燃烧设备 本发明涉及一种用于燃烧过程的燃烧设备，其包括一个燃烧室、一个气化装置和输送装置，燃料的燃烧在燃烧室内进行，并产生燃烧气体，气化装置用于产生可燃气体和脱气的可燃副产品，输送装置用于从气化装置排出副产品，并将其供给到燃烧室，以便在燃烧室中燃烧副产品。
本发明将以不同的应用，结合一增压流化床，一种所谓的PFBC发电设备(增压流化床燃烧)进行详述及说明。然而，本发明并不局限于这些应用，本发明还可用于各种可能类型的热力设备，如不同类型的汽轮机。
在一种由颗粒的不可燃的材料构成的床中燃烧不同的燃料已是公知的，该材料从底部由燃烧空气通过喷嘴供给，由此形成流化床。在燃烧过程中产生的燃烧气体通过在床上面的缘高区(freeboard)，然后被净化并被引入汽轮机。燃烧气体驱动汽轮机，汽轮机带动在其一侧的发电机和在其另一侧的压缩机，该压缩机向压力容器提供压缩空气。在床中，燃烧在大约为850℃的温度下燃烧。为了保持这个温度在规定的范围，通常是在床上面的缘高区设置附加的燃烧。这种附加燃烧可借助一燃烧器进行，来自气化装置地可燃气体在该燃烧器中燃烧。由这样的气化装置气化煤并产生所说的燃烧气体和脱气的副产品，如焦炭(“炭化煤”)，这已是公知的。该副产品可以输送到燃烧室并在流化床中燃烧。然而，由于副产品具有很高的温度并且是可燃的，从气化装置向燃烧室输送脱气副产品是困难的。这些意味着，用于该输送的阀和其他控制部件必须是耐高温的，相应地，是费用高的材料。此外，由于自燃的危险，脱气副产品不能用空气输送，因此必须用惰性气体，如氮气取代空气，这就使设备的操纵成本增加。
SE-B-458955公开了一种带压力溶器的PFBC设备，一燃烧室和一气化反应器设在该容器中。在气化反应器中产生的可燃气体被导入处于压力容器外边的上部燃烧室，以便在其被导入汽轮机前增加燃烧气体的温度。燃烧室和气化反应器由一分隔壁分开，在其底部，在气化反应器和燃烧室之间设置通道。
本发明的目的克服上述缺陷，更确切地说是提供一种具有气化装置的燃烧设备，所产生的脱气副产品可以用简单的方式输送，并在燃烧设备的燃烧室中燃烧。
本发明的目的可由最初详细说明的燃烧设备所实现，该设备还包括冷却从气化装置排出的所说副产品的装置。通过本发明的方法，脱气副产品的处理是相当容易的。这样，副产品可以用常规的手段，如加压空气进行输送，而在输送系统中不会出现自燃的危险。此外，用于控制副产品向燃烧室供给的阀和控制部件可以是常规的，相应地，不需要控制高温。
根据本发明的一个实施例，所说冷却装置与热量回收装置相连，该热量是在所说过程中冷却副产品获得的。以这种方式，燃烧设备的总体效率可以保持在一个较高的水平。因此，所说回收装置可有助于燃烧在喂入燃烧室之前被加热。在燃烧，如煤被供给燃烧室前对其进行预热和干燥，在流化床中的燃烧也是容易进行的。此外，本发明的设备包括向燃烧室提供吸收剂的装置，回收装置可以用于对吸收剂在喂入燃烧室之前的加热。
根据本发明的另一个实施例，一循环导管用于在所说冷却装置和所说回收装置之间传导一介质，所说冷却装置用于将副产品的热量传递到介质，回收装置用于放出介质的热量。
根据本发明的另一个实施例，所说输送装置包括一个设置在冷却装置下游的供给导管，该导管与燃烧室相连，某利用含氧的加压气体向燃烧室提供所说的副产品。由于采用本发明的冷却方式，诸如含氧的气体可以被使用，而不会在供给导管中产生自燃的危险。采用含氧气体，如空气比采用其他气体，例如氮气更容易，这通常是可以理解的，也是最低廉的。更为有利的是，所说输送装置包括一个带排卸装置的排卸管，该装置用于连续从气化装置中排出可燃的副产品。因此，排卸管包括所说的冷却装置，这些冷却装置设置在排卸装置的上游。以这种方式，排卸装置可以用相对简单的部件构成，这些部件包括一个第一阀，设置在第一阀下游的容器和一设置在容器下游的第二阀。
根据本发明的另一个实施例，一附加燃烧装置用于控制燃烧气体的温度，控制是通过燃烧可燃气体进行的。因此，一通常部件用于从燃烧室传送燃气到一个或多个汽轮机，以提出燃气的能量，并且附加燃烧装置在处于至少一个汽轮机上游的通常部件内。以这种方式，燃烧气体产生大约1200-1500℃的温度，该温度是汽轮机是最佳的操纵条件。此外，燃烧室密封在一压力容器内，并且燃烧是围成一个加压流化床，而且附加燃烧装置包括一个燃烧器，该燃烧器用于在燃烧室内在流化床的下游空间内进行燃烧。以这种方式，可改善在燃烧室内控制温度的可能性，特别是在小负载情况下，并且还可确保离开燃烧室的燃烧气体总能具有大体相同的温度。
本发明将通过不同的实施例及附图进行更详细的描述。
图1是根据本发明的燃烧设备的示意图。
图2是根据本发明的一个实施例的冷却装置的剖面图，该冷却装置是图1中的燃烧设备的一种热交换器形式。
图3是根据本发明的一个实施例的加热部件的剖面图，该加热部件是图1中的燃烧设备的一种转筒形式。
图4是根据本发明的另一个实施例的加热部件的剖面图，该加热部件是图1中的燃烧设备的一种流化床形式。
现在由参照所谓的PFBC-发电设备来描述本发明。然而，应当注意到，本发明还适合于其他类型的设备。图1所简略表示的这种PFBC-发电设备是在增压流化床中燃烧颗粒燃料的设备。该设备包括一个置于一压力容器2内的燃烧室1，该压力容器2的体积为104立方米，并且其可增压到，例如7至30巴(abs)。在该例中，含氧、空气的压缩气体在3处供入压力容器2内，以增加燃烧室1的压力，并使燃烧室1内的一个床4流化。压缩空气经安置在燃烧室1底部的示意性表示的流化喷嘴5供到燃烧室1，以流化围在燃烧室1内的床4。所提供的空气应能满足大约0.5-2.0m/s的流化速度。床4为气泡形的，其高度大约为2-6m。床4包括一些不可燃的颗粒状床材料、一些颗粒状的吸收剂和颗粒状的燃料。床材料、吸收剂和燃料的颗粒尺寸大约为0.5至7mm。例如，床材料包括粉煤灰和/或沙子，吸收剂包括含钙的材料，如白云石或石灰石，其用于吸收在燃烧时产生的硫和其他可能的不需要的煤介物。所提供的燃料量大体占床4的1％。燃料为可燃性燃料，其可以燃烧，例如，石煤、褐煤、炭、泥煤、生物燃料、油页岩、石油焦炭、废物、油、氢气和其他气体等。吸收剂和燃料经一个示意性的导管6送入床内。燃料在通到床4的流化气体中燃烧，同时形成燃气。燃气聚集在一个空间7内，即在床4上方的所谓缘高区，并经通道部件8引向由旋风分离器9和高温过滤器10构成的在图中示意性表示的不同净化步骤。由此，燃气被引向顶部燃烧室11，以便在其进入高压涡轮机12之前增加燃气的温度。在高压涡轮机12内膨胀后的燃气被引入低压涡轮机13。在高压涡轮机12和低压涡轮机13设置一附加的燃烧装置，该装置为一再燃烧室14，具用于增加离开高压涡轮机12的燃气的温度。低压涡轮机13与一低压压缩机15同轴设置，该压缩机15首先用来压缩在本发明的设备中使用的燃烧空气。离开低压压缩机15的燃烧空气再在一高压压缩机16中被压缩，压缩机16与高压涡轮机12同轴设置，相应地由所说涡轮机驱动。在该轴上还设有一个产生电能的发电机17。燃烧空气从高压压缩机16经导管18引向压力容器2和燃烧室1。
本发明的设备还包括一个燃料供给导管20，燃料通过该导管供到供给管6，以便向燃烧室1提供燃料。燃料供给导管20包括一个用于预热和干燥所提供燃料，例如已粉碎的煤的加热部件21。下面将详细描述加热部件21。燃料供给导管20还包括一个收集容器22。一个第一阀23、一个第一箱24、一个第二阀25和一个第二箱26。此外，还有一个带节流阀的稳压阀27，其用于降低在第一箱24的压力。在第二箱26的下面设有一个喂料部件28，例如槽式喂料器。此外，在第一和第二箱24、26中的压力可以用在导管18内的加压燃烧空气通过连通箱24、26来控制，其连通分别通过阀29和29′。应当注意，所示的燃料供给装置仅仅是一个例子，该燃料供给导管20可以以不同的方法，不同的部件构成。采用所示的燃烧供给导管20，燃料的供给可以下面的方式进行。在开始时，处于大气压力下的收集容器22装满燃料，阀23、25和29关闭，阀27打开，以便在箱24内达到与大气相同的压力。然后，阀23打开，燃料传送到箱24。阀27关闭，并且当箱24充分填满时，阀23也关闭。这时，阀29打开，箱24被加压。当在箱24和26内产生相同的压力时，阀25打开，在箱24内的燃料被送到箱26。然后，阀25关闭，在箱26内的燃料由喂料部件28排出，在箱26内的压力由阀29′控制，这样，在整个喂料部件28内的压力大体等于零。然后，被排出的燃料送到燃料供给管6，并且这一过程重新开始。应当注意到，的燃料供给导管允许燃料从箱26中排出时向箱24供给燃料。
本发明的燃烧装置还包括一个吸收剂供给导管30，其与燃料供给导管20的结构相同。相应地，导管30包括一个加热部件31、一个收集容器32、一个第一阀33、一个第一箱34、一个第二阀35、一个第二箱36、一个稳压阀37、一个喂料部件38和加压阀39，39′。吸收剂的供给与燃料的供给相同，因此不再详细描述。
本发明的燃烧设备还包括一个气化装置，该装置为一个气化反应器40，该反应器用于产生可燃气体和脱气的可燃副产品，例如焦炭。该气化反应器40通过一引入导管40a提供燃料，并由与燃烧室1相同的燃料如粉碎的煤来运转。该可燃气体被用于在上部燃烧室11、再加热燃烧室14和燃烧器19中进行的燃烧。这些燃烧部件经导管41提供可燃气体，其供给由相应的阀11a、14a和19a控制。应当注意到，燃烧室11和14也从导管18经导管11b和14b提供可燃气体。气体反应器40也从导管18经导管42提供可燃气体，导管42包括一个用于增加气化反应器压力的增压压缩机43，这样，气化反应器的压力高于压力容器2内的压力，该压力大约为23至35巴(abs)。在气化反应器40内的燃烧以次化学计量方式进行。在气化反应器中获得的已脱气的副产品仍有较高的热能值，因此可被用于在燃烧室1中的燃料。
为了实现这种可能，本发明的燃烧设备包括由两个平行的排卸管44构成的传送装置。这两个平行的传送管44具有大体相同的结构，因此，仅对其中的一个进行详细描述。由于在气化反应器中获得的脱气的副产品具有很高的温度，根据本发明，其应被冷却，以使其能以常规及简单的方式被处理。相应地，为了完成这种冷却，排卸管44包括由冷却部件45构成的装置，下面将对其进行更详细地描述。冷却部件45直接与气化反应器40连接。在冷却部件45的下游的排卸管44包括一个喂料部件46、一个第一阀47、一个箱48、一个第二阀49和一个第二喂料部件50。在第二喂料部件50下游的排卸管44与共用的供给导管6相连。该导管6通过与其相连的导管18被加压。此外，供给导管6包括一个增压压缩机51，借助该压缩机，在供给导管6中的压力可以增加到超过在压力容器2和燃烧器1内的压力值。以这种方式，可燃的副产品、燃料和吸收剂可借助加压燃烧空气由所谓的气动传送被输送到燃烧室1。
在通过其中的一个排卸管44排卸可燃副产品时，阀47打开，阀49关闭。因此，箱48通过一个维持阀平衡的导管42a被加压。借助于喂料部件46，副产品向下喂入箱48。当箱48被装满时，阀47关闭，阀49打开。因此，在箱48中的压力借助于维持阀平衡的导管42a与压力容器2内的压力相适应。然后，副产品通过喂料部件50排出箱48，并传送到共用的供给导管6，以便用气动输送传递到燃烧室1。由于两个平行的排卸管44，可燃副产品可以连续地被排出，并被连续地输送到供给导管6，当其中的一个箱48被装满时，另一个箱48被排空。还可以以其他的方式设置传送输送装置副产品的，例如仅用一个排卸管，用两个串联的箱，如类似燃料供给导管20。
冷却部件45、加热部件21和31构成一闭合热传递回路的一部分，其包括一循环导管52和一个泵53，该泵53通过循环导管52使热传递介质在冷却部件45和加热部件21、31之间流动。该介质可是气态或液态的，如水/水蒸汽或任何油类液体。当副产品从气化反应器40中排出时，其热量部分地散发到在冷却部件45中的介质内。热的介质然后传送到加热部件21、31，在此，介质向燃料和吸收剂中放出部分热量，燃料和吸收剂被送往燃烧室1。然后，介质通过泵53再被送回冷却部件45，依此类推。以这种方式，温度大约900℃的排出副产品将被冷却到大约300℃，由此，副产品可借助于图示的普通阀及喂料部件被传送及处理。此外，在供给导管6中尽管有含氧的气体，但副产品自燃的危险被消除。另外，所引入的燃料和吸收剂将被干燥并达到约200℃的温度。
在本发明中，通过燃料供给导管20引入的燃料量比通过排卸管44排出的副产品的量更重要。以这种方法，借助于所示的装置，对于副产品的冷却，总能确保冷却量维持在一个适合的温度，当然，如果使所提供的吸收剂被预热那将是更好的。
图2表示冷却部件45怎样被构成的一个例子。该冷却部件45包括一个排卸管44的像容器形的扩张部分。引入循环导管52被引入在容器形扩张部分中的环管54，并经引出循环导管52引出。如图2所示，排卸管44和扩张部分包括一个隔热壁55。应当注意到，冷却部件45可以用多种方式构成。只要其能以可能的有效方式将副产品中的部分热传递到在循环导管52中的热交换介质即可。
图3表示加热部件21结构的一个例子。应当注意到，加热部件31可以用与加热部件21相同的方式构成，因此，仅对其中一个进行描述。所示的加热部件21包括一个进口通道60和一个形成燃料供给管20一部分的出口通道61。在两通道之间设置一个旋转筒62。在转筒62里面具有呈螺旋形式设置的凸缘63，该凸缘有助于通过引入导管60引入的燃料在筒62内倾斜向上输送。转筒62由一个示意表示的蜗轮64驱动，并且一个驱动电机未被示出。转筒62的壁包括一个空间65，在循环导管52内的介质可以通过该空间进行循环，并且以与燃料流动方向相反的方向流动。此外，在转筒62的外面，设有一隔热层66。以这种方式，介质的热量被传递给由转筒62传送的燃料，并有助于燃料的干燥和预热。
图示表示另一种实施例的加热部件21、31。该加热部件21包括一个带一进口71和一出口72的室70，进出口71、72形成燃料供给导管20的一部分。在室70的底部设置一板73，该板具有许多喷嘴。空气在板73的下面供给，由此使在室70内的燃料被流化。在该流化床中，循环导管52伸入环形管74内，其有助于燃料的干燥和加热。应当注意到，加热部件21、31还可以用图3和4以外的形式构成。此外，加热部件21和31相互间可以是不同的结构，以分别适应燃料和吸收剂的加热。
本发明不局限于上述实施例，在本发明的构思范围内可以做出多种变化和变形。例如，本发明的燃烧设备可以采用或不采用附加的燃烧装置11、14、19。所示的循环导管52为连续循环，然而本发明也可用开放式循环。两个加热部件21和31相互间还可以相对循环导管52平行设置。
本发明的燃烧设备在副产品冷却过程中产生的热还可以用于其他目的，如用于加热燃烧空气。
应当注意到，当仅有一部分燃料和吸收剂被预热时，也可以采用本发明。