实施例的剖开的俯视图；以及图10是本发明第五实施例的剖开的俯视图。
总地参见诸附图，其中相同的数字表示同样的或功能类似的构件，特别参见图6，其中示出了本发明的第一实施例，它包括了根据本发明的特征设置的一个独特的U型槽梁10的结构安排。尽管下面的讨论中出于方便起见都用了U型槽梁的形式，而更广泛涉及的是在碰撞式分离器中使用的任何型式的凹面撞击构件，应该理解，这些撞击件的各种不同形式都是可以使用的。如美国专利No.4,992,085中所述，参照该文，更确切地说，U型槽梁10是非平面的凹面撞击构件，只要这些构件具有面对烟气及夹带的颗粒所组成的迎面而来的流体的一个凹形表面，那么它们就可以是U形的、E形的、W形的或其它任何形状。
如图6中所示及说明，本发明提供了关系或构造独特的多行错开的U型槽梁10。尽管前一行12中的间隙A对准了一相继行12中的分离器10，但至少两个相继行12之间设置的后方间隔C’大于已有技术中使用的间隔。已经发现，这些行12之间的较大后方间隔C’能更有效地将颗粒从烟气8中带走、收集和去除。在图6的结构中，所有U型槽梁10四行12彼此之间都由这个加大的后方间隔C’隔开。更特殊的是，每个行12与相邻的行12所隔开的后方间隔C’至少等于一给定的U型槽梁10的凹度或深度E，也就大约是U型槽梁10的腿部2的长度。这一后方间隔距离C’确保了在一特定炉子中能最有效地分离颗粒。
沿着炉子的宽度方向，烟气8进、出U型槽梁10的行12的速度保持一致。本发明的U型槽梁装置保证了烟气8撞击到第一行12之后每一行12中的U型槽梁10上的速度非常小，这是因为在撞到下一个下游行12之前，离开第一行12的烟气8的加速的气体/固体速度有更长的时间和距离来减速。进入每个U型槽梁10的相继行12时烟气8的气/固速度降低有几个好处。U型槽梁10经历一个低效的气体速度会降低固体或颗粒被从第一行12之后的任意一行12中的U型槽梁10内吹出的趋势。烟气8的低效气体/固体速度还降低了U型槽梁10所承受的冲击力。此外，烟气8的低效气体/固体速度还降低了可能对U型槽梁10所造成的腐蚀。本发明的这种结构使各行12沿宽度方向都有一更均匀的气体分布，这就增加了颗粒收集的效率或是至少补偿了由于气体通道的弯曲程度降低而造成的收集率的下降。
烟气8进入U型槽梁的第一行之后的各行12时，降低了的有效气体速度之净效果改善了在一额定气体速度下的颗粒收集效率。本发明使U型槽梁10能在比燃烧炉领域现有的结构更高的额定速度情况下工作，而且在较深的炉子中，在不必增加U型槽梁10长度的情况下，允许使用更多结构紧凑的U型槽梁10。
与已知的分离器结构相比，本发明的U型槽梁分离器所显示的收集效率相等或仅是最小程度地降低，但这是在较高的额定气体速度下达到的。在烟气8的额定气体速度相等的情况下，本发明所显示的收集率要好于已知的装置。
图7—10表示了本发明的特征运用于各种不同装置的情况，其中有一些带有已有技术的间隔，这就使其必要时能适用于特殊的场合。仅作为举例而不是为了限制，图7中说明了U型槽梁10的行12被分成几个组28的一种结构，其中每个组28的各个行12之间的间隔采用已知的后方间隔C，但每个组28与下一个组28之间则采用加大的后方间隔C’。尽管图7中揭示的三个组28中每个都包括两个行12，但是应该理解，只要一个组28与下一个组28之间由加大的后方间隔C’隔开即可，各个组28可以包含少一些或多一些的行12，而每个组所包含的行的数目也可以不同。图8揭示的一种装置有两个组28，每个组包括U型槽梁10的四个行12。在其它的诸因素中间，间隔的需求决定了本发明的实际应用中所必要的这种装置的确切的形式。
在图9和图10中还示出了其它一些U型槽梁结构情况，它们说明了U型槽梁10每一组可以怎样地包括不同数量的行12，以及后方间隔C和C’的不同组合。这些结构适用于美国专利5,343,830中所揭示的那种型式的循环流化床反应器、锅炉或燃烧室，其中组28分别称作上游和下游的组30、32，它们将所收集的颗粒通过不同的方法返回到反应器的围壁内。根据需要，上游组30知下游组32之间可以要求有一个甚至更大的间隔F，以容纳其它的结构，例如需要位于这些组30和32之间的炉壁支承管或加热表面(未图示)。
因而，很显然，虽然为了说明本发明原理的应用而详细描述了本发明的特殊的实施例，但是应该理解，在不偏离本发明原理的条件下，还可以使用其它一些变化型式，因而仅将其保护范围限制在所附权利要求中。
权利要求
1.一种将来自燃烧炉的烟气中夹带的颗粒收集并去除的装置，它包括位于炉子中或下流的且设置在烟气通道中一个第一行内的多个分离器，所述分离器具有一定的长度、宽度和深度以形成当烟气沿炉子的通道被引导时，从烟气中分离所夹带的颗粒的一个收集装置，所述分离器彼此相邻地定位，这样就在各分离器之间形成了间隙，这些间隙可使烟气中的颗粒的一部分脱离夹带；以及位于炉子中或下流的且设置在烟气通道中第一行分离器之后的至少一个相继行中的分离器，每一相继行中的诸分离器均位于烟气通道中前一行分离器的各个间隙之后，至少分离器的一个相继行设置成远离分离器的上一行，该间距至少为一个分离器的深度。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述分离器是碰撞式的凹面撞击构件。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述凹面撞击构件是U形的、E形的、W形的或是其它一些类似的凹形外形。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述凹面撞击构件是U形槽梁，其具有从一基板延伸的腿部，以形成一内篮的收集区。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述燃烧炉是一循环流化床锅炉的一部分。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，多个位于炉子中或烟气通道下游的分离器中的一部分设置成至少具有一行的一第一组，另一些设置成在第一行分离器之后至少具有一相继行的第二组，其中第二组中至少有一行分离器远离第一组中分离器的前一行，其间距至少等于一个分离器的深度。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，多个位于炉子中或烟气通道下游的分离器中的一部分设置成至少具有一行的一第一组，另一些设置成在第一行分离器之后至少具有一相继行的第二组，其中第一组中至少有一行分离器远离分离器的前一行，其间距至少等于一个分离器的深度。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，多个位于炉子中或烟气通道下游的分离器中的一部分设置成至少具有一行的一第一组，另一些设置成在第一行分离器之后至少有一相继行的第二组，其中第二组中至少有一行分离器远离分离器的前一行，其间距至少等于一个分离器的深度。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，多个位于炉子中或烟气通道下游的分离器中的一部分设置成至少具有一行的一第一组，另一些设置成在第一行分离器之后至少有一相继行的第二组，其中每一组都有相同数量的行数。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，多个位于炉子中或烟气通道下游的分离器的一部分设置成至少具有一行的一第一组，另一些设置成在第一行分离器之后至少具有一相继行的第二组，其中第一组分离器的行数大于第二组的行数。
11.如权利要求1所述的装置，其特征在于，多个位于炉子中或烟气通道下游的分离器中的一部分设置成至少具有一行的一第一组，另一些设置成在第一行分离器之后至少有一相继行的第二组，其中第二组分离器的行数大于第一组的行数。
12.如权利要求1所述的装置，其特征在于，多个位于炉子中或烟气通道下游的分离器中的一部分设置成至少具有一行的一第一组，另一些设置成在第一行分离器之后至少有一相继行的第二组，其中所有下一行分离器都与上一行分离器至少隔开一个分离器深度的距离。
13.如权利要求1所述的装置，其特征在于，多个位于炉子中或烟气通道下游的分离器中的一部分设置成至少具有一行的一第一组，另一些设置成在第一行分离器之后至少有一相继行的第二组，其中第二组分离器与第一组分离器至少隔开一个分离器深度的距离。
14.如权利要求1所述的装置，其特征在于，多个位于炉子中或烟气通道下游的分离器中的一部分设置成至少具有一行的一第一组，另一些设置成在第一行分离器之后至少有一相继行的第二组，其中第二组分离器与第一组分离器隔开的距离大于一个分离器深度。
全文摘要
用一种凹面撞击构件或U形槽梁分离器的装置将颗粒从炉子的烟气中分离出来。该U形梁槽分离器设置成多行，其中在某一行中每个分离器与同一行中相邻U形槽梁分离器间有一间隙。至少一个相继行的U形槽梁分离器与前一行U形槽梁分离器间的间隙对准。在某些或全部分离器行之间的较大后方间隔使得烟气在撞到下一行U形槽梁之前有更长的时间和距离来减速，提高了颗粒的收集效率。所述较大的后方间隔至少等于一单个U形槽梁分离器的凹度或深度。
文档编号F23J15/00GK1130541SQ9511802
公开日1996年9月11日 申请日期1995年10月20日 优先权日1994年10月20日
发明者戴维·贾德森·沃克 申请人:巴布考克及威尔考克斯公司