具有水冷壁爐膛管屏的城市固體廢物燃料蒸汽產生器的製作方法

2023-04-26 19:21:16 4

專利名稱：具有水冷壁爐膛管屏的城市固體廢物燃料蒸汽產生器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種城市固體廢物燃料蒸汽產生器。特定來說，本發明針對具有水冷壁爐膛管屏的城市固體廢物燃料蒸汽產生器。此申請案主張2007年10月1日申請的美國臨時專利申請案第60/976，709號及 2007年10月20日申請的美國專利申請案第11/961，654號的優先權的權益，這些專利的全 部內容以引用方式併入本文中。
背景技術：
變廢為能轉廢為能設備通過燃燒廢物材料而在鍋爐中產生高能蒸汽。城市固體廢 物燃料蒸汽產生器使用固體城市廢物(例如垃圾)作為燃料來產生蒸汽。所述蒸汽通常用 於驅動高壓蒸汽汽輪機以便產生電或將蒸汽提供到蒸汽用戶「主機」或區域供熱系統。當 以環境友好方式操作時，固體廢物燃料蒸汽產生器可同時解決兩個問題其通過減少對用 於處置處置固體廢物的垃圾填埋法的要求而有益於環境且其產生很需要的動力。許多蒸汽產生器(包含適於焚燒化石燃料、城市固體廢物及其它燃料的那些蒸汽 產生器)從燃燒區向下遊包含過熱器。當經過的燃燒煙氣將熱釋放到過熱器中時，所述過 熱器內的蒸汽達到過熱狀態。此過熱蒸汽通常用於給高壓汽輪機提供動力。在這些極端溫 度中對過熱器的材料要求很高。增加煤動力蒸汽產生器中過熱器的壽命的一種方式是從所 述過熱器向上遊包含水冷壁爐膛管屏管束。所述水冷壁爐膛管屏使相對冷的流體循環，且 藉此在熱煙氣到達過熱器之前吸收來自燃燒煙氣的一些熱。此具有降低過熱器前方的爐膛 煙氣出口溫度的效應，從而延長其可用壽命。此布置最終減少腐蝕速率且顯著延長過熱器 的有用壽命並可以大致不影響總體熱效率的方式操作。然而，在城市固體廢物燃料蒸汽產生器中，過熱器處的燃燒煙氣比使用煤及其它 燃料的蒸汽產生器中的燃燒煙氣更具腐蝕性。此導致需要頻繁地修復或替換過熱器，此造 成停機時間。高度腐蝕性環境已防止了在使用城市固體廢物燃料的蒸汽產生器中使用水冷 壁爐膛管屏。替代地，已進行其它方法來保護過熱器，例如將成本高的合金管子及/或屏蔽 放置於燃燒煙氣的路徑中或使爐膛的總體高度更高以便減少爐膛煙道煙氣出口溫度。然 而，為在現有設施中減少過熱器的腐蝕，因空間限制充分增加爐膛的大小很不切實際且極 其困難。且屏蔽過熱器並不減少過熱器附近的爐膛煙道煙氣出口溫度。一般來說，認為這些常規方法及系統滿足其既定目的。然而，在此技術中仍保持繼 續需要適合於保護城市固體廢物燃料蒸汽產生器內的過熱器的水冷壁爐膛管屏。在此技術 中還保持需要供在城市固體廢物燃料蒸汽產生器中使用的耐用且製造及使用成本有效的 水冷壁爐膛管屏本發明為這些問題提供解決方案。

發明內容
將在以下說明中闡明本發明的目的及優點且本發明的目的及優點從以下說明變 得顯而易見。將通過在本發明的書面說明及權利要求書中特別地指出的方法及系統並根據所述圖式來實現及獲得本發明的額外優點。 為實現這些及其它優點且根據本發明的目的，如本文中所體現，本發明包含一種 蒸汽產生器，其包含經配置且適於從城市固體廢物燃料的燃燒產生燃燒煙氣流的爐膛。所 述蒸汽產生器還包含至少一個過熱器，所述過熱器安置於所述爐膛的上部部分內、安置於 燃燒區的下遊處或接近所述爐膛的後煙道安置。所述過熱器經配置且適於通過促進所述過 熱器內的流體與所述過熱器外的爐膛出口煙氣之間的熱傳遞來使所述過熱器內的流體過 熱。至少一個水冷壁爐膛管屏從所述過熱器向上遊安置於所述爐膛內。所述水冷壁爐膛管 屏經配置且適於通過促進所述水冷壁爐膛管屏內的流體與所述水冷壁爐膛管屏外的爐膛 出口煙氣之間的熱傳遞來降低所述過熱器處的爐膛出口煙氣溫度。根據本發明的另一方面，至少一個過熱器與水冷壁爐膛管屏優選地作為熱力液力 迴路的一部分而彼此流體連通。在另一優選實施例中，水冷壁爐膛管屏定位於所述爐膛內 以允許到達所述過熱器的維修通路。所述水冷壁爐膛管屏可進一步包含機械構件，所述機 械構件以可操作方式連接到所述水冷壁爐膛管屏以使所述管屏在操作期間振動並減少所 述管屏的外部表面上的殘留物堆積。本發明還涵蓋，所述水冷壁爐膛管屏可包含經配置且 適於容納外部供應集管箱的熱膨脹及撓曲的管道集管箱膨脹環。本發明還包含一種供在城市固體廢物燃料蒸汽產生器中使用的水冷壁爐膛管屏。 所述水冷壁爐膛管屏優選地包含管子管束，所述管子管束配置有隔膜構造且適於促進在所 述管子內循環的流體與在所述管子外經過的爐膛出口煙氣流之間的熱傳遞。所述管子管束 包含抗腐蝕材料。所述抗腐蝕材料可包含安置於所述管子管束的外部表面上的覆蓋層。所述覆蓋層 優選地包含Inconel 合金。所述覆蓋層可包含Inconel 625。在優選實施例中，所述水冷壁 爐膛管屏可經配置且適於定位於所述爐膛內以允許到達所述過熱器的維修通路。不像典型 水冷壁管屏那樣直接放置在過熱器前方，遠離過熱器放置水冷壁爐膛管屏也是此發明的意 圖。尤其當過熱器性能與來自爐膛燃燒過程的輻射熱及明亮光無關時，在數英尺遠處定位 水冷壁爐膛管屏很重要。水冷壁爐膛管屏打算適合供在新的蒸汽產生設備中使用。根據本發明的一種蒸汽 產生設備包含經配置且適於從城市固體廢物燃料的燃燒產生燃燒煙氣流的爐膛。至少一個 過熱器安置於所述爐膛的上部部分或後煙道內或接近所述爐膛的上部部分或後煙道安置。 所述過熱器經配置且適於促進所述過熱器內的流體與所述過熱器外的爐膛出口煙氣之間 的熱傳遞。至少一個水冷壁爐膛管屏從所述過熱器向上遊安置於所述爐膛內。所述水冷壁 爐膛管屏經配置且適於通過促進所述水冷壁爐膛管屏內的流體與所述過熱器及水冷壁爐 膛管屏外的爐膛出口煙氣之間的熱傳遞來降低所述過熱器處的爐膛出口煙氣溫度。蒸汽動 力系統與所述過熱器流體連通。本發明涵蓋，所述蒸汽動力系統可包含高壓汽輪機。本發明還涵蓋，所述蒸汽動力 系統可包含蒸汽主機或區域供熱系統。所述至少一個過熱器與水冷壁爐膛管屏可作為熱力 液力迴路的一部分而彼此流體連通。本發明進一步包含一種用於在城市固體廢物燃料蒸汽產生器的熱力液力迴路中 產生蒸汽的系統。所述系統包含至少一個過熱器，所述過熱器經配置且適於促進所述過熱 器內的流體與所述過熱器外的爐膛出口煙氣之間的熱傳遞。汽包與所述過熱器流體連通以用於將水蒸氣與液體分開以將飽和蒸汽供應到所述過熱器。至少一個水冷壁爐膛管屏與所述汽包流體連通。所述水冷壁爐膛管屏經配置且適於通過促進所述水冷壁爐膛管屏內的流 體與所述過熱器外的爐膛出口煙氣之間的熱傳遞來降低所述過熱器處的爐膛出口煙氣溫 度。所述水冷壁爐膛管屏包含安置於所述水冷壁爐膛管屏的外表面上的抗腐蝕覆蓋層。本發明進一步涵蓋，本發明還包含一種減少城市固體廢物燃料蒸汽產生器中過熱 器的腐蝕的方法。所述方法包含在過熱器的上遊處提供水冷壁爐膛管屏，其中所述水冷壁 爐膛管屏經配置且適於通過促進所述水冷壁爐膛管屏內的流體與所述水冷壁爐膛管屏外 的爐膛出口煙氣之間的熱傳遞來降低所述過熱器處的爐膛出口煙氣溫度。所述方法還包含 使流體循環穿過所述水冷壁爐膛管屏中的管子管束以冷卻所述過熱器外的爐膛出口煙氣 流。根據本發明還涵蓋一種改裝城市固體廢物燃料蒸汽產生器以減少過熱器的腐蝕 的方法。所述方法包含提供水冷壁爐膛管屏，所述水冷壁爐膛管屏經配置且適於通過促進 所述水冷壁爐膛管屏內的流體與所述過熱器外的爐膛出口煙氣之間的熱傳遞來降低城市 固體廢物燃料蒸汽產生器中過熱器處的爐膛出口煙氣溫度。開闢穿過所述蒸汽產生器的上 部爐膛頂及至少一個爐膛壁的通路。穿過所述上部爐膛頂及至少一個爐膛壁安裝所述水冷 壁爐膛管屏。所述方法還包含將所述水冷壁爐膛管屏以可操作方式連接到所述蒸汽產生器 的汽包。所述改裝方法可進一步包含測量現有城市固體廢物燃料蒸汽產生器內的溫度，其 中所述提供水冷壁爐膛管屏的步驟包含基於在所述現有城市固體廢物燃料蒸汽產生器中 所測量的溫度來配置所述水冷壁爐膛管屏以減少所述過熱器的腐蝕。根據本發明，還存在一種增強城市固體廢物燃料蒸汽產生器中的NOx控制的方法。 所述方法包含提供爐膛，所述爐膛經配置且適於從城市固體廢物燃料的燃燒產生爐膛出口 煙氣流，所述爐膛具有接近後煙道安置或安置於燃燒區的下遊處的至少一個過熱器，且至 少一個水冷壁爐膛管屏從所述過熱器向上遊安置於所述爐膛內。操作所述爐膛以從所述過 熱器產生蒸汽。所述方法進一步包含通過使流體循環穿過所述至少一個水冷壁爐膛管屏以 降低所述過熱器處的爐膛出口煙氣溫度來增強NOx還原。一種降低對城市固體廢物燃料蒸汽產生器中的NOx的選擇性非催化還原(SNCR) 的反應物要求的方法也涵蓋為在本發明的範圍內。此方法包含提供爐膛，所述爐膛經配置 且適於從城市固體廢物燃料的燃燒產生爐膛出口煙氣流，其在所述爐膛內為SNCR提供增 強的及穩定的溫度環境，所述爐膛具有接近後煙道安置或安置於燃燒區的下遊處的至少一 個過熱器，且至少一個水冷壁爐膛管屏從所述過熱器向上遊安置於所述爐膛內。提供選擇 性非催化還原系統，其以可操作方式連接以減少來自爐膛出口煙氣的NOx排放。所述方法 包含操作所述爐膛以從所述過熱器產生蒸汽且通過使所述爐膛出口煙氣與所需量的反應 物起反應來操作所述選擇性非催化還原系統以將NOx排放減少到可接受的限制內。所述方 法還包含通過使流體循環穿過所述至少一個水冷壁爐膛管屏以降低所述過熱器處的爐膛 出口煙氣溫度來減少所述所需量的反應物的步驟。本發明涵蓋，所述反應物可以是尿素、氨 或任何其它適合的反應物。還可將所述方法與選擇性催化還原系統(SCR) —起使用。應理解，前述一般說明及以下具體實施方式
兩者均為實例性說明，且均打算提供 對所主張的發明的進一步解釋。包含併入到此說明書中並構成其一部分的所附圖式以圖解說明本發明的方法及系統並提供對本發明的方法及裝置的進一步理解。所述圖式連同說明 一起用於解釋本發明的原理。


圖1是根據本發明的蒸汽產生器的第一代表性實施例的一部分的橫截面側面正 視圖，其顯示爐膛、水冷壁爐膛管屏、過熱器及鍋爐管束。圖2是根據本發明的圖1的蒸汽產生器的橫截面平面圖，其顯示水冷壁爐膛管屏 及過熱器相對於汽包的位置。圖3是根據本發明的圖1的蒸汽產生器的橫截面平面圖，其顯示水冷壁爐膛管屏、 過熱器及鍋爐管束相對於鍋爐後煙道的位置。圖4是根據本發明的圖1的蒸汽產生器的橫截面前面正視圖，其顯示管道中用於 容納熱膨脹及壓縮的彎曲。
具體實施例方式現將詳細地參考本發明的優選實施例，其實例圖解說明於所附圖式中。將結合對 所述系統的詳細說明來描述本發明的方法及對應步驟。本文中所提出的裝置及方法可用於 減少城市固體廢物燃料蒸汽產生器中過熱器的腐蝕。本發明極適合於降低爐膛出口煙氣溫 度並改善爐膛煙氣流動分布。大體參考這些圖，其中在所有這數個圖中，相同編號表示相同元件，圖1顯示根據 本發明的用於從燃燒城市固體廢物作為燃料來產生蒸汽的蒸汽產生器的實例性實施例的 橫截面側面正視圖，將其表示為100。如將描述，在圖2到4中提供根據本發明的蒸汽產生 器的其它實施例或其若干方面。根據本發明，蒸汽產生器包含經配置且適於從城市固體廢物燃料的燃燒產生燃燒 煙氣流的爐膛。至少一個過熱器安置於所述爐膛的上部部分內、安置於燃燒區的下遊處或 接近其後煙道安置。所屬領域的技術人員將易於了解所述過熱器的其它適合的位置。所述 過熱器經配置且適於通過促進所述過熱器內的流體與所述過熱器外的爐膛出口煙氣之間 的熱傳遞來使所述過熱器內的流體過熱。至少一個水冷壁爐膛管屏從所述過熱器向上遊安 置於所述爐膛內。所述水冷壁爐膛管屏經配置且適於通過促進所述水冷壁爐膛管屏內的流 體與所述水冷壁爐膛管屏外的爐膛出口煙氣之間的熱傳遞來降低所述過熱器處的爐膛出 口煙氣溫度。出於圖解說明而非限制目的，如本文中所體現且如圖1中所描繪，城市固體廢物 燃料爐膛102通過燃燒固體廢物作為燃料來產生燃燒煙氣流。舉例來說，所述固體廢物可 以是垃圾或其它廢物材料。所述燃燒煙氣向上流動到上部爐膛104中，在所述上部爐膛中 其穿過過熱器108而轉向。從後煙道114向下遊，鍋爐管束110包含納含水/蒸汽混合物的管子。當經過的 燃燒煙氣與穿過鍋爐管束110的管子壁的水交換熱時，進入鍋爐管束110的水被轉變成飽 和蒸汽。所述飽和蒸汽經過汽包112且進入到過熱器108中。過熱器108從鍋爐管束110 向上遊定位，且因此位於上部爐膛104的較熱部分中。進入過熱器108飽和蒸汽通過穿過 過熱器108的管子壁與退出爐膛的燃燒煙氣交換熱而過熱。舉例來說，所述過熱蒸汽可然後通過經過高壓蒸汽汽輪機或通過被分布到蒸汽主機或區域供熱系統而被用作動力源。上部爐膛104內的燃燒煙氣因使用城市固體廢物作為燃料而尤其具有腐蝕性。在典型城市固體廢物燃料蒸汽產生器中，腐蝕性環境可快速地使過熱器的金屬管子腐蝕。然 而，本文中所提供的過熱器108比已知城市固體廢物蒸汽產生器中的過熱器經歷顯著較少 的腐蝕。此腐蝕降低可歸因於水冷壁爐膛管屏106，所述水冷壁爐膛管屏從過熱器108向 上遊定位。水冷壁爐膛管屏106包含具有流動水的管子。隨著燃燒煙氣在水冷壁爐膛管屏 106外經過，一些熱與水冷壁爐膛管屏106的管子中的水進行交換。此預加熱水，且甚至可 將一些或全部水轉變成蒸汽，所述蒸汽經過汽包112。同時，爐膛出口煙氣的溫度降低以使 得過熱器108的外部溫度顯著低於在不具有水冷壁爐膛管屏106的情況下過熱器108的外 部溫度。過熱器108的管子周圍的較低溫度大致降低燃燒煙氣對過熱器108的腐蝕作用， 此顯著增加過熱器108的可用壽命。水冷壁管屏106優選地在每一對鄰近管子之間包含隔膜。所述隔膜優選地為鋼， 然而也可使用任何適合的材料。所述隔膜在對流動或管屏106的熱傳遞特性無顯著的負面 效應的情況下給予管屏106額外剛性。可通過使用抗腐蝕材料來防止水冷壁爐膛管屏106免遭上部爐膛104的腐蝕性環 境。可在水冷壁爐膛管屏106的管子上使用保護性覆蓋層來減少腐蝕磨損。在本文中所 述的應用中，鎳合金極尤其適合於用作覆蓋層。可在覆蓋層中用於水冷壁爐膛管屏106的 商業合金包含可從美國西佛吉尼亞州(West Virginia)漢廷頓(Huntington)的金屬公司 (Metals Corporation)購得的Inconel 合金。Inconel 625為極尤其適合的覆蓋層材料。 然而，所屬領域的技術人員將易於了解，可在不背離本發明的精神及範圍的情況下使用任 何其它適合的覆蓋層材料。此外，所屬領域的技術人員將易於了解，可在不背離本發明的精 神及範圍的情況下全部從抗腐蝕材料製造水冷壁爐膛管屏106的管子管束。水冷壁爐膛管屏106、過熱器108及鍋爐管束110為單個熱力液力迴路的全部部 分。液態水自然地(或藉助任何其它適合的構件)循環穿過水冷壁爐膛管屏106，如上所 述，在所述水冷壁爐膛管屏處將熱添加到水。水還經過鍋爐管束110，在所述鍋爐管束處添 加熱以將液態水轉變成飽和蒸汽。來自水冷壁爐膛管屏106及鍋爐管束110的蒸汽及/或 水在汽包112中混合，所述汽包將蒸汽與液態水分開並以此技術中所已知的方式將蒸汽傳 遞到過熱器108中。在過熱器108中，如上所述，添加額外熱以使所述蒸汽過熱。如上所述， 所述蒸汽然後(例如)在高壓蒸汽汽輪機中用於產生機械動力或用於分布到蒸汽主機或區 域供熱系統。所述汽輪機或供熱系統耗盡來自所述蒸汽的相當大量的能量，所述蒸汽然後 被液化回成液態水。所述液態水被泵送或以其它方式循環回到鍋爐汽包112、水冷壁爐膛管 屏106及鍋爐管束110中以繼續所述循環。雖然在上文已將蒸汽產生器100描述為包含單個閉合熱力液力迴路，但所屬領域 的技術人員將易於了解水冷壁爐膛管屏106可為單獨迴路的一部分。蒸汽產生器100也可 操作為開放迴路而非閉合迴路，在此情況下，液態水可從外部源供應到水冷壁爐膛管屏106 及/或鍋爐管束110，且可在用於汽輪機或供熱系統中之後返回到環境。此外，雖然在上文 已將水冷壁爐膛管屏106及鍋爐管束110描述為並列操作，但所屬領域的技術人員將易於 了解怎樣將其串列操作。所屬領域的技術人員將易於了解，可在不背離本發明的精神及範 圍的情況下實踐對熱力液力迴路的這些及其它適合的變化。
圖2及3顯示蒸汽產生器100的不同橫截面的平面圖。圖2顯示包含汽包112的 橫截面。圖3顯示穿過後煙道114的橫截面。兩個視圖均顯示水冷壁爐膛管屏106之間的 間距。此配置允許在不需要移除水冷壁爐膛管屏106的情況下(例如穿過過熱器108與水 冷壁爐膛管屏106之間的空間)到達過熱器108及水冷壁爐膛管屏106的維修通路。所屬 領域的技術人員將易於了解，可在不背離本發明的精神及範圍的情況下使用任何適合的配 置來允許進入過熱器。圖4顯示蒸汽產生器100的正面正視圖。水冷壁爐膛管屏106連接到共用供應集 管箱管布置118，所述共用供應集管箱管布置包含管子彎頭及集管箱管道膨脹環，所述膨脹 環用於使每一水冷壁爐膛管屏容納水冷壁爐膛管屏106內的熱膨脹及收縮。所屬領域的技 術人員將易於了解，可在不背離本發明的精神及範圍的情況下使用用於容納熱膨脹及收縮 的任何適合的配置。
另外，機械裝置116可放置於水冷壁爐膛管屏106的外部表面上。在操作中，振動 助卷機(vibrating wrapper)或其它適合的裝置可移除水冷壁爐膛管屏106的外部表面上 的殘留物堆積或防止水冷壁爐膛管屏106的外部表面上的殘留物堆積的形成。所屬領域的 技術人員將易於了解，振動構件為任選構件且可在不背離本發明的精神及範圍的情況下使 用任何適合的機械或振動構件。進一步根據本發明，提供一種用於減少城市固體廢物燃料蒸汽產生器中過熱器的 腐蝕的方法。所述方法包含在過熱器的上遊處提供水冷壁爐膛管屏。所述水冷壁爐膛管屏 經配置且適於通過促進所述水冷壁爐膛管屏內的流體與所述過熱器外的爐膛出口煙氣之 間的熱傳遞來降低所述過熱器處的爐膛出口煙氣溫度。所述方法還包含使流體循環穿過所 述水冷壁爐膛管屏中的管子管束以冷卻所述管子外的爐膛出口煙氣流。出於圖解說明而非限制目的，如本文中所體現且如圖1到4中所描繪，可如下減少 城市固體廢物燃料蒸汽產生器中過熱器管子的腐蝕。在從城市固體廢物的燃燒產生燃燒煙 氣流的蒸汽產生器(例如，100)的上部爐膛(例如，104)中的過熱器(例如，108)的上遊處 提供水冷壁爐膛管屏(例如，106)。如上所述，所述水冷壁爐膛管屏經配置且適於降低爐膛 出口煙氣溫度。所述方法進一步包含使流體循環穿過所述水冷壁爐膛管屏中的管子管束以 冷卻在所述水冷壁爐膛管屏外經過的所述爐膛出口煙氣流。因此，當爐膛出口煙氣到達過 熱器時，溫度被降低且對所述過熱器的外表面的腐蝕作用顯著減少。本發明還包含一種改裝城市固體廢物燃料蒸汽產生器以減少過熱器的腐蝕的方 法。所述方法包含提供水冷壁爐膛管屏，所述水冷壁爐膛管屏經配置且適於通過促進所述 水冷壁爐膛管屏內的流體與在所述過熱器外退出爐膛的燃燒煙氣之間的熱傳遞來降低城 市固體廢物燃料蒸汽產生器中過熱器處的爐膛出口煙氣溫度。所述方法進一步包含開闢穿 過所述蒸汽產生器的上部爐膛的頂及至少一個爐膛壁的通路，穿過所述上部爐膛頂及爐膛 壁安裝所述水冷壁爐膛管屏且將所述水冷壁爐膛管屏以可操作方式連接到所述蒸汽產生 器的汽包。出於圖解說明而非限制目的，且如圖1到4中所示，可改裝具有至少一個水冷壁爐 膛管屏(例如，管屏106)的現有城市固體廢物燃料蒸汽產生器以便減少對過熱器的腐蝕。 現有城市固體廢物燃料蒸汽產生器的大小及配置視設備而不同，因此常常需要測量現有蒸 汽產生器內的操作溫度以提供在配置供在改裝中使用的水冷壁爐膛管屏中有用的數據。所屬領域的技術人員將易於了解怎樣取得這些測量結果並應用所述測量結果來配置根據本發明的水冷壁爐膛管屏。如上所述，一旦製備了所述水冷壁爐膛管屏，便必須在所述上部爐膛頂及至少一 個爐膛壁位置上開闢通路以允許所述水冷壁爐膛管屏在所述上部爐膛中被安裝於適合於 減少對過熱器的腐蝕的位置中。必須將所述水冷壁爐膛管屏的流體通道連接到所述蒸汽產 生器的熱力/液力迴路。通常，如上所述，此涉及將所述水冷壁爐膛管屏連接到所述上部爐 膛中的汽包。所屬領域的技術人員將易於了解，可在不背離本發明的精神及範圍的情況下 基於個別蒸汽產生器設計來實踐所述改裝過程的其它適合的變化。當與已知城市固體廢物燃料蒸汽產生器相比較時，上述迴路在大致不影響蒸汽產 生器100的熱效率的情況下減少過熱器108的腐蝕。此外，具有水冷壁爐膛管屏106的蒸 汽產生器100的所述配置提供勝於已知城市固體廢物燃料蒸汽產生器的經減少的爐膛出 口煙氣溫度及經改善的爐膛出口煙氣流動分布。上文已提及，對城市固體廢物燃料蒸汽產生器中過熱器的腐蝕問題的一個傳統方 式是僅增加上部爐膛的高度以減少過熱器處的溫度。替代增加爐膛高度可使用蒸汽產生器 100。因此，如果根據本發明改裝現有爐膛，那麼便產生顯著的空間節省。在其中增加爐膛 的大小因空間限制而不可能或不切實際的情況下，根據本發明改裝爐膛仍然是可能的。除減少過熱器腐蝕的既定結果外，本發明已提供了多種未預見到的有益結果。已 證明，根據本發明的水冷壁爐膛管屏改善爐膛的熱性能。在將尿素用於NOx還原(如此技 術中所已知，藉助例如選擇性非催化還原(SNCR)等方法)的城市固體廢物燃料爐膛中，使 用水冷壁爐膛管屏已在無損於NOx排放的情況下將尿素要求減少了多達40%。所屬領域的 技術人員將了解此量視地點而不同。本發明還可有益地用於藉助選擇性催化還原(SCR)的 系統中。此外，所屬領域的技術人員還將了解，隨著對尿素要求的減少，可使用高於所述要 求的額外尿素來進一步將NOx減少到低於所需含量。額外未預見到的結果是使用根據本發明的水冷壁爐膛管屏的城市固體廢物燃料 蒸汽產生單元在兩次清潔之間的操作周期可長於普通周期高達33%，所述清潔周期視地點 而不同。這是顯著的益處，因為城市固體廢物燃料蒸汽產生器的清潔過程很昂貴且因各種 所燃燒的材料而很棘手。另外，已證明，蒸汽產生器的清潔更容易且因使用根據本發明的水 冷壁爐膛管屏而使得清潔速度比以往快高達50%。容易清潔是因為灰燼及殘留物因存在水 冷壁爐膛管屏而導致的組成改變。如上所述且如這些圖式中所示，本發明的方法及系統實現對過熱器具有減少的腐 蝕作用的城市固體廢物燃料蒸汽產生器。所屬領域的技術人員將顯而易見，可在不背離本 發明的精神及範圍的情況下對本發明的裝置及方法做出各種修改及變化。因此，本發明打 算包含屬於所述權利要求書及其等效內容的範圍內的修改及變化。
權利要求
一種蒸汽產生器，其包括a)爐膛，其經配置且適於從城市固體廢物燃料的燃燒產生爐膛出口煙氣流；b)至少一個過熱器，其安置於所述爐膛的燃燒區的下遊處，所述過熱器經配置且適於通過促進所述過熱器內的流體與所述過熱器外的爐膛出口煙氣之間的熱傳遞來使所述過熱器內的流體過熱；及c)至少一個水冷壁爐膛管屏，其從所述過熱器向上遊安置於所述爐膛內，所述水冷壁爐膛管屏經配置且適於通過促進所述水冷壁爐膛管屏內的流體與所述水冷壁爐膛管屏外的爐膛出口煙氣之間的熱傳遞來降低所述過熱器處的爐膛出口煙氣溫度。
2.根據權利要求1所述的蒸汽產生器，其中至少一個過熱器與水冷壁爐膛管屏作為熱 力液力迴路的一部分而彼此流體連通。
3.根據權利要求1所述的蒸汽產生器，其進一步包括安置於所述水冷壁爐膛管屏的外 表面上的抗腐蝕覆蓋層。
4.根據權利要求3所述的蒸汽產生器，其中所述覆蓋層包含Inconel 合金。
5.根據權利要求4所述的蒸汽產生器，其中所述覆蓋層包含Inconel 625。
6.根據權利要求1所述的蒸汽產生器，其中所述至少一個水冷壁爐膛管屏定位於所述 爐膛內以允許到達所述過熱器的維修通路。
7.根據權利要求1所述的蒸汽產生器，其進一步包括機械構件，所述機械構件以可操 作方式連接到所述至少一個水冷壁爐膛管屏以使所述管屏在操作期間振動並減少所述管 屏的外部表面上的殘留物堆積。
8.根據權利要求1所述的蒸汽產生器，其中所述至少一個水冷壁爐膛管屏集管箱管道 包含經配置且適於通過撓曲來容納熱膨脹的膨脹環。
9.一種供在城市固體廢物燃料蒸汽產生器中使用的水冷壁爐膛管屏，所述水冷壁爐膛 管屏包括a)管子管束，其配置有隔膜構造且適於促進在所述管子內循環的流體與在所述管子外 經過的爐膛出口煙氣流之間的熱傳遞，其中所述管子管束包含抗腐蝕材料。
10.根據權利要求9所述的水冷壁爐膛管屏，其中所述抗腐蝕材料包含安置於所述管 子管束的外部表面上的覆蓋層，所述覆蓋層包含Inconel 合金。
11.根據權利要求10所述的水冷壁爐膛管屏，其中所述覆蓋層包含Inconel 625。
12.根據權利要求9所述的水冷壁爐膛管屏，其中所述水冷壁爐膛管屏經配置且適於 被定位於所述爐膛內以允許到達所述過熱器的維修通路。
13.根據權利要求12所述的水冷壁爐膛管屏，其中所述水冷壁爐膛管屏包含經配置且 適於通過撓曲來容納熱膨脹的集管箱管道膨脹環。
14.一種蒸汽產生設備，其包括a)爐膛，其經配置且適於從城市固體廢物燃料的燃燒產生爐膛出口煙氣流；b)至少一個過熱器，其安置於所述爐膛的燃燒區的下遊處，所述過熱器經配置且適於 促進所述過熱器內的流體與所述過熱器外的爐膛出口煙氣之間的熱傳遞；c)至少一個水冷壁爐膛管屏，其從所述過熱器向上遊安置於所述爐膛內，所述水冷壁 爐膛管屏經配置且適於通過促進所述水冷壁爐膛管屏內的流體與所述過熱器外的爐膛出 口煙氣之間的熱傳遞來降低所述過熱器處的爐膛出口煙氣溫度；及d)蒸汽動力系統，其與所述過熱器流體連通。
15.根據權利要求14所述的蒸汽產生設備，其中所述蒸汽動力系統包含高壓汽輪機。
16.根據權利要求14所述的蒸汽產生設備，其中所述蒸汽動力系統包含蒸汽主機。
17.根據權利要求14所述的蒸汽產生設備，其中所述蒸汽動力系統包含區域供熱系統。
18.根據權利要求14所述的蒸汽產生設備，其中至少一個過熱器與水冷壁爐膛管屏作 為熱力液力迴路的一部分而彼此流體連通。
19.根據權利要求14所述的蒸汽產生設備，其進一步包括安置於所述至少一個水冷壁 爐膛管屏的外表面上的抗腐蝕覆蓋層。
20.根據權利要求19所述的蒸汽產生設備，其中所述覆蓋層包括Inconel 合金。
21.根據權利要求20所述的蒸汽產生設備，其中所述覆蓋層包括InCOnel 625。
22.根據權利要求14所述的蒸汽產生設備，其中所述至少一個水冷壁爐膛管屏定位於 所述爐膛內以允許到達所述過熱器的維修通路。
23.根據權利要求14所述的蒸汽產生設備，其中所述至少一個水冷壁爐膛管屏包含經 配置且適於通過撓曲來容納熱膨脹的集管箱管道膨脹環。
24.根據權利要求14所述的蒸汽產生設備，其進一步包括機械構件，所述機械構件以 可操作方式連接到所述至少一個水冷壁爐膛管屏以使所述管屏在操作期間振動並減少所 述管屏的外部表面上的殘留物堆積。
25.一種用於在城市固體廢物燃料蒸汽產生器的熱力液力迴路中產生蒸汽的系統，所 述系統包括a)至少一個過熱器，其經配置且適於促進所述過熱器內的流體與所述過熱器外的爐膛 出口煙氣之間的熱傳遞；b)汽包，其與所述過熱器流體連通以用於將水蒸氣與液體分開以將飽和蒸汽供應到所 述過熱器；及c)至少一個水冷壁爐膛管屏，其與所述汽包流體連通，所述水冷壁爐膛管屏經配置且 適於通過促進所述水冷壁爐膛管屏內的流體與所述過熱器外的爐膛出口煙氣之間的熱傳 遞來降低所述過熱器處的爐膛出口煙氣溫度，所述水冷壁爐膛管屏包含安置於所述水冷壁 爐膛管屏的外表面上的抗腐蝕覆蓋層。
26.一種改裝城市固體廢物燃料蒸汽產生器以減少過熱器的腐蝕的方法，所述方法包括a)提供水冷壁爐膛管屏，所述水冷壁爐膛管屏經配置且適於通過促進所述水冷壁爐膛 管屏內的流體與所述過熱器外的爐膛出口煙氣之間的熱傳遞來降低城市固體廢物燃料蒸 汽產生器中的過熱器處的爐膛出口煙氣溫度；b)開闢穿過所述蒸汽產生器的上部爐膛頂及至少一個爐膛壁的通路；c)穿過所述上部爐膛頂及至少一個爐膛壁安裝所述水冷壁爐膛管屏；及d)將所述水冷壁爐膛管屏以可操作方式連接到所述蒸汽產生器的汽包。
27.根據權利要求26所述的改裝城市固體廢物燃料蒸汽產生器的方法，其中所述提供 水冷壁爐膛管屏的步驟包含提供在其外表面上安置有Inconel 625覆蓋層的水冷壁爐膛管 屏。
28.根據權利要求27所述的改裝城市固體廢物燃料蒸汽產生器的方法，其進一步包括a)測量現有城市固體廢物燃料蒸汽產生器內的溫度；b)其中所述提供水冷壁爐膛管屏的步驟包含基於在所述現有城市固體廢物燃料蒸汽 產生器中所測量的所述溫度來配置所述水冷壁爐膛管屏以減少所述過熱器的腐蝕。
29.一種增強城市固體廢物燃料蒸汽產生器中的NOx控制的方法，其包括如下步驟a)提供爐膛，所述爐膛經配置且適於從城市固體廢物燃料的燃燒產生爐膛出口煙氣 流，所述爐膛具有安置於所述爐膛的燃燒區的下遊處的至少一個過熱器及從所述過熱器向 上遊安置於所述爐膛內的至少一個水冷壁爐膛管屏；b)操作所述爐膛以從所述過熱器產生蒸汽；及c)通過使流體循環穿過所述至少一個水冷壁爐膛管屏以降低所述過熱器處的爐膛出 口煙氣溫度來增強NOx還原。
30.一種降低對城市固體廢物燃料蒸汽產生器中的NOx的選擇性非催化還原的反應物 要求的方法，其包括如下步驟a)提供爐膛，所述爐膛經配置且適於從城市固體廢物燃料的燃燒產生爐膛出口煙氣 流，所述爐膛具有安置於所述爐膛的燃燒區的下遊處的至少一個過熱器及從所述過熱器向 上遊安置於所述爐膛內的至少一個水冷壁爐膛管屏；b)提供以可操作方式連接以減少來自爐膛出口煙氣的NOx排放的選擇性非催化還原系統；c)操作所述爐膛以從所述過熱器產生蒸汽；d)通過使所述爐膛出口煙氣與所需量的反應物起反應來操作所述選擇性非催化還原 系統以將NOx控制增強到可接受的限制內；及e)通過使流體循環穿過所述至少一個水冷壁爐膛管屏以降低所述過熱器處的爐膛出 口煙氣溫度來減少所述所需量的反應物。
31.如權利要求30所述的降低反應物要求的方法，其中所述反應物包含尿素。
32.如權利要求30所述的降低反應物要求的方法，其中所述反應物包含氨。
全文摘要
本發明揭示一種蒸汽產生器，其包含經配置且適於從城市固體廢物燃料的燃燒產生爐膛出口煙氣流的爐膛。至少一個過熱器安置於所述爐膛的上部部分或後煙道內。所述過熱器經配置且適於通過促進所述過熱器內的流體與所述過熱器外的爐膛出口煙氣之間的熱傳遞來使所述過熱器內的流體過熱。至少一個水冷壁爐膛管屏從所述過熱器向上遊安置於所述爐膛內，所述水冷壁爐膛管屏經配置且適於通過促進所述水冷壁爐膛管屏內的流體與所述水冷壁爐膛管屏外的爐膛出口煙氣之間的熱傳遞來降低所述過熱器處的爐膛出口煙氣溫度。
文檔編號F22B1/02GK101815902SQ200880109906
公開日2010年8月25日 申請日期2008年9月26日 優先權日2007年10月1日
發明者弗蘭克·J·小佐內, 託馬斯·凱利, 約翰·佩爾松, 羅伯特·法亞, 阿瑟·W·科爾 申請人:萊利電力公司;維爾貝萊特科技公司