专利名称：用于改进燃烧过程的方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及用于改进燃烧过程的方法及系统，且更特定地涉及用于降低选自灰烬积累、腐蚀及不完全燃烧的至少一个燃烧问题的发生率的方法及系统。
背景技术：
燃烧系统在此项技术中是已知的，且可包括(例如)粉煤厂、循环流化床、燃气系统、燃油系统、垃圾焚化炉、直接燃烧过程加热器、切向燃烧锅炉、木柴燃烧系统等。各种燃烧系统的共有元件通常包括燃烧腔及用于引燃位于所述燃烧腔中的燃料的燃烧器。图1展示包括锅炉2及燃烧腔4的燃烧系统1的一个实例。燃料(比如，煤)通过进料器5被馈送到燃烧腔4，在此处，其由燃烧器fe迅速地引燃以产生火焰恥。所得火焰将热及/或烟道气体送到所述系统的各种区域中，比如6a、6b、6C、6d、6e等。燃烧系统部件可包括壁7a、 锅炉鼓7b、过热器7c、再热器7d、节约器7e及空气加热器7f。为简要地概括所描绘的燃烧系统的操作(但不限制)，由燃烧产生的蒸汽与水在锅炉鼓7b处分开。蒸汽接着行进到过热器7c，在此处，其温度迅速地升高。将蒸汽从过热器7c用管道运输到涡轮(未展示)。来自所述涡轮的蒸汽回到再热器7d，在此处，其被再次加热。将蒸汽从再热器7d用管道运输到另一个涡轮阶段(未显示)。来自此涡轮阶段的蒸汽接着经冷凝，然后在节约器7e中被再次加热。可将蒸汽从节约器7e馈送到鼓7b以重复所述循环。所属领域的一般技术人员将了解，以上对部件及功能的描述是说明性的，且所述燃烧系统可具有多种不同配置。不考虑燃烧系统的构造，高效操作是合意的。然而，燃烧可产生若干问题，其导致具有锅炉的系统以及其它类型的燃烧系统中的降低的效率或增加的操作成本。举例来说，燃烧可产生物质积累，比如内表面(例如，壁 7a、锅炉鼓7b、过热器7c、再热器7d及节约器7e或其它上游或下游部件)上的灰烬8。灰烬积累是不合意的，因为其导致(尤其)热传递损失、炉渣形成、结垢、热传递表面上的压力降低、烧结块、阻塞等。而且，腐蚀10可作为灰烬积累的结果而发生，潜在地需要对系统部件(例如，锅炉的管道表面)的昂贵维修。因此，一些人试图通过物理方法(例如，吹动烟灰、爆燃、枪击)来移除灰烬积累。一些人还试图通过化学注射或通过声波破坏来移除灰烬积累。燃烧系统中有时存在的另一个问题是不完全燃烧的发生，其可导致显著数量的未燃烧燃料及能量损失。本发明的各种实施例提供此项技术中的各种进步。
发明内容
作为概述，本发明(尤其)是针对降低选自灰烬积累及腐蚀的至少一个问题的发生率。本发明还(尤其)是针对催化燃烧(比如，减少燃烧系统中未燃烧燃料的量)在一些实施例中，本发明包括用于降低灰烬积累及腐蚀中的至少一者的发生率的方法。一个实施例包括提供能够散发烟道气体且将空气施加到燃烧系统的内表面(ISCS)
5以降低灰烬积累及腐蚀中的至少一者的发生率的燃烧系统。在一个实施例中，将空气施加到ISCS是通过使用至少一个设备将空气从燃烧系统的一个或一个以上入口点传送到ISCS 而发生。通常以选自约50到约300m/s的速度及选自约50到约4000实际立方英尺每分钟 (ACFM)的体积流量施加空气。在一个实施例中，空气施加足以将触及所关注的ISCS部分的烟道气体中的氧气浓度提高到约2%或更高。在另一个实施例中，空气施加足以将触及 ISCS的烟道气体中的CO浓度降低到小于5000ppm CO。在另一个实施例中，将至少一种烟气侧化学处理(FCT)化学制品施加到所述燃烧系统中以进一步降低上述问题中的至少一者的发生率。在另一个实施例中，将至少一种FCT化学制品馈送到所施加空气中，以使得所述至少一种FCT化学制品与空气(例如)经由经配置以施加空气及至少一种FCT化学制品的一个或一个以上设备被一起施加。本发明还包括用于降低选自灰烬积累及腐蚀的至少一个问题的发生率的处理系统及方法。一个实施例包括经配置以通过一个或一个以上燃烧系统端口来传送空气的至少一个设备。在一个实施例中，空气推进器(例如，鼓风机或压缩机)连接到所述设备，且经配置以产生选自约50到300m/s的空气速度及选自约50到约4000ACFM的体积流量。在另一个实施例中，设备与化学制品储存系统连通，比如，所述设备与用于将至少一种FCT化学制品馈送到所述设备的通道连通。在另一个实施例中，设备与液体供应连通。本发明还包括具有提高效率的燃烧系统。一个实施例包括具有用于降低选自灰烬积累及腐蚀的至少一个问题的发生率的处理系统的燃烧系统。本发明还包括用于降低选自灰烬积累及腐蚀的至少一个问题的发生率的套件。一个实施例包括具有空气推进器接口的设备及具有设备接口的空气推进器。所述设备及所述空气推进器经配置以通过它们的接口功能性地连接。所述空气推进器经配置以产生约50 到约300m/s的空气流速度及约50到约4000ACFM的体积流量。在另一个实施例中，所述套件包括经配置以附接到所述设备且安装到燃烧系统的端口的端口底座。在另一个实施例中，所述套件包括经配置以将至少一种FCT化学制品馈送到所述设备的化学制品递送系统。在一些实施例中，方法、系统及套件还可用于催化燃烧。以上概述意在概括本发明的某些实施例。在下文的图式及详细描述中，将对本发明的方法、系统和套件以及实例进行更详细的阐述。然而，将显而易见的是，详细描述无意限制本发明，本发明的范围应由所附权利要求恰当地确定。
图1说明此项技术中已知的燃烧系统。图2说明根据本发明的实施例的燃烧系统。图3说明本发明的处理系统的一个实施例。图4说明本发明的处理系统的另一个实施例。图5说明本发明的套件的一个实施例。图6说明处理系统的另一个实施例。图7为本发明的燃烧系统的另一个实施例的示意图。图8为本发明的化学制品递送系统的一个实施例的示意图。
具体实施例方式本发明是针对用于降低燃烧系统的内表面(ISCS)上的问题的发生率的方法、系统及套件。此外，本发明的实施例是针对以提高的效率操作的燃烧系统。根据以下的定义及详细描述，所属领域的一般技术人员可容易地理解本发明。如本文中所使用燃烧系统为任何具有腔及设备(比如位于所述腔中的燃烧器，其用于燃烧/产生燃料/燃烧媒介(例如固体或液体)的放热反应)的系统。燃烧系统的辐射区为燃烧系统中明显地与由至少一个燃烧器产生的火焰一致的任何区域。应注意，如果物体被定位在所述辐射区中，那么认为所述辐射区内的所述物体的所有表面都位于所述辐射区中。举例来说，所述物体的面向火焰的表面以及所述物体的与火焰背对的表面都被认为位于所述辐射区中。图2说明辐射区的一个实例，区^a，其展示包含于区^a内的多个表面。下游辐射区为辐射区的从最下游燃烧器到所述辐射区的最下游部分的部分。图2 说明下游辐射区的一个实例，区观山其展示包含于区^d内的多个表面。上游辐射区为辐射区的从最上游燃烧器到所述辐射区的最上游部分的部分。图2 说明上游辐射区的一个实例，区^b，其展示包含于区^b内中的多个表面。燃烧器区为辐射区的邻近于燃烧器的部分，或从最下游燃烧器到最上游燃烧器的部分。图2说明燃烧器区的一个实例，区^c，其展示包含于区^c内的多个表面。燃烧系统的对流区为燃烧系统的从辐射区的最下游部分到燃烧系统出口的区域。 图2说明对流区的一个实例，区^e，其展示包含于区^e内的多个表面。燃烧系统的内表面或ISCS包括燃烧系统的位于燃烧系统的辐射区或对流区中的任何表面。烟气侧化学处理化学制品或FCT化学制品为能够实现减少灰烬积累、减少腐蚀或催化燃烧中的至少一者的化学制品。用于减少灰烬积累的示范性FCT化学制品包括 Mg、Ca、Cu、Al、K 及 Mn 及它们的盐，如活性基，比如，MgO、Mg(OH)2, MgCl2, TiO2, A1203、 CuC12-3Cu (OH) 2 (氯氧化铜)、MnCl2、Ca (NO3)2, NH4NO30 FCT化学制品还包括如上文以水合物形式(例如，Al2O3(H2O)x)描述的FCT化学制品。除了使用能够减少灰烬积累的FCT化学制品外，用于减少腐蚀或进一步减少腐蚀的示范性FCT化学制品包括能够释放或SO3的基于硫的化合物，例如，硫酸盐、硫酸氢盐、硫、硫酸或硫酸铵((NH4)2SO4)。能够催化燃烧的 FCT化学制品包括能够(例如)通过降低引燃温度来减少在燃烧腔中燃烧的燃料/燃烧媒介中的未燃烧碳的量的化学制品。用于催化燃烧的示范性FCT化学制品包括铜、锰及硝酸钙。FCT化学制品还包括如上文结合其它元素描述的FCT化学制品，例如可使用结合MgO或 CaO的硅石。灰烬积累包括发生在辐射区或对流区中的表面上的灰烬或其它燃料成分的任何积累。灰烬积累意在包括结垢、炉渣、烧结块及用于此项技术中以指代灰烬及其它燃料成分的积累的各种其它术语。举例来说，结垢可指代灰烬或其它燃料成分在对流区中的积累。举例来说，炉渣可指代灰烬或其它燃料成分在辐射区中的积累。烧结块可指代炉渣的量积累
7到足够大以使得其在自身重量下从表面脱落。取决于燃烧系统的位置或类型，可(有时互换地)使用多种其它术语，且应该清楚的是，灰烬积累包含所有此类术语除非另外指定。灰烬积累的实例包括硫酸钠盐及硫酸钾盐的积累。除了包括直接粘附于表面的灰烬及燃料成分外，灰烬积累还包括间接粘附于表面，或直接及间接地粘附于表面的灰烬及燃料成分，例如，通过将化学物质添加到燃烧系统中来促进或进一步促进其对表面的粘附的灰烬及燃料成分。举例来说，在一些情形中，可将化合物添加到燃烧系统以提高操作效率，且化合物或其反应产物可以增加灰烬及燃料成分的积累的方式积累在各种表面上。举例来说，当使用选择性催化还原(SCR)系统时，氨或氨前驱物可与烟道气体中的SO3反应以形成硫酸氢铵。硫酸氢铵可以引起或增加灰烬及燃料成分的积累的方式在表面上积累。申请者认为在对流区的区域中，间接粘附可更成问题，且尤其在具有小于约800° F的温度的对流区的区域中，且更通常地在具有选自约300到约 700° F的温度的区域中。燃烧问题包括灰烬积累、腐蚀及不完全燃烧。图2说明包括燃烧腔M的燃烧系统20的一个实例。燃料通过进料器25被注射到腔M中，在此处，其被燃烧器25a引燃，借此产生火焰2 及烟道气体25c。所述燃烧过程可引起选自燃烧系统的任何数目的内表面(ISCS)上的灰烬积累及腐蚀的至少一个问题。在系统20中，举例来说，能够经历上述问题中的至少一者的ISCS包括内壁27a、锅炉鼓27b、过热器27c、再热器27d、节约器27e等。在其它燃烧系统中，ISCS可稍微不同，例如，具有不同的大小、位置或功能。在一些燃烧系统中，基于辐射区及对流区进一步界定物理位置可为有用的。举例来说，系统20说明辐射区28a及对流区^e。辐射区28a可进一步分成上辐射区^b、燃烧器区2 及下辐射区^d。在下辐射区^d中的25c处；在燃烧器区^c中的25d处；在上辐射区^b中的2 处及在对流区^e中的25f处说明灰烬积累及腐蚀。燃烧系统20还包括用于降低灰烬积累及腐蚀中的至少一者的发生率的至少一个处理系统(例如，3h、32b、32c或32d)。处理系统还可用于(例如)在燃烧系统经历不完全燃烧的区域中催化燃烧。图3展示处理系统的一个实施例(处理系统32a)的特写图。 处理系统3 邻近于燃烧腔M的壁而定位，其界定端口四。端口可因实施例而异。举例来说，端口四可为预先存在的观察孔或经添加以适应本发明的处理系统的端口。多个端口 29可见于图2中。返回参考图3，系统3 包括经配置以通过端口四提供空气的设备34。 空气推进器36连接到设备34。如本文中所使用，空气推进器意在包括鼓风机及压缩机。在所展示的实施例中，设备34包括空气推进器接口 34a，且空气推进器36包括设备接口 36a， 其允许所述设备与空气推进器通过它们各自的接口功能性地连接。在所描绘的实施例中， 空气推进器接口与设备接口通过柔性部分38连接，其可用于允许施加设备34实现用于安装及操作的足够范围的运动。柔性部分可连接到任一接口或可为不同的零件。其它实施例包括其它接口结构。在许多实施例中，空气推进器直接安装到设备，意味着其定位于距离所述设备5 英尺内、所述设备4英尺内、所述设备3英尺内或所述设备2英尺内中的至少一者处。此类实施例可用于提供易于移动及调整以针对多种位置中的多种问题的紧凑、独立系统。空气推进器可因实施例而异。在许多实施例中，空气推进器将经配置以产生约
850m/s到约300m/s的空气流速度。在一些实施例中，空气推进器将经配置以产生约100m/S 到约150m/s的空气流速度。在一些实施例中，空气推进器经配置以产生约50到约4000实际立方英尺每分(ACFM)的体积流量。体积流量通常选自约100到约3500ACFM、约150到约 !3500ACFM、约 200 到约 3000ACFM、约 250 到约 2500ACFM、约 300 到约 2500ACFM、约 350 到约 2500ACFM、约 400 到约 2500ACFM、约 450 到约 2500ACFM、约 500 到约 2500ACFM、约 550 到约 2500ACFM、约 600 到约 2500ACFM、约 650 到约 2500ACFM、约 700 到约 2500ACFM、约 750 到约 2500ACFM、约 800 到约 2500ACFM、约 950 到约 2500ACFM 以及约 1000 到约 2000ACFM 中的至少一者。在许多实施例中，体积流量将选自约1000到约2000ACFM。作为实例，合适的空气推进器包括480VAC、15马力的鼓风机。在许多实施例中，设备还将包括喷嘴(例如喷嘴34b)以促进所要的流速度或体积或两者。在一个实施例中，如所展示，所述喷嘴将为会聚性的。设备还可经配置以递送至少一种FCT化学制品。举例来说，处理系统3 包括FCT 递送通道40 (例如，喷管、管道或管)，其适于将至少一种(FCT)化学制品施加到施加空气中。通道40与化学制品储存系统42连通，其可包括各种大小的多种筒或箱。化学制品递送系统(例如系统44)可经定位以使储存系统42与设备34功能性地介接。举例来说，递送系统包括鼓风机、机械进料器(例如螺杆进料器)或泵底盘。在一些实例中，设备可通过重力馈送或通过空气推进器的力馈送。在其它实施例中，至少一种FCT化学制品可以其它方式递送到燃烧系统的其它部件。储存系统42还表示用于液体源(例如，水)的储存系统，以使得液体与设备34连通。储存系统42还表示用于FCT化学制品及液体的双重储存系统。在此类实施例中，所述设备可注射双重液体/FCT流。如所提到，图2展示若干处理系统，例如处理系统32a、32b、32c等。图4展示系统 32b的特写图，其经配置以用于空气施加。在此实施例中，系统32b包括设备M及空气推进器56，这两者可类似于先前所描述的实施例。系统32不含有FCT通道或储存系统。此外， 系统3 与端口底座60 —起被展示。端口底座可具有多种结构性配置，但通常经配置以帮助稳定用于施加空气的设备。在所展示的实施例中，所述端口底座附接到邻近于端口的区域中的壁，但在其它实施例中，端口底座可附接在其它地方，例如底板。在一些实施例中，所述端口底座将经配置以允许注射器在多个方向上注射。在所展示的实施例中，例如，注射器 54围绕轴60a枢转以允许在多个方向上的注射。在一些实例中，包括控制系统(例如，CPU 50)可为合意的，所述控制系统可功能性地与一个或一个以上处理系统或处理系统的各种组件介接。控制系统可用于控制(例如)空气流、体积流量、化学制品注射、液体注射或其任何组合。在一些实施例中，系统可被远程控制或可由开关、阀或标度盘控制。本发明还针对方法。许多实施例是针对操作燃烧系统以减少选自灰烬积累及腐蚀的至少一个问题的方法。实施例还可针对催化燃烧。虽然可(至少部分地)根据以上描述的系统来解释方法，但是方法不受系统描述限制，所述系统描述只是用于促进对本发明的理解。在许多实施例中，方法包括提供能够散发烟道气体且将空气施加到燃烧系统的内表面(ISCQ以降低至少一个燃烧问题(例如，灰烬积累、腐蚀及不完全燃烧中的至少一者)的发生率的燃烧系统。提供燃烧系统可因实施例而异。在一些实施例中，提供包括构造燃烧系统。在其它实施例中，提供包括定位燃烧系统。在其它实施例中，提供包括(例如)出于安装处理系统的目的而增加到燃烧系统的入口。在其它实施例中，提供是通过操作燃烧系统来实现。将空气施加到ISCS是通过使用至少一个设备将空气从燃烧系统的一个或一个以上入口点传送到ISCS而发生。举例来说，入口点包括以上描述的各种端口，其可用于或经产生以增加到燃烧腔或ISCS的入口。设备包括能够实现所要空气传送的任何结构，例如， 本文中所展示或描述的设备中的任何一者。一些设备经配置以通过在给定端口中可调整性地定位(例如，以枢轴方式安装)来指向各种方向。在一些实施例中，多个端口还可用于在各个位置注射到所述系统中或指向特定ISCS。另外，在一些实施例中，可能有必要通过位于所关注的ISCS上游的端口来施加空气以允许所施加空气触及ISCS。空气速度及体积流量可因实施例而异。举例来说，空气可以选自约50到约300m/ s (更通常地，选自约100m/S到约150m/s)的速度施加。在许多实施例中，空气将以选自约50到约4000ACFM的体积流量施加。在一些实施例中，体积流量将选自约100到约 !3500ACFM、约 150 到约!3500ACFM、约 200 到约 3000ACFM、约 250 到约 2500ACFM、约 300 到约 2500ACFM、约 350 到约 2500ACFM、约 400 到约 2500ACFM、约 450 到约 2500ACFM、约 500 到约 2500ACFM、约 550 到约 2500ACFM、约 600 到约 2500ACFM、约 650 到约 2500ACFM、约 700 到约 2500ACFM、约 750 到约 2500ACFM、约 800 到约 2500ACFM、约 950 到约 2500ACFM、约 1000 到约 2000ACFM中的至少一者。在一些实施例中，空气施加将足以提高触及ISCS的烟道气体中的灰烬的灰烬熔化温度。不限于任何特定机制，申请者认为可(尤其)通过提高触及ISCS的烟道气体的氧气浓度或通过降低CO浓度或通过两者的组合来提高灰烬熔化温度。举例来说，申请者认为当烟道气体氧气浓度为约0. 5%或以下时，所述灰烬熔化温度较低，且灰烬积累且引起腐蚀的倾向提高。提高灰烬熔化温度在辐射区中及对流区中可都为有利的，但申请者认为其在辐射区中尤其有利。为了确定灰烬熔化温度是否提高，可通过将灰烬样本模制成具有给定尺寸的锥形物形状且将所述样本连同温度探测器一起在给定温度下放置到炉中来获得灰烬熔化温度的预处理测量。接着，提高所述炉中的温度。接着可通过观察窗来观察所述样本以记录变形温度(锥形物尖端首次变为圆形的温度)。接着，通过遵循相同程序来获得处理测量，同时将处理样本暴露于本文中所描述的处理。在一些实施例中，所施加空气足以将触及所关注的ISCS部分的烟道气体中的氧气浓度提高到约2%或以上(通常为以上，例如，2. 5%、3%、3. 5%、4%、4. 5%等)。在一些实施例中，通过使用鼓风机或定位在燃烧腔外侧的其它装置吸收周围空气来施加空气。因此，所注射空气的氧气浓度的范围可在约10%到约30%之间，更通常为约20%。在一些实施例中，举例来说，可通过氧气或富含氧气的空气来提高氧气浓度。在一些实施例中，所施加空气足以将触及ISCS的烟道空气中的CO浓度从高于 5000ppm CO降低到低于5000ppm CO。因此，可产生邻近于ISCS的局部较低CO浓度区域。 在一些实例中，CO浓度可降低到低于约4000ppm、低于约3000ppm、低于约2000ppm或低于约IOOOppm CO中的至少一者。在其它实施例中，CO浓度可降低到低于约500ppm、低于约400ppm、低于约300ppm、低于约200ppm或低于约IOOppm中的至少一者。在一些实施例中，所施加空气的氧气浓度将足以将触及ISCS的烟道气体的氧气浓度提高到(例如)约2%或以上，且将足以将触及ISCS的烟道气体的CO浓度降低到低于约5000、低于约4000、低于约3000、低于约2000或低于约IOOOppm中的至少一者。可使用此项技术中已知的各种测量探测器中的任何一者来执行CO及氧气水平的确定，例如，水冷抽取探测器(例如格蕾丝咨询股份有限公司(Grace Consulting, Inc)有售的HVT探测器)。为了进行本文中提及的测量，可将探测器放置在所关注ISCS的三英尺之内。如本文中所使用，在ISCS的三英尺之内行进的烟道空气被认为触及ISCS或被认为包含能够触及ISCS的灰烬。在一些情形中，归因于(例如)端口位置或燃烧系统配置，实现探测器定位可为困难的。在此类情形中，可从最近的可用端口来进行测量，且可使用计算流体力学(CFD)建模软件(例如，黎巴嫩NH地区的福恩特(Fluent)股份有限公司有售的 FLUENT软件)来估计所关注ISCS处的CO及氧气水平。一些实施例还包括将有效量的至少一种烟气侧化学处理(FCT)化学制品施加到燃烧系统中。FCT化学制品可以多种方式施加。在一些实施例中，将(例如)使用先前描述的设备、进料器及通道来将FCT化学制品馈送到所施加空气中，以使得FCT化学制品与空气同时被施加。将FCT化学制品馈送到所施加空气中可为有用的，(尤其)允许将FCT化学制品递送到由所施加空气产生的局部较低CO浓度区域。在其它实施例中，可以其它方式施加FCT化学制品，例如，使用其它位置(例如，所施加空气的上游或下游)中的其它装置。如本文中所使用，至少一种FCT化学制品的有效量为足以减少只与所施加空气相关的灰烬积累及腐蚀中的至少一者的任何量，或足以以降低只与所施加空气相关的未燃烧燃料数量的方式来催化燃烧的任何量。取决于燃烧系统参数，可以多种速率施加FCT化学制品。合适的速率可包括，例如选自5到IOOpph的至少一个速率。合适的速率还可包括较高的速率，例如可使用选自100到200pph或200到300pph中的至少一个速率。然而，在一些情形中需要更高的速率，例如大锅炉可需要超过300pph或超过400pph的更高速率。如图2中所说明，所关注的ISCS可定位在多种位置中，例如在上游辐射区中、在燃烧器区中、在下游辐射区中、在对流区中或其任何组合。因此，方法包括将至少一个施加设备定位在多种位置中。合适的位置包括定位所述设备以通过定位在燃烧系统的壁中的至少一个端口来施加。壁可为围绕上游辐射区的壁、围绕燃烧器区的壁、围绕下游辐射区的壁或围绕对流区的壁。在许多实施例中，定位可在上述壁的任何组合中。通常，所关注ISCS将位于具有亚化学计量空气燃料比(AFR)的区域中，例如氧气量低于完全燃烧所需要的氧气量的区域。在一些系统中，具有亚化学计量AFR的区域更可能积累灰烬或腐蚀，且可更容易地受根据本发明的系统及方法影响。本发明的一些实施例还包括将过燃烧空气(OFA)施加到燃烧系统中。OFA包括施加足够将燃烧系统中的空气燃料比(AFR)至少变为化学计量的空气量。OFA通常以约到约40 %的过度燃烧空气施加。过度燃烧空气为超过基于正被馈送到燃烧系统中的燃料量的化学计量混合所要求的理论空气量的空气的百分比。从本文中所含的描述应清楚，通过至少一个施加设备将空气施加到燃烧系统中以处理ISCS不是施加0FA。在施加OFA的实施例中，通过至少一个施加设备将空气施加到系统中以处理ISCS 可包括(例如)施加OFA处的上游位置处的辐射区中的施加及施加OFA处的下游位置处的
11辐射区中的施加。方法还可包括以足以降低NOx排放的量将至少一种还原剂施加到燃烧系统中。合适的还原剂包括(例如)尿素、羟甲基尿素、羟甲基尿素-尿素缩合物、二羟甲基尿素、甲基尿素、二甲基尿素、尿素类似物、尿素水解产物、尿素丸、氨、铵盐、氨基甲酸铵、碳酸铵、碳酸氢铵、甲酸铵、草酸铵、环六亚甲基四胺、有机酸的铵盐、具有至少一个环状氮的5-元杂环烃、具有至少一个环状氮的6-元杂环烃、羟基氨基酸烃、氰尿酸、氨基酸类、蛋白质、单乙醇胺、胍、胍碳酸盐、双胍、硫酸脒基脲、密胺、双氰胺、氰氮化钙、缩二脲或偶氮二甲酰胺中的至少一者。可通过上述设备施加还原剂，例如与所施加空气结合，或通过其它方法(例如， 经定位以向辐射区或对流区中注射的注射器)。一些实施例还包括识别呈现上述问题中的至少一者的ISCS及将至少一个施加装置指向ISCS的所识别部分的方向上。ISCS识别可因燃烧系统而异，且可在个别燃烧系统中不同。可以多种方式执行对所关注ISCS的识别，例如通过视觉检查(比如，通过认出灰烬积累或腐蚀；通过降低的锅炉效率；或通过系统性能的历史知识)。还可通过使用探测器确定氧气浓度可低于某阈值(比如，低于约或低于约0.5% )或CO浓度可高于某阈值 (例如，高于约2000ppm、约3000ppm、约4000ppm、约5000ppm或约6000ppm)的表面或位置来促进识别。在许多实施例中，本发明的方法还将包括将液体与所注射空气一起注射，借此产生双重液体/空气流。通常，所述液体将为水。在其它实施例中，注射可包括(例如)空气、 液体及至少一种FCT化学制品，从而产生FCT化学制品的悬浮浆或悬浮液，其可进一步促进将空气及至少一种FCT化学制品施加到所关注的ISCS。图2可用于说明根据本发明的一些方法实施例。举例来说，在一个实施例中，通过端口四的视觉检查揭示过热器27c表面上的灰烬积累25c1。包括设备34(例如，展示在图 3中)的系统3 经定位以将空气从燃烧腔的外侧传送到过热器27c。在OFA下游通过系统 32a以足以实现灰烬积累25c1的减少的方式以150m/s及1500ACFM施加空气χ。至少部分地通过提高包含于触及过热器27c的烟道气体25c中的灰烬的灰烬熔化温度来实现减少。 此方法进一步减少过热器27c的腐蚀。在另一个实施例中，减少的热传递及系统性能的历史知识指示过热器27c的另一个表面上的灰烬积累25c2。空气y通过系统32a以200m/s及2500ACFM施加，借此产生触及过热器的烟道气体中的局部较低CO浓度区域z。Mg(OH)2以30pph与所施加空气y —起施与，以使得其行进到区域ζ中且减少灰烬积累25c2。根据包含于本文中的揭示内容可容易地理解其它实施例。举例来说，系统32可经定位以处理对流g^e中的再热器27d上的灰烬积累或腐蚀25f。可通过施加空气或通过结合FCT化学制品施加空气来实现处理。此夕卜，系统32c可用于将用于催化燃烧的空气及FCT化学制品施加到正经历不完全燃烧(例如，邻近于壁)的燃烧腔区域中。本发明还包括用于将空气及任选的化学制品施加到ISCS以降低选自灰烬积累及腐蚀的至少一个问题的发生率的套件。套件还可用于催化燃烧。图5说明套件70的一个实施例的组件及任选组件。套件70包括经配置以与空气推进器74连接的设备72。可通过经由柔性端口 79将空气推进器接口 72b连接到装置接口 7 来实现连接。用于各种套件实施例中的空气推进器及设备可为上述处理系统中的推进器及设备中的任何一者。
套件通常将还可包括端口底座(例如，端口底座80)，其经配置以稳定用于通过端口(有时)在多个方向上进行施加的设备。套件70还可包括FCT通道82、化学制品递送系统84 (描绘为具有外壳8 及螺杆84b的螺杆进料器)或化学制品储存系统86中的任何一者或其所有。这些组件都经配置以组装以(例如)使得处理系统类似于上述处理系统。套件还可包括与处理系统功能性地介接的控制系统(例如，图2的系统50)。在许多实施例中，例如，控制(例如)空气流、体积流量、化学制品注射、液体注射或其任何组合可为合意的。图6展示处理系统90的另一个实施例的局部图。系统90包括经配置以通过先前描述的端口中的一者进行注射的设备92。空气推进器(此图中未展示)通过柔性部分 94(例如，具有耐高温性的3英寸软管)经由空气推进器接口 9 连接到设备92。此实施例中的空气推进器可为先前描述的空气推进器中的任何一者。处理系统90还包括向设备馈送的FCT递送通道96。在此实施例中，多个馈送管道 100a、IOOb及IOOc向通道96馈送。所述馈送管道可用于馈送多种不同的FCT化学制品或液体。举例来说，管道IOOa可与上述FCT化学制品中的任何一者连通；管道IOOb可与上述 FCT化学制品中的另一者连通；且管道IOOc可与液体源(例如，水)连通，借此潜在地产生用于注射的双重化学制品/液体流。阀102a、102b及102c可用于任选地控制任何成分的流。系统90还容易地适于产生如上所述的本发明的套件。图7展示根据本发明的燃烧系统的一个实施例的示意图。燃烧系统110展示经定位以将空气传送到燃烧腔114中的设备11 及11沘。设备11 及11 通过通道组合件 122aU22bU22c与水调节器116、压缩空气调节器118及化学制品泵底盘120连通。通道组合件12加、122b、122c包括门阀G及20磅/平方英寸检查阀C。部分115说明组合式通道设备组合件。设备11 及112b还与480VAC、15HP鼓风机马达IM连通，其具有空气入口 IMa 及空气出口 1Mb。鼓风机通过6英寸低温鼓风机软管1 柔性地连接到歧管126。歧管126 通过3英寸低温鼓风机软管130a及3英寸高温鼓风机软管130b柔性地连接到设备11 及112b。废气门132也连接到歧管126。图8展示本发明的化学制品递送系统的一个实施例的示意图。递送系统140经配置以经由线146及148将化学制品从化学制品储存处142递送到通道组合件144。通道 144可为先前描述为将FCT化学制品馈送到本发明的设备的通道中的任何一者。可变扭矩泵150用于基于负载输入152(例如，下面的模拟4到20mA负载)来改变化学制品馈送。输入1 用于远程起动和停止泵150。设置在300磅/平方英寸及50磅/平方英寸检查阀 158处的减压阀156用于额外地调节压力。IOOOml刻度圆柱物160用于根据需要校准化学制品注射。桶状物过滤器162用于在注射之前过滤化学制品。门阀G及排水管D也用于促进流量控制。线L为1英寸不锈钢集管组合件。图7及8的示意图还可用于执行本发明的额外实施例，例如其它系统或方法实施例。本发明的系统、套件及方法被认为可提供此项技术中的许多优点。明确地说，本发明的系统、套件及方法被认为(例如)通过减少灰烬形成及腐蚀中的至少一者以提高热交换效率来提高燃烧系统的效率。实施例还可用于催化燃烧。此外，一些实施例可减少处理各种所提到的问题所需的处理位置部位的数目。系统、套件及方法还可用于减少FCT化学制品使用。系统、套件及方法还可提供额外优点。举例来说，所述系统、套件及方法易于携带，且允许快速测试及简单调整以用于调试来产生所要的空气流及任选化学注射。本发明的套件是有用的，(尤其)因为其允许如本文中所描述的系统的简单运送及储存。虽然灰烬积累、腐蚀及燃烧效率可因燃烧系统而异，但是所属领域的一般技术人员可使用本文中所含的教示来容易地实践本发明的实施例。作为实例，技术人员可以(1) 确定ISCS上成问题的灰烬积累或腐蚀的位置；( 评估可用端口的位置或用于产生当通过端口以特定体积流量速率及速度(例如，上述流量速率或速度中的任何一者)传送空气时， 可接收空气流且可能对灰烬积累或腐蚀周围的空气有积极影响(例如，产生更多氧化)的燃烧系统上的端口的位置；(3)(例如)使用黎巴嫩NH地区的福恩特股份有限公司有售的 FLUENT软件来执行燃烧系统的计算流体力学(CFD)模型以确认这已对灰烬积累周围的大气具有所要的影响。(4)必要时重复步骤1到3以确定最优设计要求；及(5)指定所需要的空气推进器、空气运输管道系统及施加装置以达到设计要求。必要时，类似的设计可与至少一种FCT化学制品的任选施加相结合。类似设计还可用于实践用于催化燃烧的实施例。下表说明示范性燃烧系统操作条件。实例1为使用传统炉渣减少控制技术的基线案例。实例2类似于所述基线案例，其增加了用于减少NOx排放的过燃烧空气(OFA)系统。 实例3为根据本发明的一个实施例的假设说明。实例4为根据本发明的一个实施例的另一个假设说明。
权利要求
1.一种操作燃烧系统的方法，所述方法包含提供散发烟道气体的燃烧系统；及将空气施加到所述燃烧系统的内表面ISCS，其中所述将空气施加到所述ISCS是通过经由至少一个设备将空气从所述燃烧系统的一个或一个以上入口点传送到所述ISCS而发生，所述设备能够将空气从所述燃烧系统中的一个点传送到所述燃烧系统中的另一个点，其中所述将空气施加到所述ISCS包含以如下速度及体积流量施加空气选自约50m/s到约300m/s的速度，及选自约50ACFM到约4000ACFM的体积流量，且其中所述量的所述空气实现至少一个燃烧问题的减少。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述所施加空气使触及所述ISCS的所述烟道气体中的CO氧化，借此产生局部较低CO浓度区域。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述局部较低CO浓度区域具有选自小于约 5000ppm、小于约4000ppm、小于约3000ppm、小于约2000ppm、小于约IOOOppm CO、小于约 500ppm、小于约400ppm、小于约300ppm、小于约200ppm及小于约IOOppm中的至少一者的浓度。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述所施加空气将触及所述ISCS的所述烟道气体的氧气浓度提高到约2%或以上。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述所施加空气具有足以实现以下目的的氧气浓度将触及所述ISCS的所述烟道气体的所述氧气浓度提高到约2%或以上，及将触及所述ISCS的所述烟道气体的所述CO浓度降低到小于约lOOOppm。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述所施加空气提高触及所述ISCS的所述烟道气体中的灰烬的灰烬熔化温度。
7.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括将有效量的至少一种烟气侧化学处理 FCT化学制品施加到所述燃烧系统中。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述至少一种FCT化学制品是选自能够实现以下目的中的至少一者的化学制品中的一者或一者以上减少灰烬积累、减少腐蚀及催化燃烧。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述至少一种FCT化学制品的所述施加包括将所述FCT化学制品馈送到所述所施加空气中。
10.根据权利要求9所述的方法，其中空气的所述施加产生触及所述ISCS的所述烟道气体内的局部较低CO浓度区域，且其中将所述至少一种FCT化学制品递送到所述局部较低 CO浓度区域。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述ISCS位于选自上游辐射区、燃烧器区、下游辐射区及对流区的区域中。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述ISCS位于具有亚化学计量空气燃料比AFR 的区域中。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述亚化学计量区域位于选自上游辐射区、燃烧器区、下游辐射区及对流区中的至少一者的区域中。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个施加设备经定位以通过选自上游辐射区中的壁、燃烧器区中的壁、下游辐射区中的壁及对流区中的壁的至少一个壁进行施加。
15.根据权利要求1所述的方法，其中所述速度选自约50m/s到约150m/s。
16.根据权利要求1所述的方法，其中所述体积流量选自约100到约3500ACFM、约150 到约!3500ACFM、约 200 到约 3000ACFM、约 250 到约 2500ACFM、约 300 到约 2500ACFM、约；350 到约 2500ACFM、约 400 到约 2500ACFM、约 450 到约 2500ACFM、约 500 到约 2500ACFM、约 550 到约 2500ACFM、约 600 到约 2500ACFM、约 650 到约 2500ACFM、约 700 到约 2500ACFM、约 750 到约 2500ACFM、约 800 到约 2500ACFM、约 950 到约 2500ACFM 及约 1000 到约 2000ACFM 中的至少一者。
17.根据权利要求1所述的方法，其中所述体积流量选自约1000到约2000ACFM。
18.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括以足以降低NOx排放的量将至少一种还原剂施加到所述燃烧系统中；任选地，其中将所述还原剂喷洒到所述燃烧系统中的过燃烧空气OFA流中。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述至少一种还原剂选自尿素、羟甲基尿素、羟甲基尿素-尿素缩合物、二羟甲基尿素、尿素丸、甲基尿素、二甲基尿素、尿素类似物、尿素水解产物、氨、铵盐、氨基甲酸铵、碳酸铵、碳酸氢铵、甲酸铵、草酸铵、环六亚甲基四胺、有机酸的铵盐、具有至少一个环状氮的5-元杂环烃、具有至少一个环状氮的6-元杂环烃、羟基氨基酸烃、氰尿酸、氨基酸类、蛋白质、单乙醇胺、胍、胍碳酸盐、双胍、硫酸脒基脲、密胺、双氰胺、氰氮化钙、缩二脲及偶氮二甲酰胺中的至少一者。
20.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括将OFA施加到所述燃烧系统中，其中所述OFA包括足以将所述燃烧系统中的空气燃料比AFR至少变为化学计量的空气量。
21.根据权利要求20所述的方法，其中以约1%到约40 %的过量燃烧空气施加所述OFA。
22.根据权利要求20所述的方法，其中所述通过至少一个施加设备将空气施加到所述系统中以瞄准所述ISCS包括在施加所述OFA处的上游位置处的所述辐射区中施加。
23.根据权利要求20所述的方法，其中所述通过至少一个施加设备将空气施加到所述系统中以瞄准所述ISCS包括在施加所述OFA处的下游位置处的所述辐射区中施加。
24.根据权利要求1所述的方法，其中所述通过至少一个施加设备将空气施加到所述系统中以瞄准所述ISCS的步骤不是0FA。
25.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括识别所述ISCS的呈现所述问题中的至少一者的部分，及将所述至少一个施加设备指向所述ISCS的所述经识别部分的方向上。
26.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括通过所述至少一个施加设备注射液体。
27.根据权利要求1所述的方法，其中所述燃烧问题选自灰烬积累、腐蚀及不完全燃烧中的至少一者。
28.一种散发烟道气体的燃烧系统，所述燃烧系统包括内表面ISCS，其位于辐射区及对流区中的至少一者中；入口点，其用于与所述ISCS建立连通；至少一个处理系统，其包含经配置以将空气从所述燃烧系统中的一个点传送到所述燃烧系统中的另一个点的设备，及连接到所述设备的空气推进器，其中所述空气推进器与空气供应连通，且经配置以产生约50m/s到约300m/s的空气流速度，及约50ACFM到约4000ACFM的体积流量，其中所述设备经定位以使得通过所述设备施加空气提高了触及所述ISCS的所述烟道气体中的氧气浓度，且降低选自灰烬积累、腐蚀及不完全燃烧的至少一个燃烧问题的发生率。
29.根据权利要求观所述的燃烧系统，其进一步包括FCT递送通道，其经配置以与所述设备介接，且将FCT化学制品施加到所述所施加空气中，及FCT化学制品供应，其与所述FCT递送通道连通。
30.一种用于与散发烟道气体的燃烧系统一起使用的处理系统，所述燃烧系统具有位于辐射区及对流区中的至少一者中的内表面ISCS，及用于建立与所述ISCS的连通的入口点，所述处理系统包含经配置以将空气从所述燃烧系统中的一个点传送到所述燃烧系统中的另一个点的设备，及空气推进器，其连接到所述设备，其中所述空气推进器与空气供应连通，且经配置以产生约50m/s到约300m/s的空气流速度，及约50ACFM到约4000ACFM的体积流量，借此，通过所述设备施加空气增加了触及所述ISCS的烟道气体中的氧气浓度。
31.根据权利要求30所述的处理系统，其进一步包括FCT递送通道，其经配置以与所述设备介接，且将FCT化学制品施加到所述所施加空气中，及FCT化学制品供应，其与所述FCT递送通道连通。
全文摘要
本发明涉及针对改进燃烧过程的方法、系统及套件。在一个实施例中，一种方法包括将空气施加到燃烧系统的内表面。可以选自约50m/s到约300m/s的速度且以选自约50ACFM到约4000ACFM的体积流量施加所述空气。在此实施例中，可任选地将至少一种FCT化学制品与所注射空气一起馈送。
文档编号F23N3/00GK102483234SQ201080039279
公开日2012年5月30日 申请日期2010年7月20日 优先权日2009年7月24日
发明者J·戴维·马丁, 布莱恩·S·希金斯 申请人:奈科莫博提克公司