专利名称：带有内部烟道气再循环的炉系统的制作方法
技术领域：
本发明大体涉及燃烧化石燃料的炉系统(furmace system)，并且更具体而言，涉 及具有内部烟道气再循环系统的燃料增氧(oxyfuel)燃烧的炉系统。蒸汽发生器(也称为锅炉或炉子)用于各种系统中。例如，锅炉可用来产生蒸汽， 以用于在发电涡轮中使用，以及用于在化学过程中使用，以用于提供能量来启动化学反应。 在锅炉中采用的燃烧过程通常使用化石燃料，例如煤或石油。大体上，在燃烧过程期间，会 产生污染物，例如未燃烧的燃料、颗粒、灰、NOx及其它燃烧副产物。如果被允许进入大气达 足够的量，则这些污染物可不利地影响环境，并且对人类和动物造成健康危险。发明概述根据本文所示的方面，提供了一种包括燃烧容器的炉系统。烟道管道联接到燃烧 容器的出口端上，并且与由燃烧容器限定的内部区域处于流体连通。再循环管道同样形成 炉系统的一部分，并且从烟道管道向外延伸，并且在烟道管道和燃烧容器的内部区域之间 提供流体连通。根据本文公开的其它方面，输送装置至少部分设置在再循环管道中，以用于响应 于从控制器发出的命令，有助于一种或多种流体通过再循环管道流到燃烧容器的内部区域 中。输送装置可包括喷射器，以用于将诸如但不限于氧气、蒸汽、烟道气或它们的组合的流 体输送到由燃烧容器限定的内部区域中。以下附图和详细描述对上述和其它特征进行了说明。附图详述现在参看附图，附图是示例性实施例，并且在附图中，对类似的元件进行类似的编 号
图1示意性地示出了根据本公开的炉系统；图2示意性地示出了带有喷射器(eductor)型输送装置的图1的炉系统。图3示意性地示出了图1的炉系统的一部分，并且显示了风扇型输送装置；以及图4是图1的炉系统的截面图，其显示了切向燃烧(tangential firing)构造。优诜实施例的详细描述如图1中所示，大体由参考标号10指示的炉系统包括限定内部区域14的燃烧容 器12。燃烧容器12还限定在其端部16的下部分处的储料器(hopper) 18。与储料器18大 体相对，燃烧容器12限定导管19，该导管19在操作期间将烟道气re输送出燃烧容器。在 所示实施例中，燃烧容器12还限定分别通向内部区域14的第一孔口 20和第二孔口 22。
仍然参照图1，歧管M或风箱联接到燃烧容器12上，并且与内部区域14处于流 体连通。歧管M具有面向内部的开口沈和两个面向外部的开口 28和30。在所示实施例 中，歧管M包绕在燃烧容器12的一部分的周围。另外，在面向内部的开口沈的附近的歧 管M的一部分密封性地接合燃烧容器12的外表面32的一部分。歧管M的部分分别定位 在第一孔口 20和第二孔口 22中的至少一个之上，从而使得由歧管限定的内部区域34与燃 烧容器12的内部区域14处于流体连通。燃烧容器12的内部区域14还与烟道管道42处于流体连通，以有利于烟道气TO 流过其中。类似地，烟道管道44与烟道管道42以及与第二储料器区段46处于流体连通。 第一热交换器(例如节约器45)定位在烟道管道44中，并且与烟道管道44处于流体连通。 在操作期间，节约器45冷却流过其中的烟道气re。第二热交换器50(例如空气预热器)定 位在烟道管道44的下游，并且在所示实施例中通过管道48与烟道管道44处于流体连通。 第二导管52在烟道管道44和歧管M之间延伸，并且与烟道管道44和歧管M处于流体连 通。第二导管52在节约器45的出口 47的下游自烟道管道44延伸。虽然节约器45被描述成是冷却烟道气re的一个潜在的机构，但是可采用其它热 交换器机构，例如但不限于，超临界蒸汽屏(ultra critical steam panel)、蒸汽加热机 构、蒸汽产生机构及它们的组合，而不脱离本文公开的更宽泛的方面。 第二导管52和歧管M协作以限定再循环管道55，该再循环管道55在烟道管道44 和燃烧容器12的内部区域14之间提供流体连通。第二导管52可在炉系统10的初始建造 期间安装，或在初始建造之后在翻新操作期间安装。炉系统10还包括污染控制系统54，该 污染控制系统M与第二热交换器50处于流体连通，并且定位在第二热交换器50的下游。图2的炉系统类似于图1中所示的炉系统，因此相似的元件分配有相似的标号，在 前面加上数字1。因此，大体由参考标号110指示的炉系统包括限定内部区域114的燃烧 容器112。燃烧容器112限定分别通向内部区域114的第一孔口 120和第二孔口 122。歧 管IM或风箱联接到燃烧容器112上，并且与内部区域114处于流体连通。歧管IM分别 定位在第一孔口 120和第二孔口 122中的至少一个之上，从而使得由歧管限定的内部区域 134与燃烧容器112的内部区域114处于流体连通。燃烧容器112的内部区域114与烟道管道142处于流体连通，以有利于烟道气TO 流过其中。类似地，烟道管道144与烟道管道142处于流体连通。第一热交换器(例如节 约器14 定位在烟道管道144中，并且与烟道管道144处于流体连通。第二导管152在烟 道管道144和歧管124之间延伸，并且与烟道管道144和歧管IM处于流体连通。第二导 管152在节约器145的出口 147的下游自烟道管道144延伸。第二热交换器150 (例如空 气预热器)定位在烟道管道144的下游，并且在所示实施例中通过管道148与烟道管道144 处于流体连通。第二导管152和歧管IM协作以限定再循环管道155，该再循环管道155在 烟道管道144和燃烧容器112的内部区域114之间提供流体连通。炉系统110还包括污染 控制系统154，该污染控制系统154与第二热交换器150处于流体连通，并且定位在第二热 交换器150的下游。仍然参照图2，喷射器156定位在第二导管152中，以响应于从控制器178(例如但 不限于计算机或可编程逻辑控制器)发出的命令(例如关于燃烧容器温度调节、蒸汽产生 和/或蒸汽参数量度的命令)来有助于一种或多种流体流到燃烧容器112的内部区域114中。诸如氧气的运动流体在预定的压力(例如5至50psig)下供应到喷射器156的一部分 158 (例如中心部分)。由箭头A指示的空气流流到空气分离单元160中，该空气分离单元 160将氮气从空气中分离出来，并且通过适当的管路162将氧气供应到喷射器156。压缩氧 气流到喷射器的中心部分158中(可能是通过喷嘴)促使烟道气re被夹带到喷射器的入 口 164中，并且促使烟道气re与氧气一起通过喷射器的出口 166排到歧管124的内部区域 134和燃烧容器112的内部区域114中。虽然空气分离单元160被显示和描述为对喷射器156供应氧气，但是构想到，除了 空气分离单元之外或代替空气分离单元，可采用供应氧气的其它机构，包括但不限于氧气 源，例如氧气罐和/或氧气瓶。烟道气re的一部分再循环到燃烧容器112中有助于将炉温度和蒸汽状况调节到 预定范围内，并且允许更大的气体质量流通过燃烧容器。另外，烟道气re再循环到燃烧容 器中降低了在烟道管道144的下游流动的烟道气的整体质量流率。将氧气(或者任何低氮 气流体)弓丨入到燃烧容器112中减少了污染物，并且烟道气re再循环到燃烧容器112中降 低了待由污染控制系统IM处理的烟道气re的质量流率，因而，可采用更小、更廉价的第二 热交换器150和污染控制系统。虽然，氧气被描述为用于在喷射器156中使用的运动流体，但是可采用其它流体， 包括但不限于蒸汽、烟道气、由污染控制系统IM处理的烟道气或它们的组合。虽然喷射器 156被显示和描述为定位在第二导管152中以用于将氧气和烟道气TO排到燃烧容器112 中，但是可采用用于将烟道气输送到燃烧容器中的其它装置，包括但不限于压缩机、风扇或 送风机，如在下面描述的图3中所示的那样。虽然喷射器156被显示和描述为定位在第二 导管152中，但是构想到，喷射器的一部分可例如在第二导管的外面延伸到歧管124中、延 伸到烟道管道144中，并且/或者伸出到第二导管外面的外部区域159中。图3的炉系统类似于图1中所示的炉系统，因此类似的元件分配类似的标号，在前 面加上数字2。如图3中所示，炉系统210包括设置在第二导管252中的风扇270，以用于 将烟道气TO从烟道管道244输送到燃烧容器212的内部区域214中。风扇270联接到驱 动单元(未显示)上，该驱动单元响应于由控制器278(例如但不限于计算机或可编程逻辑 控制器)发出的命令信号(例如关于燃烧容器温度调节、蒸汽产生和/或蒸汽参数量度的 命令信号)来操作风扇。虽然风扇270被显示和描述为用于将烟道气TO从管道244输送到燃烧容器212 中，但是可采用其它装置，例如但不限于送风机和压缩机，而不脱离本文公开的更宽泛的方 面。虽然风扇270被显示和描述为定位在第二导管252中，但是构想到，风扇和/或驱动单 元的一部分可例如在第二导管的外面延伸到歧管244中、延伸到烟道管道144中，并且/或 者伸出到第二导管外面的外部区域159中。图4的炉系统类似于图1中所示的炉系统，因此相似的元件分配相似的标号，在 前面加上数字3。参照图4，切向燃烧式炉310包括具有内部区域314的燃烧容器312。燃 烧容器312被示为具有延伸通过其中的四个孔口 320、321、322和323。喷枪380,381,382 和383定位在孔口 320、321、322和323中的相应的一个中，并且以从燃烧容器312的相应 的相邻的部分起测量的预定的角T定向。角T为适当的量值，例如为锐角，以促使流过喷枪 的诸如氧气的流体和燃料在内部区域314中旋转，如由箭头R所示。喷枪380、381、382和383延伸到燃烧室312的内部区域336中，以改进对燃烧过程的控制。虽然喷枪380、381、 382和383被显示和描述为定位在孔口 320、321、322和323中的相应的一个中且以从燃烧 容器312的相应的相邻的部分起测量的预定的角T定向，但是构想到，喷嘴可作为替代物， 或定位在喷枪的远端上。回头参照图2，在操作期间，诸如粉煤的燃料F通过开口 1 输送到歧管124的内 部区域134中，并且进入燃烧容器112的内部区域114中，以启动燃烧。燃料F可与诸如氧 气的燃烧流体一起吹送到歧管M中。由于燃烧的原因，烟道气TO离开燃烧容器112的导 管端部部分119，并且分别流过烟道管道142和144，流到第二热交换器150和用于进行处 理的污染控制单元154。通过喷射器156的操作，烟道气TO的一部分借助于喷射器156的 操作通过第二导管152再循环到燃烧容器112。喷射器156响应于从控制器178产生的命 令信号(例如关于燃烧容器温度调节、蒸汽产生和/或蒸汽参数量度的命令信号)而操作。 喷射器156的操作促使压缩氧气流过喷射器，并且因此夹带来自烟道管道144的烟道气。喷 射器156将氧气和烟道气TO排到歧管124的内部区域134中和燃烧容器112的内部区域 114中。氧气由空气分离单元160提供给喷射器156。虽然参照各种示例性实施例对本发明进行了描述，但是本领域技术人员将理解， 可作出各种改变且示例性实施例的元件可由等同物代替，而不脱离本发明的范围。另外，可 作出许多修改，以使特定情形或材料适于本发明的教导，而不脱离本发明的实质范围。因 此，意图的是，本发明不限于作为构想来执行本发明的最佳模式而公开的特定实施例，而是 相反，本发明将包括落在所附权利要求的范围内的所有实施例。
权利要求
1.一种炉系统，包括燃烧容器，该燃烧容器具有出口端和延伸到由所述燃烧容器限定的内部区域中的至少 一个孔口 ；烟道管道，该烟道管道联接到所述出口端上，并且与所述内部区域处于流体连通；以及再循环管道，该再循环管道从所述烟道管道延伸到所述至少一个孔口，并且在所述烟 道管道和所述内部区域之间提供流体连通。
2.根据权利要求1所述的炉系统，其特征在于，所述炉系统还包括输送机构，所述输送 机构至少部分设置在所述再循环管道中，以响应于从控制器发出的命令，促使至少一种流 体通过所述再循环管道流到所述内部区域中。
3.根据权利要求2所述的炉系统，其特征在于，所述输送机构包括风扇和送风机以及 压缩机中的至少一个。
4.根据权利要求2所述的炉系统，其特征在于，所述输送机构包括喷射器，所述喷射器 具有对其供应的运动流体，以用于将所述至少一种流体和所述运动流体输送到所述内部区 域中。
5.根据权利要求4所述的炉系统，其特征在于，所述运动流体是氧气。
6.根据权利要求4所述的炉系统，其特征在于，所述运动流体是蒸汽。
7.根据权利要求4所述的炉系统，其特征在于，所述运动流体是烟道气。
8.根据权利要求1所述的炉系统，其特征在于，所述炉系统还包括污染控制系统，该污染控制系统与所述烟道管道处于连通，以用于处理从所述内部区 域排出的烟道气；空气预热器，该空气预热器与所述烟道管道处于流体连通；以及其中，所述再循环管道定位在所述污染控制系统和所述空气预热器中的至少一个的上游。
9.根据权利要求8所述的炉系统，其特征在于，所述炉系统还包括输送机构，该输送机构至少部分设置在所述再循环管道中，以用于响应于从控制器发 出的命令，促使至少一种流体通过所述再循环管道流到所述内部区域中；其中，所述输送机构包括喷射器，该喷射器具有对其供应的运动流体，以用于将所述至 少一种流体和所述运动流体输送到所述内部区域中；以及其中，从所述污染控制系统中供应所述烟道气。
10.根据权利要求2所述的炉系统，其特征在于，所述至少一种流体是烟道气。
11.根据权利要求1所述的炉系统，其特征在于，所述炉进行切向燃烧，以在存在氧气 的情况下燃烧燃料。
12.—种炉系统，包括燃烧容器，该燃烧容器具有出口端和延伸到由所述燃烧容器限定的内部区域中的至少 一个孔口 ；烟道管道，该烟道管道联接到所述出口端上，并且与所述内部区域处于流体连通；再循 环管道，该再循环管道从所述烟道管道延伸到所述至少一个孔口，并且在所述烟道管道和 所述内部区域之间提供流体连通；以及喷射器，该喷射器至少部分设置在所述再循环管道中，并且具有对其供应的氧气，以用 于将所述氧气和所述烟道气中的至少一些通过所述再循环管道输送到所述内部区域中。
13.根据权利要求12所述的炉系统，其特征在于，至少一个喷枪延伸通过所述至少一 个孔口，并且延伸到所述内部区域中，所述喷枪具有延伸通过其中的通道，以用于通过所述 喷枪将所述氧气的一部分输送到所述内部区域中。
14.根据权利要求12所述的炉系统，其特征在于，至少一个喷嘴延伸通过所述至少一 个孔口，并且延伸到所述内部区域中，所述喷嘴具有延伸通过其中的通道，以用于通过所述 喷嘴将所述氧气的一部分输送到所述内部区域中。
15.根据权利要求12所述的炉系统，其特征在于，所述炉系统还包括污染控制系统，该污染控制系统与所述烟道管道处于连通，以用于处理从所述内部区 域中排出的烟道气；空气预热器，该空气预热器与所述烟道管道处于流体连通；以及其中，所述再循环管道设置在所述污染控制系统和所述空气预热器中的至少一个的上游。
全文摘要
一种炉系统(10)，包括燃烧容器(12)，该燃烧容器(12)具有出口端(19)和延伸到由燃烧容器限定的内部区域(14)中的至少一个孔口(20，22)。炉系统(10)包括联接到出口端(19)上且与内部区域处于流体连通的烟道管道(42)。再循环管道(55)从烟道管道(42)延伸到孔口(20，22)中的一个或多个，并且在烟道管道(42)和内部区域(14)之间提供流体连通。
文档编号F23C9/00GK102077024SQ200980125058
公开日2011年5月25日 申请日期2009年6月25日 优先权日2008年6月25日
发明者A·A·勒瓦瑟, D·G·蒂勒克, S·G·康 申请人:阿尔斯托姆科技有限公司