CN101310147A - 在优化条件下由废气生产蒸汽的锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锅炉(1)，其干燥、点燃和燃烧垃圾并通过与废气(3)的热交换产生蒸汽(2，2a)。所述锅炉限定气体的主流动方向(5)，所述锅炉(1)包括：分离器元件(4)以及末端过热器(8)，分离器元件(4)适于将所述废气(3)分离成腐蚀性较轻的气体流(6)和腐蚀性气体流(7)，所述分离器元件(4)大体沿所述主流动方向(5)定位并定位在其中，所述末端过热器(8)邻近所述分离器元件(4)定位并定位在所述腐蚀性较轻的气体流(6)中。所述分离器元件(4)包括板(4a)或壁(4b)，多个所述分离器元件(4)形成通道作为另一分离器元件。这给所述末端过热器提供了延长的寿命并使得锅炉提供高且有效的电力输出。

Description

在优化条件下由废气生产蒸汽的锅炉

技术领域

本发明涉及一种锅炉，其干燥、点燃并燃烧垃圾并通过与废气热交换来生产蒸汽。随后，蒸汽用于产生电力。

要燃烧的垃圾可以是任何生活垃圾、树皮、工业废物和医用垃圾以及其它种类的废物的任意混合物。

背景技术

美国专利No.6269754公开了一种利用焚化设备的腐蚀性废气产生过热蒸汽的蒸汽发生器。其基本上包括辐射部分和对流部分，具有至少一个过热器并具有布置在辐射部分的壁的内侧上的板，在板与辐射部分的壁之间提供一空间。过热器的至少一部分作为壁式过热器设在辐射部分的空间中。该空间包含腐蚀性较轻的气态环境，该气态环境的压力大于燃烧室中的气体的压力。从而可以达到高的过热器温度，而不会腐蚀最后的过热器，使得过热器可以由便宜的材料制成。

然而，美国专利No.6269754没有在废气与前述过热器之间提供直接接触，因此，能量从废气到蒸汽的传递效率不高。

来自本申请人的EP0536268B1公开了一种用于焚化不同种类的固体以及可能的液体废物材料的方法和设备。固体以及可能的液体废物材料通过以下步骤焚化：a)在固体废物材料的阶梯炉篦上部分燃烧，固体废物材料在如此高的温度下传送到回转炉以至于在回转炉的入口处形成液体废渣，b)可能地将液体废物材料添加至正在阶梯炉篦上焚化的固体废物材料，以及c)收集来自燃烧过程的灰烬产物，例如炉渣、锅炉灰烬、飘尘以及来自废气清洁的残余产物，并将这些产物返回至回转炉的入口端，在该入口端，将这些产物引入到液体废渣。这样，废渣、飘尘和来自燃烧过程的其它有害残余产物熔合成玻璃状物质得以实现，盐和重金属不能从该玻璃状物质滤出。

然而，EP0536268B1没有从固体和液体废物材料的焚化中提供优化的电力输出。

在例如石油的天然能源日益稀缺的世界中，由其它来源供应能量的需求日益增长。当垃圾在锅炉中焚化时，可以从焚化过程提取能量。因此，重要的是优化焚化过程，以提供未冷凝且具有足够高温度的蒸汽，以确保该蒸汽在输入到驱动发电机的蒸汽涡轮时提供高的、有效的电力输出。这种蒸汽例如是过热蒸汽。

因此，需要优化锅炉，以从过热蒸汽以及具有更高管表面温度的末端过热器提供高的电力输出。

通常，过热蒸汽来自于所谓的末端过热器。然而，在锅炉中，一些气体(例如废气和灰烬颗粒)是腐蚀性的，这些气体由于其腐蚀特性会侵蚀所述末端过热器，结果是末端过热器的寿命缩短。

因此，需要这样一种具有末端过热器的锅炉，其中提供一些措施来延长末端过热器的寿命。

发明内容

这些需求通过这样一种锅炉实现，该锅炉包括分离器元件和末端过热器。该锅炉干燥、点燃并燃烧垃圾并通过与废气的热交换产生蒸汽。所述锅炉限定气体的主流动方向，分离器元件适于分别将所述废气分离成腐蚀性较轻的气体流和腐蚀性气体流。所述分离器元件大体沿所述主流动方向定位并定位在其中，所述末端过热器邻近所述分离器元件定位并定位在所述腐蚀性较轻的气体流中。

从而，本发明具有以下优点：锅炉的末端过热器的寿命得以延长；由于末端过热器中升高的蒸汽温度，锅炉还提供了高且有效的电力输出。

此外，末端过热器在受到较清洁气体(即，腐蚀性较轻的气体)和灰烬颗粒的作用时还可以在较高温度下应用。

附图说明

下面将参考附图并结合优选实施例更完整地解释本发明，附图中：

图1显示使用板或壁以用于分离废气的锅炉的第一实施例，和

图2显示使用带喷嘴的管道以用于分离的锅炉。

在整个附图中，相同的附图标记表示相同或相应的特征或功能。

具体实施方式

总体上，术语“过热器”或“末端过热器”表示这样一种设备，其加热锅炉所产生的蒸汽，并因此进一步增加蒸汽中的热能并降低所述蒸汽冷凝的可能性。已经过热化的蒸汽在理论上称为过热蒸汽，反之，未过热的蒸汽称为饱和蒸汽或湿蒸汽。重要的是避免后一种蒸汽并因而主要使用过热蒸汽。因此，当过热蒸汽输入到驱动发电机的蒸汽涡轮时，将提供高且有效的电力输出，特别是如果蒸汽的温度和压力非常高的话。

图1显示了使用板或壁来分离废气的锅炉的第一实施例。总体上，锅炉1干燥、点燃并燃烧垃圾。当垃圾被焚化时，气态环境(即，废气3)处于垃圾9的焚化结果的第一位置。

通常借助于炉篦板(例如往复式炉篦)在锅炉内运输垃圾。为了运送垃圾，炉篦可以与一个或更多个运送器结合。基本上，垃圾从左往右运送，即，当遵循垃圾焚化过程(起始于附图标记3处的废气，行进到附图标记7处，并结束于附图标记6处)时，在附图标记7处，处理的结果是腐蚀性气体流，相反地在附图标记6处，处理的结果是腐蚀性较轻的气体流。

所述腐蚀性较轻的气体基本上没有腐蚀性元素，例如Cl(氯)、K(钾)、Na(纳)、Zn(锌)、Pb(铅)，而腐蚀性气体包含腐蚀性元素，例如Cl、K、Na、Zn、Pb中的一种或更多种。实际上，腐蚀性较轻的气体可以被理解为对末端过热器腐蚀较轻的气体。

在处理的这一点处，重要的是这些气体没有混合，原因是附图标记6和7表示的气体将要不同地处理。因此，根据本发明，提供分离。附图标记5限定了这些气体的主流动方向。废气3的所述分离通过用附图标记4表示的分离器元件进行。该元件在示例性实施例中可以提供为板4a或壁4b的形式。

板4a通常是从一个锅炉侧壁延伸至另一锅炉侧壁的充水锅炉管面板，所述一个锅炉侧壁通常也是充水锅炉管面板，并且所述板悬挂在所述侧壁上。该板可以通过例如高合金Cr-Ni堆焊或者通过非常紧致的耐火材料在表面上进行耐腐蚀处理。

壁4b通常是强化砖或浇铸耐火壁，其从所述一个锅炉侧壁延伸到所述另一锅炉侧壁。强化砖可以是中空的，从而允许冷却介质通过，该冷却介质例如为液体、蒸汽、气体或空气。

而且，分离器元件在另一示例性实施例中可以设作通道，即，可以以各种组合使用所述板4a和壁4b以形成通道。该通道还可以具有管状形状。

满足上述设定条件的板4a或壁4b或相似结构基本上沿气体的上述主流动方向5布置在其中。通常，板或壁平行于所述主流动方向定位。

因此，总体上所述分离器元件4适于可悬挂在锅炉1的壁上从其悬挂。

因此，分离器元件保证腐蚀性较轻的气体流6和腐蚀性气体流7在该点保持分离。在本发明的一个实施例中，所述分离器元件适于可沿着大体垂直于所述主流动方向5的方向运动。从而，当前后运动时，分离器元件能够被定位成确保气流之一基本上包括腐蚀性元素，其它气流基本上包括腐蚀性较轻的元素。在长期运行中，分离器元件的最佳位置可以以来自发电机的高且有效的电力输出的形式反映出来，该发电机由供给有来自锅炉的蒸汽的蒸汽涡轮驱动。

可运动的分离器元件可以是板、壁或通道，其能在顶部在悬挂于相对的锅炉侧壁的轴承中枢转并例如能够在底部前后移动并固定到锅炉侧壁上的不同位置。

所述分离器元件4适于可从锅炉1的上部区域10悬挂。

图2显示了使用管道进行分离的锅炉。

作为分离器元件(即，前面附图中的板、壁或通道)的替代方案，管道可用作分离器元件，以用于将废气分别分离成腐蚀性较轻的气体流6和腐蚀性气体流7。管道4c可以设有一个或更多喷嘴4d。该喷嘴或这些喷嘴适于吹动冷的再循环的干净废气，从而在腐蚀性较轻的气体流6和腐蚀性气体流7之间的主流动方向5，从而这些气体流6、7以两个分离的流在主流动方向5上继续。所述冷的再循环的干净废气能够设有具有管系统的工业通风扇，从而例如在设备堆之前提取部分清洁废气并将该冷的气体送到分离管道。

所述喷嘴可以以随机图案设在管道中，或者沿着管道设在大体相同的方向上，或者设在沿着管道大体相同的方向上的两排或更多排中。

喷嘴必须具有这样的尺寸和设计，即，允许喷射冷的气体以穿透于燃烧的废气流6、7之间，使这些废气流6、7成形为至高度为水平定位的分离管道的竖向高度的10-20倍。

所述管道大体垂直于所述主流动方向5定位，如图中附图标记4c所示。

分离管道4c悬挂在相对的锅炉侧壁上，并且分离管道能够绕其轴线在锅炉侧壁上在不同的前向/后向位置中运动并固定到其上。

在本发明的一个实施例中，所述管道适于能够沿着大体垂直于所述主流动方向5的方向运动。从而，当前后运动时，管道能够被定位成确保气流之一基本上包括腐蚀性元素，其它气流基本上包括腐蚀性较轻的元素。在长期运行中，管道的最佳位置可以在所述发电机由供给有来自锅炉的蒸汽的所述蒸汽涡轮驱动时以来自发电机的高且有效的电力输出的形式反映出来。

当所述腐蚀性较轻的气体6和腐蚀性气体7一起到达锅炉的混合区10时，这些气体通过注入用于烧尽的二级燃烧空气而混合，并且现在混合气体通过辐射区域中的蒸发壁以及产生温度在300到450摄氏度之间的蒸汽2的一个或更多个过热器11而冷却。这(即，通过所述一个或更多过热器的冷却)适用于两个附图，不管腐蚀性较轻的气体6在它沿主流动方向5运动时是否已经接触管道、板、壁或通道。

见图1，该蒸汽2在离开所述一个或更多个过热器之后通过一个或更多管道供给至末端过热器8的入口8a，通过该末端过热器，蒸汽被加热，导致温度上升25到200摄氏度。

该较热的蒸汽2a(即温度升高的蒸汽)例如从末端过热器8的出口8b供给至蒸汽涡轮14。因此，该蒸汽2a可用于产生电力。例如，所述蒸汽可以通过从所述出口到蒸汽涡轮14的管道进给，该蒸汽涡轮14驱动发电机15，然后从该发电机产生电力。由于较热的蒸汽2a是锅炉的输出(即末端过热器的输出)，因此，锅炉还提供了高的功率输出效率。当然，这比如果锅炉的输出为温度在300到450摄氏度之间的蒸汽2时的效率高。因此，在所述末端过热器中加热蒸汽提供了高的电力以及高的效率输出。

通常，所述末端过热器8邻近所述分离器元件4(即，所述板、壁)定位或定位到通道中或者分离管道4c上方的冷的气体毯帘，，并且在所有情况下定位在所述腐蚀性较轻的气体流6中。因此，优点是末端过热器受到的腐蚀较少。

因此，优点是：末端过热器定位在所述腐蚀性较轻的气体流6而不是所述腐蚀性气体流7中。如果末端过热器定位在所述腐蚀性气体流7中(这不是根据本发明的情况)，末端过热器的这种定位将导致末端过热器的寿命很短，并且在侵蚀性环境中的这种定位将需要额外且频繁的维修工作，原因在于在其工作寿命期间受到腐蚀性气体的侵蚀。

因此，用于延长末端过热器的寿命的措施是分离器元件，其提供了末端过热器要承受的腐蚀性较轻的气体流，从而避免其受到腐蚀性气体流的作用。

因此，本发明具有以下优点：提高了末端过热器的寿命；以及锅炉提供了高的电力效率。

如上所述，所述腐蚀性较轻的气体6和腐蚀性气体7在锅炉1的混合区10中混合在一起。锅炉还包括风机单元12。该风机单元适于通过吹进二级空气有效地混合所述腐蚀性较轻的气体6和腐蚀性气体7，从而所述混合物可以在其到达锅炉的顶部区域13之前有效地烧尽。

Claims (15)

1.一种锅炉(1)，其干燥、点燃和燃烧垃圾并通过与废气(3)的热交换产生蒸汽(2，2a)，所述锅炉限定气体的主流动方向(5)，所述锅炉(1)包括分离器元件(4)以及末端过热器(8)，分离器元件(4)适于将所述废气(3)分离成腐蚀性较轻的气体流(6)和腐蚀性气体流(7)，所述分离器元件(4)大体沿所述主流动方向(5)定位并定位在其中，所述末端过热器(8)邻近所述分离器元件(4)定位并定位在所述腐蚀性较轻的气体流(6)中。

2.根据权利要求1的锅炉，其特征在于，所述分离器元件(4)包括板(4a)或壁(4b)。

3.根据权利要求2的锅炉，其特征在于，多个所述分离器元件(4)形成通道。

4.根据权利要求1的锅炉，其特征在于，所述分离器元件(4)包括管道(4c)，该管道具有一个或更多喷嘴(4d)，该喷嘴适于在腐蚀性较轻的气体流(6)和腐蚀性气体流(7)之间遵循所述主流动方向(5)吹动冷的再循环的清洁废气，从而这些气体流(6，7)沿着主流动方向(5)以两个分离的流继续。

5.根据权利要求5的锅炉，其特征在于，所述管道大体垂直于所述主流动方向(5)定位。

6.根据前述权利要求中任一项的锅炉，其特征在于，所述分离器元件适于能够沿着大体垂直于所述主流动方向(5)的方向运动。

7.根据前述权利要求中任一项的锅炉，其特征在于，所述分离器元件(4)或通道适于能够悬挂在锅炉(1)的壁上或从锅炉(1)的壁悬挂。

8.根据前述权利要求中任一项的锅炉，其特征在于，所述腐蚀性较轻的气体流(6)和腐蚀性气体流(7)通过辐射区域中的蒸发壁和一个或更多个过热器(11)冷却，该一个或更多个过热器产生温度在300到450摄氏度之间的蒸汽(2)。

9.根据前述权利要求中任一项的锅炉，其特征在于，所述蒸汽(2)在末端过热器(8)中加热。

10.根据前述权利要求中任一项的锅炉，其特征在于，所述末端加热器(8)加热所述蒸汽(2)，使其变成温度升高的蒸汽(2a)，相比所述蒸汽(2)的温度，所述温度升高在25到200摄氏度之间。

11.根据前述权利要求中任一项的锅炉，其特征在于，所述腐蚀性较轻的气体流(6)基本上不含Cl、K、Na、Zn、Pb。

12.根据前述权利要求中任一项的锅炉，其特征在于，所述腐蚀性气体流(7)包括Cl、K、Na、Zn和Pb中的一种或更多种。

13.根据前述权利要求中任一项的锅炉，其特征在于，所述废气(3)是垃圾(9)的焚烧结果。

14.根据前述权利要求中任一项的锅炉，还包括风机单元(12)，该风机单元适于通过吹进二级空气来有效地混合所述腐蚀性较轻的气体流(6)和所述腐蚀性气体流(7)，从而混合物能够在其到达锅炉的顶部区域(13)之前有效地烧尽。

15.根据前述权利要求中任一项的锅炉，其特征在于，大约450摄氏度下的蒸汽(2a)在其进给到驱动发电机(15)的蒸汽涡轮(14)时用于产生电力。

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