专利名称：锅炉热灰处理系统及方法
技术领域：
本发明涉及锅炉配套使用设备，尤其涉及一种锅炉热灰处理系统及方法。
背景技术：
循环流化床锅炉是20世纪70年代末发展起来的一种高效率低污染的锅炉。外置 式换热器是循环流化床锅炉热灰循环系统的核心部件，在不同的运行工况下，可通过调节 具有返料器的外置式换热器内的返灰流量达到灵活调节锅炉负荷的目的。例如，对于带有外置式换热器的、采用循环流化床锅炉的垃圾焚烧系统，在外置式 换热器或返料器中，时常要根据需要，将其中的热灰向炉外排放。图1示出了带有外置式换 热器的、采用循环流化床锅炉的垃圾焚烧系统的简单结构示意图。在该系统中，外置式换热 器103兼具返料器的功能。其工作原理是物料在炉膛101中燃烧，产生高温飞灰，该高温 飞灰经过分离器102的作用，分离出高温烟气和锅炉热灰，高温烟气进入垃圾焚烧系统的 其他后续处理装置105 ；该锅炉热灰通常为800 90(TC，其一部分需要与外置换热器103 相互作用，形成低温灰并经返料器104返回到炉膛中，另外一部分锅炉热灰则根据运行需 要直接排到炉外。循环流化床正是通过低温灰与直接排出炉外的锅炉热灰的比例关系，实 现了床温、汽温、锅炉负荷的灵活调节。从以上的分析中可知，采用循环流化床锅炉的垃圾焚烧系统在实际运行中经常需 要排出将近800 900°C的锅炉热灰，而现在一种通常的做法是锅炉热灰不做任何处理直 接排放，存在问题是第一，加大了灰渣物理热损失，降低了循环流化床焚烧炉的效率，白白浪费掉很多 热能，热能不能充分回收利用；第二、由于直接排放掉的灰温度很高，存在安全隐患。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种锅炉热灰处理系统，通过该锅炉热灰处 理系统，可以有效冷却排放的锅炉热灰，进而提高循环流化床热能回收利用的效率。为了解决上述问题，本发明公开了一种锅炉热灰处理系统，该锅炉热灰处理系 统 包括冷灰器、输料装置，所述输料装置用于传输并排放经所述冷灰器冷却的锅炉热灰，所述 冷灰器包括进灰口、冷灰本体及出灰口，所述冷灰器还包括至少两层冷却壁，所述冷却壁设 置于所述冷灰本体内，相邻冷却壁间形成有空腔，其中，每一层冷却壁包括热交换管以形成 冷却通路，所述冷却通路的两端分别为冷却介质入口和冷却介质出口。优选地，所述输料装置包括输料本体、螺旋推进器、进料口、出料口和用于驱动所 述螺旋推进器的驱动机构；所述螺旋推进器设置于所述输料本体内，所述进料口为沿所述 输料本体轴线方向设置的开口槽，所述出料口设置于所述输料本体远离所述驱动装置的一 端；所述螺旋推进器包括中心轴和多片螺旋叶片，所述螺旋叶片分别连接于所述中心轴上， 相邻所述螺旋叶片间形成有螺旋槽；从所述中心轴靠近所述驱动机构的一端至所述中心轴靠近所述出料口的一端，所述螺旋槽的容置空间逐渐变大。
优选地，所述热交换管为蛇形管。 优选地，所述蛇形管包括多段首尾相接的子段，所述冷灰器还包括传热部件，所述 传热部件连接于所述蛇形管的相邻子段之间。优选地，所述传热部件为钢板。 优选地，所述冷却介质入口设置于所述冷却壁靠近所述出灰口处，所述冷却介质 出口设置于所述冷却壁靠近所述进灰口处。优选地，从所述中心轴靠近所述驱动机构的一端至所述中心轴靠近所述出料口的 另一端，所述螺旋叶片的直径逐渐变大。优选地，从所述中心轴靠近所述驱动机构的一端至所述中心轴靠近所述出料口的 另一端，所述中心轴横截面的直径逐渐变小。优选地，从所述中心轴靠近所述驱动机构的一端至所述中心轴靠近所述出料口的 另一端，所述相邻螺旋叶片之间的螺距逐渐变大。优选地，所述螺旋推进器靠近所述驱动机构的一端设置有冷却套。优选地，所述驱动机构包括调速电机。另一方面，本发明还提供了一种使用上述的锅炉热灰处理系统的方法，在所述冷 灰器第一次使用时，还包括在所述冷灰器中预先放置冷却物质的步骤。优选地，所述冷却物质为冷灰。在本发明锅炉热灰处理系统中，冷灰器的冷灰本体中设置至少两层冷却壁，并且 相邻冷却壁间形成有空腔，每一层冷却壁包括多个热交换管，多个热交换管首尾相接，用于 构成冷却通路，当锅炉热灰从空腔中通过时，能够充分与冷却通路中的热交换管相接触，从 而有效冷却从外置式换热器中排放的锅炉热灰，并通过输料装置将冷却的锅炉热灰排除。 进而提高循环流化床热能回收利用的效率，有效改善了由于现有技术中锅炉热灰直接排放 所带来的热能不能充分利用的问题。
图1是现有技术带有外置式换热器的循环流化床简单结构示意图；图2是本发明锅炉热灰处理系统实施例的简单结构框图；图3是冷灰器的简单结构框图；图4是图3中冷灰器一个实施例的结构示意图；图5是图4所示的冷灰器A-A向的剖视图；图6是图2中输料装置的简单结构框图；图7是现有技术中输料装置的结构示意图；图8是图6中输料装置一个实施例的结构示意图；图9是本发明锅炉热灰处理系统一个优选实施例的详细结构示意图；图10是图9所示的冷灰器B-B向的剖视图；图11是本发明锅炉热灰处理系统另一优选实施例的详细结构示意图。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实 施方式对本发明作进一步详细的说明。参照图2，图2是本发明锅炉热灰处理系统简单结构框图，包括冷灰器21和输料装 置22，输料装置22用于传输并排放经所述冷灰器21冷却的锅炉热灰。其中，冷灰器21结 构参见图3 图5、输料装置22的结构参见图7 图8。 参见图3，图3是图2中冷灰器的简单结构框图，该冷灰器包括进灰口 311、冷灰本 体312及出灰口 313，高温灰经过进灰口 311进入冷灰本体312，在冷灰本体312内冷却后 通过出灰口 313排出，达到冷却热灰的目的。下面结合图4、图5对冷灰器的结构做进一步的说明，图4是图3中冷灰器一个实 施例的结构示意图，图5是图4所示的冷灰器A-A向的剖视图。参见图4、图5，该冷灰器包括进灰口 401、冷灰本体402及出灰口 403，进灰口 401 和出灰口 403分别位于冷灰本体402的两端。在冷灰本体402内，包括多层冷却壁，如505、 506、507、508 (图4只能看到一层，原因是多层冷却壁在视图上叠加在一起)，其中，每一层 冷却壁包括热蛇形交换管407，以构成了冷却通路，冷却通路的两端设置有冷却介质入口 405和冷却介质出口 406。从图5中可以看出，本实施例中的冷灰器包括4层冷却壁，每一层 冷却壁由蛇形管的多个子段(如501)组成，相邻冷却壁间形成有空腔502、503、504。在这 里，需要说明的是，图5中的虚线并非实际结构中存在的线，而是为了方便指示出空腔502、 503、504的具体位置的标识线。当然，冷灰器的相邻热交换管之间，还可以设置传热部件，形成热交换管与传热部 件交错排列的冷却壁，增加了高温灰与冷却壁的接触面积，从而，可以达到更好的冷却效果。 在后面关于本发明锅炉热灰冷灰系统的整体实施例中，对此种结构将进行更加详细的说明。为了进一步的加强锅炉热灰的冷却效果，可以限定输料装置的结构，参照图6是 图2中输料装置的简单结构框图。该螺旋输料机包括输料本体601、螺旋推进器606、进料 口 603、出料口 604和用于驱动螺旋推进器606的驱动机构605。螺旋推进器606设置于输 料本体601内，进料口 603为沿输料本体601轴线方向设置的开口槽，出料口 604设置于输 料本体601远离驱动机构605的一端。其特点是，螺旋推进器606内，相邻螺旋叶片之间的 螺旋槽的容置空间逐渐变大。之所以设计成这样的结构，是基于这样的现有技术如图7所示，图7是现有技术 中输料装置的结构示意图，其主体为一输料筒703，在输料筒703内，包括由中心轴705和多 片螺旋叶片706组成的螺旋推进器702、驱动机构701通过中心轴705驱动螺旋推进器702 工作，实现物料的运输。其中，在螺旋推进器702中，相邻两螺旋叶片之间形成一螺旋槽，这 样，η片螺旋叶片共形成有n-1个螺旋槽，该n-1个螺旋槽的容置空间相同。在输料筒703 的一侧设置有进料口 704，该进料口 704为沿输料筒轴线方向设置的开口槽，该槽在输料筒 轴线方向几乎可以覆盖整个输料筒703。出料口 707设置于所述输料筒703远离所述驱动 装置701的一端。基于螺旋输料机进料口 704与出料口 707的相对位置，产生如下问题当 物料从几乎覆盖输料筒703轴线长度的上方落下时，在重力的作用下，迅速堆积在螺旋推 进器702的n-1个螺旋槽内，此时，螺旋推进器702在驱动机构701的带动下工作，每一段 螺旋槽内的物料都向出料口端螺旋运动，并且，由于上述n-1个螺旋槽容置空间相同，因此靠近出料口端的螺旋槽会很容易发生物料传输阻塞。在图7所描述的在输料装置中，若改变螺旋推进器中螺旋槽的容置空间，使从中 心轴靠近所述驱动机构的一端至所述中心轴的另一端螺旋槽的容积逐渐增大，则不会发生 如图7所示的装置所产生的物料阻塞的现象，同时可以使冷灰器中的灰，呈水平平稳下降 趋势，使热灰得到逐步、均勻平稳下降，从而，可以使锅炉热灰充分的与冷灰器进行热交换。 下面结合图8，给出一个螺旋槽的容置空间逐渐变大的输料装置的结构示意图。该 输料装置包括驱动机构804和螺旋推进器813，其中，螺旋推进器813包括中心轴802和多 片螺旋叶片(如806、807、808、809)，相邻螺旋叶片形成有多个螺旋槽，并且，每一段螺旋槽 都有一个容置空间，利用螺旋槽的容积来完成定量物料的传输操作。在实际工作的时候，通 过控制驱动机构804的转速，调整物料传输的速度。该螺旋输料机的特点是从中心轴802靠近驱动机构804的一端至中心轴的靠近 出料口 801的一端，各螺旋叶片(如806、807、808、809)的直径相同，但与上一实施例的区 别是，相邻螺旋叶片之间的螺距逐渐变大，参看图8，假设螺旋叶片806、807之间的螺距长 度为m，螺旋叶片807、808之间的螺距长度为n，螺旋叶片808、809之间的螺距长度为p，其 中，m < η < ρ。这样做最主要的目的是通过改变相邻螺旋叶片之间的螺距，逐渐增大螺旋 槽的容置空间。若螺旋叶片806、807之间的螺旋槽812容置空间为V6,螺旋叶片807、808 之间的螺旋槽811容置空间为V7,螺旋叶片808、809之间的螺旋槽810容置空间为V8,则有 V8 > V7 > V6,从而可以克服物料传输过程中容易阻塞的问题，使物料更加顺利的从出料口 801中排出。当然，还可以通过其他的方式改变螺旋输料机中螺旋槽的容置空间，例如，从中心 轴靠近驱动机构的一端至中心轴靠近出料口的另一端，螺旋叶片的直径逐渐变大，或者中 心轴横截面的直径逐渐变小。这两种方式也都是非常可行的。下面会结合本发明锅炉热灰 冷灰系统的整体实施例进行更加详细的说明。下面结合两个实施例，来具体说明本发明锅炉热灰冷却系统。实施例一参照图9、图10，图9是本发明锅炉热灰处理系统一个优选实施例的详细结构示意 图；图10是图9所示的冷灰器B-B向的剖视图；其中，锅炉热灰经冷灰器冷却后经由输料 装置排出锅炉系统。冷灰器包括进灰口 901、冷灰本体902及出灰口 903，进灰口 901和出 灰口 903分别设置于冷灰本体902的两端；冷灰本体902内设置有7层冷却壁，图9中示出 了一层冷却壁(图10中示出了 7层冷却壁)，其中，每一层冷却壁为蛇形热交换管，该蛇形 热交换管由多个子段，如908、909、910，构成了冷却通路，冷却通路的两端分别为冷却介质 入口 909和冷却介质出口 906。相邻冷却壁间形成有6个空腔，如图10所示的1003、1004、 1005、1006、1007 和 1008。与前述冷灰器不同的是，该冷灰器还包括传热部件904，该传热部件904连接于相 邻热交换管之间由于相邻热交换管相距一定的距离，该距离即为传热空间911，该传热部 件904在传热空间911中分别与热交换管子段908、909相连接。在图10中，传热部件与 热交换管子段的连接关系表示为传热部件1001在传热空间内分别与相邻热交换管子段 1000、1002相连接。该传热部件1001的作用是与相邻热交换管子段相连接，形成热交换管 子段与传热部件交错排列的冷却壁，相对于实施例一，增加了高温灰与冷却壁的接触面积，从而，可以达到更好的冷却效果。 如图9所示，在多个进灰口 901处分别设置有闸板阀907，以控制高温灰流入冷灰 器的时间和量的多少。冷却介质入口 909设置于靠近所述出灰口 903的一端，冷却介质出口 906设置于 靠近进灰口 901的一端。在具体实施时，冷却介质可以为低温水。形成冷却介质自下而上 运行，高温灰自上而下运行的局面，进而能够更好的实现冷却的效果。此实施例中，传热部件904优选采用钢板。需要说明的是，钢板只是传热部件的一 种优选形式，本发明在此不做限定，也可以采用其他金属材料制成的传热部件。由图9可见，在冷灰器中，每一层冷却壁为蛇形管，蛇形管由如908、909、910的子 段组成，在实际中，每一片冷却壁由锅炉受热面专用的无缝钢管及钢板焊接而成，为了强化 热灰细颗粒与冷灰器的换热，冷却壁的热交换管错列紧凑式布置。为了使锅炉热灰在冷灰器中能够充分的与冷却壁相互作用，在冷灰器的出灰口的 下方，设置有输料装置。下面详细描述螺旋输料装置的结构包括驱动机构912和螺旋推进器913，其中， 螺旋推进器913包括中心轴914和多片螺旋叶片(如915、916、918、919、921、922)；相邻螺 旋叶片形成有多个螺旋槽，如螺旋叶片915、916形成的螺旋槽917，如螺旋叶片918、919形 成的螺旋槽920 ；螺旋叶片921、922形成的螺旋槽923。其中，相邻螺旋叶片之间的螺距都 相等。每一段螺旋槽都有一个理论容置空间，利用螺旋槽的容置空间来完成定量物料的传 输操作。在实际工作的时候，通过控制驱动机构912内电机的转速，调整物料的传输速度。该螺旋输料机的特点是从所述中心轴914靠近所述驱动机构912的一端至中心 轴914靠近出料口 924的一端，螺旋叶片(如922、921、919、918、916、915)的直径按顺序逐 渐变大。假设螺旋槽917的容置空间为V1，螺旋槽920的容置空间为V2,螺旋槽923的容置 空间为V3，则由于螺旋叶片直径逐渐变大，因而有效的容置空间逐渐变大，因此，V1 > V2 > V3 ；由于螺旋槽的容置空间逐渐增大，从而可以克服传输过程中存在的物料阻塞问题，使物 料更加顺利的从出料口 924中排出。为了进一步提高冷灰器的冷灰效果，输料装置内的驱动机构采用调速电机，通过 调节电机的转速，调节高温热灰下降的速率，可以使高温灰更加充分的与冷却壁相接触，使 高温灰得到逐步、更加均勻的冷却。在实际运行过程中，通过监测焚烧炉炉膛差压及锅炉出口蒸汽参数(例如压力、 温度)来确定是否需要放掉一部分高温灰。例如，当炉膛出口灰浓度增加，需要提高通过外 置换热器排出的高温灰量时候，可通过控制冷灰器闸板阀907增大排灰流量，当然也可以 增大冷却通路中冷却介质的流量来达到此目的，也可以同时采用这两种技术手段。在本实施例中首次使用冷灰器时，锅炉热灰在进入冷灰器之前，需将冷灰装满冷 灰器，在热灰进入冷灰器后，置于冷灰器下面的螺旋输料装置开始驱动，由于螺旋输料装置 螺旋叶片设计成容质空间逐步扩大的形式，可以使排灰顺利，同时冷灰器中的灰呈水平平 稳下降趋势(且其速率可控)，锅炉热灰在冷灰器中逐步、均勻、平稳下降，因而能够与冷却 壁中的热交换管充分作用，锅炉热灰得到了充分的冷却，提高循环流化床热能回收利用的 效率，避免了由于现有技术中锅炉热灰直接排放所带来的热能不能被利用等问题。实例二
参照图11，图11是本发明锅炉热灰处理系统另一优选实施例的详细结构示意图。与上一实施例的区别是本实施例中的输料装置包括驱动机构1104和螺旋推进 器1108，其中，螺旋推进器1108包括中心轴1102和多片螺旋叶片(如1105、1106、1107)，相 邻螺旋叶片形成有多个螺旋槽，如螺旋叶片1105、1106形成的螺旋槽1110 ；螺旋叶片1106、 1107形成的螺旋槽1109。其中，相邻螺旋叶片之间的螺距都相等。每个螺旋槽(如，1109 或1110)都有一个容置空间， 利用螺旋槽的容置空间来完成定量物料的传输操作。在实际 工作的时候，控制驱动机构1104内电机的转速调整锅炉灰的传输速度。该螺旋输料机的特点是从中心轴1102靠近驱动机构1104的一端至中心轴靠近 出料口 1101的一端，中心轴横截面的直径逐渐变小，如图所示，c > b > a。这样做最主 要的目的是逐渐增大螺旋槽的容置空间假设螺旋槽1109的容置空间为V4，螺旋槽1110 的容置空间为V5，则由于中心轴横截面的直径逐渐变大，因而有效的容置空间逐渐变小，因 此，V4 > V5，从而可以克服锅炉灰传输过程中容易阻塞的问题，使锅炉灰更加顺利的从出料 口 1101中排出。并且，可以在螺旋推进器1108靠近驱动机构1104的一端设置有冷却套1103，从冷 却套1103处接入冷风，用于冷却驱动机构1104，防止电机被烧毁。驱动机构1104采用调速 电机，可以方便的控制输料装置的传输速度。在这里需要说明的是其一、上述两个实施例中的冷灰器，其中的冷却壁中均采用蛇形热交换管的形式， 这只是一种优选的方式，其实“蛇形”热交换管并不是热交换管唯一的形式，还可以是其他 形式，比如，仅仅简单的做成“横向的U形”也是可行的。本发明在此不做限定。其二、与冷灰器配合使用的输料装置，核心是通过改变螺旋叶片的直径、改变中心 轴横截面及的改变相邻螺旋叶片之间的螺距逐渐改变螺旋槽的容置空间，任何两种或者三 种手段的组合都在本发明的保护范围中内，实施例中仅仅列举了其中的三种形式，但不应 当看作对本发明技术方案的限制。另一方面，本发明的实施例还提供了一种使用上述的锅炉热灰处理系统的方法， 即在所述冷灰器第一次使用时，还包括在所述冷灰器中预先放置冷却物质的步骤。冷却物 质可以为冷灰，例如放掉的锅炉冷灰，但不限于此。这样做的最主要的目的是在锅炉热灰处理系统首次使用时，如果没有预先填置 冷灰，锅炉热灰将在重力的作用下快速掉落，没有时间与冷灰器中的热交换管充分作用，无 法得到有效的冷却。直接影响锅炉热灰的冷却效果，同时也就使锅炉热能不能被更好的回 收利用。本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与 其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。以上对本发明所提供的一种锅炉热灰处理系统及方法进行了详细介绍，本文中应 用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理 解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发 明的限制。
权利要求
一种锅炉热灰处理系统，其特征在于，包括冷灰器、输料装置，所述输料装置用于传输并排放经所述冷灰器冷却的锅炉热灰，所述冷灰器包括进灰口、冷灰本体及出灰口，所述冷灰器还包括至少两层冷却壁，所述冷却壁设置于所述冷灰本体内，相邻冷却壁间形成有空腔，其中，每一层冷却壁包括热交换管以形成冷却通路，所述冷却通路的两端分别为冷却介质入口和冷却介质出口。
2.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述输料装置包括输料本体、螺旋推 进器、进料口、出料口和用于驱动所述螺旋推进器的驱动机构；所述螺旋推进器设置于所述 输料本体内，所述进料口为沿所述输料本体轴线方向设置的开口槽，所述出料口设置于所 述输料本体远离所述驱动装置的一端；所述螺旋推进器包括中心轴和多片螺旋叶片，所述 螺旋叶片分别连接于所述中心轴上，相邻所述螺旋叶片间形成有螺旋槽；从所述中心轴靠 近所述驱动机构的一端至所述中心轴靠近所述出料口的一端，所述螺旋槽的容置空间逐渐 变大。
3.根据权利要求2所述的处理系统，其特征在于，所述热交换管为蛇形管。
4.根据权利要求3所述的处理系统，其特征在于，所述蛇形管包括多段首尾相接的子 段，所述冷灰器还包括传热部件，所述传热部件连接于所述蛇形管的相邻子段之间。
5.根据权利要求4所述的处理系统，其特征在于，所述传热部件为钢板。
6.根据权利要求5所述的处理系统，其特征在于，所述冷却介质入口设置于所述冷却 壁靠近所述出灰口处，所述冷却介质出口设置于所述冷却壁靠近所述进灰口处。
7.根据权利要求1至6任一项所述的处理系统，其特征在于，从所述中心轴靠近所述驱 动机构的一端至所述中心轴靠近所述出料口的另一端，所述螺旋叶片的直径逐渐变大。
8.根据权利要求1至6任一项所述的处理系统，其特征在于，从所述中心轴靠近所述 驱动机构的一端至所述中心轴靠近所述出料口的另一端，所述中心轴横截面的直径逐渐变
9.根据权利要求1至6任一项所述的处理系统，其特征在于，从所述中心轴靠近所述驱 动机构的一端至所述中心轴靠近所述出料口的另一端，所述相邻螺旋叶片之间的螺距逐渐变大。
10.根据权利要求1至6任一项所述的处理系统，其特征在于，所述螺旋推选器靠近所 述驱动机构的一端设置有冷却套。
11.根据权利要求1至6任一项所述的处理系统，其特征在于，所述驱动机构包括调速 电机。
12.一种使用权利要求1所述的锅炉热灰处理系统的方法，其特征在于，在所述冷灰器 第一次使用时，还包括在所述冷灰器中预先放置冷却物质的步骤。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述冷却物质为冷灰。
全文摘要
本发明提供了一种锅炉热灰处理系统及方法，其中，系统包括冷灰器、输料装置，输料装置用于传输并排放经冷灰器冷却的锅炉热灰，冷灰器包括进灰口、冷灰本体及出灰口，冷灰器还包括至少两层冷却壁，冷却壁设置于冷灰本体内，相邻冷却壁间形成有空腔，其中，每一层冷却壁包括热交换管以形成冷却通路，冷却通路的两端分别为冷却介质入口和冷却介质出口。本发明有效冷却从锅炉中排出的热灰，提高循环流化床热能回收利用的效率，有效改善了现有技术中锅炉热灰直接排放所带来的热能不能充分利用的问题。
文档编号F23G5/30GK101956972SQ20091008890
公开日2011年1月26日 申请日期2009年7月13日 优先权日2009年7月13日
发明者姜鸿安, 李咏梅, 王福核, 韩小武, 马长永, 鲁光明 申请人:北京中科通用能源环保有限责任公司