專利名稱：帶有內(nèi)部煙道氣再循環(huán)的爐系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明大體涉及燃燒化石燃料的爐系統(tǒng)(furmace system)，并且更具體而言，涉 及具有內(nèi)部煙道氣再循環(huán)系統(tǒng)的燃料增氧(oxyfuel)燃燒的爐系統(tǒng)。蒸汽發(fā)生器(也稱為鍋爐或爐子)用于各種系統(tǒng)中。例如，鍋爐可用來產(chǎn)生蒸汽， 以用于在發(fā)電渦輪中使用，以及用于在化學過程中使用，以用于提供能量來啟動化學反應。 在鍋爐中采用的燃燒過程通常使用化石燃料，例如煤或石油。大體上，在燃燒過程期間，會 產(chǎn)生污染物，例如未燃燒的燃料、顆粒、灰、NOx及其它燃燒副產(chǎn)物。如果被允許進入大氣達 足夠的量，則這些污染物可不利地影響環(huán)境，并且對人類和動物造成健康危險。發(fā)明概述根據(jù)本文所示的方面，提供了一種包括燃燒容器的爐系統(tǒng)。煙道管道聯(lián)接到燃燒 容器的出口端上，并且與由燃燒容器限定的內(nèi)部區(qū)域處于流體連通。再循環(huán)管道同樣形成 爐系統(tǒng)的一部分，并且從煙道管道向外延伸，并且在煙道管道和燃燒容器的內(nèi)部區(qū)域之間 提供流體連通。根據(jù)本文公開的其它方面，輸送裝置至少部分設置在再循環(huán)管道中，以用于響應 于從控制器發(fā)出的命令，有助于一種或多種流體通過再循環(huán)管道流到燃燒容器的內(nèi)部區(qū)域 中。輸送裝置可包括噴射器，以用于將諸如但不限于氧氣、蒸汽、煙道氣或它們的組合的流 體輸送到由燃燒容器限定的內(nèi)部區(qū)域中。以下附圖和詳細描述對上述和其它特征進行了說明。附圖詳述現(xiàn)在參看附圖，附圖是示例性實施例，并且在附圖中，對類似的元件進行類似的編 號

圖1示意性地示出了根據(jù)本公開的爐系統(tǒng)；圖2示意性地示出了帶有噴射器(eductor)型輸送裝置的圖1的爐系統(tǒng)。圖3示意性地示出了圖1的爐系統(tǒng)的一部分，并且顯示了風扇型輸送裝置；以及圖4是圖1的爐系統(tǒng)的截面圖，其顯示了切向燃燒(tangential firing)構造。優(yōu)詵實施例的詳細描述如圖1中所示，大體由參考標號10指示的爐系統(tǒng)包括限定內(nèi)部區(qū)域14的燃燒容 器12。燃燒容器12還限定在其端部16的下部分處的儲料器(hopper) 18。與儲料器18大 體相對，燃燒容器12限定導管19，該導管19在操作期間將煙道氣re輸送出燃燒容器。在 所示實施例中，燃燒容器12還限定分別通向內(nèi)部區(qū)域14的第一孔口 20和第二孔口 22。
仍然參照圖1，歧管M或風箱聯(lián)接到燃燒容器12上，并且與內(nèi)部區(qū)域14處于流 體連通。歧管M具有面向內(nèi)部的開口沈和兩個面向外部的開口 28和30。在所示實施例 中，歧管M包繞在燃燒容器12的一部分的周圍。另外，在面向內(nèi)部的開口沈的附近的歧 管M的一部分密封性地接合燃燒容器12的外表面32的一部分。歧管M的部分分別定位 在第一孔口 20和第二孔口 22中的至少一個之上，從而使得由歧管限定的內(nèi)部區(qū)域34與燃 燒容器12的內(nèi)部區(qū)域14處于流體連通。燃燒容器12的內(nèi)部區(qū)域14還與煙道管道42處于流體連通，以有利于煙道氣TO 流過其中。類似地，煙道管道44與煙道管道42以及與第二儲料器區(qū)段46處于流體連通。 第一熱交換器(例如節(jié)約器45)定位在煙道管道44中，并且與煙道管道44處于流體連通。 在操作期間，節(jié)約器45冷卻流過其中的煙道氣re。第二熱交換器50(例如空氣預熱器)定 位在煙道管道44的下游，并且在所示實施例中通過管道48與煙道管道44處于流體連通。 第二導管52在煙道管道44和歧管M之間延伸，并且與煙道管道44和歧管M處于流體連 通。第二導管52在節(jié)約器45的出口 47的下游自煙道管道44延伸。雖然節(jié)約器45被描述成是冷卻煙道氣re的一個潛在的機構，但是可采用其它熱 交換器機構，例如但不限于，超臨界蒸汽屏(ultra critical steam panel)、蒸汽加熱機 構、蒸汽產(chǎn)生機構及它們的組合，而不脫離本文公開的更寬泛的方面。 第二導管52和歧管M協(xié)作以限定再循環(huán)管道55，該再循環(huán)管道55在煙道管道44 和燃燒容器12的內(nèi)部區(qū)域14之間提供流體連通。第二導管52可在爐系統(tǒng)10的初始建造 期間安裝，或在初始建造之后在翻新操作期間安裝。爐系統(tǒng)10還包括污染控制系統(tǒng)54，該 污染控制系統(tǒng)M與第二熱交換器50處于流體連通，并且定位在第二熱交換器50的下游。圖2的爐系統(tǒng)類似于圖1中所示的爐系統(tǒng)，因此相似的元件分配有相似的標號，在 前面加上數(shù)字1。因此，大體由參考標號110指示的爐系統(tǒng)包括限定內(nèi)部區(qū)域114的燃燒 容器112。燃燒容器112限定分別通向內(nèi)部區(qū)域114的第一孔口 120和第二孔口 122。歧 管IM或風箱聯(lián)接到燃燒容器112上，并且與內(nèi)部區(qū)域114處于流體連通。歧管IM分別 定位在第一孔口 120和第二孔口 122中的至少一個之上，從而使得由歧管限定的內(nèi)部區(qū)域 134與燃燒容器112的內(nèi)部區(qū)域114處于流體連通。燃燒容器112的內(nèi)部區(qū)域114與煙道管道142處于流體連通，以有利于煙道氣TO 流過其中。類似地，煙道管道144與煙道管道142處于流體連通。第一熱交換器(例如節(jié) 約器14 定位在煙道管道144中，并且與煙道管道144處于流體連通。第二導管152在煙 道管道144和歧管124之間延伸，并且與煙道管道144和歧管IM處于流體連通。第二導 管152在節(jié)約器145的出口 147的下游自煙道管道144延伸。第二熱交換器150 (例如空 氣預熱器)定位在煙道管道144的下游，并且在所示實施例中通過管道148與煙道管道144 處于流體連通。第二導管152和歧管IM協(xié)作以限定再循環(huán)管道155，該再循環(huán)管道155在 煙道管道144和燃燒容器112的內(nèi)部區(qū)域114之間提供流體連通。爐系統(tǒng)110還包括污染 控制系統(tǒng)154，該污染控制系統(tǒng)154與第二熱交換器150處于流體連通，并且定位在第二熱 交換器150的下游。仍然參照圖2，噴射器156定位在第二導管152中，以響應于從控制器178(例如但 不限于計算機或可編程邏輯控制器)發(fā)出的命令(例如關于燃燒容器溫度調(diào)節(jié)、蒸汽產(chǎn)生 和/或蒸汽參數(shù)量度的命令)來有助于一種或多種流體流到燃燒容器112的內(nèi)部區(qū)域114中。諸如氧氣的運動流體在預定的壓力(例如5至50psig)下供應到噴射器156的一部分 158 (例如中心部分)。由箭頭A指示的空氣流流到空氣分離單元160中，該空氣分離單元 160將氮氣從空氣中分離出來，并且通過適當?shù)墓苈?62將氧氣供應到噴射器156。壓縮氧 氣流到噴射器的中心部分158中(可能是通過噴嘴)促使煙道氣re被夾帶到噴射器的入 口 164中，并且促使煙道氣re與氧氣一起通過噴射器的出口 166排到歧管124的內(nèi)部區(qū)域 134和燃燒容器112的內(nèi)部區(qū)域114中。雖然空氣分離單元160被顯示和描述為對噴射器156供應氧氣，但是構想到，除了 空氣分離單元之外或代替空氣分離單元，可采用供應氧氣的其它機構，包括但不限于氧氣 源，例如氧氣罐和/或氧氣瓶。煙道氣re的一部分再循環(huán)到燃燒容器112中有助于將爐溫度和蒸汽狀況調(diào)節(jié)到 預定范圍內(nèi)，并且允許更大的氣體質(zhì)量流通過燃燒容器。另外，煙道氣re再循環(huán)到燃燒容 器中降低了在煙道管道144的下游流動的煙道氣的整體質(zhì)量流率。將氧氣(或者任何低氮 氣流體)弓丨入到燃燒容器112中減少了污染物，并且煙道氣re再循環(huán)到燃燒容器112中降 低了待由污染控制系統(tǒng)IM處理的煙道氣re的質(zhì)量流率，因而，可采用更小、更廉價的第二 熱交換器150和污染控制系統(tǒng)。雖然，氧氣被描述為用于在噴射器156中使用的運動流體，但是可采用其它流體， 包括但不限于蒸汽、煙道氣、由污染控制系統(tǒng)IM處理的煙道氣或它們的組合。雖然噴射器 156被顯示和描述為定位在第二導管152中以用于將氧氣和煙道氣TO排到燃燒容器112 中，但是可采用用于將煙道氣輸送到燃燒容器中的其它裝置，包括但不限于壓縮機、風扇或 送風機，如在下面描述的圖3中所示的那樣。雖然噴射器156被顯示和描述為定位在第二 導管152中，但是構想到，噴射器的一部分可例如在第二導管的外面延伸到歧管124中、延 伸到煙道管道144中，并且/或者伸出到第二導管外面的外部區(qū)域159中。圖3的爐系統(tǒng)類似于圖1中所示的爐系統(tǒng)，因此類似的元件分配類似的標號，在前 面加上數(shù)字2。如圖3中所示，爐系統(tǒng)210包括設置在第二導管252中的風扇270，以用于 將煙道氣TO從煙道管道244輸送到燃燒容器212的內(nèi)部區(qū)域214中。風扇270聯(lián)接到驅(qū) 動單元(未顯示)上，該驅(qū)動單元響應于由控制器278(例如但不限于計算機或可編程邏輯 控制器)發(fā)出的命令信號(例如關于燃燒容器溫度調(diào)節(jié)、蒸汽產(chǎn)生和/或蒸汽參數(shù)量度的 命令信號)來操作風扇。雖然風扇270被顯示和描述為用于將煙道氣TO從管道244輸送到燃燒容器212 中，但是可采用其它裝置，例如但不限于送風機和壓縮機，而不脫離本文公開的更寬泛的方 面。雖然風扇270被顯示和描述為定位在第二導管252中，但是構想到，風扇和/或驅(qū)動單 元的一部分可例如在第二導管的外面延伸到歧管244中、延伸到煙道管道144中，并且/或 者伸出到第二導管外面的外部區(qū)域159中。圖4的爐系統(tǒng)類似于圖1中所示的爐系統(tǒng)，因此相似的元件分配相似的標號，在 前面加上數(shù)字3。參照圖4，切向燃燒式爐310包括具有內(nèi)部區(qū)域314的燃燒容器312。燃 燒容器312被示為具有延伸通過其中的四個孔口 320、321、322和323。噴槍380,381,382 和383定位在孔口 320、321、322和323中的相應的一個中，并且以從燃燒容器312的相應 的相鄰的部分起測量的預定的角T定向。角T為適當?shù)牧恐担鐬殇J角，以促使流過噴槍 的諸如氧氣的流體和燃料在內(nèi)部區(qū)域314中旋轉(zhuǎn)，如由箭頭R所示。噴槍380、381、382和383延伸到燃燒室312的內(nèi)部區(qū)域336中，以改進對燃燒過程的控制。雖然噴槍380、381、 382和383被顯示和描述為定位在孔口 320、321、322和323中的相應的一個中且以從燃燒 容器312的相應的相鄰的部分起測量的預定的角T定向，但是構想到，噴嘴可作為替代物， 或定位在噴槍的遠端上?；仡^參照圖2，在操作期間，諸如粉煤的燃料F通過開口 1 輸送到歧管124的內(nèi) 部區(qū)域134中，并且進入燃燒容器112的內(nèi)部區(qū)域114中，以啟動燃燒。燃料F可與諸如氧 氣的燃燒流體一起吹送到歧管M中。由于燃燒的原因，煙道氣TO離開燃燒容器112的導 管端部部分119，并且分別流過煙道管道142和144，流到第二熱交換器150和用于進行處 理的污染控制單元154。通過噴射器156的操作，煙道氣TO的一部分借助于噴射器156的 操作通過第二導管152再循環(huán)到燃燒容器112。噴射器156響應于從控制器178產(chǎn)生的命 令信號(例如關于燃燒容器溫度調(diào)節(jié)、蒸汽產(chǎn)生和/或蒸汽參數(shù)量度的命令信號)而操作。 噴射器156的操作促使壓縮氧氣流過噴射器，并且因此夾帶來自煙道管道144的煙道氣。噴 射器156將氧氣和煙道氣TO排到歧管124的內(nèi)部區(qū)域134中和燃燒容器112的內(nèi)部區(qū)域 114中。氧氣由空氣分離單元160提供給噴射器156。雖然參照各種示例性實施例對本發(fā)明進行了描述，但是本領域技術人員將理解， 可作出各種改變且示例性實施例的元件可由等同物代替，而不脫離本發(fā)明的范圍。另外，可 作出許多修改，以使特定情形或材料適于本發(fā)明的教導，而不脫離本發(fā)明的實質(zhì)范圍。因 此，意圖的是，本發(fā)明不限于作為構想來執(zhí)行本發(fā)明的最佳模式而公開的特定實施例，而是 相反，本發(fā)明將包括落在所附權利要求的范圍內(nèi)的所有實施例。
權利要求
1.一種爐系統(tǒng)，包括燃燒容器，該燃燒容器具有出口端和延伸到由所述燃燒容器限定的內(nèi)部區(qū)域中的至少 一個孔口 ；煙道管道，該煙道管道聯(lián)接到所述出口端上，并且與所述內(nèi)部區(qū)域處于流體連通；以及再循環(huán)管道，該再循環(huán)管道從所述煙道管道延伸到所述至少一個孔口，并且在所述煙 道管道和所述內(nèi)部區(qū)域之間提供流體連通。
2.根據(jù)權利要求1所述的爐系統(tǒng)，其特征在于，所述爐系統(tǒng)還包括輸送機構，所述輸送 機構至少部分設置在所述再循環(huán)管道中，以響應于從控制器發(fā)出的命令，促使至少一種流 體通過所述再循環(huán)管道流到所述內(nèi)部區(qū)域中。
3.根據(jù)權利要求2所述的爐系統(tǒng)，其特征在于，所述輸送機構包括風扇和送風機以及 壓縮機中的至少一個。
4.根據(jù)權利要求2所述的爐系統(tǒng)，其特征在于，所述輸送機構包括噴射器，所述噴射器 具有對其供應的運動流體，以用于將所述至少一種流體和所述運動流體輸送到所述內(nèi)部區(qū) 域中。
5.根據(jù)權利要求4所述的爐系統(tǒng)，其特征在于，所述運動流體是氧氣。
6.根據(jù)權利要求4所述的爐系統(tǒng)，其特征在于，所述運動流體是蒸汽。
7.根據(jù)權利要求4所述的爐系統(tǒng)，其特征在于，所述運動流體是煙道氣。
8.根據(jù)權利要求1所述的爐系統(tǒng)，其特征在于，所述爐系統(tǒng)還包括污染控制系統(tǒng)，該污染控制系統(tǒng)與所述煙道管道處于連通，以用于處理從所述內(nèi)部區(qū) 域排出的煙道氣；空氣預熱器，該空氣預熱器與所述煙道管道處于流體連通；以及其中，所述再循環(huán)管道定位在所述污染控制系統(tǒng)和所述空氣預熱器中的至少一個的上游。
9.根據(jù)權利要求8所述的爐系統(tǒng)，其特征在于，所述爐系統(tǒng)還包括輸送機構，該輸送機構至少部分設置在所述再循環(huán)管道中，以用于響應于從控制器發(fā) 出的命令，促使至少一種流體通過所述再循環(huán)管道流到所述內(nèi)部區(qū)域中；其中，所述輸送機構包括噴射器，該噴射器具有對其供應的運動流體，以用于將所述至 少一種流體和所述運動流體輸送到所述內(nèi)部區(qū)域中；以及其中，從所述污染控制系統(tǒng)中供應所述煙道氣。
10.根據(jù)權利要求2所述的爐系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一種流體是煙道氣。
11.根據(jù)權利要求1所述的爐系統(tǒng)，其特征在于，所述爐進行切向燃燒，以在存在氧氣 的情況下燃燒燃料。
12.—種爐系統(tǒng)，包括燃燒容器，該燃燒容器具有出口端和延伸到由所述燃燒容器限定的內(nèi)部區(qū)域中的至少 一個孔口 ；煙道管道，該煙道管道聯(lián)接到所述出口端上，并且與所述內(nèi)部區(qū)域處于流體連通；再循 環(huán)管道，該再循環(huán)管道從所述煙道管道延伸到所述至少一個孔口，并且在所述煙道管道和 所述內(nèi)部區(qū)域之間提供流體連通；以及噴射器，該噴射器至少部分設置在所述再循環(huán)管道中，并且具有對其供應的氧氣，以用 于將所述氧氣和所述煙道氣中的至少一些通過所述再循環(huán)管道輸送到所述內(nèi)部區(qū)域中。
13.根據(jù)權利要求12所述的爐系統(tǒng)，其特征在于，至少一個噴槍延伸通過所述至少一 個孔口，并且延伸到所述內(nèi)部區(qū)域中，所述噴槍具有延伸通過其中的通道，以用于通過所述 噴槍將所述氧氣的一部分輸送到所述內(nèi)部區(qū)域中。
14.根據(jù)權利要求12所述的爐系統(tǒng)，其特征在于，至少一個噴嘴延伸通過所述至少一 個孔口，并且延伸到所述內(nèi)部區(qū)域中，所述噴嘴具有延伸通過其中的通道，以用于通過所述 噴嘴將所述氧氣的一部分輸送到所述內(nèi)部區(qū)域中。
15.根據(jù)權利要求12所述的爐系統(tǒng)，其特征在于，所述爐系統(tǒng)還包括污染控制系統(tǒng)，該污染控制系統(tǒng)與所述煙道管道處于連通，以用于處理從所述內(nèi)部區(qū) 域中排出的煙道氣；空氣預熱器，該空氣預熱器與所述煙道管道處于流體連通；以及其中，所述再循環(huán)管道設置在所述污染控制系統(tǒng)和所述空氣預熱器中的至少一個的上游。
全文摘要
一種爐系統(tǒng)(10)，包括燃燒容器(12)，該燃燒容器(12)具有出口端(19)和延伸到由燃燒容器限定的內(nèi)部區(qū)域(14)中的至少一個孔口(20，22)。爐系統(tǒng)(10)包括聯(lián)接到出口端(19)上且與內(nèi)部區(qū)域處于流體連通的煙道管道(42)。再循環(huán)管道(55)從煙道管道(42)延伸到孔口(20，22)中的一個或多個，并且在煙道管道(42)和內(nèi)部區(qū)域(14)之間提供流體連通。
文檔編號F23C9/00GK102077024SQ200980125058
公開日2011年5月25日 申請日期2009年6月25日 優(yōu)先權日2008年6月25日
發(fā)明者A·A·勒瓦瑟, D·G·蒂勒克, S·G·康 申請人:阿爾斯托姆科技有限公司