技术领域
[0001] 本
发明涉及用于产生和回收
热能的锅炉。
背景技术
[0002] 在锅炉中，形成大量化合物，其损害锅炉的
热交换器表面的材料。特别是，当燃烧
生物燃料和垃圾燃料时，检测到锅炉的热交换器表面的
腐蚀，特别是
过热器和其热交换表面的腐蚀。此外，检测到在
燃烧热交换器表面上的
沉积物期间产生灰烬，其减少了
传热和因此的热能回收。
[0003] 上述
生物燃料包括自然
植物材料，诸如木屑、树皮、农业
生物质、锯屑、黑液和类似物。垃圾燃料包括(例如)分类的家居垃圾、工业废物和商业废物，以及拆除木。这些垃圾包括大量氯。与从燃料释放的纳和
钾一起，它们形成烟气中的气态
碱性氯化物，其冷凝且沉积于热交换表面上，特别是过热器表面上。沉积和冷凝特别地发生于热交换器表面的表面
温度低于650℃的
位置。当热交换表面的表面温度高于450℃时，碱性氯化物造成氯腐蚀。
[0004] 提出将各种额外材料供应到炉以消除由氯化物造成的腐蚀问题。公开物WO2006/134227 A1公开了将含
硫酸盐的液体喷射到
蒸汽锅炉的过热器区域上以结合形成于炉中的碱性氯化物。根据公开物WO02/059526 A1，在过热器之前，向烟气添加液体
硫酸盐化合物或硫酸。而公开物EP 2071239 A2公开了利用至少一个冷却管将防腐蚀所需的额外材料供应到锅炉的烟气。
[0005] 还已知通过向锅炉的炉供应各种额外材料来减少不同类型锅炉的氮
氧化物排放，这些额外材料减少在燃烧期间形成的烟气中的氮氧化物的量。例如在公开物WO 9813649 A1中提出了这种解决方案，其中冷却管面板表面安装于
流化床锅炉的炉中，其包括用于额外材料的单独额外材料通道。
[0006] 而公开物WO 96/02792公开了一种热交换器，其放置于袋状隔室中以在锅炉的中央部分收集在锅炉下部从流化床分离的粒子。袋中的材料被气体气流化，气体为非侵蚀性的且基本上不含氧，以避免热交换器中的腐蚀问题。而公开物WO 03/104547 A1公开了一种带单独隔室的锅炉，其容纳过热器且燃烧也发生于其中。目的是使这些燃料燃烧，其并不造成放置于腔室中的过热器的腐蚀问题。
[0007] 根据
现有技术，锅炉的过热器放置于锅炉的炉中，通常在炉的顶部，或者在炉下游的烟气管道中，其中导引来自炉的烟气。过热器可放置于同一烟气管道中或者平行烟气管道中。过热器放置于烟气流中，且烟气热能通过热
辐射和热
对流传到过热器，在此情况下其可指组合过热器。也能使用特殊辐射过热器，它的利用主要是基于从火焰回收热辐射，且使用特殊对流过热器，它的利用主要是基于通过在过热器与烟气之间的
接触的热能对流。辐射过热器通常放置于炉的上部，例如在炉的壁上，且其与来自火焰的热辐射直接接触。因此，存在火焰与过热器之间的直接视线。对流过热器通常受到保护避免火焰的热辐射且放置于炉外，例如在烟气管道中。这种类型的过热器也影响过热器的构造，其中例如在辐射热交换器中，管彼此很紧密装配，形成板状表面或平面。
[0008] 过热器用作热交换器，其通常包括连接到彼此的管构成的组件，通过它们，热能被传到在管内流动的介质，诸如气体、液体或其混合物。
[0009] 上文所提出的消除过热器腐蚀问题的方法常常是不实用的，特别是在必须提供单独供应用于额外材料或单独气体供应以保护过热器从而避免烟气的有害影响的情况下。
发明内容
[0010] 因此，本发明的目的是为了提供一种系统来避免特别是与明确地由烟气造成的腐蚀和化学侵蚀相关的上述问题。
[0011] 一种根据本发明的用于产生和回收热能的锅炉，至少包括：炉(furnace)，其由壁、底部和顶部限定，其中，用作所述锅炉的热能的主要源的燃烧被布置成发生于所述炉的下部；装置，其用于供应燃料(fuel)到所述炉用于燃烧；装置，其用于供应燃烧气体(combustion gas)到所述炉用于燃烧；一个或多个烟气管道(flue gas ducts)，其放置于所述炉的上部且将形成于所述燃烧中的烟气从所述炉导出。所述锅炉还包括：至少一个腔室，其容纳至少一个蒸汽过热器(steam superheater)以回收热能。其中，所述腔室被配置成允许在所述过热器与所述主要源之间的直接视线(direct line of sight)，以能通过热辐射接受热能；并且，所述腔室还被配置成完全或几乎完全防止所述烟气进入所述过热器内，以避免通过对流接受热能。
[0012] 本发明的原理是利用过热器中的热辐射且同时防止烟气对过热器的有害影响，其中该目的不是通过对流进行传热。
[0013] 在一
实施例中，该原理是将过热器放置于腔室中，其中，大幅限制烟气和由此包含于烟气中的有害化合物、腐蚀性或侵蚀性物质进入，使得这种进入被完全或基本上完全被防止。该目的是为了防止或在很大程度上限制这些化合物和物质进入到过热器的热交换表面。该目的是为了避免烟气以各种方式在过热器中循环。
[0014] 根据一实例，该腔室被构造成使得并不发生烟气穿过腔室经过过热器的连续流动。热能传到过热器内主要是基于热辐射，且完全或基本上完全防止通过对流将热能传到过热器的可能性。
[0015] 在一实例中，该腔室被制成仅从下方或者仅从一侧打开使得尽可能地防止烟气到腔室内且特别是穿过腔室经过过热器的流动。
[0016] 在一实例中，该腔室被构造成使得腔室中的气体通过在炉中上升的烟气流的动压作用而保持于腔室中。气体停滞于腔室中且保留于腔室中。以此方式，并无烟气持续地流动经过过热器，也不置换腔室中的气体。优选地，腔室放置于炉的上部中且从下方打开。优选地，辐射过热器放置于腔室中。而且，优选地，过热器和其热交换表面具有到火焰的直接视线(direct line of sight)，以基于热辐射来回收热能，因为目的是为了避免通过对流传热。因此，目的是为了不使烟气流对流且因此不使炉中的粒子或床材料对流。
[0017] 在此描述中，直接视线并不仅仅指炉中可见的燃烧火焰，而且也指热辐射源，其可见的火焰仅构成一部分，其中热辐射是不可见的且主要在红外线范围。
[0018] 而且，腔室并非燃料燃烧单独地发生的腔室，且其烟气将与来自锅炉的炉中燃烧的烟气组合使得来自单独燃烧的烟气将被导引穿过过热器或腔室到炉。主要是由炉中燃烧而形成的热辐射和烟气倾向于找到其到腔室内的途径。所述燃烧是热能的主要源。
[0019] 在实例中，烟气流和同时各种粒子的流动由自腔室的打开底部或侧部的一个或多个
喷嘴的气体、粉末或液体射流引导使得在腔室的打开入口前方形成气体、粉末或液体幕，以引导烟气流远离腔室的打开入口且防止烟气进入到腔室内。待喷射的气体、粉末或液体也可为现有技术已知的防止由烟气造成腐蚀问题的额外材料。待喷射的气体可为现有技术已知的用于减轻腐蚀问题的气体，或者，可为例如不含腐蚀性物质的气体，例如惰性气体。其也可为来自锅炉的空气或气体。
[0020] 利用一个或多个气体、粉末或液体射流，也能在腔室的打开入口前方形成幕或屏障，以防止烟气流通过入口流入到腔室内。
[0021] 在另一实例中，一个或多个喷嘴设于腔室内或直接设于腔室入口，用于向腔室填充气体以减轻腐蚀和化学侵蚀的问题，以稀释进入腔室的烟气，或者利用另一气体(诸如惰性气体)置换在腔室中的所有气体。例如在开始锅炉操作或者(若需要)在特定间隔执行填充。以此方式，并无烟气可在任何阶段停滞于腔室中。通
过喷嘴供应到腔室内的气体优选地由上升烟气流的动压作用而保留在腔室中。也能利用液体或粉末射流将所述额外材料喷射到腔室内。
[0022] 上述喷嘴可根据需要放置于腔室内或腔室附近。
[0023] 在一实施例中，腔室放置于炉的上部中的鼻部中，其中并不需要
修改锅炉的壁。鼻部是炉的上部中的结构，使炉的上部渐缩小于炉的下部。同时，鼻部引导烟气到过热器且到鼻部上方的烟气管道内。腔室通常为立方体，包括
侧壁，侧壁包括输送介质的管，这些管中的一个或多个同时形成炉的侧壁，或者管中的一个或多个同时形成鼻部的侧壁。腔室并不包括底部，或者其在底部打开。腔室具有可为鼻部的部分的顶部。
[0024] 在一实例中，腔室放置于炉外使得腔室入口为炉的
水平或竖直壁且经由腔室底部或侧部延伸到腔室内。而且在此情况下，腔室具有辐射过热器，其具有到火焰的直接视线。在一实例中，腔室放置于炉内使得腔室侧壁中的一个或多个同时为炉的侧壁。腔室的顶部也可为炉的顶部。
[0025] 目的是为了避免腔室中的气流。关于腔室结构，可能腔室并不完全防漏而是其允许气体和烟气通过各种间隙和孔
泄漏。但是，目的是为了大幅限制这种泄漏且保持它们不明显。但是，可需要通过泄漏向腔室提供连续通
风。腔室也可具有单独的
通风通道，其可根据需要例如由受控的
阀来打开和关闭，且在腔室中的气体或烟气可通过通风通道而从腔室移除。
[0026] 通过使用输送介质的管制成腔室的壁中的一个或多个，以利用辐射和/或对流回收炉的热能。腔室的壁内侧优选地被涂覆
隔热喷补(gunning)。
附图说明
[0027] 在下文中将参看附图更详细地描述本发明，在附图中：
[0028] 图1示出从侧部观察的流化床锅炉的示意图，其具备腔室和过热器；
[0029] 图2更详细地示出图1中的腔室和过热器；
[0030] 图3示出从侧部观察的炉内腔室布局实例的示意图；
[0031] 图4示出从侧部观察的炉外腔室布局实例的示意图；
[0032] 图5示出从侧部观察的循环流化床锅炉的示意图，在该循环流化床锅炉中，能采用腔室和过热器；
[0033] 图6示出从侧部观察的碱回收锅炉的下部的示意图，在该碱回收锅炉中，能采用腔室和过热器。
具体实施方式
[0034] 在附图中，具有相对应功能的元件用相同的附图标记来指示。
[0035] 图1示出采用上文所述的腔室和过热器配置的蒸汽锅炉的实例。由于蒸汽锅炉和腔室与过热器配置的位置，能采用基于流化床燃烧的锅炉，特别是鼓泡流化床锅炉(bubbling fluidized bed boiler，BFB)，如图1所示，或者循环流化床锅炉(circulating fluidized bed boiler，CFB)，如图5所示。在鼓泡流化床锅炉中，通过气流产生流化床。应用位置也可为碱回收锅炉，其在图6中示出且其基于黑液燃烧，或者为燃料在炉排(grate)上燃烧的锅炉，或者另一种蒸汽锅炉。
[0036] 图1示出锅炉1，其在此实例中为鼓泡流化床锅炉，其包括炉2。炉的壁由水冷管形成，水冷管由翅片附连到彼此。炉的下部包括喷嘴3，喷嘴3用于自空气箱4进给流化空气(即一次空气)到炉2。由于流化空气的作用，在炉的下部中的流化床5被流化，即，使之在炉2内连续移动。燃料从燃料供应装置6供应到炉内，且二次空气从二次空气喷嘴7供应。在此锅炉中，三次空气也从三次空气喷嘴8供应到炉内。所用燃料为(例如)生物燃料和/或垃圾燃料。由于燃料燃烧所产生的火焰12上升高于流化床且例如延伸高于二次空气喷嘴7且通常也上升到高达三次空气喷嘴。在炉2的下部中利用含氧气体的燃料燃烧是热能的主要源。
[0037] 炉的上部包括过热器9和13，其功能是为了提供通常用于
涡轮机(在图中未示出)的
过热蒸汽。如在图中看出，形成炉的壁的管从后壁2b向内弯曲使得形成朝向炉的前壁2a延伸的鼻部10。鼻部10的目的是为了导向烟气以所需方式到过热器9和13。过热器9例如为辐射过热器，或者组合过热器，其功能是基于热辐射和热对流，且过热器13例如为对流过热器。在附图中，过热器和鼻部以减小方式绘制以示出介质循环。
[0038] 形成于炉中的烟气19进一步经由与炉连接的烟气管道11输送。烟气管道可具有热交换表面或热交换器14。
[0039] 在图1的实例中，用于过热器15的腔室17放置于鼻部10内，鼻部10放置于炉的上部。腔室17底部是打开的，且其同时形成入口18。放置于腔室中的过热器具有到主要热源(其由图1中的火焰12表示)的直接视线16。通过入口18或相对应的开口使得视线成为可能。
[0040] 入口18可包括一个或多个单独开口。如果入口包括若干开口，能例如通过以合适方式选择开口大小来防止烟气流入到腔室内且同时允许热辐射进入到腔室内且到过热器的热交换表面上。
[0041] 在图1所示的实例中，防止烟气进入到腔室内使得腔室中的气体保持于腔室中，这是由于上升的烟气流，使得气体停滞于腔室中。以此方式，无置换气体(特别是烟气)可进入腔室。
[0042] 在图2所示的实例中，还利用喷嘴20，其在此实例中放置于炉的壁2b上在腔室附近。从喷嘴吹出且以合适方式导向的液体、粉末或气体引导烟气19远离腔室和其入口。而且，烟气难以渗透该射流进入腔室。
[0043] 在图2所示的实例中，还利用喷嘴21，其在此实例中放置于腔室17内。从喷嘴吹出且以合适方式导向的液体、粉末或气体(若需要)中和或者稀释腔室中的气体，例如进入于腔室中的烟气，或者向该腔室填充所需气体使得存在于腔室中的气体被所述所需气体置换。该气体(例如)为非腐蚀性或非侵蚀性气体，例如惰性气体。气体由于停滞而保留在腔室17中。利用气体也能维持腔室中的压
力高于炉中腔室外，其中气体仅例如经由入口从腔室流出。
[0044] 关于喷嘴20和21，在不同实例中使用仅一个或二者。
[0045] 图3示出腔室17放置于炉2内使得腔室后部限制于炉的壁(例如，其前壁2a、后壁2b或侧壁)的实例。腔室在至少一侧打开，其同时形成入口18。放置于腔室中的过热器15具有到主要热源的直接视线。在此实例中，喷嘴21放置于腔室的壁上。喷嘴20和21的操作对应于关于图2所讨论的操作。
[0046] 图4示出腔室17放置于炉2外使得腔室前部限制于炉的壁(例如，其前壁2a、后壁2b或侧壁)的实例。腔室在至少一侧打开，其同时形成入口18。腔室具有从炉穿过炉的壁的连接，且入口18形成于所述壁中。放置于腔室中的过热器15具有到主要热源的直接视线16。在此实例中，喷嘴21放置于炉的壁上在腔室附近。喷嘴20和21的操作对应于关于图2所讨论的操作。
[0047] 所提出的腔室和过热器配置也可应用于循环流化床锅炉中以及碱回收锅炉中或者采用炉排上燃烧的锅炉中。图5示出锅炉1，其是循环流化床锅炉。锅炉包括炉2、烟气管道11和旋流器25。夹带于烟气中的流化床粒子的分离在旋流器中发生。与烟气分离的流化床粒子返回到炉2。从炉的下部，将流化空气供应到炉。调整流化空气的速率和量使得由于其作用，流化床粒子基本上填充整个炉。炉被供应来自燃料供应装置6的燃料(其可为生物燃料、垃圾燃料或
煤)和来自空气喷嘴7的燃烧空气。可从若干高度(levels)供应燃烧空气。该锅炉还包括若干过热器9、22、23和24。
[0048] 锅炉具有图3所示的腔室17和过热器15。或者，根据图2或图4实例的腔室可应用于所述锅炉中。
[0049] 图6示出锅炉，其是碱回收锅炉。在该回收锅炉中，所用燃料包括在制浆中所产生的烹饪化学品，以及含有从木材溶解的元素的液体(即，黑液)。锅炉包括炉2，炉2被供应来自燃料供应装置6的黑液，和来自放置于锅炉不同高度的空气喷嘴26、7和8的燃烧空气。在炉底部由燃烧黑液形成熔炼物27，该熔炼物从炉排放以进一步加工。炉的上部包括过热器，且烟气经由烟气管道从炉排放。
[0050] 该锅炉可具有图3所示的腔室17和过热器15。或者，根据图2或图4实例的腔室可应用于所述锅炉中。
[0051] 本发明预期并不限于上述实例所给出的实施例，而是本发明预期广泛地应用于在
权利要求中限定的特征范围内。
