[發(fā)明專利]基于模塊的氧燃料鍋爐

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200680006419.1
• 申請日: 2006-03-01
• 公開（公告）號: CN101283161A
• 公開（公告）日: 2008-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 布賴恩·R·帕特里克;湯姆·L·奧赫斯;丹尼洛·B·歐瑞斯凱恩;凱茜·A·薩姆斯
• 申請（專利權(quán)）人: 朱比特氧氣公司
• 主分類號: F01K7/34
• 分類號: F01K7/34
• 代理公司: 北京安信方達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 陳怡;鄭霞

背景技術(shù)

本發(fā)明涉及供給氧的鍋爐(oxygen?fueled?boiler)。更具體地，本發(fā)明涉及具有靈活性設(shè)計的基于模塊的氧燃料鍋爐(oxy-fuel?boiler)。

氧燃料燃燒系統(tǒng)的優(yōu)勢得到了公認。例如，Gross美國專利第6,436,337號和第6,596,220號提供了氧燃料燃燒系統(tǒng)的某些優(yōu)勢：減少環(huán)境污染(減少NOx的生成)、高效能、高火焰溫度和更小型的整套物理設(shè)備設(shè)計。通過引用方式將與本申請共同擁有的Gross專利包含到本文的內(nèi)容中。

為了獲取來自燃料的能量，鍋爐通常提供某些方式，其中通常將能量輸入到流體中(通過燃料的燃燒)，以改變流體狀態(tài)。然后通常以機械運動的形式(或動能)從流體中獲取能量。大部分的鍋爐使用水作為工作流體，以從燃料中獲取能量。水通過爐管，所述爐管形成鍋爐內(nèi)的一個或多個“壁”或者管束。

通常，設(shè)計鍋爐的管壁來將能量(以熱量的形式)經(jīng)過管壁傳遞到壁內(nèi)某些回路和通道里的水中。當水經(jīng)過爐管時，水在壓力下加熱，并經(jīng)由過熱、再熱和/或超臨界狀態(tài)達到高能級(和相變)。還可以使用諸如節(jié)熱器單元等其它階段，水在過熱通道之前的爐壁部分中通過所述節(jié)熱器單元。通過來自流經(jīng)管束的加熱氣體的對流熱傳遞對水進一步加熱(如在節(jié)熱器中)。

分別設(shè)計鍋爐的階段或區(qū)域，以根據(jù)某種類型熱傳遞機理或現(xiàn)象進行操作。例如，設(shè)計下方的爐壁用于輻射熱傳遞，而設(shè)計上方的管束、過熱、再熱和節(jié)熱器部分以通過對流熱傳遞原理起作用。應(yīng)為本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的是，當水在鍋爐中加熱時，熱傳遞機理相互之間不排斥。

雖然這樣的鍋爐構(gòu)型持續(xù)良好地用于其應(yīng)用和目的，但是這樣的鍋爐構(gòu)型未必充分地利用氧燃料燃燒系統(tǒng)的火焰高溫和低廢氣體積。因此，使用氧燃料燃燒系統(tǒng)的鍋爐需要減少環(huán)境污染。期望地，這樣的鍋爐設(shè)計實現(xiàn)了高效能(相對于傳遞至工作流體的熱量與由燃燒產(chǎn)物獲取的熱量之間的高比例)，并利用了火焰的高溫。最期望地，這樣的鍋爐構(gòu)型可以提供更小型的整套物理設(shè)備設(shè)計。

發(fā)明內(nèi)容

基于模塊的鍋爐系統(tǒng)使用多個獨立的、連續(xù)排列的氧燃料鍋爐，用于由水產(chǎn)生蒸汽。設(shè)置鍋爐來實現(xiàn)彼此不同的能量傳遞功能。第一或主鍋爐具有與多根用于運送水的爐管流體連通(flow?communication)的給水入口。設(shè)置鍋爐以充分防止空氣的引入。

主鍋爐的爐管形成至少一個水冷壁。每個鍋爐包括用于供給純度高于21％并優(yōu)選為至少約85％的氧氣的氧氣供給源、用于供給碳基燃料的碳基燃料供給源、以及至少一個氧燃料燃燒爐系統(tǒng)。燃燒爐系統(tǒng)以近似化學(xué)計量比、將氧氣和燃料送進(feed)鍋爐中，以便將過量的氧氣或碳基燃料限制到預(yù)定容限(tolerance)。針對輻射能的直接暴露來設(shè)置每個鍋爐的爐管，以便將能量由火焰?zhèn)鬟f至水冷壁管。遵從傳統(tǒng)的命名法，所提及的水冷壁意欲包括輻射區(qū)中所有的鍋爐爐管，甚至是包括可以用于輸送蒸汽的爐管。

在鍋爐系統(tǒng)的一個實施方式中，第二鍋爐是過熱鍋爐，并且經(jīng)由第一鍋爐產(chǎn)生的蒸汽直接送進過熱鍋爐中。蒸汽離開過熱鍋爐，并流至主蒸汽渦輪機。可選地，該系統(tǒng)可以包括再熱鍋爐(所述再熱鍋爐從高壓蒸汽渦輪機的排氣中獲取進料)，所述再熱鍋爐在類似于主鍋爐的氧燃料鍋爐中對蒸汽進行再熱，并將再熱的蒸汽送進再熱蒸汽渦輪機中。每個鍋爐的能量傳遞或加熱功能不同于每一個其它鍋爐。換言之，在主鍋爐中，將水由相對低的能量(焓)值加熱至飽和蒸汽。在過熱鍋爐中(如果使用的話)，將蒸汽進一步加熱至過熱的狀態(tài)。然后，在再熱器中，將來自高壓渦輪機的排出蒸汽重新加熱，以送進再熱蒸汽渦輪機中。

鍋爐系統(tǒng)可以包括冷凝器，設(shè)置該冷凝器，以便蒸汽從高壓蒸汽渦輪機排放至一個或多個再熱蒸汽渦輪機，任選地到達一個或多個低壓渦輪機，并且繼續(xù)到達冷凝器。優(yōu)選的鍋爐系統(tǒng)包括節(jié)熱器。該節(jié)熱器具有氣體側(cè)和給水側(cè)，氣體側(cè)容納來自鍋爐的燃燒產(chǎn)物(“廢氣”或“煙道氣”)，以使燃燒產(chǎn)物在將給水引至主鍋爐之前對鍋爐給水進行預(yù)熱。從節(jié)熱器排出后，廢氣可以用于預(yù)熱氧燃料燃燒系統(tǒng)的氧化劑，通常在進行任何期望的下游廢氣加工處理之前，將廢氣排放到廢氣系統(tǒng)中。可以通過模塊化鍋爐系統(tǒng)的平行分組，來獲得增加的功率。

可以針對多種不同類型的燃料設(shè)置氧燃料燃燒爐，所述燃料的例子有天然氣、石油、煤及其它的固體燃料。當使用固體燃料時，可以使用一部分廢氣(任選地與氧氣混合)將固體燃料攜帶入鍋爐中。該燃料進料氣體可以是來自節(jié)熱器下游的廢氣。

根據(jù)以下詳細的描述，結(jié)合所附的權(quán)利要求，本發(fā)明這些和其它的特征和優(yōu)勢將會顯而易見。

附圖說明