專利名稱：粒狀燃料燃燒方法及其動力裝置的制作方法
技術領域：
及現有技術本發明涉及一種內有燃燒器及其中設有床層的動力裝置，流化此床層的空氣是從其底部區域供給，粒狀燃料是從底部區域限定的位置處引入床層使之在床層內進行燃燒，以及按照后附的權利要求1中引言所述的一種燃燒粒狀燃料的方法。
在流化床中粒狀燃料的燃燒要求已加到床層中各個區域的燃料分布得非常好，以避免下述問題發生。
也就是說，極重要的是，供給床層的燃料應全部都要與實際氧進行燃燒，即床層各個部位都要有充足的空氣，才可能使床層中的燃料全部燃燒；不然的話，未燃燃料會達到床層上部，即在所謂自由空間或該床層下游煙氣路經的管道或旋風分離器中，進行燃燒，引起燃氣溫度過高而會使該動力裝置只得在低于可能達到的負荷下運行。還有一種嚴重危險，煙氣中還存在的燃料在裝置下游再燃燒。此外局部缺氧又會使燃料脫硫作用下降，使有害環境的SOX生成量增加。這種靠增加床層流化的空氣量來解決問題的辦法也是不可接受的，因為這樣做又引起了另外更嚴重的問題，特別是在過剩氧量過大時，NOX生成量會在燃燒過程中顯著增加。
上述問題，通過設置非常多的加燃料點，使燃料的流化床及流化床層的燃燒空氣均勻分布的方法，可以在一定程度上得到解決。那么這樣的結構會非常昂貴，而且由于通向各個噴咀的分布管網絡復雜又引起了其它困難和使得各種管道阻塞一起。
另外的可能解決辦法包括有，將任何形式的燃料分配器設在燃料加入床層之后，例如據專利GB 1,326,651得知，其中就采用了一種有葉片的旋轉輪式的分配器，但是這種可移動的部件在動力減小時，例如在高溫下會受到強烈的影響，再加上部件維修便利大為減少或對動力裝置操作的妨礙，就說明這不是一種解決問題的好辦法。早先曾有人建議，在床層中設置分散部件，分布燃料噴咀與蒸汽發生管之間的氣體與燃料。
但是還沒有那種已知方法能令人滿意地解決這個問題。遇到的最大困難在于，避免在床層加燃料位置局部產生所謂羽狀物(plume)的問題，也就是當在動力裝置加料快速變化時，在加燃料噴咀及其以上的床層區域或延伸空間內，缺氧或氧氣不足是主要的，從而使燃料不能全部燃燒，因為此時床層平均氧含量下降的情況易于發生。由此而使局部生成的SOX過多。
現有技術裝置的另一缺點是，它們要求使用含少量揮發性物質的粒狀燃料，這對裝置構成了很大的限制。也就是說，燃料中的揮發性物質與空氣接觸，迅速消耗大量已有的氧，使得在加燃料的地方出現局部缺氧。而且，如果使用含少量揮發性物質的燃料，對于現有技術的結構，易于產生氧氣不足的問題以及由于氧不足而在床層加燃料位置處引起的諸多麻煩仍然存在，而且又不允許給床層提供過多的流化空氣，否則會在床層其它部份有大量NOX生成。發明概述本發明的目的在于，提供一種在引言中定義的方法及動力裝置類型，找尋對前述已知方法與裝置不足之處進行糾正的辦法。此目的按照本發明是可以達到的，辦法是除按照獨立的方法權利要求的方法外，對這種動力裝置提供一種手段，可調節地在所述位置給床層供入附加空氣而與流化空氣分隔開來。
通過這種在床層加燃料位置處調節補充附加空氣的方法，就可局部增加該處正好需要的氧氣供給量，使燃料也能在羽狀物似的區域內完全燃燒，同時既保持了理想脫硫程度，又不致在床層其它區域產生太多的NOX。所述的可調節性可使附加空氣供給量瞬時地適應按照可能持續的動力裝置負荷變化或所安排的某種燃料類型的條件。
因此，本發明能夠使用含各種不同量的揮發性物質的燃料，和在使用高揮發性物質含量的燃料時，在加燃料位置處調節提高附加空氣流量，使在這些位置區域內留有足夠量的氧氣，即在揮發性物質消耗它們所需部份的氧之后，還留下足夠氧量供該處燃料燃燒所用。也就是說，完全可能做到，使不同類型燃料，如不同的含碳型，可以具有同樣的熱值和以同樣加料速率加入到床層中，而且均可以3倍之差地快速進行燃燒。自然，燃燒發生越快，局部需求的空氣量越大，這樣就可避免上述問題發生。
按照本發明的一種優選實施方案，所述的動力裝置包括有一種安排用以控制所述手段的控制單元，和所述的手段包括至少一種管道，輸送所述的附加空氣至所述的位置，以及設置至少一種調節元件，用以通過控制單元來進行控制和調節在所述管道中附加空氣流量。按在加燃料位置處，按照負荷可能的變化及所用類型燃料的每種需要情況，提供精確的附加空氣量，就可以很方便地達到目的。
按照本發明的進一步優選實施方案，此機構包括有苦干元件記錄在所述位置處加入的燃料性質及對燃料燃燒重要的數據，和用于按照所述數據控制所述調節手段的控制單元。該附加空氣供給量，按這種方式可以可靠地與加入到床層中的燃料重要性質數據，如揮發性物質含量相適應，以達到燃料最佳燃燒而無缺氧和過量SOX生成的問題。所述元件的定義，這里也包括通過操作員純手動進行調節，記錄那些性質數據的元件。
按照本發明還有另一優選實施方案，該動力裝置包括有為適應記錄該動力裝置輸出動力變化的若干元件，和適應于根據此記錄控制所述調節手段的控制單元。用這樣的方法，保證了所述附加空氣供給量會與該動力裝置輸出動力變化相適應，從而保持一種改變床層中氧有效利用的趨勢。
按照本發明的另一優選實施方案，該動力裝置除了向所述位置供給燃料進入床層的管道之外包括一附加管道，以供給所述的附加空氣。此優選實施方案可適用于所有類型的燃料供給。但特別適用于要將液漿狀燃料送入床層的場合，因為在這樣的情況下，是不可能把該附加空氣與燃料一起直接供給床層的。
按照本發明的另一優選實施方案，是用于一種其中具有若干適合于通過加入空氣來輸送燃料的部件將燃料加到床層中的動力裝置，所述的調節手段是安排為，通過改變加燃料的空氣中空氣/燃料比例來調節附加空氣供給量。因此，在這種所謂“干加”燃料的方法中，所述的調節可采用非常簡單的方法來實現，即利用已有的控制加燃料的手段調節加燃料管道中的空氣/燃料的比例。
另外，本發明的優點及優點特征還表現在以下的敘述及相關的其它權利要求中。附圖簡要說明參照附圖，按照實施例中引證的本發明優選實施例方案，對本發明方法及動力裝置的說明于下
附圖中
圖1以流程說明一種具有組合氣體與蒸汽循環的PFBC-動力裝置(蒸汽循環，圖中未示出)，其中按照本發明的機構可被應用。
圖2為一按照圖1的動力裝置，其中安排有帶燃燒器的壓力容器的部分斷面流程圖，說明按照本發明方法的第一優選實施方案及按照本發明的機構。
圖3為一按照圖2的壓力容器及燃燒器的簡化的斷面頂視圖。
圖4為一與圖2對應的剖視圖，說明按照本發明方法及本發明的機構的第二優選實施方案。本發明優選實施方案詳細說明本發明不以任何方式限制應用于PFBC動力裝置，即一種用于粒狀燃料在加壓流化床中燃燒的裝置，而且用于這樣的動力裝置上，還有一些特別的好處，這正是要介紹本發明應用于這種動力裝置上的理由；此外還將參照圖1對這種動力裝置的總體結構及可能類型的作用進行說明。
此種裝置包括有燃燒器1，它裝于壓力容器2中，體積可有104m3量級，并可加壓至例如約16巴。壓縮空氣3送入此壓力容器中，以使燃燒器充壓和使燃燒器內床層4流化。壓縮空氣是通過流化噴咀5送入燃燒器內的，流程上指示的是在燃燒器的底部，以使封閉在燃燒器內的床層流化。此床層是由床層材料、粒狀吸收劑及在供給床層的流化空氣中進行燃燒的粒狀燃料所組成，優選的粒狀燃料是碎粒碳。床層中的燃燒氣體，此后稱為煙道氣，引至以方塊表示的凈化裝置7，凈化裝置例如可以由一組旋風分離器構成，以分離煙道氣中的顆粒。然后煙道氣再送至包括有高壓段10及低壓段11的燃氣透平9中。高壓透平10是安裝在與壓縮機12和發生器13的同一條軸上，它由高壓透平輸出的有效能進行驅動。高壓壓縮機12通過管道14向燃燒器1輸送壓縮空氣。
在高壓透平10膨脹的氣體被引入低壓透平11，離開低壓透平的氣體仍然含有能量，在節能器16中加以利用。在低壓透平軸上還裝有低壓壓縮機17，通過過濾器18向其供給常壓空氣。因此，低壓壓縮機是由低壓透平驅動的，而又經其出口給高壓壓縮機12提供在第一段經過壓縮的空氣。在低壓壓縮機與高壓壓縮機之間安排有一臺中間冷卻器19，以降低對高壓壓縮機12入口供給空氣的空氣溫度。
該動力裝置還有一臺蒸汽透平在旁邊，在圖中未畫出，但是圖中指示了有一組管線20埋入流化床層4中，管中的水通過管與床層材料間的熱交換，吸收在床層中燃燒產生的熱量，而被循環、汽化及過熱。
通過上述介紹，此類動力裝置的主要作用原理已表現得很清楚。
圖2是從流程上說明，燃料是怎么通過燃料加料管22送至床層底部區域和出現在各個不同位置21的。管道22是從供應燃料的總管23引出以供給燃料。應當指出的是，管道22的數目、它們彼此的比例、流化噴嘴以及該動力裝置的其它部件，在圖中都是完全任意選擇的，只是為了用以達到說明本發明構思的目的。
燃料優選地是由碎碳粒構成，但并非必須完全是它，可以提供如液漿的燃料，即優選地與水混合，或可以用空氣輸送干料。但是，圖2及圖3所示本發明優選實施方案是特別適用于供給液漿燃料。此動力裝置還有一總管24，通過其上的分支管25對各個不同位置21輸送空氣。管道24的空氣優選取自在壓力容器2中26處的空氣。管道24上有一閥門27式的調節元件，藉以調節在加燃料位置21的空氣流量，即供給空氣/時間單元的量。該裝置還包括一種以方塊28表示的控制單元，用以與閥門27相配合。還通過線路29及30表示與此控制單元協同操作的元件和那些用于記錄在所述位置加入燃料有關性質數據的元件，這些數據分別對燃料燃燒和對該動力裝置輸出的功率變化都是很重要的，所述的控制單元是適宜于根據29及30元件信息來控制閥門27。即使加入床層的燃料分布得較均勻，也不可忽視向床層中加燃料21處燃料濃度高的情況。因為這種情況意味著通過流化噴嘴供給床層的空氣，由于局部燃料燃燒增加的需求而有使氧迅速下降的趨勢。相當大一部分氧也正是在燃料加入處與燃料中的揮發性物質反應而消耗掉的，其多少取決燃料中揮發性物質的含量。例如使用碎粒碳時，燃料主要由C、H、N、O、S及灰分組成，而在使用有水的液漿燃料時，其中的H2O、H、N及O，但也有C及S，基本上可看成為揮發性物質。揮發性物質的含量，如用不同類型的碳時，可在20至50％(重)范圍內變化，而不因此改變碳的熱值。
在通過管道25往燃料加入處供給所述附加空氣以及按照燃料性質及動力裝置輸出動力變化調節附加空氣量期間，要確保不要使燃料加入處及以上的區域內出現任何局部氧氣不足的情況，因為這樣會導致過于大量的SOX生成和燃料不完全燃燒；或者略太過量的氧氣，這樣又會導致NOX生成過量增加。優選將石灰與燃料一起供給床層進行脫硫反應，此脫硫反應可以寫為，因此在該脫硫反應中要消耗氧氣，所以在氧不足時該反應就不能進行到所需要程度，不能允許的SO2量就會通過該動力裝置的煙囟進入開放的大氣。
應當指出，由于流化空氣始終是保持供給的，床層4上方自由空間31中的煙道氣內平均氧含量也就總是處于某一定的范圍，但是在沒有按照本發明在燃料加入位置處送入附加空氣時，在加燃料位置上的床層上方氧含量就會低于這個范圍，而在另外的位置又可能超過這個范圍。然而這個較低的值可能充分表明了在燃料加入位置處氧含量較低，乃至低到不能允許的程度。在沒有按照本發明加入附加空氣時，這樣的動力裝置負荷快速度增加，就恰好會導致此自由空間31中的平均含氧量低于所述的范圍，這也就表示在燃料加入位置21處缺氧是主要的。
本發明的第二優選實施方案示于圖4中，其中安排的燃料加入器件是通過以加入空氣輸送燃料的方式往床層加入進燃料的，即所謂干加燃料。這種干加燃料法，例如在采用低熱值碳粒時是必要的，因為如果再加水，使之變成為漿料，則其燃燒效率會低得太多。此實施優選方案中，基本上與圖2及圖3中具有相同作用的部件均用帶有“′”的相同參照數字表示。管道22及25是供給燃料和附加空氣的，在這里合并為管道32，它們位于床層底區加燃料位置處。將空氣由壓力容器引至加燃料管32的管道24′上，除包括有閥門27′外，還包括有加空氣的鼓風元件33，所述的控制單元28與鼓風元件33及其調節閥門27′相連，用于調節在位置21處給床層提供燃料的空氣中的空氣/燃料比例。此外，在給氣流提供燃料的管道23′上還裝有閥門34，通過此閥門以常規方法調節每時間單元內提供的燃料量，其中與閥門位置相關的信號要傳送給控制單元28′。有了這些說明以及圖2和圖3所示的對該動力裝置的上述討論，圖4中所說明的該動力裝置部件的功能已是很明白的了。
自然，本發明并不局限于上述優選實施方案，對于熟悉本行的人員，在不偏離本發明基本構思情況下，做出改進的可能性也是顯而易見的。
加燃料位置和數目，例如也可以完全不同于圖中所示的。
還要提醒的是，所述附加空氣不一定都是取自燃燒器周圍空間，也可能在床層底部另外開孔的加燃料位置上設置附加空氣噴嘴會更好，使之更具可調節性。
關于本發明中所定義的“空氣”，它必然具有非常廣泛的含意，不僅包括已有自由氣氛中的正常氣體混合物，也包括至少含部分氧的所有氣體混合物的類型。因此，例如含有正常空氣中不存在的某一組分的空氣和已經脫除了正常空氣中存在的某一組分空氣也都包括在內。
權利要求
1.一種在動力裝置中燃燒粒狀燃料的方法，該動力裝置包括燃燒器1及位于其中的床層4，空氣從其底部區域選入以使床層流化，粒狀燃料是從底部區域限定位置21加到床層中，并在床層中燃燒，其特征在于，與流化空氣分開的附加空氣被可調節地送至床層所述的位置。
2.一種動力裝置，包含有從底部區域供給空氣使床層(4)流化的燃燒器(1)，和要把粒狀燃料加到床層底部區域限定位置(21)以利床內燃料燃燒的元件，其特征在于，它包括有器件(24、25、27、24′、27′、33)用以在所述位置給床層可調地提供與流化空氣分開的附加空氣。
3.按照權利要求2中所述的動力裝置，其特征在于，它包括有一種適合于控制所述器件的控制單元(28、28′)。
4.按照權利要求3中所述的動力裝置，其特征在于，所述的器件包括有至少一種管道(24、25、24′、32)用于輸送所述附加空氣到所述的位置(21)，以及至少一種調節元件(27，27′、33)以適應來自控制單元的控制和調節在所述管道中這種附加空氣的流量。
5.按照權利要求4中所述的動力裝置，其特征在于，它包括有至少一種適應于所述控制單元(28、28′)控制的閥門元件(27、27′)型的調節元件，以局部改變所述管道的物流橫截面。
6.按照權利要求4或5中所述的動力裝置，其特征在于，它包括有至少一種為元件(33)型的調節元件，以適應添加所述附加空氣至所指的管道中和適應由所述控制單元的控制，以改變加入的動力。
7.按照權利要求3-6中任一項的動力裝置，其特征在于，它包括有用來記錄有關加到所述位置處(21)的燃料性質和對燃料燃燒重要數據的元件(29、29′)，以及用以根據所述數據控制所述調節器件的控制單元(28、28′)。
8.按照權利要求3-7中任一項所述的動力裝置，其特征在于，它包括有適應記錄動力裝置輸出能量變化的元件(30、30′)，和適于根據所述記錄控制所述的調節器件的控制單元(28、28′)。
9.按照權利要求3-8中任一項所述的動力裝置，其特征在于，所述的調節器件適應于根據該動力裝置輸出動力的增加來給所述位置(21)處增加附加空氣的流量。
10.按照權利要求3-9中任一項所述的動力裝置，其特征在于，該調節器件是用以根據加入床層燃料中揮發性物質比例的增加，來提高在所述位置(21)處附加空氣的流量，或相反。
11.按照權利要求2-10中任一項所述的動力裝置，其特征在于，它包括有除管道(22)外的另外的管道(25)，用于供給附加空氣，以便在所述位置(21)將燃料加到床層中。
12.按照權利要求11中所述動力裝置，其特征在于，用于加燃料的元件是適應往床層加入液漿燃料的。
13.按照權利要求2-10中任一項所述的動力裝置，其中所述的加燃料元件是適應于通過加空氣輸送燃料的方式往床層中加進燃料的，其特征大于，所述的調節器件(27′、33)是用來通過改變在加燃料的空氣中的空氣/燃料比例來調節所述附加空氣供量的。
14.按照權利要求2-13中任一項所述的動力裝置，其特征在于，所述的燃燒器(1)是安裝在壓力容器(2)中的，在其中是要使其產生空氣過壓，利用過壓提供流化空氣。
全文摘要
一種動力裝置,具有由底部區域供給空氣使床層(4)流化的燃燒器(1)和適合于從底部區域限定位置往床層里加入粒狀燃料以利床層中燃料燃燒的元件(22、23),該裝置包括有在床層所述位置可調節地供給與流化空氣分開的附加空氣的器件(24、25、27)。
文檔編號B01J8/24GK1179116SQ9619103
公開日1998年4月15日 申請日期1996年6月19日 優先權日1996年6月19日
發明者J·韋瑟比 申請人:Abb·碳有限公司