用于燃烧发电厂的空气预热的方法和包含该方法的系统的制作方法

用于燃烧发电厂的空气预热的方法和包含该方法的系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于燃烧发电厂的空气预热的方法和包含该方法的系统。这里公开了一种用于在第一气流和第二气流之间传递热量的热交换器，这种热交换器包括：至少两个扇区，第一扇区操作来接收燃烧空气流，而第二扇区与第一扇区相对，且操作来接收还原器气流或氧化器气流；以及设置在第一扇区和第二扇区之间的加压层；其中加压层处于比燃烧空气流、还原器气流和氧化器气流更高的压力下。
【专利说明】用于燃烧发电厂的空气预热的方法和包含该方法的系统

【技术领域】
[0001]本公开涉及一种用于燃烧发电厂的空气预热的方法以及可在燃烧发电厂中实现空气预热的系统。本公开还涉及一种化学循环设施，其包括可在燃烧发电厂中实现空气预热的系统。
[0002]关于联邦政府资助的研发的声明
本发明的主题是在与美国能源部(DOE)签订的合同号为DE-FE0009484的研究合同下开发的。美国政府在本发明中具有某些权利。

【背景技术】
[0003]化学循环是最近发展的可用于发电厂的工艺，发电厂燃烧燃料，例如煤、生物物质和其它燃料。这种化学循环工艺可在现有的或新的发电厂中实现，并且在减小工厂规模、减少排放和提高工厂操作效率以及其它好处等方面提供了大有前景的改善。
[0004]图1描绘了化学循环系统2，其包括氧化器4和还原器6。在氧化器4中，固体载氧体例如硫化钙(CaS)或金属(表示为“Me”)被源自空气的氧气所氧化。例如，硫化钙在氧化器4中被氧化成硫酸钙。耗尽氧气的空气从氧化器中作为排气被释放出来，其主要包含氮气、少量的氧气以及其它气体种类。硫酸钙然后被输送至还原器6，在此处硫酸钙被还原成硫化钙，并释放氧气。被释放的氧气用于燃烧供给还原器6的燃料。还原器6中的燃料的燃烧主要产生二氧化碳、少量的水以及其它气体种类(排气)。被还原的硫化钙从还原器排出至氧化器4。
[0005]总之，化学循环系统利用高温工艺，从而使固体例如钙基化合物或金属基化合物在第一反应器和第二反应器之间“循环”，第一反应器被称为氧化器(或空气反应器)，并且第二反应器被称为还原器(或燃料反应器)。在氧化器中，来自喷射到氧化器中的空气中的氧气在氧化反应中被固体所捕获。捕获的氧气然后通过氧化的固体携带至还原器，以便用于例如煤等燃料的燃烧和/或气化。在还原器中的还原反应之后，不再具有捕获的氧气的固体返回至氧化器，以便被再次氧化。这种循环被重复。
[0006]在化学循环系统中，离开氧化器的气体主要包括氮气和少量氧气以及其它气体种类，并且离开还原器的气体主要包括二氧化碳以及少量水和其它气体种类。来自氧化器的排气在利用完其热能之后被排出到空气中。来自还原器的排气被发送至气体处理单元，以便用于进一步的净化，并且最后变成高纯度的二氧化碳。
[0007]因为用空气使氧化器流化，并且用再循环的高浓度二氧化碳使还原器流化，所以需要利用来自这两种排气流的回收热量预热空气。空气预热器用于利用从排气流所获得的热量而对供给氧化器的空气进行预热。
[0008]现今具有不同类型的空气预热器。板和管状类型的空气预热器在空气侧和气体侧之间没有泄漏，但大体由于其较低的热量回收率而用于较小的应用。旋转再生类型的空气预热器以其较高的热量回收率而广泛用于公用事业规模的发电厂。然而，在这种旋转再生型空气预热器中的泄漏是不可避免的。为了最大限度地减小泄漏需要特别的设计措施。
[0009]图2A和2B大体描绘了传统的空气预热器10，更具体地说，旋转再生型空气预热器10。空气预热器10具有转子12，其可旋转地安装在壳体14中。转子12包括分隔部16，其沿径向向外从转子柱18朝着转子12的外周边延伸。分隔部16限定了其之间的隔室20，其用于容纳热交换元件笼组件22。各个热交换笼组件22具有预定的有效的热传递面积(典型地大约几千平方英尺)的特别形成的热传递表面片材，其通常被称为热交换元件42。
[0010]在传统的旋转再生型空气预热器10中，烟道气流28和燃烧空气流34从其相应的相对侧进入转子12中，并且在基本相对的方向上穿过容纳在热交换元件笼组件22中的热交换元件42。更具体地说，冷空气入口 30和经冷却烟道气出口 26设置在热交换器的第一侧(大体被称为冷端44)，而热烟道气入口 24和经加热空气出口 32设置在空气预热器10的与第一侧相对的第二侧(大体被称为热端46)。扇形板36跨越壳体14而延伸至转子12的上部面和下部面附近。扇形板36将空气预热器10分成空气扇区38和烟道气扇区40。
[0011]图2A和2B中所示的箭头指示烟道气流28和燃烧空气流34穿过转子12的移动方向，以及转子12的旋转方向。如图2A和2B中所示，烟道气流28通过热烟道气入口 24进入，并将热量传递至热交换元件笼组件22中的热交换元件42，其位于安装在隔室20中，隔室定位在烟道气扇区40中。被来自烟道气流28所传递的热量加热的热交换元件笼组件22然后旋转至空气预热器10的空气扇区38。热量然后从热交换元件笼组件22传递至通过冷空气入口 30进入的燃烧空气流34。现在被冷却的烟道气流28通过经冷却烟道气出口26离开预热器10，而现在被加热的燃烧空气流34通过空气出口 32离开预热器10。
[0012]参照图2C，可看出转子12在尺寸上设置成装配在壳体14的内部。然而，内部空隙95由位于转子12和壳体14之间的空间而形成。由于在热烟道气入口 24和经加热空气出口 32之间的压差，空气扇区38中的燃烧空气流34的一部分(图2B)通过内部空隙95而穿送到空气预热器10的烟道气扇区40中(图2B)，从而使烟道气流28被空气污染。更具体地说，如图2D中所示，燃烧空气流34的一部分从空气扇区38沿着第一路径LGl流向烟道气扇区40。另外，烟道气流28的一部分绕过转子12，其通过内部空隙95沿着第二路径LG2从热烟道气入口 24直接流向经冷却烟道气出口 26，因而降低了空气预热器10的效率。类似地，燃烧空气气流34的其它部分绕过转子12，其通过内部空隙95沿着第三路径LG3从冷空气入口 30直接流向经加热空气出口 32，从而进一步降低了空气预热器10的效率。
[0013]燃烧空气流34沿着第一路径LGl从空气扇区38至烟道气扇区40的泄漏(大体被称为空气泄漏)造成发电厂排气流中的烟道气体积增加。结果，在空气预热器10下游的设备中的压降增加，从而增加了构件例如吸风(ID)风扇(未显示)中的辅助功率消耗。类似地，由于空气泄漏而增加的烟道气体积增加了对其它发电厂构件的尺寸和/或容量需求，例如湿的烟道气脱硫(WFGD)单元(未显示)或其它烟道气净化设备。结果，由于空气泄漏而极大地增加了与发电厂构造、操作和维护相关联的成本。
[0014]此外，在装备了用于捕获二氧化碳(CO2)的气体处理单元(未显示)的发电厂中，减少泄漏甚至更有好处。例如，当设计气体处理单元时，需要考虑空气泄漏。使气体处理单元尺寸过大以适应空气泄漏是昂贵的。另外，气体处理单元中的气体压缩机由于空气泄漏而需要压缩增加的气体流量,并且这进一步增加了辅助功率需求。
[0015]根据上述与传统空气预热器10相关联的问题，已经采取了步骤以尝试减少空气泄漏，例如通过在空气预热器10中利用一系列密封件，以便最大限度地减小燃烧空气流34从空气扇区38至烟道气扇区40的泄漏。例如，参照图3A，传统的空气预热器110包括安装在壳体114中的转子112。转子112包括转子柱118，并在尺寸上设置成装配在壳体114的内部中。在最大限度地减小空气泄漏的尝试中，提供了密封件220、222、224、226、228和230。密封件220、222、224、226、228和230从壳体114的内表面向内朝着转子112延伸，并定位在内部空隙195中的空间中，以便减少空气扇区38 (图2B)中的燃烧空气流34跨入到烟道气扇区40(图2B)中的烟道气流28中的数量。更具体地说，如图3A和3B中所示，密封件222和224限定了气室“A”，其通过热烟道气入口 124接收烟道气流28。类似地，密封件220和230限定了气室“B”，已经穿过转子112的烟道气流28通过经冷却烟道气出口 126而从气室“B”被排出。此外，密封件220和228限定了气室“C”，其通过冷空气入口 130接收燃烧空气流34，并且密封件222和226限定了气室“D”，已经穿过转子112的空气流34通过经加热空气出口 132而从气室“D”被排出。密封件220和222还限定了气室“E”，而密封件224和226限定了气室“F”。具有设置在其之间的转子柱118的密封件228和230还形成了气室“G”，如图3A和3B中所示。
[0016]因而，在减少空气泄漏的努力中，传统空气预热器110包括密封件220、222、224、226、228和230。在其已经从冷状态加热至热状态之后，空气加热器泄漏大部分是由于转子的偏转而引起的。转子的热端比其冷端沿轴向偏转更多，因此，密封件之间的间隙是不同的，从而增加分别通过气室“F”和/或“G”而例如分别从气室“D”和/或“C”至气室“A”和/或“B”的泄漏。现在将参照图3D和3E进一步详细地描述例如沿着第一路径LGl (图3C)的空气泄漏。
[0017]图3D是传统三扇区再生型空气预热器310的俯视平面图。在三扇区再生型空气预热器310中，提供了密封件332、334和336，并将空气预热器310的内部划分成三个气室360、362和364。具体地说，气室360是主空气(PA)气室360，并且大体具有三个气室360、362和364中的最高压力水平。气室362是二次空气(SA)气室362，并且大体具有三个气室360、362和364中的第二高的压力水平，而气室364是烟道气(FG)气室364，并具有三个气室360、362和364中的最低的压力水平。因而，PA气室360中的压力大于SA气室362和FG气室364中的压力，而SA气室362中的压力大于FG气室364中的压力，但小于PA气室360中的压力，并且FG气室364中的压力小于PA气室360和SA气室362中的压力。
[0018]图3E是传统四扇区再生型空气预热器410的俯视平面图。在四扇区再生型空气预热器410中，提供了密封件432、434、434和435，并将空气预热器410的内部划分成四个气室460、462、463和464。气室460是PA气室460，并且大体具有四个气室460、462、463和464中的最高压力水平。气室462和463是SA气室462、463，其具有相等的压力(和大体四个气室460、462、463和464中的第二高的压力水平)，而气室464是FG气室464，并具有四个气室460、462、463和464中的最低压力水平。
[0019]在图3D和3E中，虚箭头(标识为“流”)描绘气体从较高压力下的气室进入相对较低压力下的气室中的流动。具体地说，在传统三扇区再生型空气预热器310中，发生从SA气室360和SA气室362进入FG气室364中的空气泄漏，如图3D中所示。类似地，在传统四扇区再生型空气预热器410中，发生从SA气室462和463两者进入FG气室464中的空气泄漏，如图3E中所示。总之，前述预热器包括四个扇区(气室)，其中烟道气流过最大的扇区，而主空气和二次空气穿过三个其它较小的扇区。
[0020]不管密封件的使用如何，在传统空气预热器中仍然会发生空气泄漏，尽管增加了设计用于防止空气泄漏的密封件。因此，需要开发一种空气预热器，其极大地减少和/或有效地最大限度地减小了空气泄漏。


【发明内容】

[0021]这里公开了一种用于在第一气流和第二气流之间传递热量的热交换器，这种热交换器包括壳体，其具有用于接收第一气流的第一入口气室、用于排出第一气流的第一出口气室、用于接收第二气流的第二入口气室，以及用于排出第二气流的第二出口气室；其中第一气流包括燃烧空气流；并且其中第二气流包括还原器气流和氧化器气流；设置在壳体中的转子；设置在转子中的热交换元件；热交换器包括至少两个扇区；第一扇区操作来接收燃烧空气流；并且第二扇区与第一扇区相对，并操作来接收还原器气流、氧化器气流或氧化器气流和还原器气流两者，以及设置在第一扇区和第二扇区之间的加压层；其中加压层处于比燃烧空气流、还原器气流和氧化器气流更高的压力下。
[0022]这里还公开了一种方法，其用于减少穿过热交换器的第一气流和第二气流之间的气体泄漏，所述方法包括提供一种热交换器，这种热交换器包括壳体，其具有用于接收第一气流的第一入口气室、用于排出第一气流的第一出口气室、用于接收第二气流的第二入口气室，以及用于排出第二气流的第二出口气室；其中第一气流包括燃烧空气流；并且其中第二气流包括还原器气流和氧化器气流；设置在壳体中的转子；设置在转子中的热交换元件；热交换器包括至少两个扇区:第一扇区操作来接收燃烧空气流；而第二扇区与第一扇区相对，并操作来接收还原器气流、氧化器气流或氧化器气流和还原器气流两者，以及设置在第一扇区和第二扇区之间的加压层；其中加压层处于比燃烧空气流、还原器气流和氧化器气流更高的压力下；利用源自还原器气流和/或氧化器气流的热量加热热交换器的一部分；并且利用该热交换器的从还原器气流和/或氧化器气流获取热量的部分加热燃烧空气流。
[0023]这里还公开了一种用于在第一气流和第二气流之间传递热量的热交换器，这种热交换器包括壳体，其具有用于接收第一气流的第一入口气室、用于排出第一气流的第一出口气室、用于接收第二气流的第二入口气室，以及用于排出第二气流的第二出口气室；其中第一气流包括燃烧空气流；并且其中第二气流包括还原器气流和氧化器气流；设置在壳体中的转子；设置在转子中的热交换元件；热交换器包括至少两个扇区:第一扇区操作来接收燃烧空气流；并且第二扇区与第一扇区相对，并操作来接收还原器气流、氧化器气流或氧化器气流和还原器气流两者，并且其中燃烧空气流的压力大于氧化器气流的压力。
[0024]这里还公开了一种方法，其用于减少穿过热交换器的第一气流和第二气流之间的气体泄漏，所述方法包括提供一种热交换器，这种热交换器包括壳体，其具有用于接收第一气流的第一入口气室、用于排出第一气流的第一出口气室、用于接收第二气流的第二入口气室，以及用于排出第二气流的第二出口气室；其中第一气流包括燃烧空气流；并且其中第二气流包括还原器气流和氧化器气流；设置在壳体中的转子；设置在转子中的热交换元件；热交换器包括至少两个扇区:第一扇区操作来接收燃烧空气流；并且第二扇区与第一扇区相对，并操作来接收还原器气流、氧化器气流或氧化器气流和还原器气流两者，并且燃烧空气流的压力大于氧化器气流的压力；利用源自还原器气流和/或氧化器气流的热量加热热交换器的一部分；并且利用该热交换器的从还原器气流和/或氧化器气流获取热量的部分加热燃烧空气流。
[0025]这里还公开了化学循环系统，其包含这里公开的热交换器。

【专利附图】

【附图说明】
[0026]图1描绘了一种化学循环系统，其包括氧化器和还原器；
图2A描绘了一种传统再生型空气预热器；
图2B描绘了传统再生型空气预热器的另一视图；
图2C描绘了转子，其在尺寸上设置成装配在壳体中；
图2D描绘了预热器中的泄漏路径；
图3A描绘了在空气预热器中通过利用密封件来最大限度地减小泄漏而形成的气室；图3B是在空气预热器中通过利用密封件来最大限度地减小泄漏而形成的气室的另一图示；
图3C描绘了一种减少空气预热器中的泄漏的方法；
图3D和3E描绘了用于减少图3C的空气预热器中的泄漏的气室；
图4A描绘了所公开的再生型空气预热器；
图4B描绘了传统再生型空气预热器的另一视图；
图5描绘了空气预热器的一个实施例，其包括用于将热量从空气预热器的气体侧传递至空气侧的4个扇区；
图6描绘了空气预热器中的加压层的一个实施例，其减少了从空气预热器的空气侧至气体侧的泄漏；
图7描绘了空气预热器中的加压层的另一实施例，其减少了从空气预热器的空气侧至气体侧的泄漏；
图8描绘了空气预热器中的加压层的一个实施例，其减少了从空气预热器的空气侧至气体侧的泄漏；且
图9描绘了一种化学循环发电厂，其包括这里详细描述的空气预热器。

【具体实施方式】
[0027]这里公开的是一种包括两个或多个扇区的预热器，其中流向氧化器(从中获得氧气以氧化金属或硫化钙)的需要预热的空气穿过空气扇区，而氧化器排气和还原器排气穿过气体扇区。在一个实施例中，预热器包括三个或多个扇区，尤其至少四个扇区(即，四扇区预热器)，其中有待加热的空气通过最大的扇区进行输送，而三个较小的扇区用于输送穿过它们的热的排气。这三个扇区的其中二个扇区用于输送来自氧化器热的排气，而剩余扇区用于输送来自还原器的热的排气。预热器的包含输送热的排气(也被称为烟道气)的扇区的那侧被称为“气体侧”，而预热器的包含将空气输送至氧化器的扇区的那侧被称为预热器的“空气侧”。在燃烧之后从氧化器发出的烟道气流被称为氧化器气流，并且在燃烧之后从还原器发出的烟道气流被称为还原器气流。
[0028]在一个实施例中，输送氧化器排气的两个扇区设置在扇区的输送还原器排气的相对侧。如果这些扇区中的气体压力经过仔细设计，即，还原器气体扇区中的压力不大于氧化器气体扇区中的压力，那么这种布置可最大限度地减小从输送还原器排气的扇区至输送氧化器排气的扇区的二氧化碳泄漏的可能性。这最大限度地减小了排出至大气的二氧化碳的可能性，因为氧化器排气主要包括氮气和氧气(见图1)。由于这种布置，可能发生进入氧化器排气流中的空气污染，但这不会引起问题。
[0029]图4A和4B大体描绘了一种旋转再生型空气预热器1000。空气预热器1000具有转子1002，其可旋转地安装在壳体1004中。转子1002包括分隔部1006，其径向向外从转子柱1008朝着转子1002的外周边延伸。分隔部1006在其之间限定了隔室1020，其用于容纳热交换元件笼组件1022。各个热交换笼组件1022具有预定的有效的热传递面积(典型地大约几千平方英尺)的特别形成的热传递表面片材，其大体被称为热交换元件1042。
[0030]在旋转再生型空气预热器1000中，烟道气流1028(包括来自氧化器和还原器的排气，这里分别如图4A中流1028A和1028B中所示)和燃烧空气流1034从其相应的相对侧进入转子1002，并且以基本相对的方向穿过热交换元件1042，热交换元件1042容纳在热交换元件笼组件1022中。更具体地说，冷空气入口 1030和经冷却烟道气出口 1026设置在热交换器的第一侧(大体被称为冷端1044)，而热烟道气入口 1024和经加热空气出口 1032设置在空气预热器1000的与第一侧相对的第二侧(大体被称为热端1046)。扇形板1036跨越壳体1004而延伸至转子1002的上部面和下部面附近。扇形板1036将空气预热器1000划分成空气扇区1038和烟道气扇区1040。
[0031]图4A和4B中所示的箭头指示烟道气流1028和燃烧空气流1034穿过转子1002的移动方向，以及转子1002的旋转方向。如图4A和4B中所示，烟道气流1028A(来自氧化器-这里也被称为氧化器气流)和1028B (来自还原器-这里也被称为还原器气流)通过热烟道气入口 1024进入，并将热量传递给热交换元件笼组件1022中的热交换元件1042，热交换元件1042安装在定位于烟道气扇区1040中的隔室1020中。被来自烟道气流1028所传递的热量加热的热交换元件笼组件1022然后旋转至空气预热器1000的空气扇区1038。热量然后从热交换元件笼组件1022传递至通过冷空气入口 1030进入的燃烧空气流1034。现在被冷却的烟道气流1028通过经冷却烟道气出口 1026离开预热器1000，而现在被加热的燃烧空气流1034通过空气出口 1032离开预热器1000。
[0032]如之前详述，在预热器中可能发生排气(从氧化器和还原器发出的)和氧化器中的空气(用于氧化金属和/或硫化钙)之间的相互混合。设置在相应的扇区之间的密封件可用于最大限度地减小相互混合。
[0033]图5描绘了被划分成四个扇区的预热器1000的俯视图。图5(结合图4A和4B)描绘了一个实施例，其中预热器1000被划分成四个扇区，第一扇区2002用于通过预热器1000将空气(即，燃烧空气流1034)输送至氧化器，第二扇区2004和第四扇区2008用于输送来自氧化器的排气(以下称为氧化器气流)，并且第三扇区2006用于输送来自还原器的排气(以下称为还原器气流)。输送还原器气流1028B的第四扇区2006位于两个扇区2004和2008之间，这两个扇区输送氧化器气流1028A。图5中的箭头(如粗线所示)描绘了泄漏的方向，其是由于压差而造成的，并且发生在扇区2002、2004、2006和2008之间。相应扇区中的压力经过选择，使得来自第一扇区2002的任何泄漏分别发生在朝着第二扇区2004和第四扇区2008的方向上。来自第二扇区2004和第四扇区2008的泄漏发生在朝着扇区2006的方向上。
[0034]燃烧空气流1034 (见图4A)进入预热器1000的第一扇区2002中。扇区2002中的燃烧空气流1034的压力P1高于扇区2004和2008中的氧化器气流1028A的压力P2。压力P1还高于扇区2006中的还原器气流1028B的压力P3。扇区2006的中的还原器气流1028B的压力P3不大于扇区2004和2008中的氧化器气流1028A的压力P2。换句话说，压力P1大于压力P2，P2则不小于压力P3。在一个实施例中，P2可大于或等于大约P3。
[0035]比烟道气流的压力(即，氧化器气流或还原器气流的压力)更高的燃烧空气流压力的使用防止了存在于还原器流中的二氧化碳污染燃烧空气流。从燃烧空气至氧化器气流以及至还原器气流的泄漏得到了最大限度地减小。氧化器气流1028A和还原器气流1028B由于来自燃烧空气流1034的空气所引起的污染不会对化学循环系统或对预热器发出的排气流造成破坏。通过选择P2大于或等于P3,发生在扇区之间的任何压差驱动的泄漏位于从氧化器气流1028A朝着还原器气流1028B的方向上。
[0036]如之前已经详细描述的那样，在相应的笼组件1022被氧化器气流1028A和还原器气流1028B加热时，笼将旋转至空气预热器1000的空气扇区1038。然后热量从热交换元件笼组件1022传递至通过冷空气入口 1030进入的燃烧空气流1034中，这造成燃烧空气流1034在进入氧化器(未显示)之前被预热。
[0037]在一个实施例(未显示)中，还原器气流1028B可通过流动阻力(或节流)装置进行输送，流动阻力(或节流)装置调节还原器气流的压力，使其在操作期间始终小于氧化器气流的压力。由氧化器和还原器气流之间的压差信号控制的闸门是这种节流装置的一个示例。
[0038]在如图6所示的一个实施例中，预热器1000可包括加压层2012，其设置在扇区2002和扇区2004、2006和2008之间。在一个实施例中，来自空气预热器的入口侧(1028A)或出口侧(未显示)的氧化器气流1028A可在压力P4下被加压并排出至加压层2012中，压力P4大于第一扇区2002中所使用的压力在图6中由实线箭头描绘了扇区之间压差驱动的泄漏。通过利用大于压力P1的压力P4,氧化器气流从加压层2012泄漏到扇区2002中(通过该扇区输送燃烧空气流)。氧化器气流还从加压层2012泄漏到扇区2004和2008中，通过扇区2004和2008输送氧化器气流。还发生从扇区2004和2008至输送还原器气流的扇区2006中的泄漏。设置在输送燃烧空气流的扇区和输送氧化器气流及还原器气流的扇区之间的加压层的使用防止了燃烧空气流漏泄到氧化器气流或还原器气流中。
[0039]在一个实施例中，来自气体处理单元(GPU)的排出气体可用于供给加压层。气体处理单元用于净化还原器气体，并将净化的二氧化碳压缩至符合产品品质要求的压力。少量未净化的气体被排放至大气，其包含空气排放标准所容许的二氧化碳以及其它排放物。这种气体被称为排出气体。图7和图8描绘了实施例，其中所有或一部分来自气体处理单元(未显示)的排出气体被输送至加压层2012，从而防止从空气预热器的空气侧至预热器的气体侧的泄漏。除了来自气体处理单元的排出气体被引导至可选的增压风扇2014和可选的加热器2016，从而在将排出气体输送至空气-预热器的加压层2012之前加热排出气体之外，图7描绘了与图6相似的空气预热器1000。图7的空气预热器具有4个扇区，其功能之前参照图6进行了描述，并将不再次重复。
[0040]排出气体是被允许的发电厂的排放物。虽然用于对加压层2012进行加压的排出气体最后通过燃烧空气流和然后还原器气流而发送至大气，但是这不会增加发电厂的总排放物。
[0041]图8描绘了一种两扇区空气预热器1000，其包括与扇区2006(其输送还原器气流)相对设置的扇区2002 (其输送燃烧空气流)。被来自GPU的排出气体加压的加压层2012设置在扇区2002和扇区2006之间。加压层2012中的排出气体处于比燃烧空气流压力或还原器气流压力更高的压力下，并从而防止从空气扇区2002至还原器气流扇区2006的泄漏。从加压层2012至扇区2002和扇区2006中发生压差驱动的泄漏，如图8中的粗线箭头所示。在图8中，来自气体处理单元的排出气体被引导至可选的增压风扇2014和可选的加热器2016，以便在将排出气体输送至空气-预热器的加压层2012之前加热排出气体。
[0042]在一个实施例中，在上面详细描述的利用空气预热器1000的一种方法中，系统可包括一个或多个上面详细描述的空气预热器。在一个实施例中，系统可利用一个或多个预热器，尤其两个或多个预热器。图9描绘了包括两个预热器以预热空气的系统，空气供给氧化器以支持燃烧。在图9中，系统3000包括与氧化器3004保持流体连通的还原器3002。硫化钙在氧化器3004中被氧化，以形成硫酸钙，然后硫酸钙输送至还原器3002，在此处硫酸钙还原成硫化钙。来自还原器3002的硫化钙通过还原器底部出口 3014而进料至氧化器3004。存在用于在还原器3002和氧化器3004之间来回输送硫化钙和硫酸钙的输送设施，但在图9中未详细显示。煤被进料至还原器3002，在此处，煤利用从硫酸钙释放出的氧气进行燃烧。
[0043]来自还原器3002和氧化器3004的烟道气分别单独地排出至颗粒分离器3006和3008，从中分离的任何颗粒被重新送回相应的反应器(即，还原器或氧化器)。来自分离器3006(主要是二氧化碳)和3008(主要是氮气)的气体被分别排出至相应的回传热交换器3022和3020。在热交换器3020和3022中产生了蒸汽，蒸汽用于蒸汽循环3038。相应的烟道气然后被排出至空气预热器3024和3026，在此处它们用于加热空气，然后空气排出至氧化器3004。在硫和颗粒去除系统3028和3030中从相应的烟道气中分别除去硫和其它颗粒之后，它们被排出至烟? 3036，以便排出至大气。来自氧化器的二氧化碳烟道气在从烟囱3036排出之前经历了两个附加步骤。在排出至烟? 3036之前，来自空气加热器3028的二氧化碳被排出至烟道气冷凝器3032，然后被排出至气体处理单元3034。虽然这里未显示，来自氧化器和/或还原器的烟道气可被分成两个流，每个流均可输送至空气预热器3024和3026。
[0044]在一个实施例中，空气预热器3024和3026可均为两扇区空气预热器(见图8)，或者可均为四扇区预热器(见图7)。在一个实施例中，其中一个空气预热器可以是两扇区空气预热器，而其中一个空气预热器可以是四扇区空气预热器。在一个典型的实施例中，两个空气预热器均是两扇区空气预热器。
[0045]现在再次参照图9，当两个预热器3024和3026均是两扇区预热器时(见图8)，空气通过空气入口而被进料至两个扇区。在预热器3024中，还原器气流被进料至空气预热器的气体侧，而来自GPU的排出气体通过管线4002进料至加压层。在预热器3026中，氧化器气流被进料至空气预热器的气体侧。排出气体防止了从预热器的空气侧至预热器的气体侧的泄漏。通过这种方式，在化学循环系统中可使用两个两扇区空气预热器，以利用来自还原器或氧化器的烟道气而预热空气。
[0046]再次参照图9，可以这样一种方式使用这两个预热器3024和3026，即一个预热器具有两个扇区，而另一预热器具有三个扇区。在这个实施例中，从热交换器3022发出的还原器气流被分成两个流4004和4006。一个流4006被进料至空气预热器3024，其是两扇区空气预热器。另一流4004被进料至其它预热器3026。预热器3026是四扇区预热器(见图7)，其中氧化器气流被进料至扇区2004和2008，而还原器气流4004被进料至扇区2006。如图9中所示，有待加热的空气被进料至空气预热器3024和3026。燃烧空气流被进料至相应的空气预热器的空气侧，而还原器气流和氧化器气流被进料至与气体预热器的空气侧相对的扇区(即，它们被进料至气体侧)。来自GPU的排出气体通过管线4002而被进料至加压层。排出气体防止了从预热器的空气侧至预热器的气体侧的泄漏。因而如图所示，两扇区预热器可结合四扇区预热器协同使用，以加热用于氧化器的空气。
[0047]这里详细描述的空气预热器的使用具有许多优点。从预热器的气体侧至空气侧的泄漏可被最大限度地减小。从还原器气至氧化器气流和燃烧空气流的二氧化碳泄漏也可被最大限度地减小。类似地还可最大限度地减小从预热器的空气侧至气体侧的泄漏。
[0048]将理解的是，虽然用语“第一”、“第二”、“第三”等可在本文用来描述各种元件、构件、区域、层和/或区段，但是这些元件、构件、区域、层和/或区段应当不受这些用语限制。这些用语仅用于使一个元件、构件、区域、层或区段与另一个元件、构件、区域、层或区段区分开。因而，下面论述“第一元件”、“第一构件”、“第一区域”、“第一层”或“第一区段”可称为第二元件、第二构件、第二区域、第二层或第二区段，而不脱离本文的教导。
[0049]本文所用的用语仅是为了描述特定实施例，并且不意图为限制性的。如本文所用，单数形式如“一个”、“一种”和“该”意图也包括复数形式，除非上下文清楚地另有说明。将进一步理解，当在本说明书中使用时，用语“包括”和/或“包含”指定了存在所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或构件，但是不排除存在或增加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、构件和/或它们的组合。
[0050]此外，诸如“下部”或“底部”和“上部”或“顶部”的相对用语可在本文用来描述一个元件相对于其它元件的关系，如图中示出的那样。将理解，除了图中描述的定向，相对用语意图包含装置的不同的定向。例如，如果一个图中的装置倒转，则描述成在其它元件的“下”侧的元件则将定向在其它元件的“上”侧。示例性用语“下部”可因此包含“下部”和“上部”的定向两者，这取决于图的具体定向。类似地，如果一个图中的装置倒转，描述为在其它元件的“下面”或“下方”的元件则将定向在其它元件的“上方”。示例性用语“下面”或“下方”因此可包含上方和下方的定向。
[0051]除非以别的方式限定，本文使用的所有用语(包括技术和科学用语)具有与本公开所述领域的普通技术人员普遍理解的相同的含义。将进一步理解，诸如普遍使用的词典中限定的那些的用语应当解释为具有与它们在相关领域和本公开的上下文中的含义相一致的含义，并且将不以理想化或过度正式的方式来解释，除非本文明确地这样限定。
[0052]本文参照横截面图描述示例性实施例,示例性实施例是理想化实施例的示意图。因而，预期例如制造技术和/或公差会产生相对于图示的形状的偏差。因而，本文描述的实施例不应当解释为限于本文示出的区域的特定形状，而是包括例如制造产生的形状偏差。例如，示出或描述为平坦的区域可典型地具有粗糙和/或非线性特征。此外，示出的锐角可为圆形的。因而，图中示出的区域本质上是示意性的，并且它们的形状不意图示出区域的精确形状，并且不意图限制本权利要求书的范围。
[0053]本文使用的用语“和/或”表示“和”以及“或”两者。例如，“A和/或B”解释为表示A、B或A和B。过渡用语“包括”包括过渡用语“基本由…构成”和“由…构成”且可与
“包含”互换。
[0054]虽然参照优选实施例对本发明进行了描述，但本领域技术人员将理解，可在不偏离本发明的范围的情况下做出各种修改，而且等效物可代替本发明的元件。另外，可在不偏离本发明的实质范围的情况下作出许多改良，以使具体情况或内容适于本公开的教导。因此，意图的是本发明不限于被公开为为了执行本发明而构想的最佳模式的特定实施例，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】
1.一种用于在第一气流和第二气流之间传递热量的热交换器，所述热交换器包括: 壳体，其具有用于接收所述第一气流的第一入口气室、用于排出所述第一气流的第一出口气室、用于接收所述第二气流的第二入口气室，以及用于排出所述第二气流的第二出口气室；其中所述第一气流包括燃烧空气流；并且其中所述第二气流包括还原器气流和氧化器气流； 设置在所述壳体中的转子； 设置在所述转子中的热交换元件； 所述热交换器包括至少两个扇区:第一扇区和第二扇区，所述第一扇区操作来接收燃烧空气流，所述第二扇区与所述第一扇区相对，并且操作来接收还原器气流、氧化器气流或所述还原器气流和所述氧化器气流两者；以及 设置在所述第一扇区和所述第二扇区之间的加压层；其中所述加压层处于比所述燃烧空气流、所述还原器气流和所述氧化器气流更高的压力下。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述加压层操作来接收来自气体处理单元的排出气体、来自氧化器单元的氧化器气流或所述排出气体和所述氧化器气流两者。
3.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述转子围绕转子柱而旋转。
4.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述热交换器是再生型空气预热器。
5.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述第二扇区被分成三个扇区，其中两个扇区操作来接收氧化器气流，并且其中一个扇区操作来接收还原器气流。
6.根据权利要求5所述的热交换器，其特征在于，所述操作来接收还原器气流的一个扇区被所述操作来接收氧化器气流的两个扇区包围。
7.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述加压层包括加压的氧化器气流，其处于比所述第二扇区中所接收的氧化器气流更高的压力下。
8.一种用于减少穿过热交换器的第一气流和第二气流之间的泄漏的方法；所述方法包括: 提供热交换器，其包括: ，其具有用于接收所述第一气流的第一入口气室、用于排出所述第一气流的第一出口气室、用于接收所述第二气流的第二入口气室，以及用于排出所述第二气流的第二出口气室；其中所述第一气流包括燃烧空气流；并且其中所述第二气流包括还原器气流和氧化器气流； 设置在所述壳体中的转子； 设置在所述转子中的热交换元件； 所述热交换器包括至少两个扇区:第一扇区和第二扇区，所述第一扇区操作来接收燃烧空气流，所述第二扇区与所述第一扇区相对，并且操作来接收还原器气流、氧化器气流或还原器气流和氧化器气流两者；以及 设置在所述第一扇区和所述第二扇区之间的加压层；其中所述加压层处于比所述燃烧空气流、所述还原器气流和所述氧化器气流更高的压力下； 利用从所述还原器气流和/或所述氧化器气流获取的热量加热所述热交换器的一部分；以及利用所述热交换器的从所述还原器气流和/或所述氧化器气流获取热量的部分加热所述燃烧空气流。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括使所述热交换元件围绕转子柱而旋转。
10.一种用于在第一气流和第二气流之间传递热量的热交换器，所述热交换器包括: 壳体，其具有用于接收所述第一气流的第一入口气室、用于排出所述第一气流的第一出口气室、用于接收所述第二气流的第二入口气室，以及用于排出所述第二气流的第二出口气室；其中所述第一气流包括燃烧空气流；并且其中所述第二气流包括还原器气流和氧化器气流； 设置在所述壳体中的转子； 设置在所述转子中的热交换元件； 所述热交换器包括至少两个扇区:第一扇区和第二扇区，所述第一扇区操作来接收燃烧空气流，所述第二扇区与所述第一扇区相对，并且操作来接收还原器气流、氧化器气流或还原器气流和氧化器气流两者；并且其中所述燃烧空气流的压力大于所述氧化器气流的压力。
11.根据权利要求10所述的热交换器，其特征在于，所述氧化器气流的压力大于所述还原器气流的压力。
12.根据权利要求10所述的热交换器，其特征在于，所述转子围绕转子柱而旋转。
13.根据权利要求10所述的热交换器，其特征在于，所述第二扇区被分成三个扇区，其中两个扇区操作来接收氧化器气流，并且其中一个扇区操作来接收还原器气流。
14.根据权利要求13所述的热交换器，其特征在于，所述操作来接收还原器气流的一个扇区被所述操作来接收氧化器气流的两个扇区包围。
15.一种用于减少穿过热交换器的第一气流和第二气流之间的泄漏的方法；所述方法包括: 提供热交换器，其包括: 壳体，其具有用于接收所述第一气流的第一入口气室、于排出所述第一气流的第一出口气室、用于接收所述第二气流的第二入口气室，以及用于排出所述第二气流的第二出口气室；其中所述第一气流包括燃烧空气流；并且其中所述第二气流包括还原器气流和氧化器气流； 设置在所述壳体中的转子； 设置在所述转子中的热交换元件； 所述热交换器包括至少两个扇区:第一扇区和第二扇区，所述第一扇区操作来接收燃烧空气流；所述第二扇区与所述第一扇区相对，并且操作来接收还原器气流、氧化器气流或还原器气流和氧化器气流两者；并且所述燃烧空气流的压力大于所述氧化器气流的压力；利用从所述还原器气流和/或所述氧化器气流获取的热量加热所述热交换器的一部分；以及利用所述热交换器的从所述还原器气流和/或所述氧化器气流获取热量的部分加热所述燃烧空气流。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述氧化器气流的压力大于所述还原器气流的压力。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括使所述热交换元件围绕转子柱而旋转。
18.—种化学循环系统，包括根据权利要求1所述的热交换器。
19.根据权利要求18所述的化学循环系统，其特征在于，包括多个两扇区空气预热器、多个四扇区预热器、或者两扇区空气预热器和四扇区预热器的组合。
20.一种化学循环系统，包括根据权利要求10所述的热交换器。
21.根据权利要求20所述的化学循环系统，其特征在于，包括多个两扇区空气预热器、多个四扇区预热器、或者两扇区空气预热器和四扇区预热器的组合。
【文档编号】B01J19/00GK104236356SQ201410278353
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年6月20日 优先权日:2013年6月21日
【发明者】张 W. 申请人:阿尔斯通技术有限公司