提高燒煤爐中傳熱效率的方法
2023-06-17 19:59:26
專利名稱：提高燒煤爐中傳熱效率的方法
技術領域：
本發明涉及燒煤爐系統。本發明特別包括用於將添加劑加入煤的系統的燒煤爐。
背景技術：
石化裝置、煉油廠、發電站等都使用用於生熱的爐子。幾個世紀以來，人們依靠可燃燒材料例如煤和木材的燃燒來提供熱能。管理該熱能的一種最通常的方法是利用熱能來產生蒸汽或加熱其它類型的流體。歷年以來，已經開發了不同種類的爐子或鍋爐以燃燒煤、木材和其它可燃燒材料。在二十世紀40年代後期和二十世紀50年代早期，因為相對便宜的油和天然氣源的廣泛可獲得性，對於商業和工業燃燒固體燃料的系統的需求大量減少。因此，燒油和氣的系統基本取代了燒煤的系統，直至二十世紀70年代期間氣和油的石油基燃料變得不太豐富。二十世紀70年代期間經歷的石油短缺和2000年年底的非常高的價格使得燒煤和燒其它固體燃料的系統再次具有非常大的吸引力。近年來，非常重視固體燃料的研究，特別是在燃燒固體燃料例如煤和木材領域，同時沒有過量的汙染物排放和具有增大的傳熱效率。隨著油和氣的成本繼續逐步升高，固體燃料系統(例如燒煤系統)的利用將繼續增多。
發明內容
在一個方面，本發明是用於處理煤從而提高燒煤爐中傳熱效率的方法，包括在燃燒煤之前或同時，使煤與添加劑接觸，其中添加劑的功能是增強煤灰的輻射熱吸附；和添加劑不包括助熔劑。在另一方面，本發明是用於處理煤從而提高燒煤爐中傳熱效率的方法，包括使煤與添加劑接觸，其中添加劑是包含選自Fe、Cu、Co和Mn氧化物的至少3種氧化物的顏料。
本領域技術人員將容易領會本公開內容的優點和其它方法，因為參考以下詳細描述、當與附圖一起考慮時，本公開內容的這些優點和其它方法將會被更好地理解圖I是用O. 01%添加劑處理的灰分的圖；圖2是用O. 02%添加劑處理的灰分的圖；圖3是用O. 05%添加劑處理的灰分的圖；和圖4是未處理的灰分樣品的圖。
具體實施例方式在一個實施方案中，本發明是用於處理煤從而提高燒煤爐中傳熱效率的方法。開發了一種這樣的爐子，機械化加煤爐(stoker-fired furnace),以燃燒相對大的煤顆粒，直徑至多約I. 5英寸。後來,開發了另一種爐子,煤粉鍋爐(pulverized coal-firedfurnace)，以燃燒小得多的煤顆粒，例如其中約70%的煤顆粒通過200目的篩網。煤粉鍋爐具有大的蒸汽產生能力，因此通常用於其中需要至少500，000磅蒸汽/小時的蒸汽產生裝置中。例如，電力發電工業已經是煤粉鍋爐的最大用戶之一，因為需要大量的蒸汽用於產生電能。使用任一種爐子，將煤加入爐子燃燒以產生熱量。在一些爐子中，煤落在爐排上時沒有立刻燃燒，燃燒燃 料床位於爐排上。在一些實施方案中，爐排以非常低的速率例如約5-40英尺/小時移動，最終將燃燒副產物(即殘留的灰分)傾倒入灰坑或一些其它容器中。或者，爐排可以是靜止的，但是能夠定期傾倒以出去累計的灰分床。在一些爐子中，衝洗燃燒燃料床。拋煤機鏈條爐排鍋爐(spreader-stoker-fired furnace)普及的一個原因是它具有至多750，000BTU/hr-ft2的高表面爐排熱釋放速率和它通過增大燃燒速率幾乎瞬間燃料點火而具有的低慣性(inertia)。因為煤顆粒在爐排上的燃燒燃料床中的相對均勻的分布、爐排上煤顆粒層相對小的深度以及燃燒燃料床之上懸浮階段期間的劇烈燃燒，獲得了該高表面爐排熱釋放。低慣性允許拋煤機鏈條爐排鍋爐快速相應蒸汽需求中的負荷波動，以及因此鍋爐負荷的波動，這是工業應用中普通的現象。在本申請方法的實踐中，可以用添加劑處理待燃燒的煤。在一個實施方案中，添加劑是包括鐵、銅、鈷和錳的氧化物的顏料。該顏料與煤灰相互作用，使灰分變暗。通過使煤灰變暗，增強了爐內的傳熱。雖然不希望被任何理論束縛，但是據信當灰分是暗時，附著在爐壁上的灰分更充分地吸收輻射熱。特別是當表面是換熱器管時，輻射能量可以隨著普通的對流熱傳遞至傳熱介質，導致更多的熱量到達傳熱介質，因此增強爐子的效率。本公開內容的添加劑不包括助熔劑。例如，無需加入助熔劑例如硼酸鹽。普通的助熔劑和具體的硼酸鹽助熔劑為本領域技術人員已知。本公開內容的添加劑的一個優點是它與灰分在一起而無需助熔劑。其它的顏料，如果不粘附於煤灰，可能是有問題的。例如，一些顏料可能向上通過煤爐的煙道，導致不透明性的問題。其它顏料可能存在處置的問題。雖然本公開內容的添加劑可以與任何種類的煤一起使用，但是期望與具有高的鈣含量的煤一起使用。這種煤產生相對淡顏色的灰分，甚至對於傳熱效率的顯著提升可以提供非常少量的添加劑。本發明的添加劑是包括銅、鐵、鈷和錳的至少3種氧化物的無機顏料。在一些實施方案中，可以存在所有4種金屬。在一些實施方案中，添加劑可以含有約15-約60重量％(以金屬計)的銅氧化物；約20-約70重量％(以金屬計)的錳氧化物；約20-約70重量％的鈷；和約5-約30重量％(以金屬計)的鐵氧化物。在其它實施方案中，添加劑可以含有約25-約45重量％(以金屬計)的銅氧化物；約35-約60重量％(以金屬計)的錳氧化物；約35-約60重量％(以金屬計)的鈷；和約10-約25重量％(以金屬計)的鐵氧化物。可以將添加劑加入煤，或可以在將煤作為燃料加入時將它直接加入爐子。在一個實施方案中，在將煤粉化之前，將添加劑作為液體噴淋到煤上。在一種這樣的實施方案中，使用噴嘴進行噴淋。在另一個實施方案中，在煤已經粉化之後，將添加劑作為液體噴淋到煤上。在又一個實施方案中，將添加劑作為固體引入煤中。本公開內容的方法的另一個實施方案包括在將煤粉化之前，將添加劑作為固體引入。可以利用本領域技術人員已知有用的任何方法將添加劑引入煤或爐子中。可以有利地利用本公開內容的方法，從而改進發電站的操作。在一些應用中，每單位煤可以產生更多的動力。在其它應用中，可以減少從爐內出去菸灰的需求。在另外的應用中，可以注意到所有這些優點。實施例提供以下實施例用於說明本發明。實施例不用於限定本發明的範圍，它們也不應被如此理解。除非另有說明，數量為重量份或重量百分比。 實施例I將可從FERRO Corporation以商標名F-6331-2獲得的包括鐵、錳和銅的氧化物的無機顏料用於使煤灰變暗。將高鈣褐煤與添加劑以0.01%的濃度混合。使灰分燃燒和隨後掃描。所得掃描用HSB (色調，飽和度，和亮度)模型評價。HSB模型表示RGB顏色模型中的點，其意圖比RGB更準確地描述知覺顏色關係，同時保持簡單計算性。HSB允許用色彩、色調和陰影表示顏色。通過將樣品轉化為該電子顏色模型，能夠以實際的亮度測量差別，同時保持色調和飽和度獨立。掃描可以參見圖I中。測量樣品，具有44%的亮度。實施例2基本通常重複實施例1，除了使用O. 02%的添加劑。掃描可以參見圖2中。測量亮度為37%。實施例3基本通常重複實施例1，除了使用O. 05%的添加劑。掃描可以參見圖3中。測量亮度為27%。對比實施例(對比)基本通常重複實施例1，除了不使用添加劑。掃描可以參見圖4中。測量亮度為68%。表
樣品號添加劑，wt%~ 亮度％變化％
實施例IOOl443^3
實施例20 02374^6
實施例30 0527603
對比~68~假定實施例利用未處理的煤操作由燒煤爐驅動的發電站。在操作中記錄的變量包括將煤引入爐子中時的速率、產生的兆瓦特動力和「菸灰-吹除」的頻率。該後一術語指利用鼓風機從爐子中吹除爐管上沉積的菸灰的過程。在發電在於穩定負荷下操作之後，通過將添加劑的溶液/懸浮體噴淋到煤上，將實施例I的添加劑引入正被加入到爐子中的煤上。在將添加 劑引入爐子中和允許發電站返回到在穩定負荷下操作之後，注意到每單位煤產生更多兆瓦特的動力，和每次轉換需要吹除更少的菸灰。
權利要求
1.用於處理煤從而提高燒煤爐中傳熱效率的方法，所述方法包括在燃燒煤之前或同時，使煤與添加劑接觸，其中 添加劑的功能是與不存在添加劑的其它相同方法相比增強煤灰的輻射熱吸附；和 添加劑不包括助熔劑。
2.權利要求I的方法,其中添加劑是包含選自Fe、Cu、Co和Mn氧化物的至少3種氧化物的顏料。
3.權利要求2的方法，其中顏料包含Fe、Cu和Mn氧化物。
4.權利要求3的方法，其中顏料包含約15-約60重量％(以金屬計)的銅氧化物；約20-約70重量％(以金屬計)的錳氧化物；和約5-約30重量％(以金屬計)的鐵氧化物。
5.權利要求4的方法，其中顏料包含約25-約45重量％(以金屬計)的銅氧化物；約35-約60重量％(以金屬計)的錳氧化物；和約10-約25重量％(以金屬計)的鐵氧化物。
6.權利要求2的方法，其中顏料包含Fe，Cu和Co氧化物。
7.權利要求6的方法，其中顏料包含約15-約60重量％(以金屬計)的銅氧化物；約20-約70重量％(以金屬計)的鈷氧化物；和約5-約30重量％(以金屬計)的鐵氧化物。
8.權利要求7的方法，其中顏料包含約25-約45重量％(以金屬計)的銅氧化物；約35-約60重量％(以金屬計)的鈷氧化物；和約10-約25重量％(以金屬計)的鐵氧化物。
9.權利要求I的方法，其中添加劑是包含Fe、Cu、Co和Mn氧化物的顏料。
10.權利要求9的方法，其中顏料包含約15-約60重量％(以金屬計)的銅氧化物；約20-約70重量％ (以金屬計)的錳氧化物；約XX-約YY重量％ (以金屬計)的鈷；和約5-約30重量％(以金屬計)的鐵氧化物。
11.權利要求10的方法，其中顏料包含約25-約45重量％(以金屬計)的銅氧化物；約35-約60重量％(以金屬計)的錳氧化物；約XX2-約YY2重量％(以金屬計)的鈷；和約10-約25重量％(以金屬計)的鐵氧化物。
12.權利要求I的方法，其中在燃燒之前，將添加劑引入煤中。
13.權利要求12的方法，其中將添加劑噴淋到煤上。
14.權利要求13的方法，其中所述方法還包括使煤粉化，和在粉化之前將添加劑噴淋到煤上。
15.權利要求13的方法，其中所述方法還包括使煤粉化，和在粉化之後或同時將添加 劑噴淋到煤上。
16.權利要求12的方法，其中將添加劑作為固體與煤混合。
17.權利要求16的方法，其中在粉化之前或同時將添加劑與煤混合。
18.權利要求I的方法，其中在燃燒的同時將添加劑引入煤中。
19.權利要求19的方法，其中將添加劑噴淋到爐子中。
20.用於處理煤從而提高燒煤爐中傳熱效率的方法，所述方法包括在燃燒煤之前或同時，使煤與添加劑接觸，其中 添加劑的功能是增強煤灰的輻射熱吸附； 添加劑不包括助熔劑；和 添加劑是包含選自Fe、Cu、Co和Mn氧化物的至少3種氧化物的顏料。
全文摘要
可以將含有選自鐵、錳、鈷和銅氧化物的至少三種金屬氧化物作為組分的添加劑加入煤中以降低由其產生的灰分的亮度。此外，添加劑用於增大爐子的傳熱效率。
文檔編號F23K1/00GK102639681SQ201080054779
公開日2012年8月15日 申請日期2010年12月2日 優先權日2009年12月8日
發明者L·E·沃爾瑟, V·T·韋爾德伊 申請人:貝克休斯公司