专利名称：一种燃烧装置和燃烧方法
技术领域：
本发明涉及一种燃烧装置，具有一封闭一加压流化床的燃烧室，在流化床中完成一燃料的燃烧，同时形成燃烧气体；用于从该床下面供给含氧气体的装置；及一用于净化所述燃烧气体的净化装置。所说的净化装置包括一个从燃烧气体中分离物料颗粒的分离装置；和一个包括有一通道的装置，该通道连接分离装置和燃烧室，并将分离的物料再循环到燃烧室。此外，本发明涉及一种在封闭加压流化床的燃烧室中的燃烧方法，包括从下面供给该床含氧气体，向该床供给燃料，在燃烧中收集燃烧气体，从燃烧气体中分离固体物料，及将分离的固体物料再循环到燃烧室的步骤。
在由颗料状的，不可燃的物料构成的床上燃烧不同燃料是公知的，该床被从下面由喷嘴以使该床流化的方式供给燃烧气体。在流化床燃烧的不同类型之间区别是根据不同原理和在不同条件下工作。首先，一种区别是大气床和加压床。相对于大气床，加压的流化床的特点是相对于所产生的高效益，其具有较小的结构尺寸，并且，从环境和经济观点出发，燃烧是在有利的条件下进行的。加压床可比大气床有较大的高度，这是因为其在大的压差下工作。在大气床中所谓的循环床经常被使用，在这种床中，材料允许通过一分离装置循环，使其再循环到床上，在这种方式中未燃烧的燃料可再循环，它改善了燃烧效果，而且不需使用吸收硫化的吸收材料，这就减少了燃烧污染的排放量。然而这种循环床要在相对高的流化速度下工作，常用情况下是在5-12m/s量级上。如果气体没有颗粒存在地流过燃烧室，气体所具有的速度意味着流化速度。这导致使设置在该床中的气管路寿命明显减少的腐蚀问题。此外，可了解到在所谓的沸腾床中流化速度相对较低，常用情况中在0.5-2m/s之间。这种床在垂直方向上相对好确定，并在燃烧室中该床上面形成一个空间，一个所谓缘高区，在缘高区中微小颗粒的数量比循环床的少，但实际上没有在缘高区的压差。
近来有人尝试了通过将燃烧气体引出燃烧室供给旋流器来分离固体物料的方式在流化床中提供确定的循环，该固体物料再循环回燃烧室。为了获得理想的效果，该固体物料可从流化床底部供给。该效果与吸收剂的利用率，以及由再循环产生的燃烧效果有关。这意味着人们必需解决在该床和旋流器中出现的压差，通常情况约0.5巴。
为了克服这种压差，有建议提供一种最好在再循环管端部垂直设置的定量装置，如测力供给类型的，它连接该旋流器和燃烧室。该定量装置包括一个在管中的旋转活门，其有一定的重量，在通常情况下保持活门在关闭位置。当在管中的物料的量等于该重量，它将克服活门重量，这意味着活门将被打开，物料被释放出。这种装置导致固体物料周期性地再循环。然而由于在该床上产生运动，并由运动产生力，这种装置不会对流化床的环境方面产生影响。此外，这种设备由于侵蚀、腐蚀和锈蚀很快就被破坏。
另一个解决方法是在该床上安装L阀，该阀有一垂直位置，在这个位置积累一定量的物料。为了在通道中提供物料流，这种装置需要气体从L阀下部注入，并且为了稳定地供给，需要连续测量物料柱的高度，在实际情况下这是很难的，甚至不可能。
SE-B-460148建议了另一种克服压差的方法，SE-B-460148公开了一种具有燃烧室，它封闭了一产生燃烧气体的燃烧燃料的加压流化床的燃烧装置，该装置具有用于燃烧气体的多级净化器，在第一级中颗粒物料由旋流器从燃烧气中分离，并被输送到设置在旋流器后的收集室。为了改善未燃烧燃料和吸收材料的利用率，借助一水平再循环通道，所收集的微小颗料被送回燃烧室。该再循环由气动喷射方式将物料吹入燃烧室来完成。然而，这种气动喷射非常贵，吸收作用和燃烧效益因压缩机向喷射器提供空气的作用而降低。另外，该方法还导致腐蚀。
可以注意到，从燃烧气中分离的固体物料的再循环意味着再循环的细粒部分可占该床层物料的10-40％，它严重影响在该床上的管的热传导率。该细粒部分包括最大直径约300-400微米(μm)的颗粒，而颗粒平均直径约50-150微米。
US-A-4021184公开了一种用于燃烧废弃物料的燃烧装置，该装置包括一个用于循环流化床的燃烧室。该文献公开的流化床不被加压，而是在大气压下工作，并是稀相型(稀相流化床)，即流化床充满整个燃烧室。这种类型的床意味着很大部分的固体的热的床料将与燃烧中形式的气体一起从燃烧室中被输出。这样，它建议在燃烧室出口提供一个用于从气体中分离微细颗粒的旋流器，并且分离出的热微细颗粒借助连接旋流器和燃烧室的导管再循环回燃烧室。在这种方法中可以回收从燃烧室出来的微细颗粒的热能。这样，由于在该床上，即整个燃烧室的压差较低，可实现再循环。可能需要在导管的端部安装阀(节流阀)。
EP-B-176293公开了另一种燃烧装置，它有一个封闭流化床的燃烧室，并且其中燃料在燃烧时形成燃烧气体。这种床是沸腾型，而燃烧室在大气压下工作。此外，该装置提供有一旋流器，用于从燃烧气体中分离颗粒物料，并提供给燃烧室。分离出的颗粒物料借助一个管，通过让物料经管自由落下而导入该床，因为这个文献公开的该床有相对低的高度，约1米，而且压差相对较小。
US-A-4103646公开了一种包括两个燃烧室的装置，第一燃烧室具有第一流化床，即流化速度在7和10m/s之间，而第二个床是一个“低速”的沸腾流化床。在第一燃烧室中形成的燃烧气导入一旋流器，其中固体物料被分离并供给第二燃烧室，在第二燃烧室底部有一个固体物料排放通道，该固体物料然后以空气注入的方式被再循环回第一较快的燃烧室。
本发明的目的在于解决上述问题，并提供一种装置，能改善吸收材料的利用程度和改善装置的效率。特别地，本发明的目的是改善从燃烧气体中分离的固体物料再循环回加压的流化床的效率。
该目的由上面确定的燃烧装置实现，该装置的特征在于再循环装置包括一个无源装置，它被以如下方式提供，在燃烧装置工作时在通道中形成料柱，该料柱在通道的下端形成，该循环装置还包括一个有恒流开口导管，并且该开口允许料柱依其重量以一连续流排放该物料，这样，该料柱将以连续、均匀的再循环方式向燃烧室提供已分离出来的固体颗粒物料。因为本发明的再循环装置有无源装置，不需任何压缩机或其他驱动元件来克服压力差。并由料柱供给出物料，该装置的制造和操作成本非常低。另外由喷射供给物料导致的腐蚀被避免。这样，因为根据本发明的再循环通道不包括任何可移动结构件，它具有很高的可靠性。优点在于该无源装置如此构成，在燃烧装置工作中形成的料柱的高度超过在燃烧室中的流化床高度。
根据本发明的一个实施例，该无源装置被设置得阻挡气体从下面进入该通道，在这种情况下，在通道中的物料不会被流化，并且物料再循环不被干扰。另外，该无源装置可具有一个表面，它设置在该通道下端，并且从下面看，它盖住该通道断面区域的大部分。
根据另一实施例，所述表面与垂直轴线形成约20°-90°的倾斜角度，最好是21°-39°。这种倾斜表面阻止了气体进入通道，并且同时有助于物料回到燃烧室的再循环。该表面的这种有利的倾斜角度可起到物料的导面或一些类型的滑道的作用。根据最佳实施例，所述表面可由固定在通道中的板构成。所述表面还可由向下划定该床界线的下壁的一部分构成。这个实施例结构非常简单，这是因为该实施例可以简单地封闭和拆除在燃烧室底板中位于通道正下面的空气喷射嘴。通过这种结构，该通道可由向下的直管构成，这样所述部分可相对下部侧壁被抬高。
根据本发明的又一实施例，该通道基本垂直延伸。
根据本发明再一实施例，该无源装置至少包括该通道的一部分，它在与垂直方向形成一夹角的方向上延伸。最好是，所述部分可具有在燃烧室侧壁上的一个开口，并由此形成该通道到燃烧室的进口。此外，所述部分可在基本垂直的板上剪切而形成在燃烧室上的通道开口，以这种方式避免了燃烧空气向下流入该通道。
根据再一实施例，该无源装置有结构稳定的部件，并设有用于提供料柱移动的动态轴向部件，如空气注入部件、喷嘴、螺旋推进装置、刮板等。
在本发明的最佳实施例中，有一个封闭着燃烧室和分离部件的压力罐，以及设置来保持该压力罐中压力高于大气压的装置。其中满负荷的压力罐被设置得保持该床压力约7-80巴(绝对值)。该床最好是沸腾床，可有约2至6米之间的高度。
根据本发明的另一实施例，该再循环通道可有一个在燃烧室中的开口，最好低于设置在该床中用来加热水和/或过热蒸汽的管组。
根据本发明的另一实施例，该分离部件被设置在燃烧室内。
根据本发明的另一实施例，用于向该床供给含氧空气的装置为设置在该床下面的喷嘴，并被设置得以约0.5-2.0m/s的流化速度的方式供给含氧气体。
上面确定的目的还通过上面确定方法而实现，该方法特征在于被分离的物料以在通道中形成料柱的方式供给该通道，由于重量，料柱使物料经导管以连续流方式再循环。该导管有一恒定开口区域，并被提供于该通道下部中。这样，物料释放入燃烧室是由物柱重量实现的，而没有现有的来自外界的轴向装置如喷嘴或类似物的作用。该装置的工作确保经分离部件从上面填充料柱。
最佳方法的实施例由权利要求23和24确定。
本发明将参照附图通过不同实施例来说明。
图1简要公开了一PFBC发电装置，具有一空气和蒸汽结合的工作过程(后者没有示出)。
图2-5公开了根据本发明的发电装置的一燃烧室和一再循环通道的不同的实施例，用于从燃烧气中分离的固体物料。
图6-12公开了再循环通道的不同实施例。
本发明将参照所谓的PFBC(加压流化床燃烧)发电装置来说明，然而可以注意到，本发明还适于其它类型的装置，特别是不产生电能的燃烧装置。一PFBC发电装置，即一在加压的流化床中燃烧颗粒燃料的装置，在图1中简要地被公开。该装置包括一个装在加压罐2中的燃烧室1，该罐有约104m3的体积，并可加压到约7至30巴(绝对值)之间。加压的含氧空气，如所公开的空气，从3处供给到加压罐2中，用于燃烧室1的加压和在燃烧室1中的床4的流化。该加压空气通过简要描述的喷嘴5供给燃烧室1，喷嘴5设置在燃烧室1的底部，用于流化封闭在燃烧室1中的该床4。该空气以流化速度为约0.5-2.0m/s的方式被提供。该床4是沸腾型的，并有一约2-6米的高度h，其包括不可燃烧的颗粒状床料、颗粒吸收料和颗粒燃料。该床料的颗粒尺寸不一致，该吸收料和燃料在约0.5和7毫米之间，该床料包括如煤渣和/或沙子，以及含石灰物料的吸收料，如用于吸收燃烧中脱出的硫或其它不希望物质的石灰岩或石灰石。该燃料以该床的约1％的量被供给。燃料意味着所有可燃烧的物料，如沥青煤、褐煤、焦煤、泥煤、生物燃料、油页岩、石油焦炭、废弃物、氢气或其他气体等。该床料、吸收料和燃料通过一个简要公开的导管6供给该床4。该燃料在供给该床4的流化空气中燃烧，同时产生燃烧气体，它们被收集在该沸腾床4上面的空间7，所谓的缘高区中，然后借助通道8导入分离部件9，在该实施中公开的一个旋流器。从那该燃烧气体被一步步导入净化装置，它在10处被简要公开，并包括例如各种级别的旋流器。此外，燃烧气体如通过一个高温过滤器11导入一汽轮机12，它包括例如一个高压段13和一个低压段14。该高压汽轮机13与一高压压缩机15和一发电机16同轴，发电机以此方式由高压汽轮机驱动产生电能，该高压压缩机经导管17向燃烧室1送加压空气。
从高压汽轮机13出来的燃烧气体被导入低压汽轮机14，该离开低压汽轮机14的燃烧气体仍有能量，它可在预热器18中回收。该低压汽轮机14与低压压缩机19同轴，该压缩机由过滤器20从大气中提供空气，它由低压汽轮机14驱动，并从其出口向高压压缩机15提供经第一级压缩的空气，在低压压缩机19和高压压缩机15之间提供有一用于降低高压压缩机15入口处空气温度的中间冷却器21。
另外，该发电装置有一个蒸汽透平，它没有被示出，但以管组22形式的装置表示，该管组埋在流化床4中，在其中水由管和床料之间的热交换器循环汽化和过加热，用来吸收在该床4中由燃烧产生的热量。
在与燃烧室连接的所谓无阶段(zero step)旋流器9中，固体颗料物料被从燃烧气体中分离出来，这些颗粒物料包括床料和煤渣，也包括来燃烧燃料和吸收材料。需要将这些未燃烧燃料循环回该床4以燃烧这些未燃烧燃料(如果可能)，及利用未使用的吸收材料。这种再循环由包括有一通道23的再循环装置来实现。该通道23以如此方式构成，即在装置工作时在通道23中形成料柱24。如此构成的料柱24有超过该床4高度h的高度h′。由于这个高度差，该重量将使料柱24中的物料以连续向下方式供给到燃烧室1中，并且在该公开的实施例中，向下供给到低于管设施22处的床4上。这个高度差可由许多种通道23的不同实施例来提供，该通道23可有多种横截面，如圆形、椭圆形、矩形、多边形等。在图1中，该再循环装置包括一个在该通道23最下部处的倾斜壁25，它与该通道23配合形成一个有恒定流区域的导管。这样，该通道23的开口由该倾斜壁25的下边缘和其上的通道23的边缘构成。该倾斜壁可具有相对于垂直轴线约20°在90°的倾斜角度V，在极限情况下垂直于垂直轴线，倾斜的最佳角度V在21和39°之间。该倾斜壁25阻止了从喷嘴5向上的气流进入该通道，并用作向下的料流的导面。以这种方式形成了料柱的向下料流。为了减小再循环速度，开口的工作区域可小于该通道23的横截面区域。可以注意到在图1公开的实施例中，该开口位于基本垂直的面上。因为少量的向上的燃烧气流可进入该通道23，在该通道23中的物料不发生流化。
图2-5公开了再循环通道23和分离部分9的其它实施例。可以注意到有相应功能的部件在不同实施例中有相同的标记。
图2公开的再循环装置有一个位于该通道23最下部分的相对光滑的弯道26，该开口通过在基本垂直的面上切割该通道23而构成，在该通道端部的弯道26的下切面相对垂直轴线倾斜一角度V，它有与图1公开的实施例中相同的数值。所公开的该弯道26构成一导管，它阻止向上的气流进入该通道，并用作向下的物料流的导面。为了减小物料的再循环速度，该通道23可在弯道26处有比其上面小的横截面区域。此外，图2中公开的旋流器被完全封闭在燃烧室1内。
图3所公开的再循环装置包括一在燃烧室1外延伸的通道23，它在与垂直轴形成一夹角V的方向上。该通道23伸过一在燃烧室1侧壁上的导管，该导管构成该通道23的开口，该夹角V可在例如10°至50°之间，最好在21°至39°之间。通过这种倾斜的再循环通道23，向上进入该通道的气流量被减小，由此，产生在该床4上面向上延伸的料柱24。该料柱24的重量保证了所分离出的固体物料平稳连续地排放。为了减小向下的固体料流的再循环速度，在此情况下，该导管的横截面，即该通道23邻近开口处的面积小于该通道23的上面的部分。该分离装置9在此实施例中完全位于燃烧室1的外面，并借助简要公开的导管8与其连接。虽然在图3中通道23的开口位于管组22相同高度上，可以了解到图3中的开口可高于或低于该管组22的平面。
图4公开了另一种再循环装置的变换，该装置有一基本垂直延伸的通道23，在此该再循环装置有向下倾斜的通道23的一部分27，它减小了在通道23中向上的气流量，并起向下流动固体物料的导面的作用。该部分27形成一导管，该导管有一流动区域，其尺寸应能形成料柱24，并且料柱24具有超过该床4的高度h的高度h′，图4所公开的旋流器9被封闭在燃烧室1中，并位于其上部，即缘高区7。
图5公开了再循环装置的另一种变换，该装置有一类似于图2中的通道23，但该通道有一在燃烧室1的缘高区7上的开口。
图6-12公开了根据本发明的再循环装置的其它变换。在图6中该装置有一个类似图1中的通道23，但该下端板25基本垂直于垂直轴线延伸。从制造观点看，该实施例非常简单。在该通道23和该板25形成的角中将形成向下流动物料的堆积29，这种堆积将起向下流动的物料的引导面作用。在图7中公开的通道23有一个类似于图4中的部分27，但有倾斜角V的部分27的下端在物料流出的方向上相对倾斜部分27上端伸长。以此方式该通道23的开口相对垂直轴线有一倾角a，在这个实施例中，在通道23中向上流动的气体的量被减少。在图8中公开的通道类似于图1所公开的，但有倾斜角V的斜板25以从下面看不覆盖全部的通道23的区域，这样通道23的开口构成相对垂直轴线的夹角b，由此实施例，大部分向上的气流将当然被阻止进入通道23，但其一部分被允许与料柱24混合，在某种应用情况下，人们希望使用该结构使气体与分离出来的物料混合。在图9中通道23有一固定在通道23中的板30，其以在该板30和通道23之间形成一基本垂直的开口的方式固定。该板30由在31处简要公开的一些类似棒的杠来固定，可以了解到该板可相对垂直轴线有一夹角V地被提供。在图10中公开的再循环装置有一个向下完全敝开的通道23，它具有一个在燃烧室1底板32上面的开口，在位于该通道23下面的底板32的部分33上没有在整个底板32上其它处都设置的喷嘴5，在这种方式中，没有从喷嘴5向上的气流进入该通道，并且避免了物料流化。由此实现了形成料柱24并均匀、连续地向该床下部排放物料，如此排放的物料随后由喷嘴5向上喷出的气流在该床上被向上带动。图11公开了一种类似于图10中的再循环装置，但提供于底板32上并且没有流化喷嘴5的部分33相对于底板32的其他部分被升高。在图12中公开的再循环装置有一个漏斗形向下开口的圆锥延伸部分34，在这个延伸部分34中，一个芯由一个或多个安装板36构成，该延伸部分34和芯35形成一个相对垂直轴线的芯角V，如前面的实施例那样，该芯角V在20°和90°之间，最好在21°和39°之间。
本发明不局限于上述公开的任何实施例，但可在权利要求范围改变和变换。
权利要求
1.一种燃烧装置，包括一个燃烧室(1)，用于封闭一个完成燃料的燃烧，同时产生燃烧气体的加压流化床(4)；用于从该床(4)下面供给含氧气体的装置；用于净化所述燃烧气体的净化装置(9、10、11)，所述净化装置包括一个用来从燃烧气体中分离颗粒物料的分离部件(9)，以及一装置(23)，该装置包括一个连接该分离部件(9)和燃烧室(1)的通道(23)，它被设置得使分离出来的物料再循环到燃烧室(1)中，其特征在于该再循环装置包括无源装置(23、25、26、27、30、33、35)，它以如此方式被提供，即在该燃烧装置工作时在通道(23)中形成一料柱(24)，该料柱在该通道下端形成，该循环装置还包括一个有恒流开口的导管，该导管允许该料柱依其重量以连续流状态排放该物料。
2.如权利要求1的装置，其特征在于该无源装是如此提供的，即在该燃烧装置工作时形成的料柱(24)具有超过在燃烧室(1)中该床(4)的高度h的高度h′。
3.如权利要求1和2之一的装置，其特征在于该无源装置被设置得阻止从下面来的气体进入该通道(23)。
4.如前述权利要求之一的装置，其特征在于该无源装置包括一表面(25、26、27、30、33、35)，它被提供于该通道的下端，并且从下面看至少覆盖该通道(23)的横截面区域的大部分。
5.如权利要求4的装置，其特征在于所述表面(25、26、27、30、33、35)与垂直轴线形成一倾斜夹角(V)，它在约20°-90°之间，最好在21°-39°之间。
6.如权利要求4和5之一的装置，其特征在于该表面由固定在通道(23)上的板(25、26、27、30、35)构成。
7.如权利要求4和5之一的装置，其特征在于该通道由该床(4)向下限界的下壁(32)的一部分构成。
8.如权利要求7的装置，其特征在于所述部分(33)相对下壁(32)被抬高。
9.如权利要求1和2之一的装置，其特征在于该通道(23)基本上垂直延伸。
10.如前述权利要求之一的装置，其特征在于该无源装置包括该通道(23)的至少一部分(23、36、27)，它在与垂直轴线形成夹角V的方向上延伸。
11.如权利要求10的装置，其特征在于该通道部分(23)有一个在燃烧室(1)侧壁上的开口，并由此形成一个进入该燃烧室(1)的通道(23)的入口。
12.如权利要求8和9之一的装置，其特征在于该通道部分(23、25、26)被在基本垂直方向上切割，以形成一在燃烧室(1)中的通道(23)的开口。
13.如前述权利要求之一的装置，其特征在于该无源装置包括结构稳定部件(25、26、27、30、33、25)，并且没有任何诸如空气喷射部件、喷嘴、螺旋浆、刮板等的轴向动的部件。
14.如前述权利要求之一的装置，其特征在于有一封闭燃烧室(1)和分离部件(9)的压力罐(2)，及设置来保持压力罐(2)中压力高于大气压的装置(15、19)。
15.如权利要求14的装置，基特征在于该压力装置(15、19)满载时保持该床(4)的压力约7-30巴(绝对值)。
16.如前述权利要求之一的装置，其特征在于该床(4)是沸腾床。
17.如前述权利要求之一的装置，其特征在于该床有在约2和6米之间的高度。
18.如前述权利要求之一的装置，其特征在于该再循环通道(23)有一在燃烧室(1)的该床(4)中的开口，最好在提供于该床(4)中来加热水和/或过热蒸汽的管组(22)下面。
19.如前述权利要求之一的装置，其特征在于该分离部件(9)设置在该燃烧室(1)中。
20.如前述权利要求之一的装置，其特征在于该分离部件包括一旋流分离器(9)。
21.如前述权利要求之一的装置，其特征在于向该床(4)供给含氧气体的装置(5、15、19)有设置在该床(4)下面的喷嘴(5)，并以约0.5-2.0m/s的流化速度供给含氧气体。
22.一种在封闭有加压流化床的燃烧室中的燃烧方法，包括如下步骤-从下面供给该床含氧气体；-向该床供给燃料；-收集在燃烧中形成的燃烧气体；-从所述燃烧气体中分离固体物料；-将该分离出的固体物料再循环到燃烧室中，其特征在于该分离出的物料以在其中形成料柱的方式供给到一通道中，并且因为其重量，该料柱经一导管以连续流再循环该物料，该导管有一恒定开口区域，该开口设置在该通道的下部。
23.如权利要求22的方法，其特征在于所形成的料柱的高度超过该床的高度。
24.如权利要求22或23的方法，其特征在于从下面来的气体被阻止进入该通道。
全文摘要
一燃烧装置,包括一燃烧室(1),室封闭一加压的流化床(4)并燃烧燃料,同时形成燃烧气体,另外,该装置包括一用于净化该燃烧气体的净化装置(9、10、11)。该净化装置包括一个从燃烧气体中分离颗料物料的分离部件(9)和将所分离的物料再循环回燃烧室(1)的装置。该再循环装置包括一个连接分离部件和燃烧室的通道(23)和一个无源装置(25),该无源装置以在该燃烧装置工作时在该通道(23)中形成料柱(24)的方式被构成。该无源装置构成一在通道(23)的下部有恒定流区域的导管,并且允许料柱(24)以连续流的形式经其排放。
文档编号F23C10/02GK1182182SQ9711094
公开日1998年5月20日 申请日期1997年3月7日 优先权日1996年4月12日
发明者C·阿达姆斯, H·安德森, J·安德森, K·E·安德森, M·C·安德森, R·布兰斯多姆, H·斯科普, J·维阿特比 申请人:Abb.碳有限公司