專利名稱：再生和導熱式傳熱系統的制作方法
背景技術：
本發明涉及傳熱系統，尤其是涉及再生和導熱式傳熱系統，該系統在操作上通過將熱量從熱的再生固體傳遞給“工作流體”以實現對“工作流體”的加熱。如這里所采用的術語“工作流體”指的是熱力循環的“工作流體”，如蒸汽或氨，以及指的是過程原料。將熱的再生固體本身加熱的熱源可以有很多形式，這些最普通廣為流行的熱源是內熱源，如當燃料和空氣在某些類型的燃燒室中燃燒時產生的熱的氣體。但是這個熱源也可以是外熱源的形式，如從透平機或其它類似設備中排出的熱的氣體，或者可以是熱的過程物流的形式，作為某些類型化學反應的結果而生成出的過程物流。
進一步參考內熱源的情況，用來燃燒礦物燃料的爐子已經長期應用以作為產生有用功的可控熱量的裝置。因此，功的應用可以是直接做功的形式，如用轉窯，或者可以是間接做功的形式，如利用工業上或船舶使用的或用于發電的蒸汽發生器。在所涉及的這種鍋爐范圍內，其它的差別在于爐子的外殼是否被冷卻，如用水壁，或者不冷卻，如用耐火襯料。
人們相信，這樣的爐子的開發起源于約在公元前4000年燒制陶器的需要，或約公元前3000年為了熔化銅的需要。相信通過使用風箱將空氣鼓入到爐子中來加快和改進燃燒，發生在約公元前2000年。
與這樣的爐子緊密相聯的是對應的蒸汽鍋爐。這樣的鍋爐起源于希臘和羅馬并應用于家庭設施。結合水管原理的Pompeiian(龐培)水鍋爐是最早記錄的例子，即在約公元前130年，是做機械功的鍋爐。因此，Pompeiian水鍋爐將蒸汽送到Hero的引擎，中空的球安裝在耳軸上并在上面旋轉，耳軸中一個允許蒸汽通過，蒸汽通過兩個相交成直角的噴嘴排出，引起球轉動。大多數人認為這是世界上第一個反作用力式的透平機。
實際上在接著的1600年內，整體上鍋爐特別是水管鍋爐基本上是被忽略的技術。這可能部分歸因于這個事實，即蒸汽作為工作流體沒有應用的地方，直到Thomas Savery在1698年發明第一個商業上成功的蒸汽發動機。1705年Newcomen的發動機誕生和到1771年為止，這個發動機通常的用途是從煤礦中泵抽出水。相信自調節的蒸汽閥第一次出現是在1713年。
在18世紀的下半葉發明了火管鍋爐的許多變型，以所謂的蘇格蘭船舶鍋爐達到頂點。如火管鍋爐名字所暗示的那樣，在火管鍋爐中可以認為管子是爐子的組成部分，在管束內發生燃燒過程。但是在當時因為當時可用的鋼板厚較薄，這樣的裝置限制在操作壓力約150psig。接著開發了現代的水管鍋爐用來產生高壓蒸汽和其尺寸也大于現有的火管鍋爐。今天，這樣產生蒸汽的現代水管鍋爐包括下面的所有鍋爐中心站的蒸汽發生器、工業鍋爐、流化床鍋爐、和船舶鍋爐。
對所有這些不同類型的鍋爐，如果需要將本申請涉及的再生和導熱式傳熱系統分類到這些類型鍋爐中的一種，就與這樣的再生和導熱式傳熱系統相連的所采用的內熱源來說，本申請涉及的再生和導熱式傳熱系統可能被認為是，更類似于流化床鍋爐而不是上述的任何其它各種類型的鍋爐。因此，下面在涉及的現有技術的范圍內討論的重點將主要集中在流化床鍋爐這一類型。所以，流化床反應器在無燃燒的反應中已經使用了幾十年，在流化床中各反應劑的徹底混合和密切接觸產生高的生產量并提高時間和能量的經濟效益。雖然燃燒固體燃料的其它方法可以以高效率產生能量，但是流化床燃燒可以在足夠低的溫度下有效地燃燒固體燃料，以避免在其它模式中燃燒的許多問題。
對本領域普通技術人員來說，眾所周知在術語“流化床鍋爐”中所用的詞“流態化”指的是，使得固體物料具有象流體自由流動的特性。即當氣體通過固體顆粒的床時，氣體流動產生的力使顆粒互相分離。在低的氣體流量時，各顆粒保持與其它的固體顆粒接觸并阻止運動。這種條件一般稱為固定床。另一方面，當氣體流量增加時，達到某一點這時作用在顆粒的力剛好足夠使其分離。從而使床流態化，也就是說，在固體之間的氣墊允許顆粒自由運動，使得該床具有類似液體的特征。
在流化床鍋爐燃燒器中流態化的狀態主要取決于床顆粒的直徑和流態化速度。因此，主要有兩個基本的流化床燃燒系統，每個系統在流化的不同狀態下運行。這兩個基本的流化床燃燒系統中的一個其特征是，相對低的速度和有粗的床顆粒尺寸、流化床是稠密的，有均勻的固體濃度，并有很好限定的表面。這個系統被工業界最通常稱為成泡流化床，因為比使床流態化所需量大的空氣以氣泡的形式通過該床。成泡流化床進一步的特征在于，合適的床固體混合率，和相對低的在燃料氣中的固體夾帶。盡管幾乎不需要將夾帶的材料回收到床中以便維持床的總量，但可以使用相當大的回收率以便提高性能。
這兩個基本的流化床燃燒系統中的另一個其特征在于，較高的速度和有更細的床顆粒尺寸，由于固體夾帶增加使流化床的表面變成發散，從而不再有限定的床表面。還有，為了維持床的總量需要高速將夾帶材料回收到床。隨著燃燒器的高度增加，床的大宗密度降低。有這些特征的流化床被工業界最普通稱為循環流化床，因為材料高速從燃燒器循環到顆粒回收系統，接著回到燃燒器。循環流化床進一步的特征在于非常高的固體混合率。
在各種形式流化床燃燒系統的現有技術中已經找到許多實例，在時間的進程中已經構思出它們。回到早至50年代的晚期，它的最早例子是1957年12月31日頒發的美國專利2,818,049，其名稱是“加熱的方法”，在這方面是通過示范而不是限制的方式引入作為參考。按照美國專利2,818,049號的教示，它提供從燃燒的流體傳熱的一種方法，包括使用離散材料流態化偽液體床，該材料是氧化的催化劑和通過預定路徑由重力連續循環，該路徑包括上游柱和下游柱。繼續，該方法包括如下各步，維持該床在流態化偽液體狀態和在上游柱中通過引入和燃燒燃料，產生燃燒氣體使上游柱的密度基本上低于下游柱的密度，使燃燒氣體向上流過上游柱，在上游柱的上端從上游柱分離出部分燃燒氣體，在上游柱中高于引入和燃燒燃料的位置使一種液體以與該床進行間接熱交換的方式通過，以便把熱量傳給流體和維持該床的循環率，從而使在緊挨上述位置的下游該床的溫度和夾帶氣體的溫度大體上低于緊靠上述位置的上游的溫度。
它的第2個例子是1961年5月9日頒發的美國專利2,983,259，其名稱是“產生蒸汽的方法和設備”，在這方面是通過示范而不是限制的方式引入作為參考。按照美國專利2,983,259號的教示，裝設最低的熱交換區。在這個最低的熱交換區中材料最好至少部分是由活性的氧化催化劑組成，以便使這個區有足夠高的催化活性，從而可以直接往其中引入燃料空氣混合物并在該處顯著和有效地氧化，釋放出熱量和因此產生熱的氣流，氣流向上通過該材料使這個熱量的一部分被這個區和在這個區上面的熱交換區吸收。為了在實際高度的流化床內有有效的和完全的燃燒和氧化和使燃燒支承氣體被預熱到合理的程度，采用活性的氧化催化劑是很重要的，從而使材料有足夠的催化活性來實現燃料的完全氧化，使燃料能提供的基本上所有的熱含量與這個床的材料接觸也是很重要的，以便從流態化材料吸收相當大的熱量，為了使材料的溫度將不會上升到所有催化劑的去活化溫度之上，即，高于該溫度時催化劑受到永久性的損害，從而使它喪失它的催化活性的全部或絕大部分。
它的第3個例子是1961年8月22日頒發的美國專利2,997,031，其名稱是“加熱和產生蒸汽的方法”，在這方面是通過示范而不是限制的方式引入作為參考。按照美國專利2,997,031號的教示，使燃料空氣混合物在催化劑氧化材料主體上通過，該材料可以成很薄的顆粒層的形式，用這種有很高催化活性的相對小量的材料，使之活化溫度低和因而是相對較貴的催化劑。在這種材料上通過的燃料空氣混合物被催化氧化和這樣生成的熱的燃燒氣體通過材料床，在材料中沉入導管從而提高這種材料的溫度。調節燃料和空氣以便提高這種材料床的溫度到那么一點，那時引入到床中的燃料和空氣混合物將完全氧化。將燃料和空氣供給到這個床之后和在那里氧化到幾乎沒有或沒有燃料，然后通過和接觸高度活性的催化劑。
它的第4個例子是1963年8月27日頒發的美國專利3,101,697，其名稱是“產生蒸汽”，在這方面是通過示范而不是限制的方式引入作為參考。按照美國專利3,101,697號的教示，在材料床緊挨的上游應用氧化催化劑，該材料在燃料空氣混合物將在該材料床內氧化和燃燒之前，需要加熱到比氧化催化劑高得多的溫度。提供殼體，在殼體內設置離散材料床。將這個材料床支承在各個水平設置的細長部件上，該部件延伸跨過殼體和以一般平行間隔的方式設置，從而使該材料不能向下通過這些部件但流態化氣體可以向上流過。用活性氧化催化劑涂覆或浸漬這些部件，從而使催化劑的活化溫度大大低于氧化燃料空氣混合物所需的最小的床溫度。裝設裝置以便迫使空氣向上流過在細長部件上的殼體和通過該材料床使這種材料流態化，并采用空氣加熱器將空氣加熱使催化劑的溫度上升到它的活化溫度。在細長部件的下面是多個燃料分配導管和緊接這些部件的上面和在該床的下部有另一組燃料分配導管。在操作時，首先使用在細長部件下面的燃料分配導管將燃料噴射到殼體中，這燃料與空氣混合并被催化劑氧化用這樣產生的熱量加熱材料床或床的一部分到它所需的最小溫度。代替在支承該床的細長部件下裝設分離的燃料分配導管，這些部件可以是中空的有朝向下的開孔裝設在那里，從而該部件本身構成可以供給燃料的分配導管。
它的第5個例子是1963年12月31日頒發的美國專利3,115,925，其名稱是“燃燒燃料的方法”，在這方面是通過示范而不是限制的方式引入作為參考。按照美國專利3,115,925號的教示，提供起動程度，其中大大降低了流化床的點火溫度。所以，將金屬鹽的催化溶液噴灑或其它方法引入到顆粒材料床上，之后預熱該床直到已經達到點火溫度。保持在流化床顆粒表面上鹽的干化剩余殘渣催化天然氣和空氣的點火，在比原先的1150°F低得多的溫度點火。
它的第6個例子是1964年1月28日頒發的美國專利3,119,378，其名稱是“產生蒸汽”，在這方面是通過示范而不是限制的方式引入作為參考。按照美國專利3,119,378號的教示，提供一種加熱流體的方法，它包括離散氧化催化劑的向上流動的流化床，催化劑有活化和去活化溫度，含有燃料足夠富的燃料空氣混合物是在床內燃料實現引燃的催化氧化的范圍之外，達到這種程度允許在混合物中含有空氣，同時維持催化劑溫度在去活化溫度之下，使燃料的剩余部分和從床來的其它支流向上流經離散惰性材料的另一個流化床，惰性材料不受火焰燃燒的影響，因而將該材料大體加熱到支流和在催化劑床中充分氧化的燃料的溫度，以便將另一床的溫度上升到足夠高的值從而氧化其中的燃料空氣混合物同時維持催化劑在它的去活化溫度之下，將足夠的空氣引入到另一個床中以便支承燃料剩余部分的燃燒，實現燃料剩余部分在另一個床中的氧化，和將熱量從該床傳給以間接熱交換方式流過該床的流體。
它的第7個例子是1982年4月20日頒發的美國專利4,325,327，其名稱是“混合流化床燃燒器”，在這方面是通過示范而不是限制的方式引入作為參考。按照美國專利4,325,327號的教示，將第一大氣成泡流化床爐與第二湍流循環流化床爐組合以便用粉碎的固體燃料有效地生產熱量。第二爐子的床接收粉碎的較小尺寸的固體燃料，從第一床來的沒有反應的灰石，和從第一床燃料氣中淘洗分離出來的固體。粉碎的固體燃料的兩級燃燒器聲稱提供效率更高的系統，其效率大于現有使用單級流化床爐子的效率。
它的第8個例子是1982年6月22日頒發的美國專利4,335,662，其名稱是“流化床的固體燃料送料系統”，在這方面是通過示范而不是限制的方式引入作為參考。按照美國專利4,335,662號的教示，燃燒煤和石灰石的流化床從一個系統補充粉碎的煤，該系統從在該床表面下的站側向排出煤。在該床的一側安裝一室，或進料箱，箱的內部用堰板與床分離，在堰板下煤側向流入床中，同時將床的材料接收到高于該板的室中以便維持室中材料預定的最低水平。
它的第9個例子是1982年11月23日頒發的美國專利4,360,339的主題，其名稱是“流態化鍋爐”，在這方面是通過示范而不是限制的方式引入作為參考。按照美國專利4,360,339號的教示，提供一種流化床裝置，鄰近燃料顆粒燃燒的流態化區和直接在其下面設置惰性蓄熱顆粒的靜止點火床，其特征在于蓄熱顆粒通常是球形的，每個顆粒有多個突出部，突出部從顆粒表面向外伸出預先選擇的長度，從而使在靜止的點火床內相鄰的球形顆粒之間最小的間隔保持與突出部預先選擇的長度相等，所以保證了在靜止的點火床內存在足夠的空間能使流態化的空氣向上流過靜止的點火床進入到流態化區而沒有額外的壓力降和對燃料顆粒使其側向穿過靜止的點火床。
它的第10個例子是1984年5月1日頒發的美國專利4,445,844的主題，其名稱是“流化床鍋爐的液體燃料和空氣進料設備”，在這方面是通過示范而不是限制的方式引入作為參考。按照美國專利4,445,844號的教示，提供一種流化床爐子，其中可以燃燒液體燃料。噴射器向上穿過無孔的床板，它恰當地使油或其它流體燃料與流態化空氣混合，使油揮發。當混合物進入流化床時使這個混合物通過受限的開口，從而獲得高速的流動和在流化床的整個橫截面上相當均勻的燃料和燃燒分布。
它的第11個例子是1987年1月6日頒發的美國專利4,633,818的主題，其名稱是“可移動的燒煤流化床動力設備”，在這方面是通過示范而不是限制的方式引入作為參考。按照美國專利4,633,818號的教示，提供可移動的燒煤流化床鍋爐系統用于產生為火車頭提供動力的蒸汽。在流化床爐室內在流態化空氣中燃燒煤從而產生熱的煙道氣，煙道氣從爐室通過鍋爐管和節約器。將在鍋爐管和爐室壁中產生的蒸汽收集到蒸汽鼓中并使其通過床中的過熱器，從那里將蒸汽送到動力產生裝置生產驅動火車頭的動力。
它的第12個例子是1995年3月28日頒發的美國專利5,401,130的主題，其名稱是“內循環流化床(ICFB)燃燒系統和它的操作方法”，在這方面是通過示范而不是限制的方式引入作為參考。按照美國專利5,401,130號的教示，提供一種流化床燃燒系統特別適合用于實現焚化，即廢木料和污泥混合物的燃燒，該混合物有很高的水和灰分的含量，這使它們很難燃燒。流化床燃燒系統包括流化床燃燒器實施由床固體構成的流化床。將空氣通過空氣分配器噴射到流化床中以便建立第一可控流態化速度區和第二可控流態化速度區。在第二可控流態化速度區之上將材料引入到流化床燃燒器中，隨后在其上面將床固體流到該材料之上，這樣引入床固體，使之實現覆蓋。然后干燥該材料，接著燃燒。將由該材料夾帶的惰性物/錯配材料/燒結塊，以及大直徑固體，從那里分離，然后從流化床燃燒器清除出去。
通過示范而不是限制的方式，下面是幾個現有技術流化床裝置的其它例子。這些例子中的第一個是由J.G.Ballantyne在1987年6月9-11日在美國倫敦舉行的Coalteth(煤技術)87年大會中宣讀的論文，名稱為“固體循環鍋爐的介紹”中提出的。按照上面參考的論文中提出的主題鍋爐的操作模式，燃燒在稠密的成泡流化床中產生，流化床布置成3個區從而使顆粒停留時間最大化。該床是由篩分的熔凝的鋁土珠加上燃料灰和石灰石組成，這樣選擇主要的流態化速度，使只有灰和石灰石的很細顆粒與煙道氣一起離開該床。因為合適的砂粒裝載和氣體速度，煙道氣在被排放到多級旋風分離器之前可以通過逆流的表面。處理冷卻氣體的這個多級旋風分離器是低碳鋼結構，和將石灰石和沒有燃燒材料粗的顆粒回到流化床中重新使用。從該床，由非機械的閥連續地引出可控數量的材料，并在與鍋爐結構成整體的水冷溝道中冷卻。用來攜帶這個材料所需的傳送空氣將用于二次燃燒的目的。
構成上述題目論文的鍋爐的發明人被斷定是W.B.Johnson。相信就是這位W.B.Johnson是1985年9月10日頒發的美國專利4,539,939號名稱為“流化床燃燒設備和方法”的發明人。按照W.B.Johnson的美國專利4,539,939號的教示，將多個相對稠密的珠狀惰性固體材料顆粒保持散布在整個流態化燃燒床，用于循環通過與燃燒床分離的熱交換裝置和與其它床的組分一起回到流化床。也可將細的石灰石顆粒與新的燃料顆粒一起引入到流化床中。從弓形的熱交換出口排放循環的床組分，以便將回來的床組分引導到直接在燃燒床上面大致水平的方向用于增加床中的循環。此外，引入新的燃料和細的石灰石的入口剛好位于弓形的排放溝道之下以便提高水平的排放速度。燃燒室的一部分，通常在弓形排放溝道的對面，裝設傾斜的壁段以便進一步提高床內的循環。
在結束流化床裝置現有技術形式的這個討論之前，相信把注意力集中到流化床裝置這樣現有技術形式的幾個方面，特別是關于流化床裝置這樣現有技術形式的操作模式和結構特性是很重要的。所以，應該指出按照流化床裝置現有技術形式的操作模式和結構特性，特別是大循環流化床裝置的現有技術形式，通常在大循環流化床裝置這樣現有技術形式中，在造成這些細的固體燃料灰份/吸附劑顆粒流動到和通過流化床熱交換器之前將其與煙道氣分離。因此，這里并不將造成會流動到和通過流化床熱交換器的固體顆粒的類型進行分類。所以，按照這樣的操作模式，造成會流動到和通過流化床熱交換器的固體顆粒整個包括所有灰份的混合物，已經在大循環流化床裝置這樣現有技術形式的燃燒室內在空氣的存在下作為固體燃料燃燒結果生產出的灰份。
此外，相信也應把注意力引向這個事實，即按照特別是大循環流化床裝置現有技術形式的操作模式和結構特性，當在大循環流化床裝置這樣現有技術形式中應用流化床灰份冷卻器時一般使用這樣的流化床灰份冷卻器來冷卻灰份，已經在大循環流化床裝置這樣現有技術形式的燃燒室內在空氣的存在下作為固體燃料燃燒的結果生產出的灰份，使這樣的灰份離開所述的大循環流化床裝置現有技術的形式。認識到，可以操作這樣流化床灰份冷卻器實現大的灰顆粒與其夾帶的細粒的分離，在這樣分離的細粒回到所述的大循環流化床裝置之前。但是，與前面段落中已經討論的那樣這里再次提出，在流化床灰份冷卻器的情況下并不對固體顆粒的類型進行分類，它共同地包括已經在大循環流化床裝置所述現有技術形式的燃燒室內在空氣的存在下作為固體燃料燃燒的結果生產出的灰份。即，如在前面段落中討論的那樣，通過這樣流化床灰份冷卻器的操作所分離的固體顆粒整個包括所有灰份的混合物，已經在大循環流化床裝置所述現有技術形式的燃燒室內在空氣的存在下作為固體燃料燃燒的結果生產出的灰份。
還是在這方面，將注意力引向這個事實，即按照這里前面已經參考的美國專利4,539,939號的教示，將采用鋁礬土的床材料從成泡床中抽出。但是在所述美國專利4,539,939號的所述教示中，找不到任何公開的企圖從采用鋁礬土的床材料中分離任何殘余的灰份或燃料的打算，在引起采用鋁礬土的這樣床材料流動到熱交換器之前進行分離的打算。
因此，通過這方面總結的方式，已經看到流化床裝置現有技術形式至今的通常實踐，特別是，所考慮的大循環流化床裝置的現有技術形式，按照流化床裝置這樣現有技術形式的操作模式和結構特性并沒有打算在它的操作中實現各種類型固體顆粒之間的分類/分離，在它們回到流化床熱交換器之前。更重要的是，在各自的主張中，與流化床熱交換器相聯系的現有技術，特別是這樣的流化床熱交換器包括逆流傳熱系統時并沒有公開或甚至提出在各種類型固體顆粒之間進行分類/分離的打算。更具體地說，在各自的主張中，在這里前面已經參考的任何現有技術文獻中沒有教示出或甚至提出實現各種類型固體顆粒之間的分類/分離，該顆粒共同地包括已經在流化床裝置現有技術形式的燃燒室中在空氣的存在下作為固體燃料燃燒的結果生產出的灰份，在這樣的固體顆粒流經逆流的傳熱系統之前或之后進行分類/分離。
雖然按照前面已經參考過的各個美國專利的教示而構造的流化床鍋爐，以及依據在Coaltech(煤技術)87年會議上宣讀的上面已參考的論文主題構造成的流化床鍋爐都聲稱各鍋爐的操作已經證明達到了它們設計的目的，但在現有技術中已經證明這樣的流化床鍋爐需要進一步的改進。更具體地說，在現有技術中明顯需要低成本的傳熱系統，該系統體現出一種基于新方法的結構，其特征在于它的固體強化傳熱效果。所以，從所采用的術語即“流化床鍋爐”的觀點來看并不令人驚奇，按照前面已經參考過的各個美國專利的教示所構造的所有這樣的流化床鍋爐，以及依據Coaltech 87年會議上宣讀的上面已參考的論文主題構造成的流化床鍋爐的基本特征是，不管流化床鍋爐結構成采用成泡床類型的操作模式或者循環流化床類型操作模式，均需要使用流態化空氣來實現流化床鍋爐的操作。即，不管采用的是否是成泡類型操作模式還是循環流化床類型操作模式，無論如何始終存在一種需要，即，如果所需的操作模式有效地完成，則需要以某種目的應用流態化的空氣。不管采用的是否是成泡類型的操作模式還是循環流化床類型操作模式，設計這樣的流態化空氣使其按預先選定的速度噴射，速度的選擇主要決定于特定的流化床鍋爐以成泡類型模式或者循環流化床類型模式來操作，從而使這樣的流態化空氣流過包括各材料顆粒的床，材料的特性可以采取許多形式，如燃料顆粒、石灰石顆粒、惰性顆粒等等。因此，由于在現有技術形式的流化床鍋爐中至今還需要使用這樣的流態化空氣，所以到目前為止不可能實現燃燒、傳熱和環境控制過程完全地斷開聯系，并且由于這個事實，到目前為止在使用這樣的現有技術形式的流化床鍋爐的情況下，不存在下述的可能性，即不允許例如燃燒過程、傳熱過程和環境控制過程的這些過程單獨地最優化。
因此，本發明的一個目的是提供一種用于傳熱系統的新的和改進的結構，該傳熱系統基于所涉及的傳熱系統范圍內的新的和新穎的方法的采用。
本發明的另一個目的是提供這種新的和改進的傳熱系統，其特征在于它的低成本。
本發明還有一個目的是提供這種新的和改進的傳熱系統，其特征在于固體強化了由其能夠實現的傳熱。
本發明另有一個目的是提供這種新的和改進的傳熱系統，其特征在于由此燃燒、傳熱和環境控制過程能完全斷開聯系。
本發明另一個目的是提供這種新的和改進的傳熱系統，其特征在于由于使燃燒、傳熱和環境控制過程完全斷開聯系，所以能使這些過程的每一個分別最優化。
本發明還有一個目的是提供這種新的和改進的傳熱系統，其特征在于在使如鋁礬土的傳熱固體流到傳熱裝置之前，這些傳熱固體被有效地在分類步驟中與固體燃料灰、吸附劑、易燃劑、和煙道氣分離。
本發明還有另一個目的是提供這種新的和改進的傳熱系統，其特征在于這樣的傳熱系統不受燃料特性改變的影響，不管燃料是固體、液體或氣體，由于應用了分類過程，從而只有如鋁礬土的傳熱固體與傳熱裝置接觸。
本發明另有一個目的是提供這種新的和改進的傳熱系統，其特征在于就與這種新的和改進的傳熱系統相連接而采用內熱源來說，在內熱源的區域內沒有使用傳熱表面。
本發明進一步的目的是提供這種新的和改進的傳熱系統，其特征在于這種傳熱系統仍保持使得NOX的排放最小的能力。
本發明還有一個目的是提供這種新的和改進的傳熱系統，其特征在于硫的收集與燃燒過程斷開聯系。
本發明還有另一個目的是提供這種新的和改進的傳熱系統，其特征在于按照該傳熱系統的最佳模式的實施例，不再需要流化床式的熱交換器，由于該結果還獲得到以下優點，盡管使用這種新的和改進的傳熱系統仍可能具有一種在其一端處逆流段緊接著外部傳熱表面的流化床結構，但其減小了輔助的動力和節省了鼓風機和相聯的管道系統的成本。
本發明另有一個目的是提供這種新的和改進的傳熱系統，其特征在于可以采用冷的旋風分離器代替熱的旋風分離器，后者通常是更普遍采用的。
本發明還有另一個目的是提供這種新的和改進的傳熱系統，其特征有利地在于這樣的傳熱系統相對比較便宜，同時結構上也相對簡單。
發明內容
按照本發明，提供一種新的和改進的傳熱系統，該傳熱系統的結構基于所涉及的傳熱系統范圍內的新的和新穎的方法的采用。更具體地說，本發明主題的傳熱系統代表一種新的和新穎的方法，其設計出一種使用固體強化傳熱的低成本傳熱系統。本發明的傳熱系統所實施的構思包括將燃燒、傳熱和環境控制過程完全斷開聯系，從而允許每個過程分別最優化。按照本發明的傳熱系統與常規結構的100MW循環流化床系統之間的成本比較，從這樣成本比較的結果中可確定本發明傳熱系統的所有壓力部件的成本可比常規的100MW循環流化床系統的相應部分減小約65％，并且本發明的傳熱系統所用的結構鋼、工廠占地、和建筑物數量與常規結構的100MW循環流化床系統可實現的相應部分相比可顯著地減小。
繼續，本發明的傳熱系統采用的混合結構能在如高至1100℃的高溫下運行并且以旋風分離器的低固體循環率運行。第二固體循環回路也重疊在其上面。按照本發明傳熱系統的操作模式，將稠密的冷固體流引入到該系統的第一部分頂部。然后通過在本發明傳熱系統第一部分內產生的在這些冷固體和熱源之間的再生傳熱來加熱這些固體，熱源可以在本發明傳熱系統第一部分的內部產生或在它的外部產生，當這些固體朝向本發明的傳熱系統的第一部分的底部落下時，熱源本身依次被冷卻到本發明傳熱系統的第一部分出口處的低溫。將熱床固體從本發明傳熱系統的第一部分排入到位于本發明傳熱系統的第一部分下面的強制通風式熱交換器內，盡管按照本發明的最佳模式實施例并不需要該熱交換器。在這方面，強制通風式熱交換器不必直接位于燃燒器的下面，只要強制通風式熱交換器的位置與燃燒器足夠近，從而使傳熱固體可由其本身重力從燃燒器向下流入強制通風式熱交換器就行。按照本發明的最佳模式實施例，本發明傳熱系統的所有傳熱表面積都位于這個強制通風式熱交換器之中。按照本發明傳熱系統的操作模式，固體以這種方式緩慢向下移動通過該強制通風式熱交換器，按照本發明的最佳模式實施例這類似于移動床的特性。熱固體與為此目的適當地定位在強制通風式熱交換器內的管子的直接接觸，從而提供了它們之間高的熱傳導率并減小了所需傳熱表面積的總數量。
在本發明傳熱系統與現有技術形式的傳熱系統比較中起到有利的特征作用的某些關鍵特性如下a)顯著地減小了傳熱表面積，b)用本發明傳熱系統實施的技術可以實現高溫蘭金(Rankine)循環，c)簡單的壓力部件結構，d)標準的壓力部件結構，e)簡單的支承結構，f)減小氣體側壓力降，和g)過程最優化。根據如下事實達到了顯著地減小傳熱表面積，按照本發明傳熱系統實施的結構，所有壓力部件傳熱表面積都合并到單個逆流熱交換器中，該熱交換器相對于上面提及的本發明傳熱系統第一部分定位成，使得有可能使傳熱固體依靠本身的重力從燃燒器向下流到所述熱交換器。因此，通過熱固體和傳熱表面積之間的直接接觸，對所有表面都提供高的傳熱率。此外，在本發明傳熱系統中可以使用增大的表面積，這進一步減小了傳熱表面積的需求。成本比較研究顯示，本發明傳熱系統總的壓力部件的重量和成本將是與本發明傳熱系統操作在相同結構條件下的循環流化床系統的約1/3。
本發明的傳熱系統能進行高溫蘭金循環并利用它們高的裝置效率，而無需開發或使用稀有材料。另外，在本發明傳熱系統中使用如移動床那樣運動的熱固體移動床，從而獲得高的傳熱率，按照本發明最佳模式實施例，不再需要在這樣的熱固體和強制通風式熱交換器管之間非常高的溫度差，隨之也減小了管金屬的最大溫度。所以用上述本發明傳熱系統的第一部分中的中等的溫度可以實現高溫蒸汽的條件，從而能使用容易獲得的高鎳合金。試驗已經顯示，本發明傳熱系統的強制通風式熱交換器的管子加上增大的表面積對傳熱表面積的要求有極大的影響。在這方面，本發明傳熱系統可以獲得的高的傳熱率和增大的管子表面積，大大減小了所有傳熱段的成本，在昂貴的高溫段內可以達到約減小50％。如果需要，通過開發高溫翅片也可以實現表面積的進一步減小。
本發明傳熱系統用作用于節煤器、蒸發器和過熱器的單回路的單程式的傳熱系統。單段過熱器因而不再需要中間的加熱器。還有，因為本發明傳熱系統的蒸汽出口與透平機位于同一平面，所以傳熱系統-透平機的可應用的連接管線大大縮短。用本發明的傳熱系統由于在它的不同管段上控制固體流的結果可以使蒸汽側和氣體側的不平衡最小化。還有，由于傳熱段不與燃料灰接觸，不需要吹灰器。此外，由于如移動床樣的運動所產生熱傳導，按照本發明最佳模式的實施例，提供了圍繞管子中心線的均勻熱流，不象在現有技術傳熱系統中普遍采用的水壁，它經受的是一側加熱。另外，因為本發明傳熱系統沒有水壁，就消除了水壁由于奧氏體/鐵素體材料的混合和因單側熱流引起的應力差所造成的缺陷，這些缺陷構成現有技術傳動系動的不利特征。另外，用本發明的傳熱系統也消除了高溫腐蝕，而現有技術傳熱系統已知是普遍存在的。
本發明所屬技術領域的普通技術人員眾所周知，常規結構的循環流化床系統的壓力部件結構必須設計用于在其燃燒室中燃燒的特定燃料。本發明所屬技術領域的普通技術人員也是眾所周知的是，經過常規結構的循環流化床系統的尾部煙道(backpass)的氣體流速隨著燃料水份含量的增高而增加。因此，對水份含量高的燃料必須增加常規結構循環流化床系統尾部煙道中管間距離以便保持流過這樣管子合適的氣體速度，這就造成在常規結構循環流化床系統的情況下更大和更昂貴的尾部煙道。所以，當需要多種燃料時，在所涉及的常規結構循環流化床系的范圍內，燃燒室必須設計成可接受最差的燃料燃燒。
在另一方面，本發明傳熱系統中傳熱表面積不受燃料特性改變的影響，不管是在采用與本發明的傳熱系統相連的內部產生的熱源，還是采用與本發明傳熱系統相連的外部產生的熱源。這歸因于這樣的事實，在任何一種情況下燃燒氣體和燃料灰都不與本發明傳熱系統的傳熱表面接觸。這是因為包括了分類過程，該過程下面將要詳細描述，按照本發明最佳模式實施例該過程位于強制通風式熱交換器之前，從而這個分類過程在操作上可將例如鋁礬土的傳熱固體從固體燃料灰、吸附劑、易燃劑和煙道氣中分離出來。此外，當采用與本發明的傳熱系統相連的內部產生的熱源時，在使用水份含量高的燃料情況下，本發明的傳熱系統將具有更高的氣體速度流過它的第一部分。最后，當采用與本發明的傳熱系統相連的內部產生的熱源時，對于不同的燃料可通過改變再循環顆粒尺寸和再循環率，從而使得在本發明傳熱系統的第一部分中保持熱量再生。
繼續，本發明傳熱系統的第一部分并不實施以具有任何的傳熱表面積，所以理想的是圓筒形、自支承的薄的耐火殼體的結構。還有，這樣的結構，在本發明傳熱系統的涉及范圍內，不再需要拱邊支柱并大大地減少了結構鋼的需要。此外，由于在本發明傳熱系統的第一部分內熱源被冷卻，所以冷的旋風分離器將顯著地小于常規結構循環流化床系統中所用的分離器尺寸，同時隨之將僅需要少量的耐火和結構鋼。另外，通過使用本發明的傳熱系統，其熱交換器的支承需求也明顯降低，因為在這樣的熱交換器中所用的管束其位置更接近地面，并且比在常規結構的循環流化床系統中所采用的那些管更輕。
還應該注意到，本發明傳熱系統中固體循環率大大低于常規結構的循環流化床系統的循環率，所以氣體側的壓力降也低。另外，在本發明傳熱系統的所采用熱交換器中，熱固體是以移動床樣的方式移動通過該熱交換器，按照本發明的最佳模式實施例，不再需要流化床熱交換器(FBHE)，該流化床熱交換器是常規結構的循環流化床普遍采用的一個組件，這又減小了輔助的動力需求和鼓風機和管道系統的成本。
從上述中，應該很清楚本發明的傳熱系統為過程的最優化提供了某些獨特的可能，因為使用了本發明的傳熱系統，燃燒、傳熱、和環境控制各過程被有效地斷開聯系。另外，通過使用本發明的傳熱系統，在它的高溫第一部分內仍能保持常規的流化床系統燃料的靈活性，以便與用于燒完的碳的旋風分離器再循環連接。此外，用本發明的傳熱系統還能得到下述的特點在本發明傳熱系統第一部分的下部可使放出的NOX最小化；通過應用合適的后端系統，硫的收集與本發明傳熱系統的熱源產生過程斷開聯系；在本發明傳熱系統的第一部分內仍可煅燒石灰石，雖然按照本發明的最佳模式實施例，要求這樣的石灰石足夠細以便一次通過本發明傳熱系統的第一部分就行。但是認識到可能有這樣的情況，對硫含量高的煤可能希望在傳熱系統的第一部分內試圖進行和獲得某些硫的收集。在這樣的情況下可以希望測定石灰石的大小，從而使石灰石通過旋風分離器之前將經過幾次再循環。
圖1是按照本發明構造的傳熱系統的示意圖，其示出了所采用的與該系統相連的內部產生的熱源；圖2是按照本發明構造的傳熱系統的示意圖，其示出了所采用的與該系統相連的外部產生的熱源；圖3是按照本發明的最佳模式實施例、圖1中示出的本發明傳熱系統的第一部分和它的強制通風式熱交換器之間機械的互相連接的放大側視圖，按照本發明傳熱系統操作的模式，熱固體從第一部分橫向進入強制通風式熱交換器；和圖4是本發明傳熱系統該段的放大側視圖，其中進行分類過程，以使例如鋁礬土的傳熱固體與固體燃料灰、吸附劑、易燃劑和煙道氣分離。
具體實施例方式
現在參考附圖，特別是圖1，其中示出了按照本發明構造的傳熱系統，整體由附圖標記10表示，所示的傳熱系統采用與其相連的內部產生的熱源。如圖1清楚所示，傳熱系統10包括第一部分，即容器，它整體由附圖標記12表示，容器本身包括兩個區，即下區和上區。整體由附圖標記14表示的下區在操作上作為燃燒區，即形成一內部產生的熱源的區。如附圖標記16的箭頭所示，將燃料噴射到這個區14內，并如附圖標記18所示，將燃燒用空氣也噴入其中，優選地使用常規的成泡床技術，使燃料16和燃燒用空氣18燃燒從而以熱氣體的形式形成內部產生的熱源，它是作為燃料16和燃燒用空氣18的這種燃燒的結果產生的即生成的。
容器12的上區整體由附圖標記20表示，即位于區14之上在容器12內的區，該上區以反應器的方式操作，使之有6到7秒數量級的相對較長的停留時間，從而在其中以再生方式獲得到來自內部產生的熱源的熱量，這在下面將要進一步說明，其中構成在區14內燃燒產生的產物的熱氣體如附圖標記22表示的箭頭所示地向上流動，熱量傳遞給如附圖標記24表示的箭頭所示地噴射到容器12的上區20中的固體顆粒流，該顆粒流如附圖標記26表示的箭頭所示地向下流動。因此，容器12的上區20其基本功能是以逆流的方式直接接觸的熱交換器。所以，無論在容器12的區14或是上區20都沒有熱量傳給水/水蒸汽的情況發生。因此，容器12的壁可以設計成耐火襯料。另外，固體顆粒24有效地從內部產生的熱源即氣體22中以再生方式獲得熱量，使氣體的溫度降低到足夠低以便能在本發明傳熱系統10中使用常規形式的空氣加熱器，該空氣加熱器示意地說明在圖1中，其中所述空氣加熱器整體由附圖標記28表示。
按照本發明的優選實施例，用于從氣體22中以再生方式獲得熱量所采用的固體顆粒24設計成具有高的密度以及高的導熱性。即固體顆粒的密度越高，并且固體顆粒24的數目越大，也就是，固體顆粒24的表面積越大，容器12就可以越小。所以，已經發現各種形式的鋁礬土，如Al2O3，適合用作固體顆粒24。在這方面，各種形式的鋁礬土如Al2O3不僅是因為它們的熱特性，而且另外因為它們是低技術陶器的原料，以及它們在世界上每個國家實際上都存在，所以其具有吸引力。但是，應該理解還有體現上述特性的希望實施的其它類型顆粒，可以采用它們代替各種形式的上文中敘述的鋁礬土，而不會背離本發明的精神。
用于從氣體22中以再生方式獲得熱量所采用的固體顆粒24還設計成具其有比固體燃料灰和吸附劑顆粒更高的密度和更大的尺寸。固體顆粒設計成在容器12的上區20內以最大氣體速度朝下降落通過爐子，也就是，在容器12的上區20內固體顆粒24的終端速度大于容器12的上區20內最大氣體速度。容器12的上區20的橫截面積設計成，以便確保其中的氣體速度足夠高，以便能夾帶大部分的固體燃料灰和吸附劑顆粒并如圖1中附圖標記36表示的箭頭所示地攜帶它們向上流出容器12，其方式下面將要進一步說明。
以這樣的方式從容器12下區14排出固體顆粒24，即，以便保證基本上沒有細或粗的固體燃料灰或吸附劑被傳送到由附圖標記30表示的強制通風式熱交換器。按照本發明的最佳模式實施例，在圖1中每一個床排放管都由相同的附圖標記31表示，并且下面將對它們進一步說明，多個床排放管是這樣定位的，即，使圖1中由相同的附圖標記31a表示的每個床排放管31的入口位于容器12的區14的底板之上，該底板由附圖標記14a表示。通過使用這個設計，包括采用多個床排放管31的每個的入口31a位于容器12的區14的底板14a之上，從而使得沒有大塊礦石等被允許通過容器12的區14到達強制通風式熱交換器30。因此這樣大塊的礦石等只能從容器12通過分離床排放處理系統除去，后者在圖1中示意地由附圖標記33表示的箭頭說明。
以與特定的圖4的討論相聯系的更加充分詳細的方式說明，將足夠量的空氣引入到多個床排放管31中的每一個中，從而使其速度足夠高以便防止細粒、燃料灰和吸附劑顆粒向下流過多個床排放管31中的任何一個或幾個中，盡管同時這個空氣流的速度不足以阻礙固體顆粒向下流過多個床排放管31的每一個到達強制通風式熱交換器30。引入到多個床排放管31每一管中的空氣還可在操作上實現任何沒有燒盡的含碳物質的燃燒，該物質可能進入多個床排放管31中的任何一個或幾個中。由這樣的燃燒產生的熱量設計成使其從各自床排放管31回到容器12。
繼續在圖1中說明的本發明傳熱系統10的描述，按照本發明構造的傳熱系統10還包括第二部分，即前面已經描述過的強制通風式熱交換器30。如圖1所示，在強制通風式熱交換器30內以安裝關系合適地支承一個或幾個傳熱表面。按照本發明傳熱系統10在圖1中的說明，4個這樣的傳熱表面示意性地以合適的支承方式安裝在強制通風式熱交換器30內，每個傳熱面在圖1中都由相同的附圖標記32表示，這可通過使用適合于這樣目的的任何常規形式的安裝機構來實施(為了保持圖中說明的簡明，沒有顯示出)，例如優選地在強制通風式熱交換器30內適當地互相間隔一定距離。但是應該理解，在強制通風式熱交換器30內可以采用更多或更少數目的這樣的傳熱表面32，而不會背離本發明的精神。
固體顆粒24通過強制通風式熱交換器30基本上是簡單的質量流動，固體顆粒從由附圖標記31b表示的多個床排放管31每一個的出口流出和排放出來之后，如由相同的附圖標記35表示的每個箭頭所示意地進入到強制送風式熱交換器30，從而一旦這些固體顆粒24在容器12的第一部分20內從該內部產生的熱源即從氣體22中以再生方式獲得熱量，則這些固體顆粒24主要在重力的影響下以非常慢的速度，如40m/小時的數量級向下移動。因此，這些固體顆粒24當它們向下移動時形成移動床的特征。雖然按照本發明的最佳模式實施例，這些固體顆粒24當它們向下移動時形成移動床的特征，但應理解這些固體顆粒24也可以用某些其它的方式向下移動而不會背離本發明的精神。這里重要的一點是，優選地是完全以逆流的方式完成傳熱作用，或者另一種是最小程度至少以部分逆流的方式完成傳熱作用。因此，至少部分的熱交換作用必須是以逆流的方式進行。
在以上面已經說明的方式向下流動的過程中，固體顆粒24的該向下移動的質量流在傳熱表面32上流過，按照本發明最佳模式實施例每個傳熱表面優選地包括多個單獨的管(為了保持
的簡明，沒有示出)，該管在共同地作用時構造成單個傳熱表面32。循環的“工作流體”如由詞語“流體”標記的每個箭頭示意地流經每個傳熱表面32的這些每根管子(未示出)。如這里所用的那樣，術語“工作流體”指的是熱力循環的“工作流體”，例如蒸汽或氨，以及過程的原料。在固體顆粒24向下移動的質量流和通過各管(未示出)流動的工作流體之間實現的傳導的熱交換最好是如上面已經討論的那樣百分之一百的逆流，這些管子共同地作用時構成熱交換表面32中的一個。雖然如上面已經討論過的那樣，在固體顆粒24向下移動的質量流和通過各管(未示出)流動的工作流體之間這樣的傳導的熱交換在最小程度上可以是至少部分逆流的。
當所采用的用于燃燒從而形成該內部產生熱源的燃料改變時，不需要改變各個管(未示出)之間的距離，這些管子整體地構成每個傳熱表面32。另外，由于在各個管子(未示出)上沒有氣體流動，這些管子共同地構成每個傳熱表面32，因此沒有氣體側的速度限制，這些限制在氣體與管子傳熱的熱交換器中造成需要多部段結構的過熱器、再加熱器、蒸發器和節約器的傳熱表面積，在現有技術形式的循環流化床系統以及現有技術形式的粉化煤燃燒的蒸汽發生器中它們是普遍需要的。因此用本發明的傳熱系統10被認為有可能提供從它的節約器入口到它的過熱器出口的單個回路，并具有消除大部分排出壓力損失的伴隨效果。
按照本發明最佳模式實施例，在強制通風式熱交換器30中固體顆粒24實際上由百分之百的鋁礬土即Al2O3構成，并只包括最小量的固體燃料灰。這是由于在容器12內在鋁礬土即Al2O3的固體顆粒24與固體燃料灰之間實現分類。即，在容器12區14內固體燃料16和燃燒用空氣18燃燒產生的固體燃料灰具有微米級尺寸和低密度，所以被夾帶在向上的氣流22中。在另一方面，鋁礬土即Al2O3的固體顆粒24是非常稠密并具有600-1200微米的尺寸，這樣的顆粒太大以至于不能被夾帶在向上的氣流22中。此外，如上面已經敘述過那樣和下面與附圖4的相聯系的進一步描述的那樣，多個床排放管31和將空氣引入到該處相結合的設計提供了輔助的分類并進一步保證只有鋁礬土即Al2O3的固體顆粒24向下通到強制通風式熱交換器30。所以，如上面已經描述的那樣，鋁礬土即Al2O3的固體顆粒24主要是在重力的影響下朝下移動。
繼續參考附圖的圖1，當固體顆粒24到達強制通風式熱交換器30的底部時，如圖1所示，固體顆粒2 4已經被足夠冷卻，即在近似500°F的溫度，從而使固體顆粒24，如在圖1中整體由附圖標記34表示的虛線所示的那樣，可以被運送回到容器12的頂部以用于噴射到它的第一部分20中，從而如前面已經描述過那樣用于再一次重復固體顆粒24流過容器12然后通過強制通風式熱交換器30的過程。在本發明的傳熱系統10內固體顆粒24的這種流動這里稱為“下再循環回路”。
進一步說明本發明的傳熱系統10的容器12的區14內由固體燃料16和燃燒用空氣18的燃燒所產生的固體燃料灰，如附圖的圖1說明的那樣，其中采用了與之相聯的內部產生的熱源，如前面已經描述過的那樣這種固體燃料灰被夾帶在氣體22中，因此從容器12的區14向上流動進入并通過容器12的第一部分20，并且如在圖1中由附圖標記36表示的箭頭所示的那樣，最終夾帶固體燃料灰的氣體22被排放到低溫的即冷的常規結構的旋風分離器中，該冷的旋風分離器在圖1中整體由附圖標記38表示。在冷的旋風分離器38內，以對本發明所屬技術領域的普通技術人員來說是眾所周知的方式，使固體燃料灰與氣體22分離。在使用冷的旋風分離器38內分離之后，如圖1中整體由附圖標記40表示的箭頭和虛線所示的那樣，使部分的分離的固體燃料灰回到容器12的區14，并將剩余的分離的固體燃料灰從冷的旋風分離器中排出以用于作最后的處理，如在圖1中整體由附圖標記41表示的箭頭和虛線所示的那樣。另一方面，如在圖1中整體由附圖標記42表示的箭頭和虛線所示的那樣，在冷的旋風分離器38內已經與固體燃料灰分離的氣體從冷的旋風分離器38排放到空氣加熱器28。如上述的固體燃料灰再循環這里將稱之為“上再循環回路”，它主要執行如下兩種功能1)它減小沒有燃燒的碳的數量，否則這些沒有燃燒的碳將從容器12中排出，和2)它能有對強制通風式熱交換器30內溫度的起到輔助控制作用。
強制通風的熱交換器30的溫度是非常重要的，因為該溫度形成固體顆粒24向下的質量流與傳熱表面32的管子(未示出)之間進行傳導傳熱的基礎，以及由此形成與流過這些管子(未示出)的工作流體之間進行傳導傳熱的基礎。在本發明的傳熱系統10中，在強制通風式熱交換器30內的溫度是燃燒的Q值、多余的空氣、上再循環率、和下再循環率的函數。對給定的燃燒Q值，獨立變量是上再循環率和下再循環率。如果需要增加固體顆粒24的溫度，那么可以減小下再循環率，但氣體22離開容器12的第一部分20的出口溫度將增加，這是由于從熱源以再生方式獲得熱量的表面積減小，即當采用與本發明的傳熱系統10相連的內部產生的熱源時，該熱源就是在容器12的區14內由固體燃料16和燃燒用空氣18燃燒產生的氣體22。可以減小上再循環率以便增加固體顆粒24的溫度，但碳的損失將加大，這是因為在固體燃料灰中的未燃燒的碳具有更少的機會從冷的旋風分離器38再循環到容器12的區14。所以，認為最好的策略是適當的某種組合，它包括兩個變量中的每一個的調節，即在下再循環率中某些調節以及在上再循環率中某些調節。這里還注意到在強制通風式熱交換器30內溫度的上限是由固體燃料16灰份熔合的溫度獲得的，名義上它是1100℃。所以，為了使固體顆粒24在強制通風式熱交換器30內保持自由流動，在強制通風式熱交換器30的溫度必須保持在使容器12的區14內固體燃料16和燃燒用空氣18變粘的溫度之下。
匯集在自由流動的固體顆粒24的質量中的熱量或從熱源通過再生方式獲得到熱量的固體顆粒24’的質量中的熱量，當這樣的熱源分別是圖1中所示的內部產生的熱源和是圖2中所示的外部產生的熱源時，使得在循環流化床系統的現有技術形式中或者在燃燒粉碎煤的蒸汽發生器現有技術形式中不可能的許多情況變成可能。在這方面通過示范而不是限制的方式，這里參考如下幾點，使用按照本發明構造的傳熱系統，如在圖1中描述的本發明的傳熱系統10，以下這些全都被認為是可能的，1)在按照本發明構造的傳熱系統10的所有回路中逆流是可能的；2)當經過本發明傳熱系統10的溫度下降時不需要替換傳熱表面32的管子(未示出)；3)不管固體燃料16多么差，傳熱表面32的管子(未示出)沒有腐蝕、磨損或堵塞的可能；4)無論固體燃料16的特性如何，可以在傳熱表面32的所有管子(未示出)上設置翅片；5)通過圍繞每根這樣單個管子(未示出)的軸線的導熱從而均勻加熱傳熱表面32的所有管子(未示出)，這樣消除了例如用水墻形式的結構會發生的管子(未示出)的單側加熱，和6)由于已知的是熱傳導率在固體與管子傳熱時大大高于氣體與管子的傳熱中的對流傳熱，所以極大地強化了傳熱效果。
為了完成在圖1中說明的本發明傳熱系統10的描述，這里注意到這個事實，即，噴射到容器12的區14內的燃燒用空氣18在注入到其中之前，優選地通過氣體和空氣之間的熱交換在空氣加熱器28中首先預熱，使附圖標記42表示的氣體流過空氣加熱器28，由附圖標記44表示的箭頭所示的空氣為這個目的進入并流過空氣加熱器28。也被認為是很重要的是，注意到應用本發明傳熱系統10按照它的最佳模式實施例噴射到容器12的區14內的燃燒用空氣18基本僅采用空氣。另外，這里還注意到，當使用的熱源是內部產生的熱源時僅采用這種燃燒用空氣18。進一步討論這一點，被認為很重要的是，認識到沒有將任何空氣和/或任何氣體噴射到強制通風式熱交換器30中用于在強制送風式熱交換器內實現固體顆粒24向下流動的質量流態化。應用到本發明的傳熱系統10中的其它空氣僅被引入到多個床的排放管31的每個床排放管中，以用于在其中實現固體顆粒24與任何可能進入某一個或幾個床排放管31中的細粒、固體燃料灰和/或吸附劑顆粒之間的附加分類。
接著轉到參照圖2，圖中描述按照本發明構造的整體由附圖標記10′表示的傳熱系統，該系統與圖1所示的傳熱系統10不同，其中在圖1中所示的傳熱系統10中采用了與其相連的內部產生的熱源，而在圖2中所示的傳熱系統10′與在圖1中說明的傳熱系統10完全不同，是采用了與其相連的外部產生的熱源。為了理解在附圖的圖2中說明的按照本發明的傳熱系統10′的操作模式和構造特性，與傳熱系統10的組件相對應的傳熱系統10′中的組件是與圖1中所示的那些組件相同的，并已經與按照本發明構造的傳熱系統10的描述相聯系地在前面被描述過，在圖2中由相同的附圖標記來表示，但加上一撇號作為上標，以便與在圖1中已經采用的相同的組件相區別。
所以，參考附圖的圖2能清楚地了解，傳熱系統10′包括第一部分，即容器，該容器整體由附圖標記12′表示，該容器本身包括兩個區，即下區和上區。整體由附圖標記14′表示的下區在操作上作為容納外部產生的熱源的區，該熱源在圖2中由附圖標記15整體表示的箭頭示意地表示。所以，外部產生的熱源可以采用從透平機或其它相似類型設備排出的熱氣體的形式，或者可以是熱的過程物流的形式，它可以是某種類型化學反應的結果生成的物流，并不會背離本發明的精神。在任何情況下，如果外部產生的熱源是熱排出的氣體的形式，那么如在圖2中由附圖標記15表示的箭頭示意的那樣將這個排出的熱氣體噴射到第一部分12′的下區14′中。或者，如果外部產生的熱源是熱的過程物流的形式，那么如在圖2中由附圖標記15表示的箭頭示意的那樣將這個熱的過程物流噴射到第一部分12′的下區14′中。
容器12′的整體由附圖標記20′表示的上區是在容器12′內位于區14′上面的區，該上區以反應器的方式來操作，從而提供6到7秒數量級的相對較大的停留時間，從而在其中以再生方式獲得熱量，這在前面已經與圖1中所示的傳熱系統10的描述相聯系地說明過，其中從外部產生的熱源來的熱量是以熱的排出氣體或熱的過程物流的形式這樣的外部熱源，這樣的排出熱氣體或熱的過程物如由附圖標記22′表示的箭頭所示地流向上流動，將熱量傳給由附圖標記24′表示的箭頭所示的噴射到容器12′的上區20′中的向下流動的固粒顆粒流，向下流動是由附圖標記26′表示的箭頭所示的。因此，容器12′的上區20′基本上以逆流、直接接觸的熱交換器的方式工作。所以在容器12′的區14′內或在容器12′的上區20′內都沒有熱傳給水/蒸汽的情況發生。因此，容器12′的壁設計成以便它們可以使用耐火襯料。另外，固體顆粒24′能有效地從外部產生的熱源中以再生方式獲得熱量，該熱源是示意地用22′表示的熱的排出的氣體或熱的過程物流，以使該固體顆粒的溫度下降到足夠低，以便在本發明的傳熱系統10′中能夠使用常規形式的空氣加熱器，該空氣加熱器在圖2中示意地所示，其中所述空氣加熱器整體是由附圖標記28′表示。
按照本發明的優選實施例，用于從熱的排出氣體或熱的過程物流22′中以再生方式獲得熱量所采用的固體顆粒24′設計成具有高密度以及高的導性。即，固體顆粒的的密度越高，并且固體顆粒24′的數目越大，也就是，固體顆粒24′的表面面積越大，容積12′可以越小。所以，已經發現各種形式的鋁礬土如Al2O3都適合用作固體顆粒24′。在這方面，各種形式的鋁礬土如Al2O3不僅是因為它們的熱特性，而且另外因為它們是低技術陶器的原料，以及它們在世界上每個國家實際上都存在，所以其具有吸引力。但是，應該理解還有體現上述特性的希望實施的其它類型顆粒，可以采用它們代替各種形式的上文中敘述的鋁礬土，而不會背離本發明的精神。
用于從熱的排出氣體或熱的過程物流22′中以再生方式獲得熱量所采用的固體顆粒24′還可設計成具有比可能被夾帶在熱的排出氣體或熱的過程物流中的任何物質更大的密度和尺寸，這些熱的氣流被噴射到容器12′的下區14中之后，在容器12′內向上流動。固體顆粒24′設計成在容器12′的上區20′內以最大氣體流速向下掉落以經過爐子，也就是說，固體顆粒24′在容器12′的上區20內的終端速度大于容器12′的上區20′內最大氣體速度。容器12′的上區20′的橫截面積設計成，以便保證其中的氣體速度足夠高以便夾帶大多數物質，并使熱的排出氣體或熱的過程物流如在圖2中由附圖標記36′表示的箭頭所示地攜帶這些物質向上和流出容器12′，其方式下面將要進一步說明。
以這樣的方式將固體顆粒24′從容器12′的下區14′排出，即，保證基本上沒有由熱的排出氣體或熱的過程物流22′所夾帶的細的或粗的物質傳送到由附圖標記30′表示的強制送風式熱交換器。按照本發明最佳模式的實施例，多個床排放管這樣定位，在圖2中每一個床排放管都由相同的附圖標記31′表示，并且下面將對它們進一步說明，多個床排放管是這樣定位的，即，使圖2中由相同的附圖標記31a′表示的每個床排放管31′的入口位于容器12′的區14′的底板之上，該底板由附圖標記14a′表示。通過使用這個設計，包括采用多個床排放管31′的每個的入口31a′位于容器12′的區14′的底板14a之上，從而使得沒有大塊礦石等被允許通過容器12′的區14′到達強制通風式熱交換器30。因此這樣大塊的礦石等只能從容器12′通過分離床排放處理系統除去，后者在圖2中示意地由附圖標記33′表示的箭頭說明。
以與特定的圖4的討論相聯系的更加充分詳細的方式說明，將足夠量的空氣引入到多個床排放管31′中的每一個，從而使其速度足夠高以便防止可能被熱的排出氣體或熱的過程物流22′可能夾帶的任何物質向下流入到多個床排放管31′中的任何一個或幾個中，盡管同時這個空氣流的速度不足以阻礙固體顆粒向下流過多個床排放管31′的每一個到達強制通風式熱交換器30′。引入到多個床排放管31′的每一管的空氣還可在操作上實現任何沒有燒盡的含碳物質的燃燒，該物質可能進入多個床排放管31′中的任何一個或幾個中。由這樣的燃燒產生的熱量設計成使其從各自床排放管31c回到容器12′。
繼續在圖2中說明的本發明傳熱系統10′的描述，按照本發明構造的傳熱系統10′還包括第二部分，即前面已經參考過的強制送風式熱交換器30′。如參考圖2清楚地所示，在強制送風式熱交換器30′內以安裝關系合適地支承一個或幾個傳熱表面。按照本發明傳熱系統10′在圖2中的說明，4個這樣的傳熱表面示意地說明以合適的支承方式安裝在強制送風式熱交換器30′內，每個傳熱面在圖2中都由相同的附圖標記32′表示，這可通過使用適合于這樣目的的任何常規形式的安裝機構來實施(為了保持圖中說明的簡明，沒有顯示出)，例如優選地在強制通風式熱交換器30′內適當地互相間隔一定距離。但是應該理解，在強制通風式熱交換器30′內可以采用更多或更少數目的這樣的傳熱表面32′，而不會背離本發明的精神。
固體顆粒24′通過強制送風式熱交換器30′基本上是簡單的質量流動，固體顆粒從由附圖標記31b′表示的多個床排放管31′每一個的出口流出和排放出來之后，如每個由相同的附圖標記35′表示的箭頭所示意地進入到強制送風式熱交換器30′，從而一旦這些固體顆粒24′已經在容器12′的第一部分20′內從外部產生的熱源即從熱的排出氣體或熱的過程物流22′中以再生方式獲得熱量，則這些固體顆粒24′主要在重力的影響下以非常緩慢的速度，如40m/小時的數量級向下移動。因此，這些固體顆粒24′當它們向下移動時形成移動床的特征。雖然按照本發明最佳模式實施例，這些固體顆粒24′當它們向下移動時形成移動床的特征，但應該理解這些固體顆粒24′也可以用某些其它的方式向下移動而不會背離本發明的精神。這里重要的一點是以最小程度為至少部分逆流的方式完成傳熱作用。因此，至少部分的熱交換作用必須是以逆流的方式進行。
在以上面已經說明的方式向下流動的過程中，固體顆粒24′的該向下移動的質量流在傳熱表面32′上流過，按照本發明最佳模式實施例每個傳熱表面優選地包括多個單獨的管(為了保持
的簡明，沒有示出)，該管在共同地作用時構成單個傳熱表面32′。循環的“工作流體”如由詞語“流體”標記的每個箭頭示意地流經每個傳熱表面32′的這些每根管子(未示出)。如這里所用的那樣，術語“工作流體”指的是熱力循環的“工作流體”，例如蒸汽或氨，以及過程的原料。在固體顆粒24′向下移動的質量流和通過各管(未示出)流動的工作流體之間實現的傳導的熱交換最好是如上面已經討論的那樣百分之一百的逆流，這些管子共同地作用時構成熱交換表面32′中的一個。雖然如上面已經討論過的那樣，在固體顆粒24′向下移動的質量流和通過各管(未示出)流動的工作流體之間這樣的傳導的熱交換在最小程度上可以是至少部分逆流的。
當所采用的用于燃燒從而形成產生熱源的燃料改變時，不需要改變各個管(未示出)之間的距離，這些管子共同地構成每個傳熱表面32′。另外，由于在各個管子(未示出)上沒有氣體流動，這些管子共同地構成每個傳熱表面32′，因此沒有氣體側的速度限制，這些限制在氣體與管子傳熱的熱交換器中造成需要多部段結構的過熱器、再加熱器、蒸發器和節約器的傳熱表面積，這些限制在現有技術形式的循環流化床系統以及現有技術形式的粉化煤燃燒的蒸汽發生器中是普遍需要的。因此用本發明的傳熱系統10′被認為有可能提供從它的節約器入口到它的過熱器出口的單個回路，并具有消除大部分排出壓力損失的伴隨效果。
按照本發明最佳模式實施例，在強制送風式熱交換器30′中的固體顆粒24′實際上由百分之百的鋁礬土即Al2O3構成，并只包括最小量的其它物質。這是由于在容器12′內在鋁礬土即Al2O3的固體顆粒24′與可由熱的排出氣體或熱的過程物流22′夾帶的任何物質之間實現分類。即，可被熱的排出氣體或熱的過程物流22′夾帶的任何物質具有微米級尺寸和低密度，從而被夾帶在熱的排出氣體或熱的過程物流22′的向上流動之中。在另一方面，鋁礬土即Al2O3的固體顆粒24′是非常致密和600-1200微米的尺寸，這樣的顆粒太大以至于不能被夾帶在熱的排出氣體或熱的過程物流22′的向上流動中。另外，如上面已經敘述過那樣和下面與附圖4的討論相聯系將進一步說明那樣，多個床排放管31′的設計和將空氣引入到該處相結合的設計提供了輔助的分類并進一步保證只有鋁礬土即Al2O3的固體顆粒24′向下通到強制送風式熱交換器30′。所以，如上面已經描述的那樣，鋁礬土即Al2O3的固體顆粒24′主要是在重力影響下朝下移動。
繼續參考附圖的圖2，當固體顆粒24′到達強制送風式熱交換器30′的底部時，如參考圖2所示，固體顆粒24′已經被足夠冷卻，即在近似500°F的溫度，從而使固體顆粒24′，如在圖2中整體由附圖標記34′表示的虛線示意說明的那樣，可以被運送回到容器12′的頂部以用于噴射到它的第一部分20′中，如前面已經描述過那樣用于再一次重復固體顆粒24′流過容器12′然后通過強制送風式熱交換器30′的過程。在本發明的傳熱系統10′內固體顆粒24′的這種流動這里將稱為“下再循環回路”。
進一步說明可能夾帶在熱的排出氣體或熱的過程物流22′中的物質，如在附圖的圖2中說明的那樣，其中采用了與傳熱系統10′相聯的外部產生的熱源，這樣的物質與熱的排出氣體或熱的過程物流22′從容器12′的區14′向上流動進入并通過容器12′的第一部分20′，并且如在圖2中由附圖標記36′表示的箭頭所示的那樣，最終熱的排出氣體和熱的過程物流22′與這樣夾帶的物質一起被排放到低溫即冷的常規結構的旋風分離器中，該冷的旋風分離器在圖2中整體由附圖標記38′表示。在冷的旋風分離器38′內，以對本發明所屬技術領域的普通技術人員來說是眾所周知的方式，使被夾帶在熱的排出氣體或熱的過程物流22′的物質分離出。在冷的旋風分離器38′內分離之后，夾帶在熱的排出氣體或熱的過程物流22′中的物質的一部分，如在圖2中整體由附圖標記40′表示的箭頭和虛線所示的那樣，使其回到容器12′的區14′，并將這樣物質的剩余部分，如在圖2中整體由附圖標記41′表示的箭頭和虛線所示的那樣，從冷的旋風分離器38′中排出以用于作最后的處理。在另一方面，如在圖2中整體由附圖標記42′表示的箭頭和虛線所示的那樣，與所夾帶的物質分離之后，熱的排出氣體和熱的過程物流22′從冷的旋風分離器38′排出到空氣加熱器28′。如上所述，被熱的排出氣體或熱的過程物流22′可能夾帶的這樣物質的再循環這里將稱為“上再循環回路”。
強制送風式熱交換器30′的溫度是非常重要的，因為該溫度形成固體顆粒24′向下的質量流與傳熱表面32′的管子(未示出)之間進行傳導傳熱的基礎，以及由此形成與流過這些管子(未示出)的工作流體之間進行傳導傳熱的基礎。在本發明的傳熱系統10′中在強制送風式熱交換器30′內的溫度是燃燒的Q值、多余的空氣、上再循環率和下再循環率的函數。對給定的燃燒Q值，獨立變量是上再循環率和下再循環率。如果需要增加固體顆粒24′的溫度，那么可以減小下再循環率，但熱的排出氣體或熱的過程物流22′離開容器12′第一部分20′的出口溫度將增加，這是由于從熱源中以再生方式換熱的表面面積減小的原因，即當外部產生的熱源采用如在附圖的圖2中說明的傳熱系統10′的形式時，這個熱源就是熱的排出氣體或熱的過程物流22′。可以減小上再循環率以便增加固體顆粒24′的溫度，但碳的損失將加大，這是因為可能被夾帶在熱的排出氣體和熱的過程物流22′中的未燃燒的含碳物質將有更少的機會從冷的旋風分離器38′再循環到容器12′的區14′。所以，認為最好的策略是適當的某種組合，它包括兩個變量中的每一個的調節，即在下再循環率中某些調節以及在上再循環率中某些調節。
匯集在自由流動的固體顆粒24的質量中的熱量或從熱源中以再生方式獲得熱量的固體顆粒24′的質量中的熱量，當這樣的熱源分別是圖1中所示的內部產生的熱源和在圖2中所示的外部產生的熱源時，使得在循環流化床系統的現有技術形式中或者在粉化煤燃燒的蒸汽發生器現有技術中不可能的許多情況變成可能。在這方面通過示范而不是限制的方式，這里參考如下幾點，用按照本發明構造的傳熱系統，如在圖2中描述的本發明的傳熱系統10′，以下這些全都被認為是可能的1)在按照本發明構造的傳熱系統10′的所有回路中逆流是可能的；2)當經過本發明傳熱系統10′的溫度下降時，不需要替換傳熱表面32′的管子(未示出)；3)無論采用的與傳熱系統10′相連的外部產生熱源的特性如何，傳熱表面32′的管子(未示出)沒有腐蝕、磨損或堵塞的可能；4)無論熱的排出氣體或熱的過程物流22′的特性如何，可以在傳熱表面32′的所有管子(未示出)上設置翅片；5)通過圍繞每根這樣單個管子(未示出)的軸線的導熱從而均勻加熱傳熱表面32′的所有管子(未示出)，這樣消除了例如用水墻形式的結構會發生的管子(未示出)的單側加熱，和6)由于已知的是熱傳導率在固體與管子傳熱時大大高于氣體與管子的傳熱中的對流傳熱，所以極大地強化了傳熱效果。
為了完成在圖2中說明的本發明傳熱系統10′的描述，相信很重要的是，認識到沒有將任何空氣和/或氣體噴射到強制送風式熱交換器30′中以用于在強制送風式熱交換器30′內實現其中固體顆粒24′向下流動的質量流態化。按照本發明最佳模式實施例，應用本發明的傳熱系統10′其它空氣僅被引入到多個床排放管31′中的每一根，以用于實現固體顆粒24′和可能夾帶在熱的排出氣體和熱的過程物流22′中任何物質之間附加分類，這些夾帶可能是其它方式進入到多個床排放管31′中任何一個或幾個。
下面這里將接著簡要地參考附圖的圖3。因此，按照本發明最佳模式實施例，在圖3中描述機械互相連接部的放大的側視圖，即在圖1中所示的本發明傳熱系統10的第一部分，即容器12與它的強制送風式熱交換器30之間的互相連接，如在圖1中所示的那樣按照本發明傳熱系統10的操作模式，熱的固體顆粒24從容器12到強制送風式熱交換器30橫截通過該熱交換器30。特別是，參考圖3能清楚地理解，在容器12的區14和強制送風式熱交換器30之間實現機械互相連接使得在它們之間形成在圖3中由附圖標記29整體表示的空間。即，包圍空間29的周邊是封閉的，這可使用任何常規形式的機構來實現，只要適合用于進行容器12的區14的底板14a和強制送風式熱交換器30的機械互相連接，從而以互相間隔的關系支承容器12和強制送風式熱交換器30并在它們之間限定的空間29的延伸。如與圖1中所示的本發明構造的傳熱系統10的描述相聯系和與圖2中所示的本發明構造的傳熱系統10′的描述相聯系的前面已經敘述過那樣，在圖1中所示的傳熱系統10的情況下多個床排放管31和在圖2中所示的傳熱系統10′的情況下多個床排放管31′橫跨過限定的空間29，從而在圖1中所示的本發明構造的傳熱系統10的情況下在容器12的區14和強制送風式熱交換器30之間形成唯一的連通裝置，并在圖2中所示的本發明構造的傳熱系統10′的情況下在容器12′的區14′和強制送風式熱交換器30′之間形成唯一的連通裝置。所以，參考圖3能清楚地理解，如圖3中所示，多個床排放管31向上突伸穿過容器12的區14的底板14a，使多個床排放管31的每個入口31a位于容器12的區14的底板14a之上以相隔一定的距離。類似地，如圖3中所示，多個床排放管31每個的出口31b向內突伸到強制送風式熱交換器30之中，使多個床排放管31每個的出口31b從限定的空間29延伸到強制送風式熱交換器30之內合適的程度。
這里接著將考慮附圖的圖4，圖中放大地示出在圖1中所示的本發明傳熱系統10的一段，在其中進行分類過程，從而使例如鋁礬土的傳熱顆粒24與固體燃料灰、吸附劑、易燃劑和煙道氣分離。因此，在附圖的圖4中所示的是容器12的區14的底板14a的一部分，以及強制送風式熱交換器30的上表面的一部分，如圖4所示，上表面在圖4中整體由附圖標記30a表示。此外，通過示范的方式在圖4中示出多個床排放管30中的一根，它的入口31a位于容器的區14內并與底板14a適當地間隔開，而它的出口31b位于強制送風式熱交換器30之內并與強制送風式熱交換器的上表面30a適當地間隔開。
再參考附圖的圖4，如圖所示，按照本發明最佳模式實施例，安裝在圖4中整體由附圖標記46表示的分類裝置與床排放管31成包圍的關系，如在圖4中所示的那樣它與容器12的區14的底板14a和強制送風式熱交換器30的上表面30a兩者都適當地間隔開。任何適合以對床排放管31的包圍關系實現分類裝置46安裝的常規形式的安裝機構(為了
的簡明，沒有示出)都可使用。如圖1清楚地理解那樣，按照本發明的最佳模式實施例，分類裝置46優選地與多個床排放管31的每根配合地相連，從而使單獨的分類裝置46的數目對應于如圖1中所示的本發明構造的傳熱系統10中采用的單獨的床排放管31的數目。以類似的方式，如參考圖2清楚地理解那樣，按照本發明最佳模式實施例，分類裝置46′優選地與多個床排放管31′的每根配合地相連，從而使單獨的分類裝置46′的數目對應于如圖2中所示的本發明構造的傳熱系統10′中采用的單獨的床排放管31′的數目。但是，應該理解在本發明的傳熱系統10中分類裝置46的數目可小于各個床排放管31的數目，而不會背離本發明的精神，類似地在本發明的傳熱系統10′中分類裝置46′的數目可小于各個床排放管31′的數目，而不會背離本發明的精神。
繼續，如參考附圖的圖4清楚地理解那樣，分類裝置46包括在圖4中由附圖標記48表示的基本圓形的部件，管狀部件合適地固定在其一端，該管狀部件在圖4中由附圖標記50表示，通過使用適合這樣目的的任何形式的常規機構，將管狀部件50的另一端連接到合適的空氣源(未示出)，從而讓空氣流過合適的類似總管的機構(為了保持附圖中說明的簡明，沒有示出)進入和通過管狀部件50，以流到與床排放管31成包圍關系的圓形部件48，其中使空氣通過多個開孔進入床排放管31，在圖4中用虛線表示這些開孔和為了參考方便在圖4中每個孔都由相同的附圖標記52表示，該開孔是圍繞床排放管31的外周相互間隔適當的距離裝設的。可以使用在圖4中用虛線表示的或多或少數目的開孔52，而不會背離本發明的精神。空氣在通過圍繞床排放管31的外周裝設的開孔進入床排放管31之后向上流動通過床排放管31進入到容器12的區14內。用上述方式引入到床排放管31中的空氣總量設計成，使該空氣流的速度足夠高以便防止不希望的物質，如細粒、固體燃料灰和吸附劑顆粒從容器12的區中14向下流動通過床排放管31進入到強制送風式熱交換器30，并且同時該空氣流的速度又不足夠阻礙固體顆粒24從容器12的區14向下流動通過床排放管31進入到強制送風式熱交換器30。
這樣，按照本發明已經為傳熱系統提供一種新的和改進的結構，它基于傳熱系統范圍內所涉及新的和新穎的方法的采用。此外，按照本發明已經提供這樣新的和改進的傳熱系統，其特征在于它的低成本。還有，按照本發明已經提供這樣新的和改進的傳熱系統，其特征在于固體強化了由其能夠實現的傳熱。還有，按照本發明已經提供這樣新的和改進的傳熱系統，其特征在于由于使燃燒、傳熱、和環境控制過程完全斷開聯系，這樣能使這些過程中的每一個過程分別最優化。加上按照本發明已經提供這樣新的和改進的傳熱系統，其特征在于在使如鋁礬土的傳熱固體流到傳熱裝置之前，這些傳熱固體被有效地在分類步驟中與固體燃料灰、吸附劑、易燃劑、和煙道氣分離。還有，按照本發明已經提供這樣新和改進的傳熱系統，其特征在于這樣的傳熱系統不受燃料特性改變的影響，不管燃料是固體、液體或氣體，由于應用了分類過程，從而只有如鋁礬土的傳熱固體與傳熱裝置接觸。另外，按照本發明已經提供這樣新的和改進的傳熱系統，其特征在于就與這種新的和改進的傳熱系統相連接而采用內熱源來說，在內熱源的區域內沒有使用傳熱表面。還有，按照本發明已經提供這樣新的和改進的傳熱系統，其特征在于這樣的傳熱系統無論如何仍能保持使得NOX的排放實現最小的能力。還有，按照本發明已經提供這樣新的和改進的傳熱系統，其特征在于硫的收集與燃燒過程斷開聯系。另外，按照本發明已經提供這樣新的和改進的傳熱系統，其特征在于按照該傳熱系統的最佳模式的實施例，不再需要流化床式的熱交換器，由于該結果還獲得到以下優點，盡管使用這種新的和改進的傳熱系統仍可能具有一種在其一端處逆流段緊接著外部傳熱表面的流化床結構，但其減小了輔助的動力和節省了鼓風機和相聯的管道系統的成本。倒數第二，按照本發明已經提供這樣新的和改進的傳熱系統，其特征在于可以采用冷的旋風分離器代替熱的旋風分離器，后者通常是更普遍采用的。最后，按照本發明已經提供這樣新的和改進的傳熱系統，其特征有利地在于這樣的傳熱系統相對比較便宜，同時結構上也相對簡單。
盡管已經描述了本發明的幾個實施例，但對于本發明所屬技術領域的普通技術人員來說將很清楚，可以很容易地進行它的各種變型，上面已經間接提到它的某些變型。因此，由后附的權利要求書來覆蓋提出的變化以及所有其它的變型，它們全都在本發明的實際精神和范圍內。
權利要求
1.一種借助于將熱量從熱的再生固體傳遞給工作流體以便在操作上實現該工作流體的加熱的傳熱系統，其包括a)具有上區和下區的第一部分；b)設置在所述第一部分的所述下區內的熱源，所述熱源在所述第一部分內可從該第一部分的所述下區向上移動到該第一部分的所述上區；c)設置在所述第一部分的所述上區內的大量的再生固體，所述大量的再生固體均具有足夠大的密度和顆粒尺寸，以使在所述第一部分內所述大量的再生固體的每一個的終端速度大于在所述第一部分內所述熱源最大的向上速度，所述大量的再生固體可在所述第一部分內從該第一部分的所述上區向下移動到該第一部分的所述下區，以便當所述熱源在所述第一部分內從該第一部分的所述下區向上移動到該第一部分的所述上區，同時伴隨著所述大量的再生固體在所述第一部分內從該第一部分的所述上區向下移動到該第一部分的所述下區時，通過以再生方式獲得到所述熱源所具有的熱量，從而使所述大量的再生固體被加熱；d)與所述第一部分機械地互相連接的第二部分；e)床排放管裝置，該床排放管裝置從所述第一部分的所述下區內延伸到所述第二部分內，并具有位于其一端處的入口和位于其另一端處的出口，所述床排放管裝置具有的所述一端突伸到所述第一部分的所述下區內，以便使其所述入口位于所述第一部分的所述下區內，所述床排放管裝置具有的所述另一端突伸到所述第二部分內，以便使其所述出口位于所述第二部分內，從而使所述大量的再生固體從所述第一部分的所述下區進入所述床排放管裝置并向下流過所述床排放管裝置，由此所述大量的再生固體從所述床排放管裝置流出并以移動床的方式向下流經所述第二部分；和f)以安裝關系支承在所述第二部分內的熱交換器裝置，所述熱交換器裝置具有流過該熱交換器裝置的工作流體，所述熱交換器裝置這樣操作，即，當所述工作流體流過時所述大量的再生固體以流動床的方式向下流過與所述熱交換器成包圍的關系的所述第二部分，從而使所述工作流體被加熱，同時在所述第一部分內被加熱的所述大量的再生固體與流過所述熱交換器裝置的所述工作流體之間傳導傳熱，從而使所述大量的再生固體被冷卻。
2.如權利要求1所述的傳熱系統，其特征在于，所述熱源是在所述第一部分的所述下區內在內部產生的。
3.如權利要求1所述的傳熱系統，其特征在于，將空氣和固體燃料均噴射到所述第一部分的所述下區中，所述空氣和所述固體燃料隨后在所述第一部分的所述下區內進行燃燒，并且由所述空氣和所述固體燃料在所述第一部分的所述下區內燃燒產生的熱量，所述熱源在所述第一部分的所述下區中由該熱量從而在內部產生。
4.如權利要求1所述的傳熱系統，其特征在于，所述熱源是在所述第一部分的所述下區的外部產生的。
5.如權利要求4所述的傳熱系統，其特征在于，在所述第一部分的所述下區的外部產生的所述熱源包括來自透平機的熱的排出氣體，該熱的排出氣體隨后引入到所述第一部分的所述下區中。
6.如權利要求4所述的傳熱系統，其特征在于，在所述第一部分的所述下區的外部產生的所述熱源包括由某種類型化學反應的生成的熱的過程物流，所述熱的過程物流隨后引入到所述第一部分的所述下區中。
7.如權利要求1所述的傳熱系統，其特征在于，所述大量的再生固體包括鋁礬土的顆粒。
8.如權利要求1所述的傳熱系統，其特征在于，其還包括分類裝置，該分類裝置可與外部的空氣源相連并配合地與所述床排放管裝置相關聯，所述分類裝置在操作上將足夠量的空氣引入到所述床排放管裝置內，從而使所述空氣的速度足夠高，以防止不希望的物質從所述第一部分的所述下區向下流過所述床排放管裝置進入到所述第二部分中。
9.如權利要求8所述的傳熱系統，其特征在于，所述分類裝置包括以與所述床排放管裝置成包圍關系地安裝的至少一個圓形部件和至少一個管狀部件，該管狀部件的一端固定到所述至少一個圓形部件上并且其另一端可連接到外部空氣源，所述至少一個管狀部件在操作上將空氣從外部空氣源供給到所述至少一個圓形部件中。
10.如權利要求1所述的傳熱系統，其特征在于，所述床排放裝置包括至少一對以互相間隔開的關系支承的床排放管，以便每個床排放管從所述第一部分的所述下區內延伸到所述第二部分內，所述至少一對床排放管均具有位于其一端的入口和位于其另一端的出口，所述至少一對床排放管均具有突伸到所述第一部分的所述下區中的所述一端，以便使其所述入口位于所述第一部分的所述下區內，并且還具有突伸到所述第二部分中的所述另一端，以便使其所述出口位于所述第二部分內，從而使該至少一對床排放管在操作上實現將所述大量的再生固體從所述第一部分的所述下區傳送到所述第二部分中。
11.如權利要求10所述的傳熱系統，其特征在于，其還包括分類裝置，該分類裝置可與外部的空氣源相連并配合地與所述床排放管裝置關聯，所述分類裝置包括至少一對圓形部件和至少一對管狀部件，所述至少一對圓形部件均以與所述至少一對床排放管中的一個成包圍關系的方式來安裝，所述至少一對管狀部件均具有固定到所述至少一對圓形部件的對應一個上的一端，和可連接到外部的空氣源上的另一端，所述至少一對管狀部件均在操作上將空氣從外部空氣源供給到與其所述一端固定的所述至少一對圓形部件中的該一個部件中。
12.如權利要求1所述的傳熱系統，其特征在于，所述熱交換器裝置包括以互相間隔開的關系支承在所述熱交換器裝置內的多個傳熱表面，每個所述多個傳熱表面具有流過該傳熱表面的工作流體，從而當該工作流體流過每個所述多個傳熱表面時，所述大量的再生固體以流動床的方式向下流過與每個所述多個傳熱表面成包圍的關系的所述第二部分，從而使該工作流體被加熱，同時在所述大量的再生固體與流過每個所述多個傳熱表面的該工作流體之間傳導傳熱，從而使所述大量的再生固體被冷卻。
13.如權利要求12所述的傳熱系統，其特征在于，流過每一個所述多個傳熱表面的工作流體是蒸汽。
14.如權利要求12所述的傳熱系統，其特征在于，流過每一個所述多個傳熱表面的工作流體是氨。
15.如權利要求12所述的傳熱系統，其特征在于，流過每一個所述多個傳熱表面的工作流體是過程原料。
16.如權利要求1所述的傳熱系統，其特征在于，所述第二部分包括排放裝置，以用于從所述第二部分中排放所述大量的再生固體，并且所述第一部分的所述上區包括接收裝置，以用于接收所述大量的再生固體。
17.如權利要求16所述的傳熱系統，其特征在于，其還包括再循環裝置，該再循環裝置使所述第二部分的所述排放裝置與所述第一部分的所述上區的所述接收裝置互相連接，所述再循環裝置在操作上使所述大量的再生固體從所述第二部分的所述排放裝置再循環到所述第一部分的所述上區的所述接收裝置中。
全文摘要
一種再生和導熱式傳熱系統(10，10′)，該傳熱系統在操作上實現了在傳熱系統(10，10′)的第二部分(20，20′)內對流經傳熱表面(32，32′)的“工作流體”進行加熱，這是由于熱量從大量的再生固體(24，24′)通過傳導傳遞給該工作流體。在傳熱系統(10，10′)的第一部分(12，12′)中，大量的再生固體(24，24′)從內部產生的熱源或者外部產生的熱源(22，22′)中以再生方式獲取熱量。
文檔編號F23C10/24GK1481489SQ01820804
公開日2004年3月10日 申請日期2001年10月10日 優先權日2000年12月18日
發明者M·S·麥克卡特尼, P·R·蒂貝奧爾特, G·D·朱科拉, M S 麥克卡特尼, 朱科拉, 蒂貝奧爾特 申請人:阿爾斯托姆(瑞士)有限公司