專(zhuān)利名稱(chēng)：鍋爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鍋爐，它具有通過(guò)燃燒燃料來(lái)產(chǎn)生工作介質(zhì)的燃燒室。
在采用化石燃料的蒸汽動(dòng)力設(shè)備中，燃料的內(nèi)能被轉(zhuǎn)化成技術(shù)上可以應(yīng)用的能量形式。在此，利用燃料燃燒所產(chǎn)生的熱氣作為工作介質(zhì)，應(yīng)用其熱函，在蒸發(fā)器中將水完全或部分地汽化，并/或使之過(guò)熱。這樣產(chǎn)生的蒸汽被導(dǎo)入汽輪機(jī)，并在其中膨脹，將能量傳遞給發(fā)電系統(tǒng)。
作為燃料，在此應(yīng)特別考慮采用燃料油、天然氣甚至煤等化石能源。一般來(lái)講，燃料在燃燒時(shí)要釋放出二氧化碳(CO2)。在此被轉(zhuǎn)換的碳在燃燒之前，經(jīng)過(guò)了很長(zhǎng)的時(shí)間才化合到燃料之中，并因此降低了大氣中二氧化碳的含量。因此，這種燃料的燃燒實(shí)際上造成了全球CO2水平的提高。尤其鑒于由此引發(fā)的溫室效應(yīng)，也就是地球大氣的持續(xù)變暖，在制取蒸汽時(shí)，使用可再生的能源，或者使用具有相對(duì)較短的二氧化碳循環(huán)周期的能源，例如生物體，就具有特別的意義。因然，在燃燒稻草這樣的生物體時(shí)，也同樣會(huì)向大氣中排出二氧化碳(CO2)，但是，基于此的碳在化合到生物之前，一般只有較短的時(shí)間，因而在燃燒生物體時(shí)，不會(huì)造成二氧化碳平均水平的顯著提高。
由此，就制取蒸汽而言，生物體，尤其是稻草，被證明是一種特別具有吸引力的燃料。不過(guò)，在設(shè)計(jì)用稻草作為燃料的鍋爐時(shí)，存在這樣的問(wèn)題，即當(dāng)蒸汽溫度略高于470℃時(shí)，由于稻草中所含的元素，例如氯或者鉀，會(huì)對(duì)鍋爐的金屬加熱面造成強(qiáng)烈的腐蝕。不過(guò)，為使鍋爐能以足夠高的效率經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，蒸汽溫度要高于500℃。
本發(fā)明的目的在于，提供這樣一種鍋爐，在采用生物體作為燃料燃燒時(shí)，利用它可以達(dá)到一較高的效率，而不出現(xiàn)強(qiáng)烈的腐蝕。
按照本發(fā)明，本目的可以通過(guò)這樣一種鍋爐來(lái)達(dá)到，它具有通過(guò)燃燒第一級(jí)燃料來(lái)產(chǎn)生工作介質(zhì)的第一級(jí)燃燒室，還具有用于燃燒第二級(jí)燃料的第二級(jí)燃燒室，該燃燒室沿工作介質(zhì)流動(dòng)方向連接在第一級(jí)燃燒室之后。
在使用不同類(lèi)型的燃料時(shí)，這種型式的鍋爐可特別靈活地滿足多種多樣的需要。只有這樣才能保證，考慮那些為避免腐蝕鍋爐的加熱面對(duì)燃燒生物體的特殊要求，而同時(shí)在鍋爐內(nèi)可達(dá)到高效率所需的溫度水平。
在特別有利的設(shè)計(jì)中，第一級(jí)燃燒室采用煤，尤其是無(wú)煙煤作為燃料，并且/或者第二級(jí)燃燒室采用生物體，尤其是稻草作為燃料。由此可以保證，在第一級(jí)燃燒室范圍內(nèi)，可以達(dá)到高效率所需的蒸汽溫度，例如高于550℃，而在采用生物體作為燃料的第二級(jí)燃燒室內(nèi)，為避免高溫腐蝕，蒸汽溫度要低于約470℃。以這樣的方式可利用生物體，尤其是干草作為產(chǎn)生約470℃蒸汽溫度的主要燃料，而只需通過(guò)以輔助燃燒的方式來(lái)燃燒煤，可將蒸汽溫度水平由約470℃提升至高于550℃。
為使鍋爐達(dá)到特別高的效率，在有利的設(shè)計(jì)中，當(dāng)鍋爐工作時(shí)，在第一級(jí)燃燒室內(nèi)產(chǎn)生的工作介質(zhì)，在第二級(jí)燃燒室中用作燃燒用空氣。為此，第一級(jí)燃燒室相宜地在空氣過(guò)量的情況下，尤其是以約為2.5的過(guò)量空氣系數(shù)(即實(shí)際輸入的空氣量與理論燃燒所需空氣量之比)進(jìn)行工作。此外，當(dāng)?shù)谝患?jí)燃燒室在空氣過(guò)量的情況下工作時(shí)，工作介質(zhì)的煙氣溫度降至約1050℃，這樣就避免了灰燼的軟化和由此造成的對(duì)加熱面的污染。
在制取蒸汽時(shí)，為保證特別有利地傳熱，鍋爐的外壁適宜包括一些鍋爐管道。在此，根據(jù)工作壓力，鍋爐可以設(shè)計(jì)成強(qiáng)制直通式鍋爐、強(qiáng)制循環(huán)式鍋爐或自然循環(huán)式鍋爐。
為了能特別可靠地保證蒸汽具有為高效率所必需的高溫，相宜地設(shè)置一些過(guò)熱器加熱面。其中在一特別有利的結(jié)構(gòu)方案中，在第二級(jí)燃燒室的煙霧區(qū)內(nèi)設(shè)置一第一過(guò)熱器加熱面，在第一級(jí)燃燒室的煙霧區(qū)設(shè)置一第二過(guò)熱器加熱面。這樣鍋爐的工作運(yùn)行參數(shù)，可特別靈活地與第一級(jí)和第二級(jí)燃燒室的煙氣溫度相匹配。
為進(jìn)一步提高效率，一熱交換器相宜和一個(gè)與第一和/或第二級(jí)燃燒室相連通的空氣進(jìn)氣管道相連接，該熱交換器通過(guò)與燃燒時(shí)產(chǎn)生的煙氣進(jìn)行熱交換來(lái)預(yù)熱空氣。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，通過(guò)在工作介質(zhì)側(cè)將第二級(jí)燃燒室連接在第一級(jí)燃燒室之后，可使用生物體作為主要燃料。其中在避免了加熱面高溫腐蝕的情況下，仍然保證了鍋爐的高效率。此外，采用無(wú)煙煤作為輔助燃料，尤其相對(duì)于其它可選用的輔助燃料，例如燃料油或天然氣等高成本燃料，確保了這種鍋爐工作的經(jīng)濟(jì)性。
下面借助于附圖所示對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。


圖1所示為一鍋爐。
根據(jù)示圖，鍋爐1通過(guò)其給水口2和其蒸汽側(cè)出口4，與一個(gè)圖中并未示出的汽輪機(jī)的水-蒸汽-循環(huán)相連通。為此，給水口2通過(guò)一預(yù)熱器或節(jié)煤器6，與一些鍋爐管道8相連通，這些管道構(gòu)成了鍋爐1外壁10的一部分。鍋爐管道8在出口側(cè)與第一高壓過(guò)熱器12相連通。該過(guò)熱器在出口側(cè)與通向鍋爐1蒸汽側(cè)出口4的第二高壓過(guò)熱器14相連通。
對(duì)于具有多個(gè)壓力級(jí)的汽輪機(jī)，在鍋爐1中附設(shè)有第一級(jí)中間過(guò)熱器16，它在入口側(cè)與進(jìn)汽口18相連通，并在出口側(cè)與一同樣設(shè)在鍋爐1內(nèi)的、通向排汽口22的第二級(jí)中間過(guò)熱器20相連通。按照汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)，進(jìn)汽口18例如可與汽輪機(jī)的第一級(jí)或高壓部分的蒸氣出口相連通，排汽口22可與汽輪機(jī)第二級(jí)或中、低壓部分的蒸汽入口相連通。
鍋爐1包括一通過(guò)燃燒第一級(jí)燃料K來(lái)產(chǎn)生工作介質(zhì)A的第一級(jí)燃燒室24，在此，第一級(jí)燃料K優(yōu)先選用煤，尤其是無(wú)煙煤。此外，鍋爐1還包括一沿工作介質(zhì)A流動(dòng)方向上布置或連接在第一級(jí)燃燒室24之后，用來(lái)燃燒第二級(jí)燃料S的第二級(jí)燃燒室26。在此，后者優(yōu)先選用生物體，尤其是稻草。在這里，燃燒室24和26這樣布置，即使得第二級(jí)高壓過(guò)熱器14和第二級(jí)中間過(guò)熱器20布置在第一級(jí)燃燒室24的煙氣范圍內(nèi)，并且，第一級(jí)高壓過(guò)熱器12和第一級(jí)中間過(guò)熱器16布置在第二級(jí)燃燒室26的煙氣通道內(nèi)。
與第一級(jí)燃燒室24相連通的進(jìn)氣管30，同與第二級(jí)燃燒室26相連通的進(jìn)氣管32一樣，由一共同的進(jìn)氣管34供氣。進(jìn)氣管34與熱交換器36的副側(cè)相連通，它的主側(cè)與由燃燒時(shí)產(chǎn)生的廢氣或煙氣R構(gòu)成的廢氣流相連通，這樣，熱交換器36用作空氣預(yù)熱器。
在鍋爐1工作時(shí)，無(wú)煙煤作為燃料K被輸入到第一級(jí)燃燒室24。為避免灰燼軟化(Ascheerweichung)從而導(dǎo)致加熱面的污染，燃料K這樣來(lái)燃燒，使得燃燒時(shí)產(chǎn)生的工作介質(zhì)A的溫度，在第二高壓過(guò)熱器14的范圍內(nèi)，大約為1050℃。為此，在第一燃燒室24內(nèi)的燃料K在空氣過(guò)量，尤其是在過(guò)量空氣系數(shù)約為2.5的情況下工作。工作介質(zhì)A的部分熱函，通過(guò)鍋爐管道8，傳遞給流過(guò)的水/蒸汽混合體。工作介質(zhì)A其它部分的熱函，經(jīng)第二級(jí)高壓過(guò)熱器14和第二級(jí)中間過(guò)熱器20，這樣來(lái)傳遞給流過(guò)的蒸汽，使蒸汽溫度約為達(dá)到高效率所需的550℃。這樣，冷卻到550℃的工作介質(zhì)A，接下來(lái)作為燃燒用空氣，輸入到第二級(jí)燃燒室26。在此，對(duì)于稻草的燃燒，第二級(jí)燃燒室26例如可以通過(guò)爐篦條與第一級(jí)燃燒室24的煙氣區(qū)域分隔開(kāi)。
作為對(duì)工作介質(zhì)A的補(bǔ)充，生物體，尤其是稻草，作為第二級(jí)燃料S輸入到第二級(jí)燃燒室26內(nèi)，并根據(jù)需求，通過(guò)進(jìn)氣管32繼續(xù)輸入燃燒用空氣。燃料S在第二級(jí)燃燒室內(nèi)這樣來(lái)燃燒，即在此產(chǎn)生的煙氣(在將熱量傳遞給流入鍋爐管道8內(nèi)的水/蒸汽混合體之后)具有約850～880℃的溫度。在這樣的溫度條件下，可以使用不同的生物體作為燃料S，而不會(huì)由于灰燼軟化出現(xiàn)過(guò)多的加熱面污染。
煙氣R的部分熱函經(jīng)第一級(jí)高壓過(guò)熱器12、第一級(jí)中間過(guò)熱器16、鍋爐管道8以及節(jié)煤器6，傳遞給在其內(nèi)流過(guò)的水或蒸汽。在此，蒸汽溫度不超過(guò)470℃，因而，即使在采用生物體作為第二級(jí)燃料S的情況下，也不會(huì)出現(xiàn)對(duì)加熱面的高溫腐蝕。此處煙氣R冷卻至350℃，煙氣R剩余部分的熱函，經(jīng)用于預(yù)熱空氣的熱交換器36，傳遞給輸往第一級(jí)燃燒室24和/或第二級(jí)燃燒室26的燃燒用空氣。
因此，在這類(lèi)鍋爐1中，采用生物體，尤其是稻草，作為主燃料產(chǎn)生的蒸汽的溫度，達(dá)到約470℃是可能的，而此時(shí)對(duì)加熱面的腐蝕很小，使得鍋爐具有特別長(zhǎng)的壽命。此外，通過(guò)將第一級(jí)燃燒室24連接在前面，蒸汽可以達(dá)到特別有利于高效率的高于550℃的高溫。
權(quán)利要求
1.一種鍋爐(1)，其具有一通過(guò)燃燒第一級(jí)燃料(K)來(lái)產(chǎn)生工作介質(zhì)(A)的第一級(jí)燃燒室(24)，還具有一燃燒第二級(jí)燃料(S)的第二級(jí)燃燒室(26)，其中，第二級(jí)燃燒室(26)沿工作介質(zhì)(A)的流動(dòng)方向連接在第一級(jí)燃燒室(24)之后。
2.按照權(quán)利要求1所述的鍋爐，其特征在于，第一級(jí)燃燒室(24)采用煤作為燃料(K)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的鍋爐，其特征在于，第二級(jí)燃燒室(26)采用生物體作為燃料(S)。
4.按照權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的鍋爐，其特征在于，當(dāng)鍋爐工作時(shí)，在第一級(jí)燃燒室(24)內(nèi)產(chǎn)生的工作介質(zhì)(A)，在第二級(jí)燃燒室(26)內(nèi)用作燃燒用空氣。
5.按照權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的鍋爐，其特征在于，鍋爐外壁(10)包括一些鍋爐管道(8)。
6.按照權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的鍋爐，其特征在于，在該鍋爐中設(shè)有一些過(guò)熱器加熱面(12，14，16，20)。
7.按照權(quán)利要求6所述的鍋爐，其特征在于，第一過(guò)熱器加熱面(12，16)設(shè)置在第二級(jí)燃燒室的煙氣區(qū)內(nèi)，第二過(guò)熱器加熱面(14，20)設(shè)置在第一燃燒室(24)的煙氣區(qū)內(nèi)。
8.按照權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的鍋爐，其特征在于，在與第一級(jí)和/或第二級(jí)燃燒室(24，26)相連通的一進(jìn)氣管(30，32，34)內(nèi)，設(shè)有一通過(guò)與燃燒時(shí)產(chǎn)生的煙氣(R)進(jìn)行熱交換來(lái)預(yù)熱空氣的熱交換器(36)。
9.按照權(quán)利要求7或8所述的鍋爐，其特征在于，在第一過(guò)熱器加熱面(12，16)上產(chǎn)生的蒸汽溫度最大不超過(guò)約470℃。
全文摘要
一種在采用生物體作為燃料(S)時(shí)可獲得特別高效率的鍋爐(1)。按照本發(fā)明,它包括通過(guò)燃燒第一級(jí)燃料(K)來(lái)產(chǎn)生氣態(tài)工作介質(zhì)(A)的第一級(jí)燃燒室(24),和用于燃燒第二級(jí)燃料(S)的第二級(jí)燃燒室(26)。第二級(jí)燃燒室(26)沿工作介質(zhì)(A)的流動(dòng)方向連接在第一級(jí)燃燒室(24)之后。在此,第一級(jí)燃燒室(24)采用無(wú)煙煤作為燃料(K),并且/或者第二級(jí)燃燒室(26)采用生物體,尤其是稻草,作為燃料(S)。當(dāng)鍋爐(1)工作時(shí),在第一級(jí)燃燒室(24)內(nèi)產(chǎn)生的工作介質(zhì)(A),在第二級(jí)燃燒室(26)內(nèi)用作燃燒用空氣。
文檔編號(hào)F23C6/04GK1194028SQ96196429
公開(kāi)日1998年9月23日 申請(qǐng)日期1996年8月8日 優(yōu)先權(quán)日1995年8月23日
發(fā)明者岡特·鮑爾 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司