對外燃式動力系統供熱的製作方法
2023-04-25 16:03:56 1
專利名稱：對外燃式動力系統供熱的製作方法
技術領域：
本發明是關於對一種外燃式動力系統供熱。
在直燃式發電廠中，向燃燒室供給經預熱的助燃空氣、燃料，例如煤粉，在燃燒室內被燃燒。圍繞著火焰區周圍的管子內含有一種工作液(例如水)，這種工作液被加熱到沸騰，然後被輸送到一個動力系統(例如一種汽輪機)轉換成一種實用形式的能量，如電能。美國專利5450821描述了一種多級燃燒系統，這種系統採用分離的燃燒室和熱交換器，控制各級所釋放的熱的溫度，以與工作液的熱力性能相適應，使溫度保持在產生NOx氣的溫度之下。
總的說來，本發明的特徵是用一種具有二個或多個燃燒區的多級系統向一外燃式動力系統供熱。每個燃燒區有一個相應的熱交換器，傳送來自外燃式動力系統的各個工作液流。每個燃燒區接收到燃料總量的一部分，調節供給每個燃燒室的燃料和空氣的數量，把溫度控制在一預定值。這樣，燃燒區溫度可以被控制，從而可防止管子金屬的溫度過高，避免損壞。此外，可以採用二個或多個獨立的液流冷卻部分來限定爐子燃燒區的邊界，並有助於降低管子金屬的溫度，同時可以使個工作液流的溫度與動力系統的需要相一致，以提高效率。
在優選實施例中，各個燃燒區位於同樣的爐子內，供給一個或多個燃燒區的空氣利用來自煙氣的熱量預熱，熱交換器的管道圍繞在燃燒區周圍。還有些對流區，其與接收來自燃燒區的煙道廢氣相關聯，同時還包含了熱交換器，該熱交換器用於在對流區的熱交換器管道內把煙道廢氣的熱量傳送到各個工作液流。在燃燒區內來自熱交換器的工作液流可以與對流區內的工作液流相連通。
從下面對一個具體實施例的描述並根據權利要求所述，本發明的其它優點和特徵將會變得更加清楚。
圖1是本發明的一個具有二個燃燒區和二個獨立工作液流的裝置和方法的實施例的示意圖；圖2是表示圖1中的爐子燃燒區和對流管道布局的的輪廓圖。
圖1顯示了一個爐子系統，其包括一個空氣預熱器100、二個燃燒區101和102，其分別由獨立的工作液流冷卻式熱交換器HE1A和HE2A構成、二個對流通道區103和104，其分別包括工作液流冷卻式熱交換器HE2B和HE1B、一個外部動力系統105。在燃料流5和6中的燃料數量和在空氣流3和4中的空氣量通過合適的控制機械控制，如圖1中所示的機械203、204、205、206。動力系統105可以是任何一種外部直燃式動力轉換系統。在能量轉換循環所需的大部分熱量並不是用於工作液的汽化而是用於它的過熱和再熱的動力循環和系統中，本發明的燃燒系統特別有用。這類動力系統的例子已有描述，例如美國專利4732005和4889545，這裡將結合參考這些例子。此外還結合參考美國專利3346561、4489563、5548043、4586340、4604867、4732005、4763480、4899545、4982568、5029444、5095708、5450821、和5440882所公開的能量轉換系統。工作液流可以是亞冷卻液體、飽和液體、兩相液體、飽和蒸汽、或過熱蒸汽。
參考圖1，燃燒空氣在位置1進入空氣預熱器100，在那兒被預熱，到位置2時溫度達500-600°F。在供給燃燒區101的燃料流5中的燃料數量僅僅是被燃燒的燃料總量中的一部分。燃燒區101在熱交換器HE1A的工作液冷卻管內，第一工作液流在位置11處進入該熱交換器，提高溫度後於位置12處流出該熱交換器。煙氣流的熱量基本上作為輻射能被轉換。根據周圍爐壁需吸收的熱量，選擇供給燃燒室的燃料和經預熱的空氣的數量，把燃燒室的溫度控制在一個預定值。特別是控制第一燃燒區101內的溫度，防止熱交換器HE1A內的爐壁溫度過高，以避免毀壞熱交換器。
從第一燃燒區101出來的煙氣經過位置7流入第二燃燒區102，該煙氣與燃燒空氣流4和燃料流6混合。控制燃燒區102內的溫度，防止熱交換器HE2A內的爐壁溫度過高，以避免毀壞熱交換器。燃燒區102在熱交換器HE2A的工作液冷卻管之內，第二工作液流在位置13處進入該熱交換器HE2A，提高溫度後於位置14處流出該熱交換器。
從第二燃燒區102出來的煙氣通到爐子的第一對流區103的對流管道，在該對流區的熱交換器HE2B中，煙氣被冷卻。在與第二工作液流連通的情況下，第三工作液流在15處進入熱交換器HE2B，提高溫度後於位置16處流出該熱交換器HE2B，然後回到動力系統105。在位置9處，煙氣以低於其在位置8時的溫度離開對流區103，並進入第二對流區104。
類似地，由於在熱交換器HE1B中放出熱量，在第二對流區104內煙氣被進一步冷卻。在與第一工作液流連通的情況下，第四工作液流在位置17處進入熱交換器HE1B，提高溫度後於位置18處流出該熱交換器HE1B，然後回到動力系統105。在位置10處煙氣離開對流管道，並流向空氣預熱器100。在空氣預熱器100內，該煙氣被進一步冷卻，把熱量釋放給燃燒空氣流，溫度降低後在位置11處通到煙道。
多級爐方案的一個重要的優點是，通過對燃料和空氣流的調節可以分別控制各個火焰區內所達到的燃燒溫度。可以利用副理想配比或過理想配比燃燒來控制在第一級火焰區的溫度。此外，利用獨立工作液流構成爐子外圍，就能在爐子的最高溫區內利用工作液流冷卻。工作液流在爐子的對流管道內被最後一次加熱。本發明以一種便於控制燃燒區溫度的方法對直燃爐系統供熱，以便防止金屬管的溫度過高。
我們已經描述了一種具有由兩個獨立工作液流冷卻的燃燒區和對流管道的二級系統，該兩個獨立工作液流串接在燃燒區和對流管道之間。每種情況下，一個煙氣流包含了所有從前面步驟來的煙氣。可以作包括有類似性質的三級和四級系統的其它的改變。此外，可以用獨立工作液流來僅僅冷卻爐子內的一些部分或對流管道內的一些部分。
權利要求
1.一種對外燃式動力系統供熱的方法，包括下列步驟把第一空氣流和燃料總量的第一部分送入第一燃燒區；在所說的第一燃燒區內燃燒所說的第一部分燃料，形成第一煙氣流；在暴露到所說的第一燃燒區的第一熱交換器的管道內，把來自所說的第一燃燒區的熱量轉輸到來自一個外燃式動力系統的第一工作液流，調節供給第一燃燒區的燃料和空氣的量，以把第一燃燒區的溫度控制在第一個預定值；把所說的第一煙氣流、第二空氣流和燃料總量的第二部分供給第二燃燒區；在所說的第二燃燒區內燃燒所說的第二部分燃料，形成第二煙氣流；和在暴露到所說的第二燃燒區的第二熱交換器的管道內，把來自所說的第二燃燒區的熱量轉輸到來自一個外燃式動力系統的第二工作液流，調節供給第二燃燒區的燃料和空氣的數量，以把第二燃燒區的溫度控制在第二個預定值。
2.按照權利要求1所說的方法，其中，所說的第一和第二區是在同一爐子內。
3.按照權利要求1所說的方法，其中，所說的第一空氣流利用來自所說的第二煙氣流的熱量預熱。
4.按照權利要求3所說的方法，其中，所說的第二空氣流利用來自所說的第二煙氣流的熱量預熱。
5.按照權利要求2所說的方法，其中，所說的第一熱交換器的管道圍繞在所說的第一燃燒區周圍，所說的第二熱交換器的管道圍繞在所說的第二燃燒區周圍。
6.按照權利要求1所說的方法，進一步包括，所說的第二煙氣流流經第一對流區，並在暴露到所說的第一對流區的第三熱交換器管道內把來自所說的第一對流區的熱量轉輸到來自一個外燃式動力系統的第三工作液流。
7.按照權利要求6所說的方法，進一步包括，從所說的第一對流區來的所說的第二煙氣流流經第二對流區，並在暴露到所說的第二對流區的第四熱交換器管道內把來自所說的第二對流區的熱量轉輸到來自一個外燃式動力系統的第四工作液流。
8.按照權利要求6所說的方法，其中，所說的第三工作液流與所說的第一和第二工作液流中的一個串接。
9.按照權利要求7所說的方法，其中，所說的第三工作液流與所說的第一和第二工作液流中的一個串接，並且所說的第四工作液流與所說的第一和第二工作液流中的另一個串接。
10.按照權利要求7所說的方法，其中，所說的第一和第二空氣流利用來自所說的第二煙氣流從所說的第二對流區接收到的熱量預熱。
11.按照權利要求1所說的方法，進一步包括，設置一個或多個另外的互相串接的燃燒區，以接收第二煙氣流、另外相應的空氣流和燃料總量中的另外相應的部分；在所說的另外的燃燒區內燃燒所說的燃料總量中的另外相應的部分，形成另外相應的煙氣流；在暴露到所說的另外的燃燒區的另外的熱交換器的管道內，把來自所說的另外的燃燒區的熱量轉輸到來自外燃式動力系統的相應的另外工作液流，調節供給另外燃燒區的燃料和空氣的數量，以把另外燃燒區的溫度控制在各相應的預定值。
12.一種向外燃式動力系統供熱的裝置，包括第一燃燒區，連通接收第一空氣流和燃料總量的第一部分，並提供第一煙氣流，第一煙氣流包含有在所說的第一燃燒區內燃燒所說的第一部分燃料的產物；第一熱交換器管道，其暴露到所說的第一燃燒區，並傳輸來自外燃式動力系統的第一工作液流；控制機構，用於控制供給所說的第一燃燒區的燃料和空氣的數量，控制第一燃燒區的溫度處於第一預定值；第二燃燒區，接收所說的第一煙氣流、第二空氣流和燃料總量的第二部分，並提供第二煙氣流，第二煙氣流包含有在所說的第二燃燒區內燃燒所說的第二部分燃料的產物；第二熱交換器管道，其暴露在所說的第二燃燒區，並傳輸來自外燃式動力系統的第二工作液流；控制機構，用於控制供給所說的第二燃燒區的燃料和空氣的數量，控制第二燃燒區的溫度處於第二預定值；
13.按照權利要求12所說的裝置，其中所說的第一和第二區是在同一個爐子內。
14.按照權利要求12所說的裝置，進一步包括一個預熱器，用於利用所說的第二煙氣流的熱量來預熱所說的第一空氣流。
15.按照權利要求14所說的裝置，其中所說的預熱器利用所說的第二煙氣流的熱量來預熱所說的第二空氣流。
16.按照權利要求13所說的裝置，其中，所說的第一熱交換器的管道圍繞所說的第一燃燒區，所說的第二熱交換器的管道圍繞所說的第二燃燒區。
17.按照權利要求12所說的裝置，進一步包括第一對流區，連通接收所說的從所說的第二燃燒區來的第二煙氣流，和第三熱交換器管道，其暴露在所說的第一對流區，並傳輸來自外燃式動力系統的第三工作液流。
18.按照權利要求17所說的裝置，進一步包括第二對流區，連通接收所說的從所說的第一對流區來的第二煙氣流，和第四熱交換器管道，其暴露在所說的第二對流區，並傳輸來自外燃式動力系統的第四工作液流。
19.按照權利要求17所說的裝置，其中，所說的第三工作液流與所說的第一和第二工作液流中的一個串接。
20.按照權利要求18所說的裝置，其中，所說的第三工作液流與所說的第一和第二工作液流中的一個串接，並且所說的第四工作液流與所說的第一和第二工作液流中的另一個串接。
21.按照權利要求18所說的裝置，進一步包括一個預熱器，用於利用所說的第二煙氣流從所說的第二對流區所收到的熱量來預熱所說的第一和第二空氣流。
22.按照權利要求12所說的裝置，進一步包括一個或多個另外的互相串接的燃燒區，以接收第二煙氣流、另外相應的空氣流和燃料總量中的另外相應的部分；另外的熱交換器管道，其暴露在所說的另外的燃燒區，並傳輸來自外燃式動力系統的另外相應的工作液流；另外的控制機構，用於控制供給所說的另外的燃燒區的燃料和空氣的數量，控制另外的燃燒區的溫度處於另外的預定值。
全文摘要
用一種具有二個或多個燃燒區的多級系統向一個外燃式動力系統供熱的方法和裝置，每個燃燒室有一個相應的熱交換器，傳輸來自外燃式動力系統的各個工作液流，每個燃燒區接收到燃料總量的一部分，調節供給每個燃燒室的燃料數量和空氣，把溫度控制在一預定值。
文檔編號F23C6/00GK1155640SQ9612104
公開日1997年7月30日 申請日期1996年10月19日 優先權日1996年10月19日
發明者A·I·卡利納, M·D·邁倫利 申請人:艾克澤吉公司