CN1155640A

CN1155640A - 对外燃式动力系统供热

Info

Publication number: CN1155640A
Application number: CN 96121043
Authority: CN
Inventors: A·I·卡利纳; M·D·迈伦利
Original assignee: Exergy Inc
Current assignee: Exergy Inc
Priority date: 1995-10-20
Filing date: 1996-10-19
Publication date: 1997-07-30

Abstract

用一种具有二个或多个燃烧区的多级系统向一个外燃式动力系统供热的方法和装置，每个燃烧室有一个相应的热交换器，传输来自外燃式动力系统的各个工作液流，每个燃烧区接收到燃料总量的一部分，调节供给每个燃烧室的燃料数量和空气，把温度控制在一预定值。

Description

对外燃式动力系统供热

本发明是关于对一种外燃式动力系统供热。

在直燃式发电厂中，向燃烧室供给经预热的助燃空气、燃料，例如煤粉，在燃烧室内被燃烧。围绕着火焰区周围的管子内含有一种工作液(例如水)，这种工作液被加热到沸腾，然后被输送到一个动力系统(例如一种汽轮机)转换成一种实用形式的能量，如电能。美国专利5450821描述了一种多级燃烧系统，这种系统采用分离的燃烧室和热交换器，控制各级所释放的热的温度，以与工作液的热力性能相适应，使温度保持在产生NOx气的温度之下。

总的说来，本发明的特征是用一种具有二个或多个燃烧区的多级系统向一外燃式动力系统供热。每个燃烧区有一个相应的热交换器，传送来自外燃式动力系统的各个工作液流。每个燃烧区接收到燃料总量的一部分，调节供给每个燃烧室的燃料和空气的数量，把温度控制在一预定值。这样，燃烧区温度可以被控制，从而可防止管子金属的温度过高，避免损坏。此外，可以采用二个或多个独立的液流冷却部分来限定炉子燃烧区的边界，并有助于降低管子金属的温度，同时可以使个工作液流的温度与动力系统的需要相一致，以提高效率。

在优选实施例中，各个燃烧区位于同样的炉子内，供给一个或多个燃烧区的空气利用来自烟气的热量预热，热交换器的管道围绕在燃烧区周围。还有些对流区，其与接收来自燃烧区的烟道废气相关联，同时还包含了热交换器，该热交换器用于在对流区的热交换器管道内把烟道废气的热量传送到各个工作液流。在燃烧区内来自热交换器的工作液流可以与对流区内的工作液流相连通。

从下面对一个具体实施例的描述并根据权利要求所述，本发明的其它优点和特征将会变得更加清楚。

图1是本发明的一个具有二个燃烧区和二个独立工作液流的装置和方法的实施例的示意图；

图2是表示图1中的炉子燃烧区和对流管道布局的的轮廓图。

图1显示了一个炉子系统，其包括一个空气预热器100、二个燃烧区101和102，其分别由独立的工作液流冷却式热交换器HE1A和HE2A构成、二个对流通道区103和104，其分别包括工作液流冷却式热交换器HE2B和HE1B、一个外部动力系统105。在燃料流5和6中的燃料数量和在空气流3和4中的空气量通过合适的控制机械控制，如图1中所示的机械203、204、205、206。动力系统105可以是任何一种外部直燃式动力转换系统。在能量转换循环所需的大部分热量并不是用于工作液的汽化而是用于它的过热和再热的动力循环和系统中，本发明的燃烧系统特别有用。这类动力系统的例子已有描述，例如美国专利4732005和4889545，这里将结合参考这些例子。此外还结合参考美国专利3346561、4489563、5548043、4586340、4604867、4732005、4763480、4899545、4982568、5029444、5095708、5450821、和5440882所公开的能量转换系统。工作液流可以是亚冷却液体、饱和液体、两相液体、饱和蒸汽、或过热蒸汽。

参考图1，燃烧空气在位置1进入空气预热器100，在那儿被预热，到位置2时温度达500-600°F。在供给燃烧区101的燃料流5中的燃料数量仅仅是被燃烧的燃料总量中的一部分。燃烧区101在热交换器HE1A的工作液冷却管内，第一工作液流在位置11处进入该热交换器，提高温度后于位置12处流出该热交换器。烟气流的热量基本上作为辐射能被转换。根据周围炉壁需吸收的热量，选择供给燃烧室的燃料和经预热的空气的数量，把燃烧室的温度控制在一个预定值。特别是控制第一燃烧区101内的温度，防止热交换器HE1A内的炉壁温度过高，以避免毁坏热交换器。

从第一燃烧区101出来的烟气经过位置7流入第二燃烧区102，该烟气与燃烧空气流4和燃料流6混合。控制燃烧区102内的温度，防止热交换器HE2A内的炉壁温度过高，以避免毁坏热交换器。燃烧区102在热交换器HE2A的工作液冷却管之内，第二工作液流在位置13处进入该热交换器HE2A，提高温度后于位置14处流出该热交换器。

从第二燃烧区102出来的烟气通到炉子的第一对流区103的对流管道，在该对流区的热交换器HE2B中，烟气被冷却。在与第二工作液流连通的情况下，第三工作液流在15处进入热交换器HE2B，提高温度后于位置16处流出该热交换器HE2B，然后回到动力系统105。在位置9处，烟气以低于其在位置8时的温度离开对流区103，并进入第二对流区104。

类似地，由于在热交换器HE1B中放出热量，在第二对流区104内烟气被进一步冷却。在与第一工作液流连通的情况下，第四工作液流在位置17处进入热交换器HE1B，提高温度后于位置18处流出该热交换器HE1B，然后回到动力系统105。在位置10处烟气离开对流管道，并流向空气预热器100。在空气预热器100内，该烟气被进一步冷却，把热量释放给燃烧空气流，温度降低后在位置11处通到烟道。

多级炉方案的一个重要的优点是，通过对燃料和空气流的调节可以分别控制各个火焰区内所达到的燃烧温度。可以利用副理想配比或过理想配比燃烧来控制在第一级火焰区的温度。此外，利用独立工作液流构成炉子外围，就能在炉子的最高温区内利用工作液流冷却。工作液流在炉子的对流管道内被最后一次加热。本发明以一种便于控制燃烧区温度的方法对直燃炉系统供热，以便防止金属管的温度过高。

我们已经描述了一种具有由两个独立工作液流冷却的燃烧区和对流管道的二级系统，该两个独立工作液流串接在燃烧区和对流管道之间。每种情况下，一个烟气流包含了所有从前面步骤来的烟气。可以作包括有类似性质的三级和四级系统的其它的改变。此外，可以用独立工作液流来仅仅冷却炉子内的一些部分或对流管道内的一些部分。

Claims

1.一种对外燃式动力系统供热的方法，包括下列步骤：

把第一空气流和燃料总量的第一部分送入第一燃烧区；

在所说的第一燃烧区内燃烧所说的第一部分燃料，形成第一烟气流；

在暴露到所说的第一燃烧区的第一热交换器的管道内，把来自所说的第一燃烧区的热量转输到来自一个外燃式动力系统的第一工作液流，调节供给第一燃烧区的燃料和空气的量，以把第一燃烧区的温度控制在第一个预定值；

把所说的第一烟气流、第二空气流和燃料总量的第二部分供给第二燃烧区；

在所说的第二燃烧区内燃烧所说的第二部分燃料，形成第二烟气流；和

在暴露到所说的第二燃烧区的第二热交换器的管道内，把来自所说的第二燃烧区的热量转输到来自一个外燃式动力系统的第二工作液流，调节供给第二燃烧区的燃料和空气的数量，以把第二燃烧区的温度控制在第二个预定值。

2.按照权利要求1所说的方法，其中，所说的第一和第二区是在同一炉子内。

3.按照权利要求1所说的方法，其中，所说的第一空气流利用来自所说的第二烟气流的热量预热。

4.按照权利要求3所说的方法，其中，所说的第二空气流利用来自所说的第二烟气流的热量预热。

5.按照权利要求2所说的方法，其中，所说的第一热交换器的管道围绕在所说的第一燃烧区周围，所说的第二热交换器的管道围绕在所说的第二燃烧区周围。

6.按照权利要求1所说的方法，进一步包括，所说的第二烟气流流经第一对流区，并在暴露到所说的第一对流区的第三热交换器管道内把来自所说的第一对流区的热量转输到来自一个外燃式动力系统的第三工作液流。

7.按照权利要求6所说的方法，进一步包括，从所说的第一对流区来的所说的第二烟气流流经第二对流区，并在暴露到所说的第二对流区的第四热交换器管道内把来自所说的第二对流区的热量转输到来自一个外燃式动力系统的第四工作液流。

8.按照权利要求6所说的方法，其中，所说的第三工作液流与所说的第一和第二工作液流中的一个串接。

9.按照权利要求7所说的方法，其中，所说的第三工作液流与所说的第一和第二工作液流中的一个串接，并且所说的第四工作液流与所说的第一和第二工作液流中的另一个串接。

10.按照权利要求7所说的方法，其中，所说的第一和第二空气流利用来自所说的第二烟气流从所说的第二对流区接收到的热量预热。

11.按照权利要求1所说的方法，进一步包括，

设置一个或多个另外的互相串接的燃烧区，以接收第二烟气流、另外相应的空气流和燃料总量中的另外相应的部分；

在所说的另外的燃烧区内燃烧所说的燃料总量中的另外相应的部分，形成另外相应的烟气流；

在暴露到所说的另外的燃烧区的另外的热交换器的管道内，把来自所说的另外的燃烧区的热量转输到来自外燃式动力系统的相应的另外工作液流，调节供给另外燃烧区的燃料和空气的数量，以把另外燃烧区的温度控制在各相应的预定值。

12.一种向外燃式动力系统供热的装置，包括：

第一燃烧区，连通接收第一空气流和燃料总量的第一部分，并提供第一烟气流，第一烟气流包含有在所说的第一燃烧区内燃烧所说的第一部分燃料的产物；

第一热交换器管道，其暴露到所说的第一燃烧区，并传输来自外燃式动力系统的第一工作液流；

控制机构，用于控制供给所说的第一燃烧区的燃料和空气的数量，控制第一燃烧区的温度处于第一预定值；

第二燃烧区，接收所说的第一烟气流、第二空气流和燃料总量的第二部分，并提供第二烟气流，第二烟气流包含有在所说的第二燃烧区内燃烧所说的第二部分燃料的产物；

第二热交换器管道，其暴露在所说的第二燃烧区，并传输来自外燃式动力系统的第二工作液流；

控制机构，用于控制供给所说的第二燃烧区的燃料和空气的数量，控制第二燃烧区的温度处于第二预定值；

13.按照权利要求12所说的装置，其中所说的第一和第二区是在同一个炉子内。

14.按照权利要求12所说的装置，进一步包括一个预热器，用于利用所说的第二烟气流的热量来预热所说的第一空气流。

15.按照权利要求14所说的装置，其中所说的预热器利用所说的第二烟气流的热量来预热所说的第二空气流。

16.按照权利要求13所说的装置，其中，所说的第一热交换器的管道围绕所说的第一燃烧区，所说的第二热交换器的管道围绕所说的第二燃烧区。

17.按照权利要求12所说的装置，进一步包括：

第一对流区，连通接收所说的从所说的第二燃烧区来的第二烟气流，和

第三热交换器管道，其暴露在所说的第一对流区，并传输来自外燃式动力系统的第三工作液流。

18.按照权利要求17所说的装置，进一步包括：

第二对流区，连通接收所说的从所说的第一对流区来的第二烟气流，和

第四热交换器管道，其暴露在所说的第二对流区，并传输来自外燃式动力系统的第四工作液流。

19.按照权利要求17所说的装置，其中，所说的第三工作液流与所说的第一和第二工作液流中的一个串接。

20.按照权利要求18所说的装置，其中，所说的第三工作液流与所说的第一和第二工作液流中的一个串接，并且所说的第四工作液流与所说的第一和第二工作液流中的另一个串接。

21.按照权利要求18所说的装置，进一步包括一个预热器，用于利用所说的第二烟气流从所说的第二对流区所收到的热量来预热所说的第一和第二空气流。

22.按照权利要求12所说的装置，进一步包括：

一个或多个另外的互相串接的燃烧区，以接收第二烟气流、另外相应的空气流和燃料总量中的另外相应的部分；

另外的热交换器管道，其暴露在所说的另外的燃烧区，并传输来自外燃式动力系统的另外相应的工作液流；

另外的控制机构，用于控制供给所说的另外的燃烧区的燃料和空气的数量，控制另外的燃烧区的温度处于另外的预定值。