专利名称：提高烧煤炉中传热效率的方法
技术领域：
本发明涉及烧煤炉系统。本发明特别包括用于将添加剂加入煤的系统的烧煤炉。
背景技术：
石化装置、炼油厂、发电站等都使用用于生热的炉子。几个世纪以来，人们依靠可燃烧材料例如煤和木材的燃烧来提供热能。管理该热能的一种最通常的方法是利用热能来产生蒸汽或加热其它类型的流体。历年以来，已经开发了不同种类的炉子或锅炉以燃烧煤、木材和其它可燃烧材料。在二十世纪40年代后期和二十世纪50年代早期，因为相对便宜的油和天然气源的广泛可获得性，对于商业和工业燃烧固体燃料的系统的需求大量减少。因此，烧油和气的系统基本取代了烧煤的系统，直至二十世纪70年代期间气和油的石油基燃料变得不太丰富。二十世纪70年代期间经历的石油短缺和2000年年底的非常高的价格使得烧煤和烧其它固体燃料的系统再次具有非常大的吸引力。近年来，非常重视固体燃料的研究，特别是在燃烧固体燃料例如煤和木材领域，同时没有过量的污染物排放和具有增大的传热效率。随着油和气的成本继续逐步升高，固体燃料系统(例如烧煤系统)的利用将继续增多。
发明内容
在一个方面，本发明是用于处理煤从而提高烧煤炉中传热效率的方法，包括在燃烧煤之前或同时，使煤与添加剂接触，其中添加剂的功能是增强煤灰的辐射热吸附；和添加剂不包括助熔剂。在另一方面，本发明是用于处理煤从而提高烧煤炉中传热效率的方法，包括使煤与添加剂接触，其中添加剂是包含选自Fe、Cu、Co和Mn氧化物的至少3种氧化物的颜料。
本领域技术人员将容易领会本公开内容的优点和其它方法，因为参考以下详细描述、当与附图一起考虑时，本公开内容的这些优点和其它方法将会被更好地理解图I是用O. 01%添加剂处理的灰分的图；图2是用O. 02%添加剂处理的灰分的图；图3是用O. 05%添加剂处理的灰分的图；和图4是未处理的灰分样品的图。
具体实施例方式在一个实施方案中，本发明是用于处理煤从而提高烧煤炉中传热效率的方法。开发了一种这样的炉子，机械化加煤炉(stoker-fired furnace),以燃烧相对大的煤颗粒，直径至多约I. 5英寸。后来,开发了另一种炉子,煤粉锅炉(pulverized coal-firedfurnace)，以燃烧小得多的煤颗粒，例如其中约70%的煤颗粒通过200目的筛网。煤粉锅炉具有大的蒸汽产生能力，因此通常用于其中需要至少500，000磅蒸汽/小时的蒸汽产生装置中。例如，电力发电工业已经是煤粉锅炉的最大用户之一，因为需要大量的蒸汽用于产生电能。使用任一种炉子，将煤加入炉子燃烧以产生热量。在一些炉子中，煤落在炉排上时没有立刻燃烧，燃烧燃 料床位于炉排上。在一些实施方案中，炉排以非常低的速率例如约5-40英尺/小时移动，最终将燃烧副产物(即残留的灰分)倾倒入灰坑或一些其它容器中。或者，炉排可以是静止的，但是能够定期倾倒以出去累计的灰分床。在一些炉子中，冲洗燃烧燃料床。抛煤机链条炉排锅炉(spreader-stoker-fired furnace)普及的一个原因是它具有至多750，000BTU/hr-ft2的高表面炉排热释放速率和它通过增大燃烧速率几乎瞬间燃料点火而具有的低惯性(inertia)。因为煤颗粒在炉排上的燃烧燃料床中的相对均匀的分布、炉排上煤颗粒层相对小的深度以及燃烧燃料床之上悬浮阶段期间的剧烈燃烧，获得了该高表面炉排热释放。低惯性允许抛煤机链条炉排锅炉快速相应蒸汽需求中的负荷波动，以及因此锅炉负荷的波动，这是工业应用中普通的现象。在本申请方法的实践中，可以用添加剂处理待燃烧的煤。在一个实施方案中，添加剂是包括铁、铜、钴和锰的氧化物的颜料。该颜料与煤灰相互作用，使灰分变暗。通过使煤灰变暗，增强了炉内的传热。虽然不希望被任何理论束缚，但是据信当灰分是暗时，附着在炉壁上的灰分更充分地吸收辐射热。特别是当表面是换热器管时，辐射能量可以随着普通的对流热传递至传热介质，导致更多的热量到达传热介质，因此增强炉子的效率。本公开内容的添加剂不包括助熔剂。例如，无需加入助熔剂例如硼酸盐。普通的助熔剂和具体的硼酸盐助熔剂为本领域技术人员已知。本公开内容的添加剂的一个优点是它与灰分在一起而无需助熔剂。其它的颜料，如果不粘附于煤灰，可能是有问题的。例如，一些颜料可能向上通过煤炉的烟道，导致不透明性的问题。其它颜料可能存在处置的问题。虽然本公开内容的添加剂可以与任何种类的煤一起使用，但是期望与具有高的钙含量的煤一起使用。这种煤产生相对淡颜色的灰分，甚至对于传热效率的显著提升可以提供非常少量的添加剂。本发明的添加剂是包括铜、铁、钴和锰的至少3种氧化物的无机颜料。在一些实施方案中，可以存在所有4种金属。在一些实施方案中，添加剂可以含有约15-约60重量％(以金属计)的铜氧化物；约20-约70重量％(以金属计)的锰氧化物；约20-约70重量％的钴；和约5-约30重量％(以金属计)的铁氧化物。在其它实施方案中，添加剂可以含有约25-约45重量％(以金属计)的铜氧化物；约35-约60重量％(以金属计)的锰氧化物；约35-约60重量％(以金属计)的钴；和约10-约25重量％(以金属计)的铁氧化物。可以将添加剂加入煤，或可以在将煤作为燃料加入时将它直接加入炉子。在一个实施方案中，在将煤粉化之前，将添加剂作为液体喷淋到煤上。在一种这样的实施方案中，使用喷嘴进行喷淋。在另一个实施方案中，在煤已经粉化之后，将添加剂作为液体喷淋到煤上。在又一个实施方案中，将添加剂作为固体引入煤中。本公开内容的方法的另一个实施方案包括在将煤粉化之前，将添加剂作为固体引入。可以利用本领域技术人员已知有用的任何方法将添加剂引入煤或炉子中。可以有利地利用本公开内容的方法，从而改进发电站的操作。在一些应用中，每单位煤可以产生更多的动力。在其它应用中，可以减少从炉内出去烟灰的需求。在另外的应用中，可以注意到所有这些优点。实施例提供以下实施例用于说明本发明。实施例不用于限定本发明的范围，它们也不应被如此理解。除非另有说明，数量为重量份或重量百分比。 实施例I将可从FERRO Corporation以商标名F-6331-2获得的包括铁、锰和铜的氧化物的无机颜料用于使煤灰变暗。将高钙褐煤与添加剂以0.01%的浓度混合。使灰分燃烧和随后扫描。所得扫描用HSB (色调，饱和度，和亮度)模型评价。HSB模型表示RGB颜色模型中的点，其意图比RGB更准确地描述知觉颜色关系，同时保持简单计算性。HSB允许用色彩、色调和阴影表示颜色。通过将样品转化为该电子颜色模型，能够以实际的亮度测量差别，同时保持色调和饱和度独立。扫描可以参见图I中。测量样品，具有44%的亮度。实施例2基本通常重复实施例1，除了使用O. 02%的添加剂。扫描可以参见图2中。测量亮度为37%。实施例3基本通常重复实施例1，除了使用O. 05%的添加剂。扫描可以参见图3中。测量亮度为27%。对比实施例(对比)基本通常重复实施例1，除了不使用添加剂。扫描可以参见图4中。测量亮度为68%。表
样品号添加剂，wt%~ 亮度％变化％
实施例IOOl443^3
实施例20 02374^6
实施例30 0527603
对比~68~假定实施例利用未处理的煤操作由烧煤炉驱动的发电站。在操作中记录的变量包括将煤引入炉子中时的速率、产生的兆瓦特动力和“烟灰-吹除”的频率。该后一术语指利用鼓风机从炉子中吹除炉管上沉积的烟灰的过程。在发电在于稳定负荷下操作之后，通过将添加剂的溶液/悬浮体喷淋到煤上，将实施例I的添加剂引入正被加入到炉子中的煤上。在将添加 剂引入炉子中和允许发电站返回到在稳定负荷下操作之后，注意到每单位煤产生更多兆瓦特的动力，和每次转换需要吹除更少的烟灰。
权利要求
1.用于处理煤从而提高烧煤炉中传热效率的方法，所述方法包括在燃烧煤之前或同时，使煤与添加剂接触，其中 添加剂的功能是与不存在添加剂的其它相同方法相比增强煤灰的辐射热吸附；和 添加剂不包括助熔剂。
2.权利要求I的方法,其中添加剂是包含选自Fe、Cu、Co和Mn氧化物的至少3种氧化物的颜料。
3.权利要求2的方法，其中颜料包含Fe、Cu和Mn氧化物。
4.权利要求3的方法，其中颜料包含约15-约60重量％(以金属计)的铜氧化物；约20-约70重量％(以金属计)的锰氧化物；和约5-约30重量％(以金属计)的铁氧化物。
5.权利要求4的方法，其中颜料包含约25-约45重量％(以金属计)的铜氧化物；约35-约60重量％(以金属计)的锰氧化物；和约10-约25重量％(以金属计)的铁氧化物。
6.权利要求2的方法，其中颜料包含Fe，Cu和Co氧化物。
7.权利要求6的方法，其中颜料包含约15-约60重量％(以金属计)的铜氧化物；约20-约70重量％(以金属计)的钴氧化物；和约5-约30重量％(以金属计)的铁氧化物。
8.权利要求7的方法，其中颜料包含约25-约45重量％(以金属计)的铜氧化物；约35-约60重量％(以金属计)的钴氧化物；和约10-约25重量％(以金属计)的铁氧化物。
9.权利要求I的方法，其中添加剂是包含Fe、Cu、Co和Mn氧化物的颜料。
10.权利要求9的方法，其中颜料包含约15-约60重量％(以金属计)的铜氧化物；约20-约70重量％ (以金属计)的锰氧化物；约XX-约YY重量％ (以金属计)的钴；和约5-约30重量％(以金属计)的铁氧化物。
11.权利要求10的方法，其中颜料包含约25-约45重量％(以金属计)的铜氧化物；约35-约60重量％(以金属计)的锰氧化物；约XX2-约YY2重量％(以金属计)的钴；和约10-约25重量％(以金属计)的铁氧化物。
12.权利要求I的方法，其中在燃烧之前，将添加剂引入煤中。
13.权利要求12的方法，其中将添加剂喷淋到煤上。
14.权利要求13的方法，其中所述方法还包括使煤粉化，和在粉化之前将添加剂喷淋到煤上。
15.权利要求13的方法，其中所述方法还包括使煤粉化，和在粉化之后或同时将添加 剂喷淋到煤上。
16.权利要求12的方法，其中将添加剂作为固体与煤混合。
17.权利要求16的方法，其中在粉化之前或同时将添加剂与煤混合。
18.权利要求I的方法，其中在燃烧的同时将添加剂引入煤中。
19.权利要求19的方法，其中将添加剂喷淋到炉子中。
20.用于处理煤从而提高烧煤炉中传热效率的方法，所述方法包括在燃烧煤之前或同时，使煤与添加剂接触，其中 添加剂的功能是增强煤灰的辐射热吸附； 添加剂不包括助熔剂；和 添加剂是包含选自Fe、Cu、Co和Mn氧化物的至少3种氧化物的颜料。
全文摘要
可以将含有选自铁、锰、钴和铜氧化物的至少三种金属氧化物作为组分的添加剂加入煤中以降低由其产生的灰分的亮度。此外，添加剂用于增大炉子的传热效率。
文档编号F23K1/00GK102639681SQ201080054779
公开日2012年8月15日 申请日期2010年12月2日 优先权日2009年12月8日
发明者L·E·沃尔瑟, V·T·韦尔德伊 申请人:贝克休斯公司