具有輻射源(108)、經構造以允許第一流體(114)流經其的第一熱交換器(112)和經構造以向第一交換器提供來自輻射源的受控輻射熱的熱屏(110)的傳熱系統。該輻射源是火焰。該熱屏是經構造以允許第二流體(116)流經其的第二熱交換器或由設計成向第一交換器提供來自輻射源的受控輻射熱暴露的材料制成的非接觸熱屏。還公開了氧/煤燃燒系統。
【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本公開涉及燃燒系統。特別地，本公開涉及合并對流段和輻射段的燃燒系統。
技術介紹
水管有效地接受大的熱通量(heat flux)而不破壞由金屬制成的管。過熱蒸汽管在有效鍋爐運行中是重要的，但由于降低的每單位體積的熱容，不能接受與水管一樣高的熱通量。已知系統不保護過熱管免受輻射段中盛行的高熱通量的破壞。暴露在高熱通量下的未保護的蒸汽管受到破壞和/或故障。因此，已知空氣/燃料鍋爐包括與過熱蒸汽分開的對流段，其中熱通量較低，但總煙道氣焓仍相對較高。在氧/燃料燃燒條件下，當離開鍋爐的氣體溫度保持不變時，在輻射段中發生的熱釋放百分比大于空氣/燃料燃燒。為克服這一點，已知系統包括煙道氣再循環(FGR)以通過吸收輻射段中的一部分熱來降低火焰溫度，由此降低爐氣體離開時的溫度并隨后使其在對流段中被吸收。使用FGR傳熱提高煙道氣處理系統的復雜性、對流段和鍋爐的尺寸并因此提高該系統的總資本和運行成本。來自在氧氣中的煤燃燒(被稱作“氧/煤燃燒”)的熱釋放和火焰溫度不同于在空氣中的煤燃燒(被稱作“空氣/煤燃燒”)。在空氣煤燃燒中，火焰溫度低于且煙道氣體積高于氧/煤燃燒。與空氣/煤燃燒相比，氧/煤燃燒中較高的火焰溫度和較低的煙道氣體積造成可用于對流段的熱抽取的降低和可用于輻射段的熱抽取的提高。氧/煤燃燒的另一挑戰是爐排出氣體溫度。主要基于對流段管(convective pass tube)結垢考慮,合意的爐排出氣體溫度為1200-1400°C (大約2200-2550 °F)。因此，必須除去爐段中足夠的熱以將爐排出氣體溫度降至可接受的限度。在利用對流熱交換段的氧/煤燃燒布置中，部分由于對離開鍋爐輻射段的氣體溫度的限制，可用于過熱蒸汽的熱較少，造成可供傳遞給進料水、蒸汽發生和過熱的熱的失衡。在致力于在離開輻射段之前降低爐氣體的溫度時，已利用大量的合成空氣(21-35% O2在CO2中)形式的煙道氣再·循環(FRG)以使氧氣中的煤燃燒近似于空氣/煤燃燒。在爐熱釋放、爐排出氣體溫度和火焰溫度方面，煙道氣再循環增加了整個工藝的總資本和運行成本。因此，仍然需要提供減少或消除煙道氣再循環的熱交換設計，以實現到過熱和再熱蒸汽中的恰當熱分布，實現較低總成本，能夠在氧/煤鍋爐的輻射段中過熱至少一部分的蒸汽和/或充分保護過熱管免受輻射段中占主導的的高熱通量的破壞。
技術實現思路
本公開提供了鍋爐設計，其不需要煙道氣再循環來使實現到過熱和再熱蒸汽中的恰當熱分布、實現較低總成本、能夠在氧/固體燃料鍋爐的輻射段中過熱至少一部分蒸汽和/或充分保護過熱管免受輻射段中占主導的高熱通量的破壞。本公開的一個實施方案包括具有以下的的傳熱系統輻射源；第一熱交換器，其經構造以允許第一流體流經它；和熱屏(thermal shield),其經構造以向該第一交換器提供來自輻射源的受控輻射熱。該輻射源是火焰且該熱屏是第二熱交換器，該第二熱交換器經構造以允許第二流體流經它。本公開的另一實施方案包括氧/燃料燃燒系統。該系統包括經安排和布置以提供火焰輻射源的爐。第一交換器置于該爐中并經安排和布置以交換來自輻射源和用于蒸汽輪機的蒸汽的輻射熱。該系統進一步包括經構造以向第一交換器提供來自輻射源的受控輻射熱暴露的熱屏。該熱屏是第二熱交換器，其經構造以允許第二流體流經它。本公開的另一實施方案包括氧/燃料燃燒系統。該系統包括經安排和布置以提供火焰輻射源的爐，該爐具有經安排和布置以提供火焰輻射源并使燃燒流體循環的室。第一熱交換器經構造以允許第一流體流經它。該系統進一步包括由經設計(arranged)以成向第一交換器提供來自輻射源的受控輻射熱暴露的材料制成的非接觸熱屏。該輻射源是火焰且第一熱交換器和熱屏置于該室內并與燃燒流體接觸。本公開的一個優點是不需要煙道氣再循環來實現到過熱和再熱蒸汽的恰當熱分布。再循環的減少或消除能夠降低對流段和鍋爐的尺寸或消除對流段和鍋爐，因此降低該系統的總資本和運行成本。本公開的另一優點是較低的總成本。本公開的另一優點是在氧/固體燃料鍋爐的輻射段中過熱至少一部分的蒸汽的能力。本公開的再一優點是提供提高的過熱管保護以免受到輻射段中占主導的高熱通量的破壞。本公開的再一優點是減少的煙道氣再循環而不提高氣體離開輻射段時的溫度，由此降低對流段(convective pass)結垢傾向以及維持給定的汽輪機循環的熱和質量平衡。本文中公開了該方法和系統的其它方面。本領域技術人員根據下列詳述和附圖將會認識和理解如上論述的特征以及本公開的其它特征和優點。附圖簡述 圖I顯示燃燒系統的一個示例性實施方案的透視圖。圖2顯不傳熱系統的一個不例性實施方案的截面圖。圖3顯示作為Dy/D’= I. 5時的Dx/D管的函數的水管和蒸汽管的平均管壁溫度。圖4顯示作為DY/D管=I. 5時的Dx/D管的函數的水和蒸汽的熱通量計算值。圖5顯示改變管行距(Dy)的影響。圖6顯示根據一個實施方案的熱交換器系統的橫截面圖。 圖7顯示根據一個實施方案的熱交換器系統的橫截面圖。圖8顯示根據一個實施方案的熱交換器系統的橫截面圖。圖9顯不根據一個實施方案的熱交換器系統的橫截面圖。附圖說明圖10顯示根據一個實施方案的熱交換器系統的橫截面圖。圖11顯示根據一個實施方案的熱交換器系統的橫截面圖。圖12顯示根據另一實施方案的熱交換器系統的橫截面圖。圖13顯示根據另一實施方案的熱交換器系統的橫截面圖。圖14顯示根據另一實施方案的熱交換器系統的橫截面圖。圖15顯示根據一個實施方案的示例性熱交換器系統布置的溫度圖。只要可能，在所有附圖中使用相同標號代表相同部件。專利技術詳述 下面參照附圖更充分描述本公開，其中顯示了本公開的優選實施方案。但是，本公開可以具體體現為許多不同的形式且不應被解釋為僅限于本文中闡明的實施方案；相反，提供這些實施方案以使本公開詳盡完整并向本領域技術人員充分傳達本公開的范圍。本文所用的術語“固體燃料”及其語法變體是指適合燃燒用途的任何固體燃料。例如，本公開可用于許多類型的含碳固體燃料，包括但不限于無煙煤、煙煤、次煙煤和褐煤；焦油；浙青；石油焦；造紙廠污泥固體物和下水道污泥固體物；木材；泥炭；草；和所有這些燃料的組合和混合物。本文所用的術語“氧氣”及其語法變體是指O2濃度大于大氣或環境條件的氧化劑。本文所用的術語“氧/煤燃燒”及其語法變體是指在氧氣中的煤燃燒，術語“空氣/煤燃燒”及其語法變體是指在空氣中的煤燃燒，術語“氧/燃料燃燒”及其語法變體是指在氧氣中的燃料燃燒，和術語“空氣/燃料燃燒”及其語法變體是指在空氣中的燃料燃燒。本文所用的術語“燃燒流體”及其語法變體是指由燃燒產物形成和/或與燃燒產物混合的流體，其可用于對流傳熱。該術語不限于燃燒產物并可包括與至少一部分燃燒系統混合或以其它方式行經至少一部分燃燒系統的流體。盡管不限于此，但一個這樣的實例是煙道氣。本文所用的術語“再循環的煙道氣”及其語法變體是指再循環到該系統任何部分的離開該系統的燃燒流體。本文所用的術語“煙道氣再循環”及其語法變體是指允許燃燒流體再循環的構造。參照圖1，本公開的一個實施方案包括具有爐104、對流段106、輻射源108、熱屏110和第一熱交換器112的燃燒系統102。如圖I中所示，爐104被描繪為用于燃料燃燒和在煙道氣進入對流段106本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2008.09.26 US 12/238,6951.傳熱系統，該系統包含 福射源; 第一熱交換器，其經構造以允許第一流體流經它；和熱屏，其經構造以向該第一交換器提供來自該輻射源的受控輻射熱；且其中該輻射源是火焰且該熱屏是第二熱交換器，該第二熱交換器經構造以允許第二流體流經它。2.權利要求I的系統，其中該第一熱交換器包含能夠運送該第一流體的多個管。3.權利要求I的系統，其中該熱屏包含能夠運送該第二流體的多個管。4.權利要求I的系統，其中該熱屏的構造包括該熱屏的所述多個管的每個之間的預定間距。5.權利要求I的系統，其中該系統包括在該第一熱交換器的所述多個管的每個之間的預定間距。6.權利要求I的系統，其中該系統的構造包括在該第一熱交換器的管與該熱屏的管之間的預定間距。7.權利要求I的系統，其中該熱屏的構造包括在該第一熱交換器的所述多個管的每個之間和該第一熱交換器的管與該熱屏的管之間的預定間距。8.權利要求I的系統，進一步包含在該熱屏的管之間、在該第一熱交換器的管之間、或在該熱屏的管與該第一熱交換器的管之間的網狀連接。9.權利要求I的系統，其中該第一流體與該第二流體在選自熱容、密度、粘度、熱導率、壓力、相、相分數、速度、質量流量及其組合的性質方面不同。10.權利要求I的系統，其中該福射源、該第一熱交換器和該熱屏基本位于燃燒系統的爐內。11.1 I.權利要求I的系統，其中該火焰是氧/煤火焰。12.權利要求I的系統，其中該火焰是固體燃料火焰。13.權利要求I的系統,其中該火焰是氧濃度為至少21體積％的氧/燃料火焰。14.權利要求I的系統，其中該第一流體是蒸汽。15.權利要求I的系統，其中該第一流體是液態水和蒸汽混合物。16.權利要求I的系統,其中該第二流體是液態水。17.氧/燃料燃燒系統，該系統包含 爐，其經安排和布置以提供火焰輻射源； 第一交換器，其置于該爐中，經安排和布置以交換來自該輻射源和用于蒸汽輪機的蒸汽的輻射熱；和 熱屏，其經構造以向該第一交換器提供來自該輻射源的受控輻射熱暴露； 其中該熱屏是第二熱交換器，其經構造以允許第二流體流經它。18.權利要求17的系統，其中該第一熱交換器選自過熱器、再熱器、省熱器...
【專利技術屬性】
技術研發人員：RJ亨德肖特，何筱毅，JW克盧斯特曼，MJ希貝，AG斯拉夫科夫，
申請(專利權)人：氣體產品與化學公司，
類型：
國別省市：
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