專利名稱：用于外燃式動力裝置的多級燃燒系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于使燃料燃燒、以向鍋爐和外燃式動力裝置的過熱器供熱的方法和系統(tǒng)。
目前用于外燃式動力裝置的燃燒系統(tǒng)可以分為兩種類型將送入燃燒室的空氣預(yù)熱的系統(tǒng)，以及不將空氣預(yù)熱的系統(tǒng)。由于使用廢氣使例如通常在約華氏700度以上的溫度范圍內(nèi)的迎面而來的空氣預(yù)熱，從而在這一溫度以上的溫度范圍內(nèi)釋放熱量，所以，帶有空氣預(yù)熱的燃燒系統(tǒng)使動力系統(tǒng)具有高效率。
兩種已知類型的燃燒過程包括粉化煤燃燒系統(tǒng)(燃煤被微化為細(xì)粉末)以及流化床燃燒系統(tǒng)。粉化煤燃燒系統(tǒng)通常只用于燒煤(煤不象其它種類的燃料，它可以被磨成細(xì)粉)。細(xì)煤粉一般同至少過量15～20%的空氣燃燒才能達(dá)到完全燃燒。通過圍繞在火焰區(qū)周圍的特殊管子可以實(shí)現(xiàn)熱量的轉(zhuǎn)移。在這些管子中，工作流體(一般是水)是沸騰的，這樣可防止管子過熱和燒壞。一般來說，燃燒溫度非常高，從而會產(chǎn)生一種對周圍環(huán)境有害的氮的氧化物(NOx)的副產(chǎn)物。很高的燃燒溫度也會妨礙例如通過加入石灰石來清除對于環(huán)境有害的硫化氣體的工作。
在流化床燃燒系統(tǒng)中，可以燃燒不同形式的固體燃料。通常將燃料送進(jìn)同石灰石混合的燃燒區(qū);石灰石的目的就是要清除硫化氣體。至于在粉化煤系統(tǒng)中，燃料一般同至少過量15～20%的空氣燃燒才能達(dá)到完全燃燒。在這樣的燃燒器內(nèi)，吸收熱量的特別冷卻管直接位于燃燒區(qū)，以此來提供有效的冷卻。結(jié)果，流化床燃燒系統(tǒng)可以在大約華氏1600度的溫度下燃燒。在這種溫度下，石灰石吸收硫化氣體，而NOx氣體不再從空氣產(chǎn)生。但是，由于大部分熱量是通過單獨(dú)使廢氣從華氏1600度冷卻到大約華氏700度而釋放，沒有足夠釋放的熱量重新加熱動力循環(huán)中的工作液體，從而使動力系統(tǒng)的效率降低。
在第一方面，本發(fā)明涉及一種向外燃式的動力系統(tǒng)供熱的方法，它包括下列步驟向第一燃燒室輸送預(yù)熱空氣流以及燃料總量的一部分;
使預(yù)熱的空氣和燃料的混合物燃燒，以形成第一廢氣流，選擇向所述第一燃燒室輸送的所述燃料的量，從而使所述第一廢氣流的溫度低于形面NOx氣體的溫度;
使熱量從所述第一廢氣轉(zhuǎn)移給來自外燃式動力系統(tǒng)的工作流體;
使剩余燃料在一系列的一個或多個連續(xù)燃燒階段中燃燒，以在每個階段中通過使用上一個燃燒階段所產(chǎn)生的廢氣而形成一個廢氣流;
在每一相繼燃燒階段中選擇燃料的量，從而使燃燒階段所產(chǎn)生的廢氣流的溫度低于使NOx氣體形成的溫度，與每一燃燒階段有關(guān)的總溫升等于在一個單獨(dú)的燃燒階段、使用最小量的為燃燒所需的空氣時使所有所述燃料燃燒而造成的溫升;以及使熱量從每個相繼的廢氣流向來自所述外燃式動力系統(tǒng)的工作流體轉(zhuǎn)移。
在第二方面，本發(fā)明涉及一種用于向外燃式動力系統(tǒng)供熱的方法，包括下列步驟向第一燃燒室輸送預(yù)熱空氣流以及燃料總量的一部分;
使預(yù)熱的空氣和燃料的混合物燃燒，以形成第一廢氣流，選擇向所述第一燃燒室輸送的燃料量，從而使所述第一廢氣流的溫度低于使NOx氣體形成的溫度;
使熱量從所述第一廢氣流向來自外燃式動力系統(tǒng)的工作流體轉(zhuǎn)移;
使所述第一廢氣流和所述燃料的第二部分的混合物在第二燃燒室內(nèi)燃燒，以形成第二廢氣流，選擇向所述第二燃燒室輸送的燃料量，從而使所述第二廢氣流的溫度低于使NOx氣體形成的溫度;
使熱量從所述第二廢氣流向來自外燃式動力系統(tǒng)的工作流體轉(zhuǎn)移;
使所述第二廢氣流和所述燃料的第三部分的混合物在第三燃燒室內(nèi)燃燒，以形成第三廢氣流，選擇向所述第三燃燒室輸送的燃料量，從而使所述第二廢氣流的溫度低于使NOx氣體形成的溫度;
使熱量從所述第三廢氣流向來自外燃式動力系統(tǒng)的工作流體轉(zhuǎn)移;
與每一燃燒階段有關(guān)的總溫升等于在一個單獨(dú)的燃燒階段、使用最小量的為燃燒所需的空氣時使全部所述燃料燃燒而造成的溫升。
在第三方面，本發(fā)明涉及一種向外燃式動力系統(tǒng)供熱的設(shè)備，包括用于利用廢氣流的熱量使新來的空氣流預(yù)熱的預(yù)熱器;
一個第一燃燒室，用于使預(yù)熱的空氣和燃料總量的一部分的混合物燃燒，以形成第一廢氣流;
一個表，用于選擇輸送到所述第一燃燒室的所述燃料的量，從而使所述第一廢氣流的溫度低于使NOx氣體形成的溫度;
一個第一換熱器，用于使來自所述第一廢氣流的熱量向來自外燃式動力系統(tǒng)的工作流體轉(zhuǎn)移;
串聯(lián)排列的一個或多個附加的燃燒室，用于使剩余燃料在一系列的一個或多個相繼的燃燒階段中燃燒，以在每個階段中通過使用上一個燃燒階段所產(chǎn)生的廢氣而形成一個廢氣流;
一個或多個表，用于在每一相繼燃燒階段中選擇燃料的量，從而使燃燒階段所產(chǎn)生的廢氣的溫度低于使NOx氣體形成的溫度，與每一燃燒階段有關(guān)的總溫升等于在一個單獨(dú)的燃燒階段、使用最小量的為燃燒所需的空氣時使所有所述燃料燃燒而造成的溫升;以及一個或多個附加熱交換器，用于使熱量從每個相繼的廢氣流向來自所述外燃式動力系統(tǒng)的工作流體轉(zhuǎn)移。
在第四方面，本發(fā)明涉及一種向外燃式動力系統(tǒng)供熱的設(shè)備，包括用于通過使用廢氣流的熱量使新來的空氣流預(yù)熱的預(yù)熱器;
一個第一燃燒室，用于使預(yù)熱的空氣和燃料總量的一部分的混合物燃燒，以形成第一廢氣流;
第一個表，用于選擇輸送到所述第一燃燒室的所述燃料的量，從而使所述第一廢氣流的溫度低于使NOx氣體形成的溫度;
一個第一換熱器，用于使來自所述第一廢氣流的熱量向來自外燃式動力系統(tǒng)的工作流體轉(zhuǎn)移;
一個第二燃燒室，用于使所述第一廢氣流和所述燃料的第二部分的混合物燃燒，以形成第二廢氣流;
第二個表，用于選擇輸送到所述第二燃燒室的所述燃料的量，從而使所述第二廢氣流的溫度低于使NOx氣體形成的溫度;
一個第二換熱器，用于使來自所述第二廢氣流的熱量向來自外燃式動力系統(tǒng)的工作流體轉(zhuǎn)移;
第三燃燒室，用于使所述第二廢氣流和燃料的第三部分的混合物燃燒，以形成第三廢氣流;
第三個表，用于選擇輸送到所述第三燃燒室的所述燃料的量，從而使所述第三廢氣流的溫度低于使NOx氣體形成的溫度;以及第三換熱器，用于使來自所述第三廢氣流的熱量向來自外燃式動力系統(tǒng)的工作流體轉(zhuǎn)移;
與每一燃燒階段有關(guān)的總溫升等于在一個單獨(dú)的燃燒階段、使用最小量的為燃燒所需的空氣而使所有所述燃料燃燒造成的溫升。
在最佳實(shí)施例中，燃燒方法和燃燒設(shè)備都可以進(jìn)一步包括一個第四燃燒循環(huán)，在該循環(huán)中，第三廢氣流和燃料的第四部分的混合物在第四燃燒室中燃燒，以形成第四廢氣流。選擇向第四燃燒室輸送的燃料的量，從而使第四廢氣流的溫度低于使NOx氣體形成的溫度。然后，使熱量從第四廢氣流向來自外燃式動力系統(tǒng)的工作流體轉(zhuǎn)移。與每一燃燒階段有關(guān)的總溫升等于在一個單獨(dú)的燃燒階段、使用最小量的為燃燒所需的空氣時使所有所述燃料燃燒而造成的溫升。
在其它的最佳實(shí)施例中，進(jìn)一步使熱量從最后的廢氣流向新來的空氣流轉(zhuǎn)移，在此之后，將廢氣排入大氣。例如通過向在最后的燃燒階段中(例如向第三或第四燃燒室)的燃料加入石灰石，或在將廢氣流排入大氣之前通過洗滌最后的廢氣流(例如第三或第四廢氣流)也可以從廢氣流中除去硫化氣體。一個或多個的燃燒室(例如第三或第四燃燒室)可以是流化床燃燒室。在任何一廢氣流沒有足夠的含氧量以支持燃燒的情況下，可使一部分預(yù)熱空氣流轉(zhuǎn)換方向，同燃料一起燃燒，以彌補(bǔ)氧的不足。
每種廢氣流的溫度最好不高于華氏1700度(例如不高于大約1600～1700度)，以防止NOx氣體的形成。相對于所消耗的燃料的總量，空氣的全部剩余最好約為5～7%。
本發(fā)明的多級燃燒系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)是，通過控制燃燒階段的數(shù)量，就可以控制在任何階段的廢氣冷卻的程度(從而也就控制釋放熱量的溫度)。這也就使人們能使被釋放熱量的溫度同工作液體的熱特性相適應(yīng)。通過管理多個燃燒階段，精確地使在燃燒過程中任何點(diǎn)上釋放熱量的溫度適合工作流體的熱特性的能力為提高動力裝置的效率提供一個簡單然而高效的手段。
由于燃燒過程使用預(yù)熱的空氣，熱量在足夠高的溫度下釋放，以保證對動力系統(tǒng)工作流體的再加熱，從而進(jìn)一步提高效率。由于可以選擇這些溫度，以致于它們可以大大高于在最后的熱交換器中廢氣被冷卻到的溫度，因此，在較高溫度下產(chǎn)生的熱量多于在較低溫度下產(chǎn)生的熱量。使用多級燃燒階段通過縮小在任何燃燒階段中廢氣冷卻的程度使熱量能夠在更高溫度下釋放。最終結(jié)果是，釋放全部熱量后所處的平均溫度提高了，從而可使所述系統(tǒng)用于對工作流體單次或多次再加熱的動力循環(huán)，并進(jìn)一步提高效率。與此同時，在燃燒過程中產(chǎn)生的任何廢氣流的溫度不超過(例如)通過加入石灰石可以有效地清除硫化氣體以及產(chǎn)生NOx氣體的溫度水平(大約1600～1700華氏度的)，從而導(dǎo)致對環(huán)境來說是清潔的燃料產(chǎn)物。
另一個優(yōu)點(diǎn)是，由于在每個燃燒室中只有一部分燃料燃燒，在任何特定的燃燒室中的空氣量仍然很高，而相對于燃燒的燃料總量的全部剩余空氣仍只是5～7%。這就減小了多余氣體的熱量損失。
由于不必設(shè)置具有管子或其它熱消耗表面的燃燒室，速度急劇增加的氣體或空氣可通過燃燒室，從而減少燃燒室的整體尺寸。此外，用于熱量獲取的熱交換器可以事先做好，并拆成易于裝配的部分運(yùn)到現(xiàn)場，從而大大減低了制造這樣的燃燒系統(tǒng)的成本。另一附加的優(yōu)點(diǎn)是，熱交換器的管子即不暴露在象在粉化煤燃燒系統(tǒng)中那樣的連續(xù)高溫下，也不暴露在流化床造成的腐蝕環(huán)境下。結(jié)果，在熱交換器中可以使用更少更便宜的材料，從而進(jìn)一步有助于系統(tǒng)成本的降低。
還有一個優(yōu)點(diǎn)是，由于總是可以對任何特定的燃燒室調(diào)節(jié)燃料或空氣的量，所以提出的系統(tǒng)很容易控制。
從下列對最佳實(shí)施例的說明中，本發(fā)明的其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將會更加清楚。


圖1是具有三個燃燒循環(huán)的本發(fā)明的方法和設(shè)備的一個實(shí)施例的原理圖。
圖2是具有四個燃燒循環(huán)的本發(fā)明的方法和設(shè)備的一個實(shí)施例的原理圖。
本發(fā)明是用于使燃料燃燒而向外燃動力裝置供熱的一種新的方法和設(shè)備。圖1所示的原理示出可以按本發(fā)明的方法使用的最佳設(shè)備的一個實(shí)施例。具體地說，圖1示出一個燃燒系統(tǒng)100，它包括風(fēng)扇101、空氣預(yù)熱器102，燃燒室103、104和105、熱交換器106、107和108，以及外部動力系統(tǒng)109。
動力系統(tǒng)109可以是任何外部直燃式能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的燃燒系統(tǒng)特別用在功率循環(huán)系統(tǒng)和在為能量轉(zhuǎn)換循環(huán)所需的大量熱量不是用于使工作流體蒸發(fā)，而是用于使工作流體過熱或重新加熱的系統(tǒng)中。這種動力系統(tǒng)的例子在例如美國專利No.4，732，005和No.4，899，545中得到說明，并通過引用被納入本發(fā)明中。
如圖1所示，帶有1處參數(shù)的大氣由風(fēng)扇101送入燃燒系統(tǒng)100。在空氣壓力增加之后空氣流離開風(fēng)扇，獲得2處的參數(shù)。然后空氣經(jīng)過空氣預(yù)熱器102，在這里空氣被預(yù)熱到華氏500～600度并獲得3處的參數(shù)。以后空氣流被分成在4處和5處分別具有參數(shù)的兩股分氣流。含有大部分氣體的、獲得4處參數(shù)的分氣流然后被送入第一燃燒室103，在那里它與送進(jìn)燃燒室103的燃料一起燃燒，燃料以這樣的量送進(jìn)，使離開燃燒室103的廢氣溫度不超過華氏1600～1700度，這是為避免形成氮的氧化物NOx所必需的。向燃燒室103輸送的燃料的量只代表要燃燒的燃料總量的一部分。
這樣，獲得6處參數(shù)的廢氣通過第一熱交換器106。動力系統(tǒng)109的工作流體也反向地流經(jīng)熱交換器106。最終結(jié)果是，熱量從廢氣轉(zhuǎn)換到這個工作流體上。然后，經(jīng)冷卻的廢氣離開熱交換器106，具有7處的參數(shù)。選擇7處的溫度，以提供向工作流體轉(zhuǎn)移的熱量所必須的高溫。如果必要，7處溫度可以大大高于4處的溫度，從而在第一熱交換器中向工作流體轉(zhuǎn)移的所有熱量將具有相對高的溫度。
由于在第一燃燒室103中只有燃燒的全部燃料的一部分被掉，離開第一燃燒室的廢氣仍然含有大量的氧，因而可用于進(jìn)一步燃燒。這樣，在經(jīng)過熱交換器106之后，具有7處參數(shù)的廢氣被導(dǎo)入第2燃燒室104，以使離開燃燒室104的廢氣溫度不超過華氏1600～1700度所需要的量再次向燃燒室104輸送燃料。
廢氣離開第二燃燒室104時，具有相應(yīng)于8處的參數(shù)。隨后，廢氣經(jīng)過第二熱交換器107，并再次冷卻，從而將熱量轉(zhuǎn)移到動力系統(tǒng)109的工作流體上，并獲得9處的參數(shù)。
選擇9處的廢氣溫度，以提供在熱交換器107中釋放并轉(zhuǎn)移到工作流體上的熱量所需要的高溫。由于在第一和第二燃燒室中都只有一部分要參與燃燒的燃料被燒掉，具有9處參數(shù)的廢氣仍然含有為在第三燃燒室105內(nèi)完成燃燒所需要的足夠的氧氣。但是，如果包含在廢氣中的氧氣不足以在第三燃燒室中提供充分的燃燒，那來，就額外地將具有5處的參數(shù)的預(yù)熱空氣流送入第三燃燒室105。
燃料的剩余部分被送入第三燃燒室105，以完成燃燒過程(再次提清注意選擇燃料的量，以致于最終的廢氣溫度不超過華氏1600～1700度。)也可以向燃燒室105加入石灰石，以從廢氣中吸收硫化的氣體，從而有效地控制它們的發(fā)散。為此，第三燃燒室105可以是一個流化床燃燒器。
離開第三燃燒室105，具有10處參數(shù)的廢氣經(jīng)過第三熱交換器108，在那里，它再一次將熱量轉(zhuǎn)移到來自動力系統(tǒng)109的工作流體上，然后離開熱交換器108，獲得11處的參數(shù)。11處的溫度比7和9，即從第一和第二熱交換器106和107的出口處的低。隨后，廢氣與前進(jìn)的空氣相反地被送進(jìn)空氣預(yù)熱器102內(nèi)，然后冷卻，具有12處的參數(shù)，然后被釋放到煙囪。
每個單獨(dú)的燃燒階段都與進(jìn)入的空氣流的溫度的升高有關(guān)。在所有燃燒室中的全部溫升等于如果在使用完全燃燒所需要的最小量的空氣時燃料在一個步驟中燒完的情況下得到的全部溫升。但是，可能由于相對高的溫度的廢氣進(jìn)入第2和第三燃燒室，可以在那些燃燒室中燃掉的燃料數(shù)量必須減少，以防止離開那些燃燒室的廢氣的溫度超過華氏1600～1700度。結(jié)果，在全部三個燃燒室中的全部溫升可能小于通過在一個步驟中使所有燃料燃燒所造成的全部溫升。這也會使離開第三燃燒室的廢氣保留大量的氧，從而致使被引入用于完全燃燒過程的空氣不可接受地大量過剩。為防止這個問題，可以使用一個附加的燃燒階段，即第四燃燒室。
圖2示出一個四階段燃燒系統(tǒng)200。除了該系統(tǒng)包括一個第四燃燒室110和第四熱交換111之外，燃燒系統(tǒng)200同圖1所示的燃燒系統(tǒng)100是一致的。在廢氣離開第三熱交換器108之后，具有11處參數(shù)的廢氣同剩余的燃料一起被送入第四燃燒室110，以完成燃燒過程(再一次提請注意，要選擇燃料數(shù)量，以致使最終廢氣的溫度不超過華氏1600～1700度)。如果廢氣的含氧量不足以在第四燃燒室中提供足夠的燃燒，那末，就將具有5處參數(shù)的預(yù)熱空氣的氣流補(bǔ)充入第四燃燒室110。也可向燃燒室110加入石灰石，以從廢氣中吸收硫化氣體(在這種情況下，燃燒室110可以是一個流化床燃燒器)。
離開第四燃燒室110并具有12處參數(shù)的廢氣經(jīng)過第四熱交換器111，在那里，它再次將熱量轉(zhuǎn)移到來自動力系統(tǒng)109的工作流體上，然后離開熱交換器111，并具有13處的參數(shù)。13處的溫度低于7、9和11處，即離開第一、第二和第三熱處換器106、107和108處的溫度。隨后，將廢氣與前進(jìn)的空氣反向地送入空氣預(yù)熱器200，并使之冷卻，具有14處的參數(shù)。然后將其排至煙囪。
當(dāng)根據(jù)多個最佳實(shí)施例說明本發(fā)明時，那些技術(shù)熟練的人將理解本發(fā)明的多種變化和修正。下文中的權(quán)利要求包括所有落入本發(fā)明的精神和范圍的改型和修正。
例如，上述系統(tǒng)只以一個三階段或四階段燃燒系統(tǒng)形式，但可以使用任何數(shù)目的階段，即，設(shè)備可以具有多于三個或四個階段，甚至只有兩個階段。階段的數(shù)目是以工作流體的熱特性為基礎(chǔ)來選擇的，以使被釋放的熱量的溫度與這些特性適合。這樣，就可以使釋放出的熱量精確地滿足與動力裝置的需要相適應(yīng)的量，從而增加總的效率。
可以在向煙囪排放氣體之前用滌氣器清洗廢氣，以除去硫化氣體。
多個燃燒室可以垂直排列，即，將前面的燃燒室放在下面，而將后面的燃燒室順序地放在上面。在這種情況下，系統(tǒng)可以配置成最后一級燃燒室的灰以及來自最后一級燃燒室的沒有充分燃燒的燃料依次下落到每一個先前的燃燒室。這種配置會保證所有燃燒的完全燃燒，同時使灰只從最低的燃燒室中除去。
權(quán)利要求
1.一種用于向外燃式動力系統(tǒng)供熱的方法包括下列步驟向第一燃燒室輸送預(yù)熱空氣流以及燃料總量的一部分；使預(yù)熱的空氣和燃料的混合物燃燒，以形成第一廢氣流，選擇向所述第一燃燒室輸送的所述燃料的量，從而使所述第一廢氣流的溫度低于使NOx氣體形成的溫度；使熱量從所述第一廢氣流向來自外燃式動力系統(tǒng)的工作流體轉(zhuǎn)移；使剩余燃料在一系列的一個或多個連續(xù)燃燒階段中燃燒，以在每個階段中通過使用上一個燃燒階段所產(chǎn)生的廢氣而形成一個廢氣流；在每一相繼燃燒階段中選擇燃料的量，從而使燃燒階段所產(chǎn)生的廢氣流的溫度低于使NOx氣體形成的溫度，與每一燃燒階段有關(guān)的總溫升等于在一個單獨(dú)的燃燒階段、使用最小量的為燃燒所需的空氣使所有所述燃料燃燒所產(chǎn)生的溫升；以及使熱量從每個連續(xù)的廢氣流向來自所述外燃式動力系統(tǒng)的工作流體轉(zhuǎn)移。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括使熱量從后面的廢氣流向新來的空氣流轉(zhuǎn)移，以使所述空氣流預(yù)熱;以及向大氣排出所述最終的廢氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括在最后燃燒階段向燃料加石灰石，以除去硫化氣體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括通過洗滌最后的廢氣流來清除硫化氣化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括使一部分所述預(yù)熱空氣流換向，并使所述部分與所述燃料在一個或多個所述燃燒階段一起燃燒。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于每個所述廢氣流的溫度不大于大約華氏1700度，以防止形成NOx氣體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，相對于所消耗燃料的總量，空氣的全部剩余約為5～7%。
8.一種用于向外燃式動力系統(tǒng)供熱的方法包括下列步驟向第一燃燒室輸送預(yù)熱空氣流以及燃料總量的一部分;使預(yù)熱的空氣和燃料的混合物燃燒，以形成第一廢氣流，選擇向所述第一燃燒室輸送的所述燃料的量，從而使所述第一廢氣流的溫度低于使NOx氣體形成的溫度;使熱量從所述第一廢氣流向來自外燃式動力系統(tǒng)的工作流體轉(zhuǎn)移;使所述第一廢氣流和所述燃料的第二部分的混合物在第二燃燒室內(nèi)燃燒，以形成第二廢氣流，選擇向所述第二燃燒室輸送的所述燃料的量，從而使所述第二廢氣流的溫度低于使NO氣體形成的溫度;使熱量從所述第二廢氣流向來自外燃式動力系統(tǒng)的工作流體轉(zhuǎn)移;使所述第二廢氣流和所述燃料的第三部分的混合物在第三燃燒室內(nèi)燃燒，以形成第三廢氣流，選擇向所述第三燃燒室輸送的所述燃料的量，從而使所述第三廢氣流的溫度低于使NO氣體形成的溫度;以及使熱量從所述第三廢氣流向來自外燃式動力系統(tǒng)的工作流體轉(zhuǎn)移，與第一燃燒階段有關(guān)的總溫升等于在一個單獨(dú)的燃燒階段、使用最小量的為燃燒所需的空氣使全部所述燃料燃燒所引起的溫升。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于還包括使熱量從所述第三廢氣流向新來的空氣流轉(zhuǎn)移，以使所述空氣流預(yù)熱;以及向大氣排出所述第三廢氣流。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于還包括在所述第三燃燒室內(nèi)向燃料加石灰石。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于還包括通過洗滌所述第三廢氣流來清除硫化氣體。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于還包括使一部分所述預(yù)熱空氣流換向，并使所述部分與所述燃料在一個或多個所述燃燒階段一起燃燒。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于每個所述廢氣流的溫度不大于大約華氏1700度，以防止形成NOx氣體。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于相對于所述消耗燃料的總量，空氣的全部剩余約為5～7%。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于還包括使所述第三廢氣流和所述燃料的第四部分的混合物在第四燃燒室內(nèi)燃燒，以形成第四廢氣流，選擇向所述第四燃燒室輸送的所述燃料的量，從而使所述第四廢氣流的溫度低于使NOx氣體形成的溫度;以及使熱量從所述第四廢氣流向來自外燃式動力系統(tǒng)的工作流體轉(zhuǎn)移，與每一燃燒階段有關(guān)的總溫升等于在一個單獨(dú)的燃燒階段、使用最小量的為燃燒所需的空氣使全部所述燃料燃燒所引起的溫升。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于還包括使熱量從所述第四廢氣流向新來的空氣流轉(zhuǎn)移，以使所述空氣流預(yù)熱;以及向大氣排出所述第四廢氣流。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于還包括在所述第四燃燒室內(nèi)向燃料加石灰石。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于還包括通過洗滌所述第四廢氣流清除硫化氣體。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于還包括使一部分所述預(yù)熱空氣流換向，并使所述部分與所述燃料在一個或多個所述燃燒階段一起燃燒。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于第個所述廢氣流的溫度不大于大約華氏1700度，以防止形成NOx氣體。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于相對于所消耗燃料的總量，空氣的全部剩余約為5～7%。
22.一種向外燃式動力系統(tǒng)供熱的設(shè)備包括使用廢氣流熱量使新來的空氣流預(yù)熱的預(yù)熱器;一個第一燃燒室，用于使預(yù)熱的空氣和燃料總量的一部分的混合物燃燒，以形成第一廢氣流;一個表，用于選擇輸送到所述第一燃燒室的所述燃料的量，從而使所述第一廢氣流的溫度低于使NOx氣體形成的溫度;一個第一換熱器，用于使來自所述第一廢氣流的熱量向來自外燃式動力系統(tǒng)的工作流體轉(zhuǎn)移;串聯(lián)排列的一個或多個附加的燃燒室，用于使剩余燃料在一系列的一個或多個相繼的燃燒階段中燃燒，在每個階段中通過使用上一個燃燒階段所產(chǎn)生的廢氣而形成一個廢氣流;一個多個表，用于在每一相繼燃燒階段中選擇燃料的量，從而使燃燒階段所產(chǎn)生的廢氣的溫度低于使NO氣體形成的溫度，與每一燃燒階段有關(guān)的總溫升等于在一個單獨(dú)的燃燒階段、使用最小量的燃燒所需的空氣使所有所述燃料燃燒所引起的溫升;以及一個或多個附加熱交換器，用于使熱量從每個相繼的廢氣流向來自所述外燃式動力系統(tǒng)的工作流體轉(zhuǎn)移。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其特征在于還包括用于向最后的燃燒室內(nèi)的燃料加石灰石以除去硫化氣體的裝置。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其特征在于還包括一個滌氣器，用于洗滌最后的廢氣流，從而清除硫化氣體。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其特征在于還包括用于使一部分所述預(yù)熱空氣流變換方向一個或多個所述燃燒室與所述燃料一起燃燒的裝置。
26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其特征在于每個所述廢氣流的溫度不大于大約華氏1700度，以防止形成NOx氣體。
27.根據(jù)權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其特征在于相對于所消耗燃料的總量，空氣的全部剩余約為5～7%。
28.根據(jù)權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其特征在于至少一個燃燒室包括一個流化床燃燒室。
29.一種向外燃式動力系統(tǒng)供熱的設(shè)備包括用于通過使用從廢氣流轉(zhuǎn)換的熱量使新來的空氣流預(yù)熱的預(yù)熱器;第一燃燒室，用于使預(yù)熱的空氣和燃料總量的一部分的混合物燃燒，以形成第一廢氣流;第一個表，用于選擇輸送到所述第一燃燒室的所述燃料的量，從而使所述第一廢氣流的溫度低于使NOx氣體形成的溫度;第一換熱器，用于使來自所述第一廢氣流的熱量向來自外燃式動力系統(tǒng)的工作流體轉(zhuǎn)移;第二燃燒室，用于使所述第一廢氣流和所述燃料的第二部分的混合物燃燒，以形成第二廢氣流;第二個表，用于選擇輸送到所述第二燃燒室的所述燃料的量，從而使所述第二廢氣流的溫度低于使NOx氣體形成的溫度;第二換熱器，用于使來自所述第二廢氣流的熱量向來自外燃式動力系統(tǒng)的工作流體轉(zhuǎn)移;第三燃燒室，用于使所述第二廢氣流和燃料的第三部分的混合物燃燒，以形成第一廢氣流;第三個表，用于選擇輸送到所述第三燃燒室的所述燃料的量，從而使所述第三廢氣流的溫度低于使NOx氣體形成的溫度;以及第三換熱器，用于使來自所述第三廢氣流的熱量向來自外燃式動力系統(tǒng)的工作流體轉(zhuǎn)移;與每一燃燒階段有關(guān)的總溫升等于在一個單獨(dú)的燃燒階段、使用最小量的為燃燒所需的空氣使所有所述燃料燃燒所引起的溫升。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的設(shè)備，其特征在于還包括用于向所述第三燃燒室中的燃料加石灰石以除去硫化氣體的裝置。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的設(shè)備，其特征在于還包括一個滌氣器，用于洗滌所述第三廢氣流，以清除硫化氣體。
32.根據(jù)權(quán)利要求29所述的設(shè)備，其特征在于還包括用于使一部分所述預(yù)熱空氣流變換方向到一個或多個所述燃燒室、與所述燃料一起燃燒的設(shè)備。
33.根據(jù)權(quán)利要求29所述的設(shè)備，其特征在于每個所述廢氣流的溫度不大于約華氏1700度，以防止形成NOx氣體。
34.根據(jù)權(quán)利要求29所述的設(shè)備，其特征在于相對于所消耗的燃料的總量，空氣的全部剩余約為5～7%。
35.根據(jù)權(quán)利要求29所述的設(shè)備，其特征在于所述第三燃燒室包括一個流化床燃料室。
36.根據(jù)權(quán)利要求29所述的設(shè)備，其特征在于還包括第四燃燒室，用于使所述第三廢氣流和所述燃料的第四部分的混合物燃燒，以形成第四廢氣流;第四個表，用于選擇輸送到所述第四燃燒室的所述燃料的量，從而使所述第四廢氣流的溫度低于使NO氣體形成的溫度;第四換熱器，用于使來自所述第四廢氣流的熱量向來自外燃式動力系統(tǒng)的工作流體轉(zhuǎn)移;與每一燃燒階段有關(guān)的總溫升等于在一個單獨(dú)的燃燒階段、使用最小量的為燃料所需的空氣使所有所述燃料燃燒所引起的溫升。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的設(shè)備，其特征在于還包括用于向所述第四燃燒室中的燃料加石灰石以除去硫化氣體的裝置。
38.根據(jù)權(quán)利要求36所述的設(shè)備，其特征在于還包括一個滌氣器，用于洗滌所述第四廢氣流，以清除硫化氣體。
39.根據(jù)權(quán)利要求36所述的設(shè)備，其特征在于還包括用于使一部分所述預(yù)熱空氣流變換方向到一個或多個所述燃燒室、與所述燃料一起燃燒的設(shè)備。
40.根據(jù)權(quán)利要求36所述的設(shè)備，其特征在于，每個所述廢氣流的溫度不大于約華氏1700度，以防止形成NOx氣體。
41.根據(jù)權(quán)利要求36所述的設(shè)備，其特征在于，相對于所消耗的燃料的總量，空氣的全部剩余約為5～7%。
42.根據(jù)權(quán)利要求36所述的設(shè)備，其特征在于所述第四燃燒室包括一個流化床燃料室。
全文摘要
一種供外燃式動力裝置使用的多級燃燒設(shè)備和方法，這種設(shè)備和方法使在任何階段釋放的熱量的溫度能與來自動力裝置的工作流體的熱特性相適應(yīng)。
文檔編號F01K3/24GK1103940SQ9411676
公開日1995年6月21日 申請日期1994年9月26日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月27日
發(fā)明者A·I·卡林納 申請人:艾克澤吉公司