粒状燃料燃烧方法及其动力装置 发明领域及现有技术
本发明涉及一种内有燃烧器及其中设有床层的动力装置，流化此床层的空气是从其底部区域供给，粒状燃料是从底部区域限定的位置处引入床层使之在床层内进行燃烧，以及按照后附的权利要求1中引言所述的一种燃烧粒状燃料的方法。
在流化床中粒状燃料的燃烧要求已加到床层中各个区域的燃料分布得非常好，以避免下述问题发生。
也就是说，极重要的是，供给床层的燃料应全部都要与实际氧进行燃烧，即床层各个部位都要有充足的空气，才可能使床层中的燃料全部燃烧；不然的话，未燃燃料会达到床层上部，即在所谓自由空间或该床层下游烟气路经的管道或旋风分离器中，进行燃烧，引起燃气温度过高而会使该动力装置只得在低于可能达到的负荷下运行。还有一种严重危险，烟气中还存在的燃料在装置下游再燃烧。此外局部缺氧又会使燃料脱硫作用下降，使有害环境的SOX生成量增加。这种靠增加床层流化的空气量来解决问题的办法也是不可接受的，因为这样做又引起了另外更严重的问题，特别是在过剩氧量过大时，NOX生成量会在燃烧过程中显著增加。
上述问题，通过设置非常多的加燃料点，使燃料的流化床及流化床层的燃烧空气均匀分布地方法，可以在一定程度上得到解决。那么这样的结构会非常昂贵，而且由于通向各个喷咀的分布管网络复杂又引起了其它困难和使得各种管道阻塞一起。
另外的可能解决办法包括有，将任何形式的燃料分配器设在燃料加入床层之后，例如据专利GB 1,326,651得知，其中就采用了一种有叶片的旋转轮式的分配器，但是这种可移动的部件在动力减小时，例如在高温下会受到强烈的影响，再加上部件维修便利大为减少或对动力装置操作的妨碍，就说明这不是一种解决问题的好办法。早先曾有人建议，在床层中设置分散部件，分布燃料喷咀与蒸汽发生管之间的气体与燃料。
但是还没有那种已知方法能令人满意地解决这个问题。遇到的最大困难在于，避免在床层加燃料位置局部产生所谓羽状物(plume)的问题，也就是当在动力装置加料快速变化时，在加燃料喷咀及其以上的床层区域或延伸空间内，缺氧或氧气不足是主要的，从而使燃料不能全部燃烧，因为此时床层平均氧含量下降的情况易于发生。由此而使局部生成的SOX过多。
现有技术装置的另一缺点是，它们要求使用含少量挥发性物质的粒状燃料，这对装置构成了很大的限制。也就是说，燃料中的挥发性物质与空气接触，迅速消耗大量已有的氧，使得在加燃料的地方出现局部缺氧。而且，如果使用含少量挥发性物质的燃料，对于现有技术的结构，易于产生氧气不足的问题以及由于氧不足而在床层加燃料位置处引起的诸多麻烦仍然存在，而且又不允许给床层提供过多的流化空气，否则会在床层其它部份有大量NOX生成。发明概述
本发明的目的在于，提供一种在引言中定义的方法及动力装置类型，找寻对前述已知方法与装置不足之处进行纠正的办法。此目的按照本发明是可以达到的，办法是除按照独立的方法权利要求的方法外，对这种动力装置提供一种手段，可调节地在所述位置给床层供入附加空气而与流化空气分隔开来。
通过这种在床层加燃料位置处调节补充附加空气的方法，就可局部增加该处正好需要的氧气供给量，使燃料也能在羽状物似的区域内完全燃烧，同时既保持了理想脱硫程度，又不致在床层其它区域产生太多的NOX。所述的可调节性可使附加空气供给量瞬时地适应按照可能持续的动力装置负荷变化或所安排的某种燃料类型的条件。
因此，本发明能够使用含各种不同量的挥发性物质的燃料，和在使用高挥发性物质含量的燃料时，在加燃料位置处调节提高附加空气流量，使在这些位置区域内留有足够量的氧气，即在挥发性物质消耗它们所需部份的氧之后，还留下足够氧量供该处燃料燃烧所用。也就是说，完全可能做到，使不同类型燃料，如不同的含碳型，可以具有同样的热值和以同样加料速率加入到床层中，而且均可以3倍之差地快速进行燃烧。自然，燃烧发生越快，局部需求的空气量越大，这样就可避免上述问题发生。
按照本发明的一种优选实施方案，所述的动力装置包括有一种安排用以控制所述手段的控制单元，和所述的手段包括至少一种管道，输送所述的附加空气至所述的位置，以及设置至少一种调节元件，用以通过控制单元来进行控制和调节在所述管道中附加空气流量。按在加燃料位置处，按照负荷可能的变化及所用类型燃料的每种需要情况，提供精确的附加空气量，就可以很方便地达到目的。
按照本发明的进一步优选实施方案，此机构包括有苦干元件记录在所述位置处加入的燃料性质及对燃料燃烧重要的数据，和用于按照所述数据控制所述调节手段的控制单元。该附加空气供给量，按这种方式可以可靠地与加入到床层中的燃料重要性质数据，如挥发性物质含量相适应，以达到燃料最佳燃烧而无缺氧和过量SOX生成的问题。所述元件的定义，这里也包括通过操作员纯手动进行调节，记录那些性质数据的元件。
按照本发明还有另一优选实施方案，该动力装置包括有为适应记录该动力装置输出动力变化的若干元件，和适应于根据此记录控制所述调节手段的控制单元。用这样的方法，保证了所述附加空气供给量会与该动力装置输出动力变化相适应，从而保持一种改变床层中氧有效利用的趋势。
按照本发明的另一优选实施方案，该动力装置除了向所述位置供给燃料进入床层的管道之外包括一附加管道，以供给所述的附加空气。此优选实施方案可适用于所有类型的燃料供给。但特别适用于要将液浆状燃料送入床层的场合，因为在这样的情况下，是不可能把该附加空气与燃料一起直接供给床层的。
按照本发明的另一优选实施方案，是用于一种其中具有若干适合于通过加入空气来输送燃料的部件将燃料加到床层中的动力装置，所述的调节手段是安排为，通过改变加燃料的空气中空气/燃料比例来调节附加空气供给量。因此，在这种所谓“干加”燃料的方法中，所述的调节可采用非常简单的方法来实现，即利用已有的控制加燃料的手段调节加燃料管道中的空气/燃料的比例。
另外，本发明的优点及优点特征还表现在以下的叙述及相关的其它权利要求中。附图简要说明
参照附图，按照实施例中引证的本发明优选实施例方案，对本发明方法及动力装置的说明于下：
附图中：
图1以流程说明一种具有组合气体与蒸汽循环的PFBC-动力装置(蒸汽循环，图中未示出)，其中按照本发明的机构可被应用。
图2为一按照图1的动力装置，其中安排有带燃烧器的压力容器的部分断面流程图，说明按照本发明方法的第一优选实施方案及按照本发明的机构。
图3为一按照图2的压力容器及燃烧器的简化的断面顶视图。
图4为一与图2对应的剖视图，说明按照本发明方法及本发明的机构的第二优选实施方案。本发明优选实施方案详细说明
本发明不以任何方式限制应用于PFBC动力装置，即一种用于粒状燃料在加压流化床中燃烧的装置，而且用于这样的动力装置上，还有一些特别的好处，这正是要介绍本发明应用于这种动力装置上的理由；此外还将参照图1对这种动力装置的总体结构及可能类型的作用进行说明。
此种装置包括有燃烧器1，它装于压力容器2中，体积可有104m3量级，并可加压至例如约16巴。压缩空气3送入此压力容器中，以使燃烧器充压和使燃烧器内床层4流化。压缩空气是通过流化喷咀5送入燃烧器内的，流程上指示的是在燃烧器的底部，以使封闭在燃烧器内的床层流化。此床层是由床层材料、粒状吸收剂及在供给床层的流化空气中进行燃烧的粒状燃料所组成，优选的粒状燃料是碎粒碳。床层中的燃烧气体，此后称为烟道气，引至以方块表示的净化装置7，净化装置例如可以由一组旋风分离器构成，以分离烟道气中的颗粒。然后烟道气再送至包括有高压段10及低压段11的燃气透平9中。高压透平10是安装在与压缩机12和发生器13的同一条轴上，它由高压透平输出的有效能进行驱动。高压压缩机12通过管道14向燃烧器1输送压缩空气。
在高压透平10膨胀的气体被引入低压透平11，离开低压透平的气体仍然含有能量，在节能器16中加以利用。在低压透平轴上还装有低压压缩机17，通过过滤器18向其供给常压空气。因此，低压压缩机是由低压透平驱动的，而又经其出口给高压压缩机12提供在第一段经过压缩的空气。在低压压缩机与高压压缩机之间安排有一台中间冷却器19，以降低对高压压缩机12入口供给空气的空气温度。
该动力装置还有一台蒸汽透平在旁边，在图中未画出，但是图中指示了有一组管线20埋入流化床层4中，管中的水通过管与床层材料间的热交换，吸收在床层中燃烧产生的热量，而被循环、汽化及过热。
通过上述介绍，此类动力装置的主要作用原理已表现得很清楚。
图2是从流程上说明，燃料是怎么通过燃料加料管22送至床层底部区域和出现在各个不同位置21的。管道22是从供应燃料的总管23引出以供给燃料。应当指出的是，管道22的数目、它们彼此的比例、流化喷嘴以及该动力装置的其它部件，在图中都是完全任意选择的，只是为了用以达到说明本发明构思的目的。
燃料优选地是由碎碳粒构成，但并非必须完全是它，可以提供如液浆的燃料，即优选地与水混合，或可以用空气输送干料。但是，图2及图3所示本发明优选实施方案是特别适用于供给液浆燃料。此动力装置还有一总管24，通过其上的分支管25对各个不同位置21输送空气。管道24的空气优选取自在压力容器2中26处的空气。管道24上有一阀门27式的调节元件，藉以调节在加燃料位置21的空气流量，即供给空气/时间单元的量。该装置还包括一种以方块28表示的控制单元，用以与阀门27相配合。还通过线路29及30表示与此控制单元协同操作的元件和那些用于记录在所述位置加入燃料有关性质数据的元件，这些数据分别对燃料燃烧和对该动力装置输出的功率变化都是很重要的，所述的控制单元是适宜于根据29及30元件信息来控制阀门27。即使加入床层的燃料分布得较均匀，也不可忽视向床层中加燃料21处燃料浓度高的情况。因为这种情况意味着通过流化喷嘴供给床层的空气，由于局部燃料燃烧增加的需求而有使氧迅速下降的趋势。相当大一部分氧也正是在燃料加入处与燃料中的挥发性物质反应而消耗掉的，其多少取决燃料中挥发性物质的含量。例如使用碎粒碳时，燃料主要由C、H、N、O、S及灰分组成，而在使用有水的液浆燃料时，其中的H2O、H、N及O，但也有C及S，基本上可看成为挥发性物质。挥发性物质的含量，如用不同类型的碳时，可在20至50％(重)范围内变化，而不因此改变碳的热值。
在通过管道25往燃料加入处供给所述附加空气以及按照燃料性质及动力装置输出动力变化调节附加空气量期间，要确保不要使燃料加入处及以上的区域内出现任何局部氧气不足的情况，因为这样会导致过于大量的SOX生成和燃料不完全燃烧；或者略太过量的氧气，这样又会导致NOX生成过量增加。优选将石灰与燃料一起供给床层进行脱硫反应，此脱硫反应可以写为，因此在该脱硫反应中要消耗氧气，所以在氧不足时该反应就不能进行到所需要程度，不能允许的SO2量就会通过该动力装置的烟囟进入开放的大气。
应当指出，由于流化空气始终是保持供给的，床层4上方自由空间31中的烟道气内平均氧含量也就总是处于某一定的范围，但是在没有按照本发明在燃料加入位置处送入附加空气时，在加燃料位置上的床层上方氧含量就会低于这个范围，而在另外的位置又可能超过这个范围。然而这个较低的值可能充分表明了在燃料加入位置处氧含量较低，乃至低到不能允许的程度。在没有按照本发明加入附加空气时，这样的动力装置负荷快速度增加，就恰好会导致此自由空间31中的平均含氧量低于所述的范围，这也就表示在燃料加入位置21处缺氧是主要的。
本发明的第二优选实施方案示于图4中，其中安排的燃料加入器件是通过以加入空气输送燃料的方式往床层加入进燃料的，即所谓干加燃料。这种干加燃料法，例如在采用低热值碳粒时是必要的，因为如果再加水，使之变成为浆料，则其燃烧效率会低得太多。此实施优选方案中，基本上与图2及图3中具有相同作用的部件均用带有“′”的相同参照数字表示。管道22及25是供给燃料和附加空气的，在这里合并为管道32，它们位于床层底区加燃料位置处。将空气由压力容器引至加燃料管32的管道24′上，除包括有阀门27′外，还包括有加空气的鼓风元件33，所述的控制单元28与鼓风元件33及其调节阀门27′相连，用于调节在位置21处给床层提供燃料的空气中的空气/燃料比例。此外，在给气流提供燃料的管道23′上还装有阀门34，通过此阀门以常规方法调节每时间单元内提供的燃料量，其中与阀门位置相关的信号要传送给控制单元28′。有了这些说明以及图2和图3所示的对该动力装置的上述讨论，图4中所说明的该动力装置部件的功能已是很明白的了。
自然，本发明并不局限于上述优选实施方案，对于熟悉本行的人员，在不偏离本发明基本构思情况下，做出改进的可能性也是显而易见的。
加燃料位置和数目，例如也可以完全不同于图中所示的。
还要提醒的是，所述附加空气不一定都是取自燃烧器周围空间，也可能在床层底部另外开孔的加燃料位置上设置附加空气喷嘴会更好，使之更具可调节性。
关于本发明中所定义的“空气”，它必然具有非常广泛的含意，不仅包括已有自由气氛中的正常气体混合物，也包括至少含部分氧的所有气体混合物的类型。因此，例如含有正常空气中不存在的某一组分的空气和已经脱除了正常空气中存在的某一组分空气也都包括在内。