專利名稱：再生和導(dǎo)熱式傳熱系統(tǒng)的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及傳熱系統(tǒng)，尤其是涉及再生和導(dǎo)熱式傳熱系統(tǒng)，該系統(tǒng)在操作上通過將熱量從熱的再生固體傳遞給“工作流體”以實(shí)現(xiàn)對“工作流體”的加熱。如這里所采用的術(shù)語“工作流體”指的是熱力循環(huán)的“工作流體”，如蒸汽或氨，以及指的是過程原料。將熱的再生固體本身加熱的熱源可以有很多形式，這些最普通廣為流行的熱源是內(nèi)熱源，如當(dāng)燃料和空氣在某些類型的燃燒室中燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱的氣體。但是這個(gè)熱源也可以是外熱源的形式，如從透平機(jī)或其它類似設(shè)備中排出的熱的氣體，或者可以是熱的過程物流的形式，作為某些類型化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果而生成出的過程物流。
進(jìn)一步參考內(nèi)熱源的情況，用來燃燒礦物燃料的爐子已經(jīng)長期應(yīng)用以作為產(chǎn)生有用功的可控?zé)崃康难b置。因此，功的應(yīng)用可以是直接做功的形式，如用轉(zhuǎn)窯，或者可以是間接做功的形式，如利用工業(yè)上或船舶使用的或用于發(fā)電的蒸汽發(fā)生器。在所涉及的這種鍋爐范圍內(nèi)，其它的差別在于爐子的外殼是否被冷卻，如用水壁，或者不冷卻，如用耐火襯料。
人們相信，這樣的爐子的開發(fā)起源于約在公元前4000年燒制陶器的需要，或約公元前3000年為了熔化銅的需要。相信通過使用風(fēng)箱將空氣鼓入到爐子中來加快和改進(jìn)燃燒，發(fā)生在約公元前2000年。
與這樣的爐子緊密相聯(lián)的是對應(yīng)的蒸汽鍋爐。這樣的鍋爐起源于希臘和羅馬并應(yīng)用于家庭設(shè)施。結(jié)合水管原理的Pompeiian(龐培)水鍋爐是最早記錄的例子，即在約公元前130年，是做機(jī)械功的鍋爐。因此，Pompeiian水鍋爐將蒸汽送到Hero的引擎，中空的球安裝在耳軸上并在上面旋轉(zhuǎn)，耳軸中一個(gè)允許蒸汽通過，蒸汽通過兩個(gè)相交成直角的噴嘴排出，引起球轉(zhuǎn)動(dòng)。大多數(shù)人認(rèn)為這是世界上第一個(gè)反作用力式的透平機(jī)。
實(shí)際上在接著的1600年內(nèi)，整體上鍋爐特別是水管鍋爐基本上是被忽略的技術(shù)。這可能部分歸因于這個(gè)事實(shí)，即蒸汽作為工作流體沒有應(yīng)用的地方，直到Thomas Savery在1698年發(fā)明第一個(gè)商業(yè)上成功的蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)。1705年Newcomen的發(fā)動(dòng)機(jī)誕生和到1771年為止，這個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)通常的用途是從煤礦中泵抽出水。相信自調(diào)節(jié)的蒸汽閥第一次出現(xiàn)是在1713年。
在18世紀(jì)的下半葉發(fā)明了火管鍋爐的許多變型，以所謂的蘇格蘭船舶鍋爐達(dá)到頂點(diǎn)。如火管鍋爐名字所暗示的那樣，在火管鍋爐中可以認(rèn)為管子是爐子的組成部分，在管束內(nèi)發(fā)生燃燒過程。但是在當(dāng)時(shí)因?yàn)楫?dāng)時(shí)可用的鋼板厚較薄，這樣的裝置限制在操作壓力約150psig。接著開發(fā)了現(xiàn)代的水管鍋爐用來產(chǎn)生高壓蒸汽和其尺寸也大于現(xiàn)有的火管鍋爐。今天，這樣產(chǎn)生蒸汽的現(xiàn)代水管鍋爐包括下面的所有鍋爐中心站的蒸汽發(fā)生器、工業(yè)鍋爐、流化床鍋爐、和船舶鍋爐。
對所有這些不同類型的鍋爐，如果需要將本申請涉及的再生和導(dǎo)熱式傳熱系統(tǒng)分類到這些類型鍋爐中的一種，就與這樣的再生和導(dǎo)熱式傳熱系統(tǒng)相連的所采用的內(nèi)熱源來說，本申請涉及的再生和導(dǎo)熱式傳熱系統(tǒng)可能被認(rèn)為是，更類似于流化床鍋爐而不是上述的任何其它各種類型的鍋爐。因此，下面在涉及的現(xiàn)有技術(shù)的范圍內(nèi)討論的重點(diǎn)將主要集中在流化床鍋爐這一類型。所以，流化床反應(yīng)器在無燃燒的反應(yīng)中已經(jīng)使用了幾十年，在流化床中各反應(yīng)劑的徹底混合和密切接觸產(chǎn)生高的生產(chǎn)量并提高時(shí)間和能量的經(jīng)濟(jì)效益。雖然燃燒固體燃料的其它方法可以以高效率產(chǎn)生能量，但是流化床燃燒可以在足夠低的溫度下有效地燃燒固體燃料，以避免在其它模式中燃燒的許多問題。
對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，眾所周知在術(shù)語“流化床鍋爐”中所用的詞“流態(tài)化”指的是，使得固體物料具有象流體自由流動(dòng)的特性。即當(dāng)氣體通過固體顆粒的床時(shí)，氣體流動(dòng)產(chǎn)生的力使顆粒互相分離。在低的氣體流量時(shí)，各顆粒保持與其它的固體顆粒接觸并阻止運(yùn)動(dòng)。這種條件一般稱為固定床。另一方面，當(dāng)氣體流量增加時(shí)，達(dá)到某一點(diǎn)這時(shí)作用在顆粒的力剛好足夠使其分離。從而使床流態(tài)化，也就是說，在固體之間的氣墊允許顆粒自由運(yùn)動(dòng)，使得該床具有類似液體的特征。
在流化床鍋爐燃燒器中流態(tài)化的狀態(tài)主要取決于床顆粒的直徑和流態(tài)化速度。因此，主要有兩個(gè)基本的流化床燃燒系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)在流化的不同狀態(tài)下運(yùn)行。這兩個(gè)基本的流化床燃燒系統(tǒng)中的一個(gè)其特征是，相對低的速度和有粗的床顆粒尺寸、流化床是稠密的，有均勻的固體濃度，并有很好限定的表面。這個(gè)系統(tǒng)被工業(yè)界最通常稱為成泡流化床，因?yàn)楸仁勾擦鲬B(tài)化所需量大的空氣以氣泡的形式通過該床。成泡流化床進(jìn)一步的特征在于，合適的床固體混合率，和相對低的在燃料氣中的固體夾帶。盡管幾乎不需要將夾帶的材料回收到床中以便維持床的總量，但可以使用相當(dāng)大的回收率以便提高性能。
這兩個(gè)基本的流化床燃燒系統(tǒng)中的另一個(gè)其特征在于，較高的速度和有更細(xì)的床顆粒尺寸，由于固體夾帶增加使流化床的表面變成發(fā)散，從而不再有限定的床表面。還有，為了維持床的總量需要高速將夾帶材料回收到床。隨著燃燒器的高度增加，床的大宗密度降低。有這些特征的流化床被工業(yè)界最普通稱為循環(huán)流化床，因?yàn)椴牧细咚購娜紵餮h(huán)到顆粒回收系統(tǒng)，接著回到燃燒器。循環(huán)流化床進(jìn)一步的特征在于非常高的固體混合率。
在各種形式流化床燃燒系統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)找到許多實(shí)例，在時(shí)間的進(jìn)程中已經(jīng)構(gòu)思出它們?；氐皆缰?0年代的晚期，它的最早例子是1957年12月31日頒發(fā)的美國專利2,818,049，其名稱是“加熱的方法”，在這方面是通過示范而不是限制的方式引入作為參考。按照美國專利2,818,049號的教示，它提供從燃燒的流體傳熱的一種方法，包括使用離散材料流態(tài)化偽液體床，該材料是氧化的催化劑和通過預(yù)定路徑由重力連續(xù)循環(huán)，該路徑包括上游柱和下游柱。繼續(xù)，該方法包括如下各步，維持該床在流態(tài)化偽液體狀態(tài)和在上游柱中通過引入和燃燒燃料，產(chǎn)生燃燒氣體使上游柱的密度基本上低于下游柱的密度，使燃燒氣體向上流過上游柱，在上游柱的上端從上游柱分離出部分燃燒氣體，在上游柱中高于引入和燃燒燃料的位置使一種液體以與該床進(jìn)行間接熱交換的方式通過，以便把熱量傳給流體和維持該床的循環(huán)率，從而使在緊挨上述位置的下游該床的溫度和夾帶氣體的溫度大體上低于緊靠上述位置的上游的溫度。
它的第2個(gè)例子是1961年5月9日頒發(fā)的美國專利2,983,259，其名稱是“產(chǎn)生蒸汽的方法和設(shè)備”，在這方面是通過示范而不是限制的方式引入作為參考。按照美國專利2,983,259號的教示，裝設(shè)最低的熱交換區(qū)。在這個(gè)最低的熱交換區(qū)中材料最好至少部分是由活性的氧化催化劑組成，以便使這個(gè)區(qū)有足夠高的催化活性，從而可以直接往其中引入燃料空氣混合物并在該處顯著和有效地氧化，釋放出熱量和因此產(chǎn)生熱的氣流，氣流向上通過該材料使這個(gè)熱量的一部分被這個(gè)區(qū)和在這個(gè)區(qū)上面的熱交換區(qū)吸收。為了在實(shí)際高度的流化床內(nèi)有有效的和完全的燃燒和氧化和使燃燒支承氣體被預(yù)熱到合理的程度，采用活性的氧化催化劑是很重要的，從而使材料有足夠的催化活性來實(shí)現(xiàn)燃料的完全氧化，使燃料能提供的基本上所有的熱含量與這個(gè)床的材料接觸也是很重要的，以便從流態(tài)化材料吸收相當(dāng)大的熱量，為了使材料的溫度將不會(huì)上升到所有催化劑的去活化溫度之上，即，高于該溫度時(shí)催化劑受到永久性的損害，從而使它喪失它的催化活性的全部或絕大部分。
它的第3個(gè)例子是1961年8月22日頒發(fā)的美國專利2,997,031，其名稱是“加熱和產(chǎn)生蒸汽的方法”，在這方面是通過示范而不是限制的方式引入作為參考。按照美國專利2,997,031號的教示，使燃料空氣混合物在催化劑氧化材料主體上通過，該材料可以成很薄的顆粒層的形式，用這種有很高催化活性的相對小量的材料，使之活化溫度低和因而是相對較貴的催化劑。在這種材料上通過的燃料空氣混合物被催化氧化和這樣生成的熱的燃燒氣體通過材料床，在材料中沉入導(dǎo)管從而提高這種材料的溫度。調(diào)節(jié)燃料和空氣以便提高這種材料床的溫度到那么一點(diǎn)，那時(shí)引入到床中的燃料和空氣混合物將完全氧化。將燃料和空氣供給到這個(gè)床之后和在那里氧化到幾乎沒有或沒有燃料，然后通過和接觸高度活性的催化劑。
它的第4個(gè)例子是1963年8月27日頒發(fā)的美國專利3,101,697，其名稱是“產(chǎn)生蒸汽”，在這方面是通過示范而不是限制的方式引入作為參考。按照美國專利3,101,697號的教示，在材料床緊挨的上游應(yīng)用氧化催化劑，該材料在燃料空氣混合物將在該材料床內(nèi)氧化和燃燒之前，需要加熱到比氧化催化劑高得多的溫度。提供殼體，在殼體內(nèi)設(shè)置離散材料床。將這個(gè)材料床支承在各個(gè)水平設(shè)置的細(xì)長部件上，該部件延伸跨過殼體和以一般平行間隔的方式設(shè)置，從而使該材料不能向下通過這些部件但流態(tài)化氣體可以向上流過。用活性氧化催化劑涂覆或浸漬這些部件，從而使催化劑的活化溫度大大低于氧化燃料空氣混合物所需的最小的床溫度。裝設(shè)裝置以便迫使空氣向上流過在細(xì)長部件上的殼體和通過該材料床使這種材料流態(tài)化，并采用空氣加熱器將空氣加熱使催化劑的溫度上升到它的活化溫度。在細(xì)長部件的下面是多個(gè)燃料分配導(dǎo)管和緊接這些部件的上面和在該床的下部有另一組燃料分配導(dǎo)管。在操作時(shí)，首先使用在細(xì)長部件下面的燃料分配導(dǎo)管將燃料噴射到殼體中，這燃料與空氣混合并被催化劑氧化用這樣產(chǎn)生的熱量加熱材料床或床的一部分到它所需的最小溫度。代替在支承該床的細(xì)長部件下裝設(shè)分離的燃料分配導(dǎo)管，這些部件可以是中空的有朝向下的開孔裝設(shè)在那里，從而該部件本身構(gòu)成可以供給燃料的分配導(dǎo)管。
它的第5個(gè)例子是1963年12月31日頒發(fā)的美國專利3,115,925，其名稱是“燃燒燃料的方法”，在這方面是通過示范而不是限制的方式引入作為參考。按照美國專利3,115,925號的教示，提供起動(dòng)程度，其中大大降低了流化床的點(diǎn)火溫度。所以，將金屬鹽的催化溶液噴灑或其它方法引入到顆粒材料床上，之后預(yù)熱該床直到已經(jīng)達(dá)到點(diǎn)火溫度。保持在流化床顆粒表面上鹽的干化剩余殘?jiān)呋烊粴夂涂諝獾狞c(diǎn)火，在比原先的1150°F低得多的溫度點(diǎn)火。
它的第6個(gè)例子是1964年1月28日頒發(fā)的美國專利3,119,378，其名稱是“產(chǎn)生蒸汽”，在這方面是通過示范而不是限制的方式引入作為參考。按照美國專利3,119,378號的教示，提供一種加熱流體的方法，它包括離散氧化催化劑的向上流動(dòng)的流化床，催化劑有活化和去活化溫度，含有燃料足夠富的燃料空氣混合物是在床內(nèi)燃料實(shí)現(xiàn)引燃的催化氧化的范圍之外，達(dá)到這種程度允許在混合物中含有空氣，同時(shí)維持催化劑溫度在去活化溫度之下，使燃料的剩余部分和從床來的其它支流向上流經(jīng)離散惰性材料的另一個(gè)流化床，惰性材料不受火焰燃燒的影響，因而將該材料大體加熱到支流和在催化劑床中充分氧化的燃料的溫度，以便將另一床的溫度上升到足夠高的值從而氧化其中的燃料空氣混合物同時(shí)維持催化劑在它的去活化溫度之下，將足夠的空氣引入到另一個(gè)床中以便支承燃料剩余部分的燃燒，實(shí)現(xiàn)燃料剩余部分在另一個(gè)床中的氧化，和將熱量從該床傳給以間接熱交換方式流過該床的流體。
它的第7個(gè)例子是1982年4月20日頒發(fā)的美國專利4,325,327，其名稱是“混合流化床燃燒器”，在這方面是通過示范而不是限制的方式引入作為參考。按照美國專利4,325,327號的教示，將第一大氣成泡流化床爐與第二湍流循環(huán)流化床爐組合以便用粉碎的固體燃料有效地生產(chǎn)熱量。第二爐子的床接收粉碎的較小尺寸的固體燃料，從第一床來的沒有反應(yīng)的灰石，和從第一床燃料氣中淘洗分離出來的固體。粉碎的固體燃料的兩級燃燒器聲稱提供效率更高的系統(tǒng)，其效率大于現(xiàn)有使用單級流化床爐子的效率。
它的第8個(gè)例子是1982年6月22日頒發(fā)的美國專利4,335,662，其名稱是“流化床的固體燃料送料系統(tǒng)”，在這方面是通過示范而不是限制的方式引入作為參考。按照美國專利4,335,662號的教示，燃燒煤和石灰石的流化床從一個(gè)系統(tǒng)補(bǔ)充粉碎的煤，該系統(tǒng)從在該床表面下的站側(cè)向排出煤。在該床的一側(cè)安裝一室，或進(jìn)料箱，箱的內(nèi)部用堰板與床分離，在堰板下煤側(cè)向流入床中，同時(shí)將床的材料接收到高于該板的室中以便維持室中材料預(yù)定的最低水平。
它的第9個(gè)例子是1982年11月23日頒發(fā)的美國專利4,360,339的主題，其名稱是“流態(tài)化鍋爐”，在這方面是通過示范而不是限制的方式引入作為參考。按照美國專利4,360,339號的教示，提供一種流化床裝置，鄰近燃料顆粒燃燒的流態(tài)化區(qū)和直接在其下面設(shè)置惰性蓄熱顆粒的靜止點(diǎn)火床，其特征在于蓄熱顆粒通常是球形的，每個(gè)顆粒有多個(gè)突出部，突出部從顆粒表面向外伸出預(yù)先選擇的長度，從而使在靜止的點(diǎn)火床內(nèi)相鄰的球形顆粒之間最小的間隔保持與突出部預(yù)先選擇的長度相等，所以保證了在靜止的點(diǎn)火床內(nèi)存在足夠的空間能使流態(tài)化的空氣向上流過靜止的點(diǎn)火床進(jìn)入到流態(tài)化區(qū)而沒有額外的壓力降和對燃料顆粒使其側(cè)向穿過靜止的點(diǎn)火床。
它的第10個(gè)例子是1984年5月1日頒發(fā)的美國專利4,445,844的主題，其名稱是“流化床鍋爐的液體燃料和空氣進(jìn)料設(shè)備”，在這方面是通過示范而不是限制的方式引入作為參考。按照美國專利4,445,844號的教示，提供一種流化床爐子，其中可以燃燒液體燃料。噴射器向上穿過無孔的床板，它恰當(dāng)?shù)厥褂突蚱渌黧w燃料與流態(tài)化空氣混合，使油揮發(fā)。當(dāng)混合物進(jìn)入流化床時(shí)使這個(gè)混合物通過受限的開口，從而獲得高速的流動(dòng)和在流化床的整個(gè)橫截面上相當(dāng)均勻的燃料和燃燒分布。
它的第11個(gè)例子是1987年1月6日頒發(fā)的美國專利4,633,818的主題，其名稱是“可移動(dòng)的燒煤流化床動(dòng)力設(shè)備”，在這方面是通過示范而不是限制的方式引入作為參考。按照美國專利4,633,818號的教示，提供可移動(dòng)的燒煤流化床鍋爐系統(tǒng)用于產(chǎn)生為火車頭提供動(dòng)力的蒸汽。在流化床爐室內(nèi)在流態(tài)化空氣中燃燒煤從而產(chǎn)生熱的煙道氣，煙道氣從爐室通過鍋爐管和節(jié)約器。將在鍋爐管和爐室壁中產(chǎn)生的蒸汽收集到蒸汽鼓中并使其通過床中的過熱器，從那里將蒸汽送到動(dòng)力產(chǎn)生裝置生產(chǎn)驅(qū)動(dòng)火車頭的動(dòng)力。
它的第12個(gè)例子是1995年3月28日頒發(fā)的美國專利5,401,130的主題，其名稱是“內(nèi)循環(huán)流化床(ICFB)燃燒系統(tǒng)和它的操作方法”，在這方面是通過示范而不是限制的方式引入作為參考。按照美國專利5,401,130號的教示，提供一種流化床燃燒系統(tǒng)特別適合用于實(shí)現(xiàn)焚化，即廢木料和污泥混合物的燃燒，該混合物有很高的水和灰分的含量，這使它們很難燃燒。流化床燃燒系統(tǒng)包括流化床燃燒器實(shí)施由床固體構(gòu)成的流化床。將空氣通過空氣分配器噴射到流化床中以便建立第一可控流態(tài)化速度區(qū)和第二可控流態(tài)化速度區(qū)。在第二可控流態(tài)化速度區(qū)之上將材料引入到流化床燃燒器中，隨后在其上面將床固體流到該材料之上，這樣引入床固體，使之實(shí)現(xiàn)覆蓋。然后干燥該材料，接著燃燒。將由該材料夾帶的惰性物/錯(cuò)配材料/燒結(jié)塊，以及大直徑固體，從那里分離，然后從流化床燃燒器清除出去。
通過示范而不是限制的方式，下面是幾個(gè)現(xiàn)有技術(shù)流化床裝置的其它例子。這些例子中的第一個(gè)是由J.G.Ballantyne在1987年6月9-11日在美國倫敦舉行的Coalteth(煤技術(shù))87年大會(huì)中宣讀的論文，名稱為“固體循環(huán)鍋爐的介紹”中提出的。按照上面參考的論文中提出的主題鍋爐的操作模式，燃燒在稠密的成泡流化床中產(chǎn)生，流化床布置成3個(gè)區(qū)從而使顆粒停留時(shí)間最大化。該床是由篩分的熔凝的鋁土珠加上燃料灰和石灰石組成，這樣選擇主要的流態(tài)化速度，使只有灰和石灰石的很細(xì)顆粒與煙道氣一起離開該床。因?yàn)楹线m的砂粒裝載和氣體速度，煙道氣在被排放到多級旋風(fēng)分離器之前可以通過逆流的表面。處理冷卻氣體的這個(gè)多級旋風(fēng)分離器是低碳鋼結(jié)構(gòu)，和將石灰石和沒有燃燒材料粗的顆?；氐搅骰仓兄匦率褂谩脑摯?，由非機(jī)械的閥連續(xù)地引出可控?cái)?shù)量的材料，并在與鍋爐結(jié)構(gòu)成整體的水冷溝道中冷卻。用來攜帶這個(gè)材料所需的傳送空氣將用于二次燃燒的目的。
構(gòu)成上述題目論文的鍋爐的發(fā)明人被斷定是W.B.Johnson。相信就是這位W.B.Johnson是1985年9月10日頒發(fā)的美國專利4,539,939號名稱為“流化床燃燒設(shè)備和方法”的發(fā)明人。按照W.B.Johnson的美國專利4,539,939號的教示，將多個(gè)相對稠密的珠狀惰性固體材料顆粒保持散布在整個(gè)流態(tài)化燃燒床，用于循環(huán)通過與燃燒床分離的熱交換裝置和與其它床的組分一起回到流化床。也可將細(xì)的石灰石顆粒與新的燃料顆粒一起引入到流化床中。從弓形的熱交換出口排放循環(huán)的床組分，以便將回來的床組分引導(dǎo)到直接在燃燒床上面大致水平的方向用于增加床中的循環(huán)。此外，引入新的燃料和細(xì)的石灰石的入口剛好位于弓形的排放溝道之下以便提高水平的排放速度。燃燒室的一部分，通常在弓形排放溝道的對面，裝設(shè)傾斜的壁段以便進(jìn)一步提高床內(nèi)的循環(huán)。
在結(jié)束流化床裝置現(xiàn)有技術(shù)形式的這個(gè)討論之前，相信把注意力集中到流化床裝置這樣現(xiàn)有技術(shù)形式的幾個(gè)方面，特別是關(guān)于流化床裝置這樣現(xiàn)有技術(shù)形式的操作模式和結(jié)構(gòu)特性是很重要的。所以，應(yīng)該指出按照流化床裝置現(xiàn)有技術(shù)形式的操作模式和結(jié)構(gòu)特性，特別是大循環(huán)流化床裝置的現(xiàn)有技術(shù)形式，通常在大循環(huán)流化床裝置這樣現(xiàn)有技術(shù)形式中，在造成這些細(xì)的固體燃料灰份/吸附劑顆粒流動(dòng)到和通過流化床熱交換器之前將其與煙道氣分離。因此，這里并不將造成會(huì)流動(dòng)到和通過流化床熱交換器的固體顆粒的類型進(jìn)行分類。所以，按照這樣的操作模式，造成會(huì)流動(dòng)到和通過流化床熱交換器的固體顆粒整個(gè)包括所有灰份的混合物，已經(jīng)在大循環(huán)流化床裝置這樣現(xiàn)有技術(shù)形式的燃燒室內(nèi)在空氣的存在下作為固體燃料燃燒結(jié)果生產(chǎn)出的灰份。
此外，相信也應(yīng)把注意力引向這個(gè)事實(shí)，即按照特別是大循環(huán)流化床裝置現(xiàn)有技術(shù)形式的操作模式和結(jié)構(gòu)特性，當(dāng)在大循環(huán)流化床裝置這樣現(xiàn)有技術(shù)形式中應(yīng)用流化床灰份冷卻器時(shí)一般使用這樣的流化床灰份冷卻器來冷卻灰份，已經(jīng)在大循環(huán)流化床裝置這樣現(xiàn)有技術(shù)形式的燃燒室內(nèi)在空氣的存在下作為固體燃料燃燒的結(jié)果生產(chǎn)出的灰份，使這樣的灰份離開所述的大循環(huán)流化床裝置現(xiàn)有技術(shù)的形式。認(rèn)識到，可以操作這樣流化床灰份冷卻器實(shí)現(xiàn)大的灰顆粒與其夾帶的細(xì)粒的分離，在這樣分離的細(xì)粒回到所述的大循環(huán)流化床裝置之前。但是，與前面段落中已經(jīng)討論的那樣這里再次提出，在流化床灰份冷卻器的情況下并不對固體顆粒的類型進(jìn)行分類，它共同地包括已經(jīng)在大循環(huán)流化床裝置所述現(xiàn)有技術(shù)形式的燃燒室內(nèi)在空氣的存在下作為固體燃料燃燒的結(jié)果生產(chǎn)出的灰份。即，如在前面段落中討論的那樣，通過這樣流化床灰份冷卻器的操作所分離的固體顆粒整個(gè)包括所有灰份的混合物，已經(jīng)在大循環(huán)流化床裝置所述現(xiàn)有技術(shù)形式的燃燒室內(nèi)在空氣的存在下作為固體燃料燃燒的結(jié)果生產(chǎn)出的灰份。
還是在這方面，將注意力引向這個(gè)事實(shí)，即按照這里前面已經(jīng)參考的美國專利4,539,939號的教示，將采用鋁礬土的床材料從成泡床中抽出。但是在所述美國專利4,539,939號的所述教示中，找不到任何公開的企圖從采用鋁礬土的床材料中分離任何殘余的灰份或燃料的打算，在引起采用鋁礬土的這樣床材料流動(dòng)到熱交換器之前進(jìn)行分離的打算。
因此，通過這方面總結(jié)的方式，已經(jīng)看到流化床裝置現(xiàn)有技術(shù)形式至今的通常實(shí)踐，特別是，所考慮的大循環(huán)流化床裝置的現(xiàn)有技術(shù)形式，按照流化床裝置這樣現(xiàn)有技術(shù)形式的操作模式和結(jié)構(gòu)特性并沒有打算在它的操作中實(shí)現(xiàn)各種類型固體顆粒之間的分類/分離，在它們回到流化床熱交換器之前。更重要的是，在各自的主張中，與流化床熱交換器相聯(lián)系的現(xiàn)有技術(shù)，特別是這樣的流化床熱交換器包括逆流傳熱系統(tǒng)時(shí)并沒有公開或甚至提出在各種類型固體顆粒之間進(jìn)行分類/分離的打算。更具體地說，在各自的主張中，在這里前面已經(jīng)參考的任何現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)中沒有教示出或甚至提出實(shí)現(xiàn)各種類型固體顆粒之間的分類/分離，該顆粒共同地包括已經(jīng)在流化床裝置現(xiàn)有技術(shù)形式的燃燒室中在空氣的存在下作為固體燃料燃燒的結(jié)果生產(chǎn)出的灰份，在這樣的固體顆粒流經(jīng)逆流的傳熱系統(tǒng)之前或之后進(jìn)行分類/分離。
雖然按照前面已經(jīng)參考過的各個(gè)美國專利的教示而構(gòu)造的流化床鍋爐，以及依據(jù)在Coaltech(煤技術(shù))87年會(huì)議上宣讀的上面已參考的論文主題構(gòu)造成的流化床鍋爐都聲稱各鍋爐的操作已經(jīng)證明達(dá)到了它們設(shè)計(jì)的目的，但在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)證明這樣的流化床鍋爐需要進(jìn)一步的改進(jìn)。更具體地說，在現(xiàn)有技術(shù)中明顯需要低成本的傳熱系統(tǒng)，該系統(tǒng)體現(xiàn)出一種基于新方法的結(jié)構(gòu)，其特征在于它的固體強(qiáng)化傳熱效果。所以，從所采用的術(shù)語即“流化床鍋爐”的觀點(diǎn)來看并不令人驚奇，按照前面已經(jīng)參考過的各個(gè)美國專利的教示所構(gòu)造的所有這樣的流化床鍋爐，以及依據(jù)Coaltech 87年會(huì)議上宣讀的上面已參考的論文主題構(gòu)造成的流化床鍋爐的基本特征是，不管流化床鍋爐結(jié)構(gòu)成采用成泡床類型的操作模式或者循環(huán)流化床類型操作模式，均需要使用流態(tài)化空氣來實(shí)現(xiàn)流化床鍋爐的操作。即，不管采用的是否是成泡類型操作模式還是循環(huán)流化床類型操作模式，無論如何始終存在一種需要，即，如果所需的操作模式有效地完成，則需要以某種目的應(yīng)用流態(tài)化的空氣。不管采用的是否是成泡類型的操作模式還是循環(huán)流化床類型操作模式，設(shè)計(jì)這樣的流態(tài)化空氣使其按預(yù)先選定的速度噴射，速度的選擇主要決定于特定的流化床鍋爐以成泡類型模式或者循環(huán)流化床類型模式來操作，從而使這樣的流態(tài)化空氣流過包括各材料顆粒的床，材料的特性可以采取許多形式，如燃料顆粒、石灰石顆粒、惰性顆粒等等。因此，由于在現(xiàn)有技術(shù)形式的流化床鍋爐中至今還需要使用這樣的流態(tài)化空氣，所以到目前為止不可能實(shí)現(xiàn)燃燒、傳熱和環(huán)境控制過程完全地?cái)嚅_聯(lián)系，并且由于這個(gè)事實(shí)，到目前為止在使用這樣的現(xiàn)有技術(shù)形式的流化床鍋爐的情況下，不存在下述的可能性，即不允許例如燃燒過程、傳熱過程和環(huán)境控制過程的這些過程單獨(dú)地最優(yōu)化。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于傳熱系統(tǒng)的新的和改進(jìn)的結(jié)構(gòu)，該傳熱系統(tǒng)基于所涉及的傳熱系統(tǒng)范圍內(nèi)的新的和新穎的方法的采用。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供這種新的和改進(jìn)的傳熱系統(tǒng)，其特征在于它的低成本。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供這種新的和改進(jìn)的傳熱系統(tǒng)，其特征在于固體強(qiáng)化了由其能夠?qū)崿F(xiàn)的傳熱。
本發(fā)明另有一個(gè)目的是提供這種新的和改進(jìn)的傳熱系統(tǒng)，其特征在于由此燃燒、傳熱和環(huán)境控制過程能完全斷開聯(lián)系。
本發(fā)明另一個(gè)目的是提供這種新的和改進(jìn)的傳熱系統(tǒng)，其特征在于由于使燃燒、傳熱和環(huán)境控制過程完全斷開聯(lián)系，所以能使這些過程的每一個(gè)分別最優(yōu)化。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供這種新的和改進(jìn)的傳熱系統(tǒng)，其特征在于在使如鋁礬土的傳熱固體流到傳熱裝置之前，這些傳熱固體被有效地在分類步驟中與固體燃料灰、吸附劑、易燃劑、和煙道氣分離。
本發(fā)明還有另一個(gè)目的是提供這種新的和改進(jìn)的傳熱系統(tǒng)，其特征在于這樣的傳熱系統(tǒng)不受燃料特性改變的影響，不管燃料是固體、液體或氣體，由于應(yīng)用了分類過程，從而只有如鋁礬土的傳熱固體與傳熱裝置接觸。
本發(fā)明另有一個(gè)目的是提供這種新的和改進(jìn)的傳熱系統(tǒng)，其特征在于就與這種新的和改進(jìn)的傳熱系統(tǒng)相連接而采用內(nèi)熱源來說，在內(nèi)熱源的區(qū)域內(nèi)沒有使用傳熱表面。
本發(fā)明進(jìn)一步的目的是提供這種新的和改進(jìn)的傳熱系統(tǒng)，其特征在于這種傳熱系統(tǒng)仍保持使得NOX的排放最小的能力。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供這種新的和改進(jìn)的傳熱系統(tǒng)，其特征在于硫的收集與燃燒過程斷開聯(lián)系。
本發(fā)明還有另一個(gè)目的是提供這種新的和改進(jìn)的傳熱系統(tǒng)，其特征在于按照該傳熱系統(tǒng)的最佳模式的實(shí)施例，不再需要流化床式的熱交換器，由于該結(jié)果還獲得到以下優(yōu)點(diǎn)，盡管使用這種新的和改進(jìn)的傳熱系統(tǒng)仍可能具有一種在其一端處逆流段緊接著外部傳熱表面的流化床結(jié)構(gòu)，但其減小了輔助的動(dòng)力和節(jié)省了鼓風(fēng)機(jī)和相聯(lián)的管道系統(tǒng)的成本。
本發(fā)明另有一個(gè)目的是提供這種新的和改進(jìn)的傳熱系統(tǒng)，其特征在于可以采用冷的旋風(fēng)分離器代替熱的旋風(fēng)分離器，后者通常是更普遍采用的。
本發(fā)明還有另一個(gè)目的是提供這種新的和改進(jìn)的傳熱系統(tǒng)，其特征有利地在于這樣的傳熱系統(tǒng)相對比較便宜，同時(shí)結(jié)構(gòu)上也相對簡單。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明，提供一種新的和改進(jìn)的傳熱系統(tǒng)，該傳熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)基于所涉及的傳熱系統(tǒng)范圍內(nèi)的新的和新穎的方法的采用。更具體地說，本發(fā)明主題的傳熱系統(tǒng)代表一種新的和新穎的方法，其設(shè)計(jì)出一種使用固體強(qiáng)化傳熱的低成本傳熱系統(tǒng)。本發(fā)明的傳熱系統(tǒng)所實(shí)施的構(gòu)思包括將燃燒、傳熱和環(huán)境控制過程完全斷開聯(lián)系，從而允許每個(gè)過程分別最優(yōu)化。按照本發(fā)明的傳熱系統(tǒng)與常規(guī)結(jié)構(gòu)的100MW循環(huán)流化床系統(tǒng)之間的成本比較，從這樣成本比較的結(jié)果中可確定本發(fā)明傳熱系統(tǒng)的所有壓力部件的成本可比常規(guī)的100MW循環(huán)流化床系統(tǒng)的相應(yīng)部分減小約65％，并且本發(fā)明的傳熱系統(tǒng)所用的結(jié)構(gòu)鋼、工廠占地、和建筑物數(shù)量與常規(guī)結(jié)構(gòu)的100MW循環(huán)流化床系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的相應(yīng)部分相比可顯著地減小。
繼續(xù)，本發(fā)明的傳熱系統(tǒng)采用的混合結(jié)構(gòu)能在如高至1100℃的高溫下運(yùn)行并且以旋風(fēng)分離器的低固體循環(huán)率運(yùn)行。第二固體循環(huán)回路也重疊在其上面。按照本發(fā)明傳熱系統(tǒng)的操作模式，將稠密的冷固體流引入到該系統(tǒng)的第一部分頂部。然后通過在本發(fā)明傳熱系統(tǒng)第一部分內(nèi)產(chǎn)生的在這些冷固體和熱源之間的再生傳熱來加熱這些固體，熱源可以在本發(fā)明傳熱系統(tǒng)第一部分的內(nèi)部產(chǎn)生或在它的外部產(chǎn)生，當(dāng)這些固體朝向本發(fā)明的傳熱系統(tǒng)的第一部分的底部落下時(shí)，熱源本身依次被冷卻到本發(fā)明傳熱系統(tǒng)的第一部分出口處的低溫。將熱床固體從本發(fā)明傳熱系統(tǒng)的第一部分排入到位于本發(fā)明傳熱系統(tǒng)的第一部分下面的強(qiáng)制通風(fēng)式熱交換器內(nèi)，盡管按照本發(fā)明的最佳模式實(shí)施例并不需要該熱交換器。在這方面，強(qiáng)制通風(fēng)式熱交換器不必直接位于燃燒器的下面，只要強(qiáng)制通風(fēng)式熱交換器的位置與燃燒器足夠近，從而使傳熱固體可由其本身重力從燃燒器向下流入強(qiáng)制通風(fēng)式熱交換器就行。按照本發(fā)明的最佳模式實(shí)施例，本發(fā)明傳熱系統(tǒng)的所有傳熱表面積都位于這個(gè)強(qiáng)制通風(fēng)式熱交換器之中。按照本發(fā)明傳熱系統(tǒng)的操作模式，固體以這種方式緩慢向下移動(dòng)通過該強(qiáng)制通風(fēng)式熱交換器，按照本發(fā)明的最佳模式實(shí)施例這類似于移動(dòng)床的特性。熱固體與為此目的適當(dāng)?shù)囟ㄎ辉趶?qiáng)制通風(fēng)式熱交換器內(nèi)的管子的直接接觸，從而提供了它們之間高的熱傳導(dǎo)率并減小了所需傳熱表面積的總數(shù)量。
在本發(fā)明傳熱系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)形式的傳熱系統(tǒng)比較中起到有利的特征作用的某些關(guān)鍵特性如下a)顯著地減小了傳熱表面積，b)用本發(fā)明傳熱系統(tǒng)實(shí)施的技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高溫蘭金(Rankine)循環(huán)，c)簡單的壓力部件結(jié)構(gòu)，d)標(biāo)準(zhǔn)的壓力部件結(jié)構(gòu)，e)簡單的支承結(jié)構(gòu)，f)減小氣體側(cè)壓力降，和g)過程最優(yōu)化。根據(jù)如下事實(shí)達(dá)到了顯著地減小傳熱表面積，按照本發(fā)明傳熱系統(tǒng)實(shí)施的結(jié)構(gòu)，所有壓力部件傳熱表面積都合并到單個(gè)逆流熱交換器中，該熱交換器相對于上面提及的本發(fā)明傳熱系統(tǒng)第一部分定位成，使得有可能使傳熱固體依靠本身的重力從燃燒器向下流到所述熱交換器。因此，通過熱固體和傳熱表面積之間的直接接觸，對所有表面都提供高的傳熱率。此外，在本發(fā)明傳熱系統(tǒng)中可以使用增大的表面積，這進(jìn)一步減小了傳熱表面積的需求。成本比較研究顯示，本發(fā)明傳熱系統(tǒng)總的壓力部件的重量和成本將是與本發(fā)明傳熱系統(tǒng)操作在相同結(jié)構(gòu)條件下的循環(huán)流化床系統(tǒng)的約1/3。
本發(fā)明的傳熱系統(tǒng)能進(jìn)行高溫蘭金循環(huán)并利用它們高的裝置效率，而無需開發(fā)或使用稀有材料。另外，在本發(fā)明傳熱系統(tǒng)中使用如移動(dòng)床那樣運(yùn)動(dòng)的熱固體移動(dòng)床，從而獲得高的傳熱率，按照本發(fā)明最佳模式實(shí)施例，不再需要在這樣的熱固體和強(qiáng)制通風(fēng)式熱交換器管之間非常高的溫度差，隨之也減小了管金屬的最大溫度。所以用上述本發(fā)明傳熱系統(tǒng)的第一部分中的中等的溫度可以實(shí)現(xiàn)高溫蒸汽的條件，從而能使用容易獲得的高鎳合金。試驗(yàn)已經(jīng)顯示，本發(fā)明傳熱系統(tǒng)的強(qiáng)制通風(fēng)式熱交換器的管子加上增大的表面積對傳熱表面積的要求有極大的影響。在這方面，本發(fā)明傳熱系統(tǒng)可以獲得的高的傳熱率和增大的管子表面積，大大減小了所有傳熱段的成本，在昂貴的高溫段內(nèi)可以達(dá)到約減小50％。如果需要，通過開發(fā)高溫翅片也可以實(shí)現(xiàn)表面積的進(jìn)一步減小。
本發(fā)明傳熱系統(tǒng)用作用于節(jié)煤器、蒸發(fā)器和過熱器的單回路的單程式的傳熱系統(tǒng)。單段過熱器因而不再需要中間的加熱器。還有，因?yàn)楸景l(fā)明傳熱系統(tǒng)的蒸汽出口與透平機(jī)位于同一平面，所以傳熱系統(tǒng)-透平機(jī)的可應(yīng)用的連接管線大大縮短。用本發(fā)明的傳熱系統(tǒng)由于在它的不同管段上控制固體流的結(jié)果可以使蒸汽側(cè)和氣體側(cè)的不平衡最小化。還有，由于傳熱段不與燃料灰接觸，不需要吹灰器。此外，由于如移動(dòng)床樣的運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生熱傳導(dǎo)，按照本發(fā)明最佳模式的實(shí)施例，提供了圍繞管子中心線的均勻熱流，不象在現(xiàn)有技術(shù)傳熱系統(tǒng)中普遍采用的水壁，它經(jīng)受的是一側(cè)加熱。另外，因?yàn)楸景l(fā)明傳熱系統(tǒng)沒有水壁，就消除了水壁由于奧氏體/鐵素體材料的混合和因單側(cè)熱流引起的應(yīng)力差所造成的缺陷，這些缺陷構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)傳動(dòng)系動(dòng)的不利特征。另外，用本發(fā)明的傳熱系統(tǒng)也消除了高溫腐蝕，而現(xiàn)有技術(shù)傳熱系統(tǒng)已知是普遍存在的。
本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員眾所周知，常規(guī)結(jié)構(gòu)的循環(huán)流化床系統(tǒng)的壓力部件結(jié)構(gòu)必須設(shè)計(jì)用于在其燃燒室中燃燒的特定燃料。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員也是眾所周知的是，經(jīng)過常規(guī)結(jié)構(gòu)的循環(huán)流化床系統(tǒng)的尾部煙道(backpass)的氣體流速隨著燃料水份含量的增高而增加。因此，對水份含量高的燃料必須增加常規(guī)結(jié)構(gòu)循環(huán)流化床系統(tǒng)尾部煙道中管間距離以便保持流過這樣管子合適的氣體速度，這就造成在常規(guī)結(jié)構(gòu)循環(huán)流化床系統(tǒng)的情況下更大和更昂貴的尾部煙道。所以，當(dāng)需要多種燃料時(shí)，在所涉及的常規(guī)結(jié)構(gòu)循環(huán)流化床系的范圍內(nèi)，燃燒室必須設(shè)計(jì)成可接受最差的燃料燃燒。
在另一方面，本發(fā)明傳熱系統(tǒng)中傳熱表面積不受燃料特性改變的影響，不管是在采用與本發(fā)明的傳熱系統(tǒng)相連的內(nèi)部產(chǎn)生的熱源，還是采用與本發(fā)明傳熱系統(tǒng)相連的外部產(chǎn)生的熱源。這歸因于這樣的事實(shí)，在任何一種情況下燃燒氣體和燃料灰都不與本發(fā)明傳熱系統(tǒng)的傳熱表面接觸。這是因?yàn)榘朔诸愡^程，該過程下面將要詳細(xì)描述，按照本發(fā)明最佳模式實(shí)施例該過程位于強(qiáng)制通風(fēng)式熱交換器之前，從而這個(gè)分類過程在操作上可將例如鋁礬土的傳熱固體從固體燃料灰、吸附劑、易燃劑和煙道氣中分離出來。此外，當(dāng)采用與本發(fā)明的傳熱系統(tǒng)相連的內(nèi)部產(chǎn)生的熱源時(shí)，在使用水份含量高的燃料情況下，本發(fā)明的傳熱系統(tǒng)將具有更高的氣體速度流過它的第一部分。最后，當(dāng)采用與本發(fā)明的傳熱系統(tǒng)相連的內(nèi)部產(chǎn)生的熱源時(shí)，對于不同的燃料可通過改變再循環(huán)顆粒尺寸和再循環(huán)率，從而使得在本發(fā)明傳熱系統(tǒng)的第一部分中保持熱量再生。
繼續(xù)，本發(fā)明傳熱系統(tǒng)的第一部分并不實(shí)施以具有任何的傳熱表面積，所以理想的是圓筒形、自支承的薄的耐火殼體的結(jié)構(gòu)。還有，這樣的結(jié)構(gòu)，在本發(fā)明傳熱系統(tǒng)的涉及范圍內(nèi)，不再需要拱邊支柱并大大地減少了結(jié)構(gòu)鋼的需要。此外，由于在本發(fā)明傳熱系統(tǒng)的第一部分內(nèi)熱源被冷卻，所以冷的旋風(fēng)分離器將顯著地小于常規(guī)結(jié)構(gòu)循環(huán)流化床系統(tǒng)中所用的分離器尺寸，同時(shí)隨之將僅需要少量的耐火和結(jié)構(gòu)鋼。另外，通過使用本發(fā)明的傳熱系統(tǒng)，其熱交換器的支承需求也明顯降低，因?yàn)樵谶@樣的熱交換器中所用的管束其位置更接近地面，并且比在常規(guī)結(jié)構(gòu)的循環(huán)流化床系統(tǒng)中所采用的那些管更輕。
還應(yīng)該注意到，本發(fā)明傳熱系統(tǒng)中固體循環(huán)率大大低于常規(guī)結(jié)構(gòu)的循環(huán)流化床系統(tǒng)的循環(huán)率，所以氣體側(cè)的壓力降也低。另外，在本發(fā)明傳熱系統(tǒng)的所采用熱交換器中，熱固體是以移動(dòng)床樣的方式移動(dòng)通過該熱交換器，按照本發(fā)明的最佳模式實(shí)施例，不再需要流化床熱交換器(FBHE)，該流化床熱交換器是常規(guī)結(jié)構(gòu)的循環(huán)流化床普遍采用的一個(gè)組件，這又減小了輔助的動(dòng)力需求和鼓風(fēng)機(jī)和管道系統(tǒng)的成本。
從上述中，應(yīng)該很清楚本發(fā)明的傳熱系統(tǒng)為過程的最優(yōu)化提供了某些獨(dú)特的可能，因?yàn)槭褂昧吮景l(fā)明的傳熱系統(tǒng)，燃燒、傳熱、和環(huán)境控制各過程被有效地?cái)嚅_聯(lián)系。另外，通過使用本發(fā)明的傳熱系統(tǒng)，在它的高溫第一部分內(nèi)仍能保持常規(guī)的流化床系統(tǒng)燃料的靈活性，以便與用于燒完的碳的旋風(fēng)分離器再循環(huán)連接。此外，用本發(fā)明的傳熱系統(tǒng)還能得到下述的特點(diǎn)在本發(fā)明傳熱系統(tǒng)第一部分的下部可使放出的NOX最小化；通過應(yīng)用合適的后端系統(tǒng)，硫的收集與本發(fā)明傳熱系統(tǒng)的熱源產(chǎn)生過程斷開聯(lián)系；在本發(fā)明傳熱系統(tǒng)的第一部分內(nèi)仍可煅燒石灰石，雖然按照本發(fā)明的最佳模式實(shí)施例，要求這樣的石灰石足夠細(xì)以便一次通過本發(fā)明傳熱系統(tǒng)的第一部分就行。但是認(rèn)識到可能有這樣的情況，對硫含量高的煤可能希望在傳熱系統(tǒng)的第一部分內(nèi)試圖進(jìn)行和獲得某些硫的收集。在這樣的情況下可以希望測定石灰石的大小，從而使石灰石通過旋風(fēng)分離器之前將經(jīng)過幾次再循環(huán)。


圖1是按照本發(fā)明構(gòu)造的傳熱系統(tǒng)的示意圖，其示出了所采用的與該系統(tǒng)相連的內(nèi)部產(chǎn)生的熱源；圖2是按照本發(fā)明構(gòu)造的傳熱系統(tǒng)的示意圖，其示出了所采用的與該系統(tǒng)相連的外部產(chǎn)生的熱源；圖3是按照本發(fā)明的最佳模式實(shí)施例、圖1中示出的本發(fā)明傳熱系統(tǒng)的第一部分和它的強(qiáng)制通風(fēng)式熱交換器之間機(jī)械的互相連接的放大側(cè)視圖，按照本發(fā)明傳熱系統(tǒng)操作的模式，熱固體從第一部分橫向進(jìn)入強(qiáng)制通風(fēng)式熱交換器；和圖4是本發(fā)明傳熱系統(tǒng)該段的放大側(cè)視圖，其中進(jìn)行分類過程，以使例如鋁礬土的傳熱固體與固體燃料灰、吸附劑、易燃劑和煙道氣分離。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考附圖，特別是圖1，其中示出了按照本發(fā)明構(gòu)造的傳熱系統(tǒng)，整體由附圖標(biāo)記10表示，所示的傳熱系統(tǒng)采用與其相連的內(nèi)部產(chǎn)生的熱源。如圖1清楚所示，傳熱系統(tǒng)10包括第一部分，即容器，它整體由附圖標(biāo)記12表示，容器本身包括兩個(gè)區(qū)，即下區(qū)和上區(qū)。整體由附圖標(biāo)記14表示的下區(qū)在操作上作為燃燒區(qū)，即形成一內(nèi)部產(chǎn)生的熱源的區(qū)。如附圖標(biāo)記16的箭頭所示，將燃料噴射到這個(gè)區(qū)14內(nèi)，并如附圖標(biāo)記18所示，將燃燒用空氣也噴入其中，優(yōu)選地使用常規(guī)的成泡床技術(shù)，使燃料16和燃燒用空氣18燃燒從而以熱氣體的形式形成內(nèi)部產(chǎn)生的熱源，它是作為燃料16和燃燒用空氣18的這種燃燒的結(jié)果產(chǎn)生的即生成的。
容器12的上區(qū)整體由附圖標(biāo)記20表示，即位于區(qū)14之上在容器12內(nèi)的區(qū)，該上區(qū)以反應(yīng)器的方式操作，使之有6到7秒數(shù)量級的相對較長的停留時(shí)間，從而在其中以再生方式獲得到來自內(nèi)部產(chǎn)生的熱源的熱量，這在下面將要進(jìn)一步說明，其中構(gòu)成在區(qū)14內(nèi)燃燒產(chǎn)生的產(chǎn)物的熱氣體如附圖標(biāo)記22表示的箭頭所示地向上流動(dòng)，熱量傳遞給如附圖標(biāo)記24表示的箭頭所示地噴射到容器12的上區(qū)20中的固體顆粒流，該顆粒流如附圖標(biāo)記26表示的箭頭所示地向下流動(dòng)。因此，容器12的上區(qū)20其基本功能是以逆流的方式直接接觸的熱交換器。所以，無論在容器12的區(qū)14或是上區(qū)20都沒有熱量傳給水/水蒸汽的情況發(fā)生。因此，容器12的壁可以設(shè)計(jì)成耐火襯料。另外，固體顆粒24有效地從內(nèi)部產(chǎn)生的熱源即氣體22中以再生方式獲得熱量，使氣體的溫度降低到足夠低以便能在本發(fā)明傳熱系統(tǒng)10中使用常規(guī)形式的空氣加熱器，該空氣加熱器示意地說明在圖1中，其中所述空氣加熱器整體由附圖標(biāo)記28表示。
按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，用于從氣體22中以再生方式獲得熱量所采用的固體顆粒24設(shè)計(jì)成具有高的密度以及高的導(dǎo)熱性。即固體顆粒的密度越高，并且固體顆粒24的數(shù)目越大，也就是，固體顆粒24的表面積越大，容器12就可以越小。所以，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)各種形式的鋁礬土，如Al2O3，適合用作固體顆粒24。在這方面，各種形式的鋁礬土如Al2O3不僅是因?yàn)樗鼈兊臒崽匦?，而且另外因?yàn)樗鼈兪堑图夹g(shù)陶器的原料，以及它們在世界上每個(gè)國家實(shí)際上都存在，所以其具有吸引力。但是，應(yīng)該理解還有體現(xiàn)上述特性的希望實(shí)施的其它類型顆粒，可以采用它們代替各種形式的上文中敘述的鋁礬土，而不會(huì)背離本發(fā)明的精神。
用于從氣體22中以再生方式獲得熱量所采用的固體顆粒24還設(shè)計(jì)成具其有比固體燃料灰和吸附劑顆粒更高的密度和更大的尺寸。固體顆粒設(shè)計(jì)成在容器12的上區(qū)20內(nèi)以最大氣體速度朝下降落通過爐子，也就是，在容器12的上區(qū)20內(nèi)固體顆粒24的終端速度大于容器12的上區(qū)20內(nèi)最大氣體速度。容器12的上區(qū)20的橫截面積設(shè)計(jì)成，以便確保其中的氣體速度足夠高，以便能夾帶大部分的固體燃料灰和吸附劑顆粒并如圖1中附圖標(biāo)記36表示的箭頭所示地?cái)y帶它們向上流出容器12，其方式下面將要進(jìn)一步說明。
以這樣的方式從容器12下區(qū)14排出固體顆粒24，即，以便保證基本上沒有細(xì)或粗的固體燃料灰或吸附劑被傳送到由附圖標(biāo)記30表示的強(qiáng)制通風(fēng)式熱交換器。按照本發(fā)明的最佳模式實(shí)施例，在圖1中每一個(gè)床排放管都由相同的附圖標(biāo)記31表示，并且下面將對它們進(jìn)一步說明，多個(gè)床排放管是這樣定位的，即，使圖1中由相同的附圖標(biāo)記31a表示的每個(gè)床排放管31的入口位于容器12的區(qū)14的底板之上，該底板由附圖標(biāo)記14a表示。通過使用這個(gè)設(shè)計(jì)，包括采用多個(gè)床排放管31的每個(gè)的入口31a位于容器12的區(qū)14的底板14a之上，從而使得沒有大塊礦石等被允許通過容器12的區(qū)14到達(dá)強(qiáng)制通風(fēng)式熱交換器30。因此這樣大塊的礦石等只能從容器12通過分離床排放處理系統(tǒng)除去，后者在圖1中示意地由附圖標(biāo)記33表示的箭頭說明。
以與特定的圖4的討論相聯(lián)系的更加充分詳細(xì)的方式說明，將足夠量的空氣引入到多個(gè)床排放管31中的每一個(gè)中，從而使其速度足夠高以便防止細(xì)粒、燃料灰和吸附劑顆粒向下流過多個(gè)床排放管31中的任何一個(gè)或幾個(gè)中，盡管同時(shí)這個(gè)空氣流的速度不足以阻礙固體顆粒向下流過多個(gè)床排放管31的每一個(gè)到達(dá)強(qiáng)制通風(fēng)式熱交換器30。引入到多個(gè)床排放管31每一管中的空氣還可在操作上實(shí)現(xiàn)任何沒有燒盡的含碳物質(zhì)的燃燒，該物質(zhì)可能進(jìn)入多個(gè)床排放管31中的任何一個(gè)或幾個(gè)中。由這樣的燃燒產(chǎn)生的熱量設(shè)計(jì)成使其從各自床排放管31回到容器12。
繼續(xù)在圖1中說明的本發(fā)明傳熱系統(tǒng)10的描述，按照本發(fā)明構(gòu)造的傳熱系統(tǒng)10還包括第二部分，即前面已經(jīng)描述過的強(qiáng)制通風(fēng)式熱交換器30。如圖1所示，在強(qiáng)制通風(fēng)式熱交換器30內(nèi)以安裝關(guān)系合適地支承一個(gè)或幾個(gè)傳熱表面。按照本發(fā)明傳熱系統(tǒng)10在圖1中的說明，4個(gè)這樣的傳熱表面示意性地以合適的支承方式安裝在強(qiáng)制通風(fēng)式熱交換器30內(nèi)，每個(gè)傳熱面在圖1中都由相同的附圖標(biāo)記32表示，這可通過使用適合于這樣目的的任何常規(guī)形式的安裝機(jī)構(gòu)來實(shí)施(為了保持圖中說明的簡明，沒有顯示出)，例如優(yōu)選地在強(qiáng)制通風(fēng)式熱交換器30內(nèi)適當(dāng)?shù)鼗ハ嚅g隔一定距離。但是應(yīng)該理解，在強(qiáng)制通風(fēng)式熱交換器30內(nèi)可以采用更多或更少數(shù)目的這樣的傳熱表面32，而不會(huì)背離本發(fā)明的精神。
固體顆粒24通過強(qiáng)制通風(fēng)式熱交換器30基本上是簡單的質(zhì)量流動(dòng)，固體顆粒從由附圖標(biāo)記31b表示的多個(gè)床排放管31每一個(gè)的出口流出和排放出來之后，如由相同的附圖標(biāo)記35表示的每個(gè)箭頭所示意地進(jìn)入到強(qiáng)制送風(fēng)式熱交換器30，從而一旦這些固體顆粒24在容器12的第一部分20內(nèi)從該內(nèi)部產(chǎn)生的熱源即從氣體22中以再生方式獲得熱量，則這些固體顆粒24主要在重力的影響下以非常慢的速度，如40m/小時(shí)的數(shù)量級向下移動(dòng)。因此，這些固體顆粒24當(dāng)它們向下移動(dòng)時(shí)形成移動(dòng)床的特征。雖然按照本發(fā)明的最佳模式實(shí)施例，這些固體顆粒24當(dāng)它們向下移動(dòng)時(shí)形成移動(dòng)床的特征，但應(yīng)理解這些固體顆粒24也可以用某些其它的方式向下移動(dòng)而不會(huì)背離本發(fā)明的精神。這里重要的一點(diǎn)是，優(yōu)選地是完全以逆流的方式完成傳熱作用，或者另一種是最小程度至少以部分逆流的方式完成傳熱作用。因此，至少部分的熱交換作用必須是以逆流的方式進(jìn)行。
在以上面已經(jīng)說明的方式向下流動(dòng)的過程中，固體顆粒24的該向下移動(dòng)的質(zhì)量流在傳熱表面32上流過，按照本發(fā)明最佳模式實(shí)施例每個(gè)傳熱表面優(yōu)選地包括多個(gè)單獨(dú)的管(為了保持

的簡明，沒有示出)，該管在共同地作用時(shí)構(gòu)造成單個(gè)傳熱表面32。循環(huán)的“工作流體”如由詞語“流體”標(biāo)記的每個(gè)箭頭示意地流經(jīng)每個(gè)傳熱表面32的這些每根管子(未示出)。如這里所用的那樣，術(shù)語“工作流體”指的是熱力循環(huán)的“工作流體”，例如蒸汽或氨，以及過程的原料。在固體顆粒24向下移動(dòng)的質(zhì)量流和通過各管(未示出)流動(dòng)的工作流體之間實(shí)現(xiàn)的傳導(dǎo)的熱交換最好是如上面已經(jīng)討論的那樣百分之一百的逆流，這些管子共同地作用時(shí)構(gòu)成熱交換表面32中的一個(gè)。雖然如上面已經(jīng)討論過的那樣，在固體顆粒24向下移動(dòng)的質(zhì)量流和通過各管(未示出)流動(dòng)的工作流體之間這樣的傳導(dǎo)的熱交換在最小程度上可以是至少部分逆流的。
當(dāng)所采用的用于燃燒從而形成該內(nèi)部產(chǎn)生熱源的燃料改變時(shí)，不需要改變各個(gè)管(未示出)之間的距離，這些管子整體地構(gòu)成每個(gè)傳熱表面32。另外，由于在各個(gè)管子(未示出)上沒有氣體流動(dòng)，這些管子共同地構(gòu)成每個(gè)傳熱表面32，因此沒有氣體側(cè)的速度限制，這些限制在氣體與管子傳熱的熱交換器中造成需要多部段結(jié)構(gòu)的過熱器、再加熱器、蒸發(fā)器和節(jié)約器的傳熱表面積，在現(xiàn)有技術(shù)形式的循環(huán)流化床系統(tǒng)以及現(xiàn)有技術(shù)形式的粉化煤燃燒的蒸汽發(fā)生器中它們是普遍需要的。因此用本發(fā)明的傳熱系統(tǒng)10被認(rèn)為有可能提供從它的節(jié)約器入口到它的過熱器出口的單個(gè)回路，并具有消除大部分排出壓力損失的伴隨效果。
按照本發(fā)明最佳模式實(shí)施例，在強(qiáng)制通風(fēng)式熱交換器30中固體顆粒24實(shí)際上由百分之百的鋁礬土即Al2O3構(gòu)成，并只包括最小量的固體燃料灰。這是由于在容器12內(nèi)在鋁礬土即Al2O3的固體顆粒24與固體燃料灰之間實(shí)現(xiàn)分類。即，在容器12區(qū)14內(nèi)固體燃料16和燃燒用空氣18燃燒產(chǎn)生的固體燃料灰具有微米級尺寸和低密度，所以被夾帶在向上的氣流22中。在另一方面，鋁礬土即Al2O3的固體顆粒24是非常稠密并具有600-1200微米的尺寸，這樣的顆粒太大以至于不能被夾帶在向上的氣流22中。此外，如上面已經(jīng)敘述過那樣和下面與附圖4的相聯(lián)系的進(jìn)一步描述的那樣，多個(gè)床排放管31和將空氣引入到該處相結(jié)合的設(shè)計(jì)提供了輔助的分類并進(jìn)一步保證只有鋁礬土即Al2O3的固體顆粒24向下通到強(qiáng)制通風(fēng)式熱交換器30。所以，如上面已經(jīng)描述的那樣，鋁礬土即Al2O3的固體顆粒24主要是在重力的影響下朝下移動(dòng)。
繼續(xù)參考附圖的圖1，當(dāng)固體顆粒24到達(dá)強(qiáng)制通風(fēng)式熱交換器30的底部時(shí)，如圖1所示，固體顆粒2 4已經(jīng)被足夠冷卻，即在近似500°F的溫度，從而使固體顆粒24，如在圖1中整體由附圖標(biāo)記34表示的虛線所示的那樣，可以被運(yùn)送回到容器12的頂部以用于噴射到它的第一部分20中，從而如前面已經(jīng)描述過那樣用于再一次重復(fù)固體顆粒24流過容器12然后通過強(qiáng)制通風(fēng)式熱交換器30的過程。在本發(fā)明的傳熱系統(tǒng)10內(nèi)固體顆粒24的這種流動(dòng)這里稱為“下再循環(huán)回路”。
進(jìn)一步說明本發(fā)明的傳熱系統(tǒng)10的容器12的區(qū)14內(nèi)由固體燃料16和燃燒用空氣18的燃燒所產(chǎn)生的固體燃料灰，如附圖的圖1說明的那樣，其中采用了與之相聯(lián)的內(nèi)部產(chǎn)生的熱源，如前面已經(jīng)描述過的那樣這種固體燃料灰被夾帶在氣體22中，因此從容器12的區(qū)14向上流動(dòng)進(jìn)入并通過容器12的第一部分20，并且如在圖1中由附圖標(biāo)記36表示的箭頭所示的那樣，最終夾帶固體燃料灰的氣體22被排放到低溫的即冷的常規(guī)結(jié)構(gòu)的旋風(fēng)分離器中，該冷的旋風(fēng)分離器在圖1中整體由附圖標(biāo)記38表示。在冷的旋風(fēng)分離器38內(nèi)，以對本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說是眾所周知的方式，使固體燃料灰與氣體22分離。在使用冷的旋風(fēng)分離器38內(nèi)分離之后，如圖1中整體由附圖標(biāo)記40表示的箭頭和虛線所示的那樣，使部分的分離的固體燃料灰回到容器12的區(qū)14，并將剩余的分離的固體燃料灰從冷的旋風(fēng)分離器中排出以用于作最后的處理，如在圖1中整體由附圖標(biāo)記41表示的箭頭和虛線所示的那樣。另一方面，如在圖1中整體由附圖標(biāo)記42表示的箭頭和虛線所示的那樣，在冷的旋風(fēng)分離器38內(nèi)已經(jīng)與固體燃料灰分離的氣體從冷的旋風(fēng)分離器38排放到空氣加熱器28。如上述的固體燃料灰再循環(huán)這里將稱之為“上再循環(huán)回路”，它主要執(zhí)行如下兩種功能1)它減小沒有燃燒的碳的數(shù)量，否則這些沒有燃燒的碳將從容器12中排出，和2)它能有對強(qiáng)制通風(fēng)式熱交換器30內(nèi)溫度的起到輔助控制作用。
強(qiáng)制通風(fēng)的熱交換器30的溫度是非常重要的，因?yàn)樵摐囟刃纬晒腆w顆粒24向下的質(zhì)量流與傳熱表面32的管子(未示出)之間進(jìn)行傳導(dǎo)傳熱的基礎(chǔ)，以及由此形成與流過這些管子(未示出)的工作流體之間進(jìn)行傳導(dǎo)傳熱的基礎(chǔ)。在本發(fā)明的傳熱系統(tǒng)10中，在強(qiáng)制通風(fēng)式熱交換器30內(nèi)的溫度是燃燒的Q值、多余的空氣、上再循環(huán)率、和下再循環(huán)率的函數(shù)。對給定的燃燒Q值，獨(dú)立變量是上再循環(huán)率和下再循環(huán)率。如果需要增加固體顆粒24的溫度，那么可以減小下再循環(huán)率，但氣體22離開容器12的第一部分20的出口溫度將增加，這是由于從熱源以再生方式獲得熱量的表面積減小，即當(dāng)采用與本發(fā)明的傳熱系統(tǒng)10相連的內(nèi)部產(chǎn)生的熱源時(shí)，該熱源就是在容器12的區(qū)14內(nèi)由固體燃料16和燃燒用空氣18燃燒產(chǎn)生的氣體22?？梢詼p小上再循環(huán)率以便增加固體顆粒24的溫度，但碳的損失將加大，這是因?yàn)樵诠腆w燃料灰中的未燃燒的碳具有更少的機(jī)會(huì)從冷的旋風(fēng)分離器38再循環(huán)到容器12的區(qū)14。所以，認(rèn)為最好的策略是適當(dāng)?shù)哪撤N組合，它包括兩個(gè)變量中的每一個(gè)的調(diào)節(jié)，即在下再循環(huán)率中某些調(diào)節(jié)以及在上再循環(huán)率中某些調(diào)節(jié)。這里還注意到在強(qiáng)制通風(fēng)式熱交換器30內(nèi)溫度的上限是由固體燃料16灰份熔合的溫度獲得的，名義上它是1100℃。所以，為了使固體顆粒24在強(qiáng)制通風(fēng)式熱交換器30內(nèi)保持自由流動(dòng)，在強(qiáng)制通風(fēng)式熱交換器30的溫度必須保持在使容器12的區(qū)14內(nèi)固體燃料16和燃燒用空氣18變粘的溫度之下。
匯集在自由流動(dòng)的固體顆粒24的質(zhì)量中的熱量或從熱源通過再生方式獲得到熱量的固體顆粒24’的質(zhì)量中的熱量，當(dāng)這樣的熱源分別是圖1中所示的內(nèi)部產(chǎn)生的熱源和是圖2中所示的外部產(chǎn)生的熱源時(shí)，使得在循環(huán)流化床系統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)形式中或者在燃燒粉碎煤的蒸汽發(fā)生器現(xiàn)有技術(shù)形式中不可能的許多情況變成可能。在這方面通過示范而不是限制的方式，這里參考如下幾點(diǎn)，使用按照本發(fā)明構(gòu)造的傳熱系統(tǒng)，如在圖1中描述的本發(fā)明的傳熱系統(tǒng)10，以下這些全都被認(rèn)為是可能的，1)在按照本發(fā)明構(gòu)造的傳熱系統(tǒng)10的所有回路中逆流是可能的；2)當(dāng)經(jīng)過本發(fā)明傳熱系統(tǒng)10的溫度下降時(shí)不需要替換傳熱表面32的管子(未示出)；3)不管固體燃料16多么差，傳熱表面32的管子(未示出)沒有腐蝕、磨損或堵塞的可能；4)無論固體燃料16的特性如何，可以在傳熱表面32的所有管子(未示出)上設(shè)置翅片；5)通過圍繞每根這樣單個(gè)管子(未示出)的軸線的導(dǎo)熱從而均勻加熱傳熱表面32的所有管子(未示出)，這樣消除了例如用水墻形式的結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生的管子(未示出)的單側(cè)加熱，和6)由于已知的是熱傳導(dǎo)率在固體與管子傳熱時(shí)大大高于氣體與管子的傳熱中的對流傳熱，所以極大地強(qiáng)化了傳熱效果。
為了完成在圖1中說明的本發(fā)明傳熱系統(tǒng)10的描述，這里注意到這個(gè)事實(shí)，即，噴射到容器12的區(qū)14內(nèi)的燃燒用空氣18在注入到其中之前，優(yōu)選地通過氣體和空氣之間的熱交換在空氣加熱器28中首先預(yù)熱，使附圖標(biāo)記42表示的氣體流過空氣加熱器28，由附圖標(biāo)記44表示的箭頭所示的空氣為這個(gè)目的進(jìn)入并流過空氣加熱器28。也被認(rèn)為是很重要的是，注意到應(yīng)用本發(fā)明傳熱系統(tǒng)10按照它的最佳模式實(shí)施例噴射到容器12的區(qū)14內(nèi)的燃燒用空氣18基本僅采用空氣。另外，這里還注意到，當(dāng)使用的熱源是內(nèi)部產(chǎn)生的熱源時(shí)僅采用這種燃燒用空氣18。進(jìn)一步討論這一點(diǎn)，被認(rèn)為很重要的是，認(rèn)識到?jīng)]有將任何空氣和/或任何氣體噴射到強(qiáng)制通風(fēng)式熱交換器30中用于在強(qiáng)制送風(fēng)式熱交換器內(nèi)實(shí)現(xiàn)固體顆粒24向下流動(dòng)的質(zhì)量流態(tài)化。應(yīng)用到本發(fā)明的傳熱系統(tǒng)10中的其它空氣僅被引入到多個(gè)床的排放管31的每個(gè)床排放管中，以用于在其中實(shí)現(xiàn)固體顆粒24與任何可能進(jìn)入某一個(gè)或幾個(gè)床排放管31中的細(xì)粒、固體燃料灰和/或吸附劑顆粒之間的附加分類。
接著轉(zhuǎn)到參照圖2，圖中描述按照本發(fā)明構(gòu)造的整體由附圖標(biāo)記10′表示的傳熱系統(tǒng)，該系統(tǒng)與圖1所示的傳熱系統(tǒng)10不同，其中在圖1中所示的傳熱系統(tǒng)10中采用了與其相連的內(nèi)部產(chǎn)生的熱源，而在圖2中所示的傳熱系統(tǒng)10′與在圖1中說明的傳熱系統(tǒng)10完全不同，是采用了與其相連的外部產(chǎn)生的熱源。為了理解在附圖的圖2中說明的按照本發(fā)明的傳熱系統(tǒng)10′的操作模式和構(gòu)造特性，與傳熱系統(tǒng)10的組件相對應(yīng)的傳熱系統(tǒng)10′中的組件是與圖1中所示的那些組件相同的，并已經(jīng)與按照本發(fā)明構(gòu)造的傳熱系統(tǒng)10的描述相聯(lián)系地在前面被描述過，在圖2中由相同的附圖標(biāo)記來表示，但加上一撇號作為上標(biāo)，以便與在圖1中已經(jīng)采用的相同的組件相區(qū)別。
所以，參考附圖的圖2能清楚地了解，傳熱系統(tǒng)10′包括第一部分，即容器，該容器整體由附圖標(biāo)記12′表示，該容器本身包括兩個(gè)區(qū)，即下區(qū)和上區(qū)。整體由附圖標(biāo)記14′表示的下區(qū)在操作上作為容納外部產(chǎn)生的熱源的區(qū)，該熱源在圖2中由附圖標(biāo)記15整體表示的箭頭示意地表示。所以，外部產(chǎn)生的熱源可以采用從透平機(jī)或其它相似類型設(shè)備排出的熱氣體的形式，或者可以是熱的過程物流的形式，它可以是某種類型化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果生成的物流，并不會(huì)背離本發(fā)明的精神。在任何情況下，如果外部產(chǎn)生的熱源是熱排出的氣體的形式，那么如在圖2中由附圖標(biāo)記15表示的箭頭示意的那樣將這個(gè)排出的熱氣體噴射到第一部分12′的下區(qū)14′中?；蛘?，如果外部產(chǎn)生的熱源是熱的過程物流的形式，那么如在圖2中由附圖標(biāo)記15表示的箭頭示意的那樣將這個(gè)熱的過程物流噴射到第一部分12′的下區(qū)14′中。
容器12′的整體由附圖標(biāo)記20′表示的上區(qū)是在容器12′內(nèi)位于區(qū)14′上面的區(qū)，該上區(qū)以反應(yīng)器的方式來操作，從而提供6到7秒數(shù)量級的相對較大的停留時(shí)間，從而在其中以再生方式獲得熱量，這在前面已經(jīng)與圖1中所示的傳熱系統(tǒng)10的描述相聯(lián)系地說明過，其中從外部產(chǎn)生的熱源來的熱量是以熱的排出氣體或熱的過程物流的形式這樣的外部熱源，這樣的排出熱氣體或熱的過程物如由附圖標(biāo)記22′表示的箭頭所示地流向上流動(dòng)，將熱量傳給由附圖標(biāo)記24′表示的箭頭所示的噴射到容器12′的上區(qū)20′中的向下流動(dòng)的固粒顆粒流，向下流動(dòng)是由附圖標(biāo)記26′表示的箭頭所示的。因此，容器12′的上區(qū)20′基本上以逆流、直接接觸的熱交換器的方式工作。所以在容器12′的區(qū)14′內(nèi)或在容器12′的上區(qū)20′內(nèi)都沒有熱傳給水/蒸汽的情況發(fā)生。因此，容器12′的壁設(shè)計(jì)成以便它們可以使用耐火襯料。另外，固體顆粒24′能有效地從外部產(chǎn)生的熱源中以再生方式獲得熱量，該熱源是示意地用22′表示的熱的排出的氣體或熱的過程物流，以使該固體顆粒的溫度下降到足夠低，以便在本發(fā)明的傳熱系統(tǒng)10′中能夠使用常規(guī)形式的空氣加熱器，該空氣加熱器在圖2中示意地所示，其中所述空氣加熱器整體是由附圖標(biāo)記28′表示。
按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，用于從熱的排出氣體或熱的過程物流22′中以再生方式獲得熱量所采用的固體顆粒24′設(shè)計(jì)成具有高密度以及高的導(dǎo)性。即，固體顆粒的的密度越高，并且固體顆粒24′的數(shù)目越大，也就是，固體顆粒24′的表面面積越大，容積12′可以越小。所以，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)各種形式的鋁礬土如Al2O3都適合用作固體顆粒24′。在這方面，各種形式的鋁礬土如Al2O3不僅是因?yàn)樗鼈兊臒崽匦?，而且另外因?yàn)樗鼈兪堑图夹g(shù)陶器的原料，以及它們在世界上每個(gè)國家實(shí)際上都存在，所以其具有吸引力。但是，應(yīng)該理解還有體現(xiàn)上述特性的希望實(shí)施的其它類型顆粒，可以采用它們代替各種形式的上文中敘述的鋁礬土，而不會(huì)背離本發(fā)明的精神。
用于從熱的排出氣體或熱的過程物流22′中以再生方式獲得熱量所采用的固體顆粒24′還可設(shè)計(jì)成具有比可能被夾帶在熱的排出氣體或熱的過程物流中的任何物質(zhì)更大的密度和尺寸，這些熱的氣流被噴射到容器12′的下區(qū)14中之后，在容器12′內(nèi)向上流動(dòng)。固體顆粒24′設(shè)計(jì)成在容器12′的上區(qū)20′內(nèi)以最大氣體流速向下掉落以經(jīng)過爐子，也就是說，固體顆粒24′在容器12′的上區(qū)20內(nèi)的終端速度大于容器12′的上區(qū)20′內(nèi)最大氣體速度。容器12′的上區(qū)20′的橫截面積設(shè)計(jì)成，以便保證其中的氣體速度足夠高以便夾帶大多數(shù)物質(zhì)，并使熱的排出氣體或熱的過程物流如在圖2中由附圖標(biāo)記36′表示的箭頭所示地?cái)y帶這些物質(zhì)向上和流出容器12′，其方式下面將要進(jìn)一步說明。
以這樣的方式將固體顆粒24′從容器12′的下區(qū)14′排出，即，保證基本上沒有由熱的排出氣體或熱的過程物流22′所夾帶的細(xì)的或粗的物質(zhì)傳送到由附圖標(biāo)記30′表示的強(qiáng)制送風(fēng)式熱交換器。按照本發(fā)明最佳模式的實(shí)施例，多個(gè)床排放管這樣定位，在圖2中每一個(gè)床排放管都由相同的附圖標(biāo)記31′表示，并且下面將對它們進(jìn)一步說明，多個(gè)床排放管是這樣定位的，即，使圖2中由相同的附圖標(biāo)記31a′表示的每個(gè)床排放管31′的入口位于容器12′的區(qū)14′的底板之上，該底板由附圖標(biāo)記14a′表示。通過使用這個(gè)設(shè)計(jì)，包括采用多個(gè)床排放管31′的每個(gè)的入口31a′位于容器12′的區(qū)14′的底板14a之上，從而使得沒有大塊礦石等被允許通過容器12′的區(qū)14′到達(dá)強(qiáng)制通風(fēng)式熱交換器30。因此這樣大塊的礦石等只能從容器12′通過分離床排放處理系統(tǒng)除去，后者在圖2中示意地由附圖標(biāo)記33′表示的箭頭說明。
以與特定的圖4的討論相聯(lián)系的更加充分詳細(xì)的方式說明，將足夠量的空氣引入到多個(gè)床排放管31′中的每一個(gè)，從而使其速度足夠高以便防止可能被熱的排出氣體或熱的過程物流22′可能夾帶的任何物質(zhì)向下流入到多個(gè)床排放管31′中的任何一個(gè)或幾個(gè)中，盡管同時(shí)這個(gè)空氣流的速度不足以阻礙固體顆粒向下流過多個(gè)床排放管31′的每一個(gè)到達(dá)強(qiáng)制通風(fēng)式熱交換器30′。引入到多個(gè)床排放管31′的每一管的空氣還可在操作上實(shí)現(xiàn)任何沒有燒盡的含碳物質(zhì)的燃燒，該物質(zhì)可能進(jìn)入多個(gè)床排放管31′中的任何一個(gè)或幾個(gè)中。由這樣的燃燒產(chǎn)生的熱量設(shè)計(jì)成使其從各自床排放管31c回到容器12′。
繼續(xù)在圖2中說明的本發(fā)明傳熱系統(tǒng)10′的描述，按照本發(fā)明構(gòu)造的傳熱系統(tǒng)10′還包括第二部分，即前面已經(jīng)參考過的強(qiáng)制送風(fēng)式熱交換器30′。如參考圖2清楚地所示，在強(qiáng)制送風(fēng)式熱交換器30′內(nèi)以安裝關(guān)系合適地支承一個(gè)或幾個(gè)傳熱表面。按照本發(fā)明傳熱系統(tǒng)10′在圖2中的說明，4個(gè)這樣的傳熱表面示意地說明以合適的支承方式安裝在強(qiáng)制送風(fēng)式熱交換器30′內(nèi)，每個(gè)傳熱面在圖2中都由相同的附圖標(biāo)記32′表示，這可通過使用適合于這樣目的的任何常規(guī)形式的安裝機(jī)構(gòu)來實(shí)施(為了保持圖中說明的簡明，沒有顯示出)，例如優(yōu)選地在強(qiáng)制通風(fēng)式熱交換器30′內(nèi)適當(dāng)?shù)鼗ハ嚅g隔一定距離。但是應(yīng)該理解，在強(qiáng)制通風(fēng)式熱交換器30′內(nèi)可以采用更多或更少數(shù)目的這樣的傳熱表面32′，而不會(huì)背離本發(fā)明的精神。
固體顆粒24′通過強(qiáng)制送風(fēng)式熱交換器30′基本上是簡單的質(zhì)量流動(dòng)，固體顆粒從由附圖標(biāo)記31b′表示的多個(gè)床排放管31′每一個(gè)的出口流出和排放出來之后，如每個(gè)由相同的附圖標(biāo)記35′表示的箭頭所示意地進(jìn)入到強(qiáng)制送風(fēng)式熱交換器30′，從而一旦這些固體顆粒24′已經(jīng)在容器12′的第一部分20′內(nèi)從外部產(chǎn)生的熱源即從熱的排出氣體或熱的過程物流22′中以再生方式獲得熱量，則這些固體顆粒24′主要在重力的影響下以非常緩慢的速度，如40m/小時(shí)的數(shù)量級向下移動(dòng)。因此，這些固體顆粒24′當(dāng)它們向下移動(dòng)時(shí)形成移動(dòng)床的特征。雖然按照本發(fā)明最佳模式實(shí)施例，這些固體顆粒24′當(dāng)它們向下移動(dòng)時(shí)形成移動(dòng)床的特征，但應(yīng)該理解這些固體顆粒24′也可以用某些其它的方式向下移動(dòng)而不會(huì)背離本發(fā)明的精神。這里重要的一點(diǎn)是以最小程度為至少部分逆流的方式完成傳熱作用。因此，至少部分的熱交換作用必須是以逆流的方式進(jìn)行。
在以上面已經(jīng)說明的方式向下流動(dòng)的過程中，固體顆粒24′的該向下移動(dòng)的質(zhì)量流在傳熱表面32′上流過，按照本發(fā)明最佳模式實(shí)施例每個(gè)傳熱表面優(yōu)選地包括多個(gè)單獨(dú)的管(為了保持

的簡明，沒有示出)，該管在共同地作用時(shí)構(gòu)成單個(gè)傳熱表面32′。循環(huán)的“工作流體”如由詞語“流體”標(biāo)記的每個(gè)箭頭示意地流經(jīng)每個(gè)傳熱表面32′的這些每根管子(未示出)。如這里所用的那樣，術(shù)語“工作流體”指的是熱力循環(huán)的“工作流體”，例如蒸汽或氨，以及過程的原料。在固體顆粒24′向下移動(dòng)的質(zhì)量流和通過各管(未示出)流動(dòng)的工作流體之間實(shí)現(xiàn)的傳導(dǎo)的熱交換最好是如上面已經(jīng)討論的那樣百分之一百的逆流，這些管子共同地作用時(shí)構(gòu)成熱交換表面32′中的一個(gè)。雖然如上面已經(jīng)討論過的那樣，在固體顆粒24′向下移動(dòng)的質(zhì)量流和通過各管(未示出)流動(dòng)的工作流體之間這樣的傳導(dǎo)的熱交換在最小程度上可以是至少部分逆流的。
當(dāng)所采用的用于燃燒從而形成產(chǎn)生熱源的燃料改變時(shí)，不需要改變各個(gè)管(未示出)之間的距離，這些管子共同地構(gòu)成每個(gè)傳熱表面32′。另外，由于在各個(gè)管子(未示出)上沒有氣體流動(dòng)，這些管子共同地構(gòu)成每個(gè)傳熱表面32′，因此沒有氣體側(cè)的速度限制，這些限制在氣體與管子傳熱的熱交換器中造成需要多部段結(jié)構(gòu)的過熱器、再加熱器、蒸發(fā)器和節(jié)約器的傳熱表面積，這些限制在現(xiàn)有技術(shù)形式的循環(huán)流化床系統(tǒng)以及現(xiàn)有技術(shù)形式的粉化煤燃燒的蒸汽發(fā)生器中是普遍需要的。因此用本發(fā)明的傳熱系統(tǒng)10′被認(rèn)為有可能提供從它的節(jié)約器入口到它的過熱器出口的單個(gè)回路，并具有消除大部分排出壓力損失的伴隨效果。
按照本發(fā)明最佳模式實(shí)施例，在強(qiáng)制送風(fēng)式熱交換器30′中的固體顆粒24′實(shí)際上由百分之百的鋁礬土即Al2O3構(gòu)成，并只包括最小量的其它物質(zhì)。這是由于在容器12′內(nèi)在鋁礬土即Al2O3的固體顆粒24′與可由熱的排出氣體或熱的過程物流22′夾帶的任何物質(zhì)之間實(shí)現(xiàn)分類。即，可被熱的排出氣體或熱的過程物流22′夾帶的任何物質(zhì)具有微米級尺寸和低密度，從而被夾帶在熱的排出氣體或熱的過程物流22′的向上流動(dòng)之中。在另一方面，鋁礬土即Al2O3的固體顆粒24′是非常致密和600-1200微米的尺寸，這樣的顆粒太大以至于不能被夾帶在熱的排出氣體或熱的過程物流22′的向上流動(dòng)中。另外，如上面已經(jīng)敘述過那樣和下面與附圖4的討論相聯(lián)系將進(jìn)一步說明那樣，多個(gè)床排放管31′的設(shè)計(jì)和將空氣引入到該處相結(jié)合的設(shè)計(jì)提供了輔助的分類并進(jìn)一步保證只有鋁礬土即Al2O3的固體顆粒24′向下通到強(qiáng)制送風(fēng)式熱交換器30′。所以，如上面已經(jīng)描述的那樣，鋁礬土即Al2O3的固體顆粒24′主要是在重力影響下朝下移動(dòng)。
繼續(xù)參考附圖的圖2，當(dāng)固體顆粒24′到達(dá)強(qiáng)制送風(fēng)式熱交換器30′的底部時(shí)，如參考圖2所示，固體顆粒24′已經(jīng)被足夠冷卻，即在近似500°F的溫度，從而使固體顆粒24′，如在圖2中整體由附圖標(biāo)記34′表示的虛線示意說明的那樣，可以被運(yùn)送回到容器12′的頂部以用于噴射到它的第一部分20′中，如前面已經(jīng)描述過那樣用于再一次重復(fù)固體顆粒24′流過容器12′然后通過強(qiáng)制送風(fēng)式熱交換器30′的過程。在本發(fā)明的傳熱系統(tǒng)10′內(nèi)固體顆粒24′的這種流動(dòng)這里將稱為“下再循環(huán)回路”。
進(jìn)一步說明可能夾帶在熱的排出氣體或熱的過程物流22′中的物質(zhì)，如在附圖的圖2中說明的那樣，其中采用了與傳熱系統(tǒng)10′相聯(lián)的外部產(chǎn)生的熱源，這樣的物質(zhì)與熱的排出氣體或熱的過程物流22′從容器12′的區(qū)14′向上流動(dòng)進(jìn)入并通過容器12′的第一部分20′，并且如在圖2中由附圖標(biāo)記36′表示的箭頭所示的那樣，最終熱的排出氣體和熱的過程物流22′與這樣夾帶的物質(zhì)一起被排放到低溫即冷的常規(guī)結(jié)構(gòu)的旋風(fēng)分離器中，該冷的旋風(fēng)分離器在圖2中整體由附圖標(biāo)記38′表示。在冷的旋風(fēng)分離器38′內(nèi)，以對本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說是眾所周知的方式，使被夾帶在熱的排出氣體或熱的過程物流22′的物質(zhì)分離出。在冷的旋風(fēng)分離器38′內(nèi)分離之后，夾帶在熱的排出氣體或熱的過程物流22′中的物質(zhì)的一部分，如在圖2中整體由附圖標(biāo)記40′表示的箭頭和虛線所示的那樣，使其回到容器12′的區(qū)14′，并將這樣物質(zhì)的剩余部分，如在圖2中整體由附圖標(biāo)記41′表示的箭頭和虛線所示的那樣，從冷的旋風(fēng)分離器38′中排出以用于作最后的處理。在另一方面，如在圖2中整體由附圖標(biāo)記42′表示的箭頭和虛線所示的那樣，與所夾帶的物質(zhì)分離之后，熱的排出氣體和熱的過程物流22′從冷的旋風(fēng)分離器38′排出到空氣加熱器28′。如上所述，被熱的排出氣體或熱的過程物流22′可能夾帶的這樣物質(zhì)的再循環(huán)這里將稱為“上再循環(huán)回路”。
強(qiáng)制送風(fēng)式熱交換器30′的溫度是非常重要的，因?yàn)樵摐囟刃纬晒腆w顆粒24′向下的質(zhì)量流與傳熱表面32′的管子(未示出)之間進(jìn)行傳導(dǎo)傳熱的基礎(chǔ)，以及由此形成與流過這些管子(未示出)的工作流體之間進(jìn)行傳導(dǎo)傳熱的基礎(chǔ)。在本發(fā)明的傳熱系統(tǒng)10′中在強(qiáng)制送風(fēng)式熱交換器30′內(nèi)的溫度是燃燒的Q值、多余的空氣、上再循環(huán)率和下再循環(huán)率的函數(shù)。對給定的燃燒Q值，獨(dú)立變量是上再循環(huán)率和下再循環(huán)率。如果需要增加固體顆粒24′的溫度，那么可以減小下再循環(huán)率，但熱的排出氣體或熱的過程物流22′離開容器12′第一部分20′的出口溫度將增加，這是由于從熱源中以再生方式換熱的表面面積減小的原因，即當(dāng)外部產(chǎn)生的熱源采用如在附圖的圖2中說明的傳熱系統(tǒng)10′的形式時(shí)，這個(gè)熱源就是熱的排出氣體或熱的過程物流22′。可以減小上再循環(huán)率以便增加固體顆粒24′的溫度，但碳的損失將加大，這是因?yàn)榭赡鼙粖A帶在熱的排出氣體和熱的過程物流22′中的未燃燒的含碳物質(zhì)將有更少的機(jī)會(huì)從冷的旋風(fēng)分離器38′再循環(huán)到容器12′的區(qū)14′。所以，認(rèn)為最好的策略是適當(dāng)?shù)哪撤N組合，它包括兩個(gè)變量中的每一個(gè)的調(diào)節(jié)，即在下再循環(huán)率中某些調(diào)節(jié)以及在上再循環(huán)率中某些調(diào)節(jié)。
匯集在自由流動(dòng)的固體顆粒24的質(zhì)量中的熱量或從熱源中以再生方式獲得熱量的固體顆粒24′的質(zhì)量中的熱量，當(dāng)這樣的熱源分別是圖1中所示的內(nèi)部產(chǎn)生的熱源和在圖2中所示的外部產(chǎn)生的熱源時(shí)，使得在循環(huán)流化床系統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)形式中或者在粉化煤燃燒的蒸汽發(fā)生器現(xiàn)有技術(shù)中不可能的許多情況變成可能。在這方面通過示范而不是限制的方式，這里參考如下幾點(diǎn)，用按照本發(fā)明構(gòu)造的傳熱系統(tǒng)，如在圖2中描述的本發(fā)明的傳熱系統(tǒng)10′，以下這些全都被認(rèn)為是可能的1)在按照本發(fā)明構(gòu)造的傳熱系統(tǒng)10′的所有回路中逆流是可能的；2)當(dāng)經(jīng)過本發(fā)明傳熱系統(tǒng)10′的溫度下降時(shí)，不需要替換傳熱表面32′的管子(未示出)；3)無論采用的與傳熱系統(tǒng)10′相連的外部產(chǎn)生熱源的特性如何，傳熱表面32′的管子(未示出)沒有腐蝕、磨損或堵塞的可能；4)無論熱的排出氣體或熱的過程物流22′的特性如何，可以在傳熱表面32′的所有管子(未示出)上設(shè)置翅片；5)通過圍繞每根這樣單個(gè)管子(未示出)的軸線的導(dǎo)熱從而均勻加熱傳熱表面32′的所有管子(未示出)，這樣消除了例如用水墻形式的結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生的管子(未示出)的單側(cè)加熱，和6)由于已知的是熱傳導(dǎo)率在固體與管子傳熱時(shí)大大高于氣體與管子的傳熱中的對流傳熱，所以極大地強(qiáng)化了傳熱效果。
為了完成在圖2中說明的本發(fā)明傳熱系統(tǒng)10′的描述，相信很重要的是，認(rèn)識到?jīng)]有將任何空氣和/或氣體噴射到強(qiáng)制送風(fēng)式熱交換器30′中以用于在強(qiáng)制送風(fēng)式熱交換器30′內(nèi)實(shí)現(xiàn)其中固體顆粒24′向下流動(dòng)的質(zhì)量流態(tài)化。按照本發(fā)明最佳模式實(shí)施例，應(yīng)用本發(fā)明的傳熱系統(tǒng)10′其它空氣僅被引入到多個(gè)床排放管31′中的每一根，以用于實(shí)現(xiàn)固體顆粒24′和可能夾帶在熱的排出氣體和熱的過程物流22′中任何物質(zhì)之間附加分類，這些夾帶可能是其它方式進(jìn)入到多個(gè)床排放管31′中任何一個(gè)或幾個(gè)。
下面這里將接著簡要地參考附圖的圖3。因此，按照本發(fā)明最佳模式實(shí)施例，在圖3中描述機(jī)械互相連接部的放大的側(cè)視圖，即在圖1中所示的本發(fā)明傳熱系統(tǒng)10的第一部分，即容器12與它的強(qiáng)制送風(fēng)式熱交換器30之間的互相連接，如在圖1中所示的那樣按照本發(fā)明傳熱系統(tǒng)10的操作模式，熱的固體顆粒24從容器12到強(qiáng)制送風(fēng)式熱交換器30橫截通過該熱交換器30。特別是，參考圖3能清楚地理解，在容器12的區(qū)14和強(qiáng)制送風(fēng)式熱交換器30之間實(shí)現(xiàn)機(jī)械互相連接使得在它們之間形成在圖3中由附圖標(biāo)記29整體表示的空間。即，包圍空間29的周邊是封閉的，這可使用任何常規(guī)形式的機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，只要適合用于進(jìn)行容器12的區(qū)14的底板14a和強(qiáng)制送風(fēng)式熱交換器30的機(jī)械互相連接，從而以互相間隔的關(guān)系支承容器12和強(qiáng)制送風(fēng)式熱交換器30并在它們之間限定的空間29的延伸。如與圖1中所示的本發(fā)明構(gòu)造的傳熱系統(tǒng)10的描述相聯(lián)系和與圖2中所示的本發(fā)明構(gòu)造的傳熱系統(tǒng)10′的描述相聯(lián)系的前面已經(jīng)敘述過那樣，在圖1中所示的傳熱系統(tǒng)10的情況下多個(gè)床排放管31和在圖2中所示的傳熱系統(tǒng)10′的情況下多個(gè)床排放管31′橫跨過限定的空間29，從而在圖1中所示的本發(fā)明構(gòu)造的傳熱系統(tǒng)10的情況下在容器12的區(qū)14和強(qiáng)制送風(fēng)式熱交換器30之間形成唯一的連通裝置，并在圖2中所示的本發(fā)明構(gòu)造的傳熱系統(tǒng)10′的情況下在容器12′的區(qū)14′和強(qiáng)制送風(fēng)式熱交換器30′之間形成唯一的連通裝置。所以，參考圖3能清楚地理解，如圖3中所示，多個(gè)床排放管31向上突伸穿過容器12的區(qū)14的底板14a，使多個(gè)床排放管31的每個(gè)入口31a位于容器12的區(qū)14的底板14a之上以相隔一定的距離。類似地，如圖3中所示，多個(gè)床排放管31每個(gè)的出口31b向內(nèi)突伸到強(qiáng)制送風(fēng)式熱交換器30之中，使多個(gè)床排放管31每個(gè)的出口31b從限定的空間29延伸到強(qiáng)制送風(fēng)式熱交換器30之內(nèi)合適的程度。
這里接著將考慮附圖的圖4，圖中放大地示出在圖1中所示的本發(fā)明傳熱系統(tǒng)10的一段，在其中進(jìn)行分類過程，從而使例如鋁礬土的傳熱顆粒24與固體燃料灰、吸附劑、易燃劑和煙道氣分離。因此，在附圖的圖4中所示的是容器12的區(qū)14的底板14a的一部分，以及強(qiáng)制送風(fēng)式熱交換器30的上表面的一部分，如圖4所示，上表面在圖4中整體由附圖標(biāo)記30a表示。此外，通過示范的方式在圖4中示出多個(gè)床排放管30中的一根，它的入口31a位于容器的區(qū)14內(nèi)并與底板14a適當(dāng)?shù)亻g隔開，而它的出口31b位于強(qiáng)制送風(fēng)式熱交換器30之內(nèi)并與強(qiáng)制送風(fēng)式熱交換器的上表面30a適當(dāng)?shù)亻g隔開。
再參考附圖的圖4，如圖所示，按照本發(fā)明最佳模式實(shí)施例，安裝在圖4中整體由附圖標(biāo)記46表示的分類裝置與床排放管31成包圍的關(guān)系，如在圖4中所示的那樣它與容器12的區(qū)14的底板14a和強(qiáng)制送風(fēng)式熱交換器30的上表面30a兩者都適當(dāng)?shù)亻g隔開。任何適合以對床排放管31的包圍關(guān)系實(shí)現(xiàn)分類裝置46安裝的常規(guī)形式的安裝機(jī)構(gòu)(為了

的簡明，沒有示出)都可使用。如圖1清楚地理解那樣，按照本發(fā)明的最佳模式實(shí)施例，分類裝置46優(yōu)選地與多個(gè)床排放管31的每根配合地相連，從而使單獨(dú)的分類裝置46的數(shù)目對應(yīng)于如圖1中所示的本發(fā)明構(gòu)造的傳熱系統(tǒng)10中采用的單獨(dú)的床排放管31的數(shù)目。以類似的方式，如參考圖2清楚地理解那樣，按照本發(fā)明最佳模式實(shí)施例，分類裝置46′優(yōu)選地與多個(gè)床排放管31′的每根配合地相連，從而使單獨(dú)的分類裝置46′的數(shù)目對應(yīng)于如圖2中所示的本發(fā)明構(gòu)造的傳熱系統(tǒng)10′中采用的單獨(dú)的床排放管31′的數(shù)目。但是，應(yīng)該理解在本發(fā)明的傳熱系統(tǒng)10中分類裝置46的數(shù)目可小于各個(gè)床排放管31的數(shù)目，而不會(huì)背離本發(fā)明的精神，類似地在本發(fā)明的傳熱系統(tǒng)10′中分類裝置46′的數(shù)目可小于各個(gè)床排放管31′的數(shù)目，而不會(huì)背離本發(fā)明的精神。
繼續(xù)，如參考附圖的圖4清楚地理解那樣，分類裝置46包括在圖4中由附圖標(biāo)記48表示的基本圓形的部件，管狀部件合適地固定在其一端，該管狀部件在圖4中由附圖標(biāo)記50表示，通過使用適合這樣目的的任何形式的常規(guī)機(jī)構(gòu)，將管狀部件50的另一端連接到合適的空氣源(未示出)，從而讓空氣流過合適的類似總管的機(jī)構(gòu)(為了保持附圖中說明的簡明，沒有示出)進(jìn)入和通過管狀部件50，以流到與床排放管31成包圍關(guān)系的圓形部件48，其中使空氣通過多個(gè)開孔進(jìn)入床排放管31，在圖4中用虛線表示這些開孔和為了參考方便在圖4中每個(gè)孔都由相同的附圖標(biāo)記52表示，該開孔是圍繞床排放管31的外周相互間隔適當(dāng)?shù)木嚯x裝設(shè)的。可以使用在圖4中用虛線表示的或多或少數(shù)目的開孔52，而不會(huì)背離本發(fā)明的精神?？諝庠谕ㄟ^圍繞床排放管31的外周裝設(shè)的開孔進(jìn)入床排放管31之后向上流動(dòng)通過床排放管31進(jìn)入到容器12的區(qū)14內(nèi)。用上述方式引入到床排放管31中的空氣總量設(shè)計(jì)成，使該空氣流的速度足夠高以便防止不希望的物質(zhì)，如細(xì)粒、固體燃料灰和吸附劑顆粒從容器12的區(qū)中14向下流動(dòng)通過床排放管31進(jìn)入到強(qiáng)制送風(fēng)式熱交換器30，并且同時(shí)該空氣流的速度又不足夠阻礙固體顆粒24從容器12的區(qū)14向下流動(dòng)通過床排放管31進(jìn)入到強(qiáng)制送風(fēng)式熱交換器30。
這樣，按照本發(fā)明已經(jīng)為傳熱系統(tǒng)提供一種新的和改進(jìn)的結(jié)構(gòu)，它基于傳熱系統(tǒng)范圍內(nèi)所涉及新的和新穎的方法的采用。此外，按照本發(fā)明已經(jīng)提供這樣新的和改進(jìn)的傳熱系統(tǒng)，其特征在于它的低成本。還有，按照本發(fā)明已經(jīng)提供這樣新的和改進(jìn)的傳熱系統(tǒng)，其特征在于固體強(qiáng)化了由其能夠?qū)崿F(xiàn)的傳熱。還有，按照本發(fā)明已經(jīng)提供這樣新的和改進(jìn)的傳熱系統(tǒng)，其特征在于由于使燃燒、傳熱、和環(huán)境控制過程完全斷開聯(lián)系，這樣能使這些過程中的每一個(gè)過程分別最優(yōu)化。加上按照本發(fā)明已經(jīng)提供這樣新的和改進(jìn)的傳熱系統(tǒng)，其特征在于在使如鋁礬土的傳熱固體流到傳熱裝置之前，這些傳熱固體被有效地在分類步驟中與固體燃料灰、吸附劑、易燃劑、和煙道氣分離。還有，按照本發(fā)明已經(jīng)提供這樣新和改進(jìn)的傳熱系統(tǒng)，其特征在于這樣的傳熱系統(tǒng)不受燃料特性改變的影響，不管燃料是固體、液體或氣體，由于應(yīng)用了分類過程，從而只有如鋁礬土的傳熱固體與傳熱裝置接觸。另外，按照本發(fā)明已經(jīng)提供這樣新的和改進(jìn)的傳熱系統(tǒng)，其特征在于就與這種新的和改進(jìn)的傳熱系統(tǒng)相連接而采用內(nèi)熱源來說，在內(nèi)熱源的區(qū)域內(nèi)沒有使用傳熱表面。還有，按照本發(fā)明已經(jīng)提供這樣新的和改進(jìn)的傳熱系統(tǒng)，其特征在于這樣的傳熱系統(tǒng)無論如何仍能保持使得NOX的排放實(shí)現(xiàn)最小的能力。還有，按照本發(fā)明已經(jīng)提供這樣新的和改進(jìn)的傳熱系統(tǒng)，其特征在于硫的收集與燃燒過程斷開聯(lián)系。另外，按照本發(fā)明已經(jīng)提供這樣新的和改進(jìn)的傳熱系統(tǒng)，其特征在于按照該傳熱系統(tǒng)的最佳模式的實(shí)施例，不再需要流化床式的熱交換器，由于該結(jié)果還獲得到以下優(yōu)點(diǎn)，盡管使用這種新的和改進(jìn)的傳熱系統(tǒng)仍可能具有一種在其一端處逆流段緊接著外部傳熱表面的流化床結(jié)構(gòu)，但其減小了輔助的動(dòng)力和節(jié)省了鼓風(fēng)機(jī)和相聯(lián)的管道系統(tǒng)的成本。倒數(shù)第二，按照本發(fā)明已經(jīng)提供這樣新的和改進(jìn)的傳熱系統(tǒng)，其特征在于可以采用冷的旋風(fēng)分離器代替熱的旋風(fēng)分離器，后者通常是更普遍采用的。最后，按照本發(fā)明已經(jīng)提供這樣新的和改進(jìn)的傳熱系統(tǒng)，其特征有利地在于這樣的傳熱系統(tǒng)相對比較便宜，同時(shí)結(jié)構(gòu)上也相對簡單。
盡管已經(jīng)描述了本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例，但對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說將很清楚，可以很容易地進(jìn)行它的各種變型，上面已經(jīng)間接提到它的某些變型。因此，由后附的權(quán)利要求書來覆蓋提出的變化以及所有其它的變型，它們?nèi)荚诒景l(fā)明的實(shí)際精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種借助于將熱量從熱的再生固體傳遞給工作流體以便在操作上實(shí)現(xiàn)該工作流體的加熱的傳熱系統(tǒng)，其包括a)具有上區(qū)和下區(qū)的第一部分；b)設(shè)置在所述第一部分的所述下區(qū)內(nèi)的熱源，所述熱源在所述第一部分內(nèi)可從該第一部分的所述下區(qū)向上移動(dòng)到該第一部分的所述上區(qū)；c)設(shè)置在所述第一部分的所述上區(qū)內(nèi)的大量的再生固體，所述大量的再生固體均具有足夠大的密度和顆粒尺寸，以使在所述第一部分內(nèi)所述大量的再生固體的每一個(gè)的終端速度大于在所述第一部分內(nèi)所述熱源最大的向上速度，所述大量的再生固體可在所述第一部分內(nèi)從該第一部分的所述上區(qū)向下移動(dòng)到該第一部分的所述下區(qū)，以便當(dāng)所述熱源在所述第一部分內(nèi)從該第一部分的所述下區(qū)向上移動(dòng)到該第一部分的所述上區(qū)，同時(shí)伴隨著所述大量的再生固體在所述第一部分內(nèi)從該第一部分的所述上區(qū)向下移動(dòng)到該第一部分的所述下區(qū)時(shí)，通過以再生方式獲得到所述熱源所具有的熱量，從而使所述大量的再生固體被加熱；d)與所述第一部分機(jī)械地互相連接的第二部分；e)床排放管裝置，該床排放管裝置從所述第一部分的所述下區(qū)內(nèi)延伸到所述第二部分內(nèi)，并具有位于其一端處的入口和位于其另一端處的出口，所述床排放管裝置具有的所述一端突伸到所述第一部分的所述下區(qū)內(nèi)，以便使其所述入口位于所述第一部分的所述下區(qū)內(nèi)，所述床排放管裝置具有的所述另一端突伸到所述第二部分內(nèi)，以便使其所述出口位于所述第二部分內(nèi)，從而使所述大量的再生固體從所述第一部分的所述下區(qū)進(jìn)入所述床排放管裝置并向下流過所述床排放管裝置，由此所述大量的再生固體從所述床排放管裝置流出并以移動(dòng)床的方式向下流經(jīng)所述第二部分；和f)以安裝關(guān)系支承在所述第二部分內(nèi)的熱交換器裝置，所述熱交換器裝置具有流過該熱交換器裝置的工作流體，所述熱交換器裝置這樣操作，即，當(dāng)所述工作流體流過時(shí)所述大量的再生固體以流動(dòng)床的方式向下流過與所述熱交換器成包圍的關(guān)系的所述第二部分，從而使所述工作流體被加熱，同時(shí)在所述第一部分內(nèi)被加熱的所述大量的再生固體與流過所述熱交換器裝置的所述工作流體之間傳導(dǎo)傳熱，從而使所述大量的再生固體被冷卻。
2.如權(quán)利要求1所述的傳熱系統(tǒng)，其特征在于，所述熱源是在所述第一部分的所述下區(qū)內(nèi)在內(nèi)部產(chǎn)生的。
3.如權(quán)利要求1所述的傳熱系統(tǒng)，其特征在于，將空氣和固體燃料均噴射到所述第一部分的所述下區(qū)中，所述空氣和所述固體燃料隨后在所述第一部分的所述下區(qū)內(nèi)進(jìn)行燃燒，并且由所述空氣和所述固體燃料在所述第一部分的所述下區(qū)內(nèi)燃燒產(chǎn)生的熱量，所述熱源在所述第一部分的所述下區(qū)中由該熱量從而在內(nèi)部產(chǎn)生。
4.如權(quán)利要求1所述的傳熱系統(tǒng)，其特征在于，所述熱源是在所述第一部分的所述下區(qū)的外部產(chǎn)生的。
5.如權(quán)利要求4所述的傳熱系統(tǒng)，其特征在于，在所述第一部分的所述下區(qū)的外部產(chǎn)生的所述熱源包括來自透平機(jī)的熱的排出氣體，該熱的排出氣體隨后引入到所述第一部分的所述下區(qū)中。
6.如權(quán)利要求4所述的傳熱系統(tǒng)，其特征在于，在所述第一部分的所述下區(qū)的外部產(chǎn)生的所述熱源包括由某種類型化學(xué)反應(yīng)的生成的熱的過程物流，所述熱的過程物流隨后引入到所述第一部分的所述下區(qū)中。
7.如權(quán)利要求1所述的傳熱系統(tǒng)，其特征在于，所述大量的再生固體包括鋁礬土的顆粒。
8.如權(quán)利要求1所述的傳熱系統(tǒng)，其特征在于，其還包括分類裝置，該分類裝置可與外部的空氣源相連并配合地與所述床排放管裝置相關(guān)聯(lián)，所述分類裝置在操作上將足夠量的空氣引入到所述床排放管裝置內(nèi)，從而使所述空氣的速度足夠高，以防止不希望的物質(zhì)從所述第一部分的所述下區(qū)向下流過所述床排放管裝置進(jìn)入到所述第二部分中。
9.如權(quán)利要求8所述的傳熱系統(tǒng)，其特征在于，所述分類裝置包括以與所述床排放管裝置成包圍關(guān)系地安裝的至少一個(gè)圓形部件和至少一個(gè)管狀部件，該管狀部件的一端固定到所述至少一個(gè)圓形部件上并且其另一端可連接到外部空氣源，所述至少一個(gè)管狀部件在操作上將空氣從外部空氣源供給到所述至少一個(gè)圓形部件中。
10.如權(quán)利要求1所述的傳熱系統(tǒng)，其特征在于，所述床排放裝置包括至少一對以互相間隔開的關(guān)系支承的床排放管，以便每個(gè)床排放管從所述第一部分的所述下區(qū)內(nèi)延伸到所述第二部分內(nèi)，所述至少一對床排放管均具有位于其一端的入口和位于其另一端的出口，所述至少一對床排放管均具有突伸到所述第一部分的所述下區(qū)中的所述一端，以便使其所述入口位于所述第一部分的所述下區(qū)內(nèi)，并且還具有突伸到所述第二部分中的所述另一端，以便使其所述出口位于所述第二部分內(nèi)，從而使該至少一對床排放管在操作上實(shí)現(xiàn)將所述大量的再生固體從所述第一部分的所述下區(qū)傳送到所述第二部分中。
11.如權(quán)利要求10所述的傳熱系統(tǒng)，其特征在于，其還包括分類裝置，該分類裝置可與外部的空氣源相連并配合地與所述床排放管裝置關(guān)聯(lián)，所述分類裝置包括至少一對圓形部件和至少一對管狀部件，所述至少一對圓形部件均以與所述至少一對床排放管中的一個(gè)成包圍關(guān)系的方式來安裝，所述至少一對管狀部件均具有固定到所述至少一對圓形部件的對應(yīng)一個(gè)上的一端，和可連接到外部的空氣源上的另一端，所述至少一對管狀部件均在操作上將空氣從外部空氣源供給到與其所述一端固定的所述至少一對圓形部件中的該一個(gè)部件中。
12.如權(quán)利要求1所述的傳熱系統(tǒng)，其特征在于，所述熱交換器裝置包括以互相間隔開的關(guān)系支承在所述熱交換器裝置內(nèi)的多個(gè)傳熱表面，每個(gè)所述多個(gè)傳熱表面具有流過該傳熱表面的工作流體，從而當(dāng)該工作流體流過每個(gè)所述多個(gè)傳熱表面時(shí)，所述大量的再生固體以流動(dòng)床的方式向下流過與每個(gè)所述多個(gè)傳熱表面成包圍的關(guān)系的所述第二部分，從而使該工作流體被加熱，同時(shí)在所述大量的再生固體與流過每個(gè)所述多個(gè)傳熱表面的該工作流體之間傳導(dǎo)傳熱，從而使所述大量的再生固體被冷卻。
13.如權(quán)利要求12所述的傳熱系統(tǒng)，其特征在于，流過每一個(gè)所述多個(gè)傳熱表面的工作流體是蒸汽。
14.如權(quán)利要求12所述的傳熱系統(tǒng)，其特征在于，流過每一個(gè)所述多個(gè)傳熱表面的工作流體是氨。
15.如權(quán)利要求12所述的傳熱系統(tǒng)，其特征在于，流過每一個(gè)所述多個(gè)傳熱表面的工作流體是過程原料。
16.如權(quán)利要求1所述的傳熱系統(tǒng)，其特征在于，所述第二部分包括排放裝置，以用于從所述第二部分中排放所述大量的再生固體，并且所述第一部分的所述上區(qū)包括接收裝置，以用于接收所述大量的再生固體。
17.如權(quán)利要求16所述的傳熱系統(tǒng)，其特征在于，其還包括再循環(huán)裝置，該再循環(huán)裝置使所述第二部分的所述排放裝置與所述第一部分的所述上區(qū)的所述接收裝置互相連接，所述再循環(huán)裝置在操作上使所述大量的再生固體從所述第二部分的所述排放裝置再循環(huán)到所述第一部分的所述上區(qū)的所述接收裝置中。
全文摘要
一種再生和導(dǎo)熱式傳熱系統(tǒng)(10，10′)，該傳熱系統(tǒng)在操作上實(shí)現(xiàn)了在傳熱系統(tǒng)(10，10′)的第二部分(20，20′)內(nèi)對流經(jīng)傳熱表面(32，32′)的“工作流體”進(jìn)行加熱，這是由于熱量從大量的再生固體(24，24′)通過傳導(dǎo)傳遞給該工作流體。在傳熱系統(tǒng)(10，10′)的第一部分(12，12′)中，大量的再生固體(24，24′)從內(nèi)部產(chǎn)生的熱源或者外部產(chǎn)生的熱源(22，22′)中以再生方式獲取熱量。
文檔編號F23C10/24GK1481489SQ01820804
公開日2004年3月10日 申請日期2001年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月18日
發(fā)明者M·S·麥克卡特尼, P·R·蒂貝奧爾特, G·D·朱科拉, M S 麥克卡特尼, 朱科拉, 蒂貝奧爾特 申請人:阿爾斯托姆(瑞士)有限公司