CN101311627A - 脉冲爆燃清洁设备 - Google Patents

Abstract

工业装备中燃料(例如煤)的燃烧产生含有悬浮颗粒的废气流。这个气流穿过旋转式换热器以预热进气。换热器的元件会被弄脏，且可用脉冲燃烧装置来进行清洁。这个装置是通过将燃料与氧化剂进料引入到至少一个导管并引发进料的燃烧来操作的。燃烧会产生冲击波，使元件暴露于冲击波从而驱除并/或另外地移除沉积物。

Description

脉冲爆燃清洁设备

技术领域

本发明涉及燃煤工业装备。更确切来说，本发明涉及对燃煤工业装备的清洁，例如，燃烧煤粉的动力锅炉。

背景技术

此种装备众多特征中的一个是使用旋转式换热器通过废气流的传热来预热进气。示例性旋转式换热器可在美国专利4487252及5950707中找到。在示例性轴向旋转换热器中，废气流和进气流沿换热器的各自角形扇区传递。这些气流穿过换热器的旋转芯部。这个芯部具有若干块板或其它特征，这些板或特征在废气流动路径中吸热而在穿过进气流时将该热量释放掉。可使用蒸汽净化或空气净化来清洁这些芯部板。

在诸如锅炉等装备中，人们一直使用吹灰器来清洁锅炉管等表面。一直主要使用的是蒸汽枪吹灰器。最近，人们提出了爆燃或脉冲燃烧吹灰器。美国专利7011047中便有此种吹灰器的实例。

发明内容

工业装备中燃料(例如，煤)的燃烧产生含有悬浮颗粒的废气。这个气流穿过旋转式换热器以预热进气。换热器的元件会被弄脏，且可用脉冲燃烧装置来进行清洁。这个装置是通过将燃料与氧化剂进料引入到至少一个导管并引发进料的燃烧来操作的。燃烧会产生冲击波，使元件暴露于冲击波从而驱除并/或另外地移除沉积物。

关于一个或多个实施例的细节阐述于附图及下文说明中。根据说明和图示以及根据权利要求书，本发明的其它特征、目的及优点将显而易见。

附图说明

图1是燃煤锅炉系统的局部示意图。

图2是图1系统的锅炉单元的视图。

图3是图1系统的具有第一爆燃芯部清洁系统的换热器的纵向剖视图。

图4是图3的换热器的局部示意性气流方向视图。

图5是图1系统的具有第二爆燃芯部清洁系统的换热器的纵向剖视图。

图6是图5换热器的局部示意性气流方向视图。

图7是图5是图1系统的具有第三爆燃芯部清洁系统的换热器的纵向剖视图。

图8是图7换热器的局部示意性气流方向视图。

图9是图1系统的具有第四爆燃芯部清洁系统的换热器的纵向剖视图。

图10是图9换热器的局部示意性气流方向视图。

各个图示中，类似标号及命名指示类似元件。

具体实施方式

图1显示燃烧煤粉的发电站(electric power plant)20的示意图。这个示例性电站可以是具有蒸汽发生器22以将蒸汽提供至蒸汽涡轮发电机单元24的发电站。沿燃烧流动路径，蒸汽发生器22具有上游发热(炉)区26及随后的下游对流(后传)区28。蒸汽发生器22接收煤30、空气32及水34的输入流。

煤30穿过粉碎机系统40。空气流32在后传区28的下游端处穿过空气加热器50(在下文讨论)。后传换热器可包括垂直/气流方向或水平/横向的管阵列。空气作为预热流52进入炉42，其中部分地包含夹杂煤粉44。炉的作用是燃烧煤与空气混合物的燃烧器。燃烧流54沿燃烧/废气流动路径向下游流动。

在进入炉42的垂直壁58(水冷壁-通常是垂直延伸的管阵列)之前，水流34先进入对流区28；在对流区28处，水流34在节热器56中得到预热。与燃烧产物54的热交换使水汽化，从而产生蒸汽。沿气体/燃烧产物流动路径及水/蒸汽流动路径两者的下游，蒸汽被过热到高温，并且再递送至高压涡轮60。示例性过热是以两阶段过程发生的，第一阶段发生在跨越对流区、位于节热器56上游的初级过热器62中，第二阶段发生在发热区上的悬挂式次级过热器64中。在发热区26中，流动主要是向上的，而在对流区中，流动主要是向下的。这两个区由毗邻于悬挂式换热器的牛鼻形部(bull nose)66分开。

来自高压涡轮60的蒸汽沿水/蒸汽流动路径继续行进并返回至锅炉以得到再热。示例性再热是采取两阶段过程，具有初级再热(例如，在跨越对流区、位于初级过热器62与节热器56之间的换热器70中)及次级再热(例如，在横跨发热及对流区的悬挂式再热器72中)。此后，经再热的蒸汽被递送至中压涡轮80。

从中压涡轮80出来的蒸汽被引导至低压涡轮82。从低压涡轮82出来的蒸汽(选择性地还有水)可行进到冷凝器84以便进行修正和处理(例如，以便作为流34返回)。由涡轮提取的能量驱动发电机90以产生电力。

在后传区域中对水进行加热之后，流54在空气加热器50中对进气进行加热，并然后可行进到污染控制系统100。示例性系统100包括上游化学涤气器102及下游颗粒移除装置104(例如，集尘室或静电集尘器)。此后，燃烧产物可穿过烟囱110，排放到大气。

图2显示空气加热器50是具有壳体或体120的旋转式空气加热器。壳体120具有沿废气流动路径124的第一部分122及沿进气流动路径128的第二部分126。传热芯部130安装在壳体内以绕轴线132旋转。图3显示示例性芯部130包括轴毂140，轴毂140由一个轴支撑，而这个轴由电动马达驱动以绕轴线132旋转。多个热交换表面142(例如，板)沿径向从轴毂向外延伸至周缘144。芯部具有第一轴向表面150及第二轴向表面152。在这个示例性实施方案中，第一轴向表面150沿废气流动路径位于上游，而第二轴向表面152位于下游。视实施方案而定，这个表面将不会是单个面，而相反将由若干分立部分(例如，由板构成的边缘部分)来形成。芯部的旋转使芯部130的传热部分依次穿过废气流动路径及进气流动路径。这个示例性换热器定位成使得热交换成为逆流(也就是，废气流与进气流沿正对方向)。

如目前所阐述，这个系统仅仅是举例说明本发明可能应用到的各种电站配置的其中一种。根据本发明，可沿空气/燃烧产物流动路径安置一个或多个爆燃清洁系统并使其定位以便对元件进行清洁。

图3和4显示示例性清洁系统220。示例性系统220包括多个脉冲燃烧装置222和223。这个示例性实施方案中显示了两个装置，第一装置222沿废气流动路径位于芯部的上游，而第二装置223沿废气流动路径位于芯部的下游。每一装置222、223都具有导管224，导管224的一端在壳体120的内腔228中具有出口226并面朝相关联的芯部轴端150、152。示例性燃烧导管具有0.5-4米的长度及20-730平方厘米的横截面积。导管224可包括一个或多个用于接纳燃料和氧化剂的入口。图2显示联接至共同燃料及氧化剂源244和246(例如，罐系统)的示例性燃料和氧化剂线路240和242。示例性燃料大部分(大多)由选自氢气、碳氢燃料及其混合物所组成的群组的燃料组成。示例性氧化剂主要由氧气组成(例如，来自液体氧气罐)。替代性氧化剂是压缩空气。引燃装置(例如，火花塞248)可定位成引燃导入的燃料/氧化剂进料。

这个示例性系统进一步包括可连接至中央控制系统252的控制模块250。额外的结构和操作细节可类似于(例如)美国授权前的专利公开2005-0112516中及US2005-0199743中所示脉冲燃烧清洁设备的细节，其揭示内容以引用方式并入本文中，就如同在本文中得到详细阐述一样。

控制系统252可对装置222和223进行操作以反复地燃烧燃料与氧化剂的进料。示例性燃烧包括产生相关联冲击波270的爆燃。冲击波可沿芯部板传递，从而可清洁这些板的表面。

特定物理及操作参数将取决于换热器的特性。对于火力电站来说，这可能会部分地受到特定燃煤的性质以及特定换热器芯部的性质的影响。示例性装置222和223可同时地点火(例如，在炉操作时反复地且无间断地点火或依序地点火)。

示例性控制与点火规定涉及一系列经定时以提供完全圆周覆盖的放电。例如，单个点火的覆盖可视为对于相对较小的扇区(例如，～10°，更广一些5-20°)是有效的。可使点火与芯部的旋转同步起来以提供完整的覆盖。如果点火循环足够地短，则可对相邻的扇区进行逐渐、依序的清洁。在前一个扇区之后，下一个未清洁的扇区会得到立即清洁。如果循环/更新速率达不到此种要求，就可能会让未清洁的扇区在未得到解决的情况下通过清洁区。例如，各次点火之间可通过一个整转加上扇区增量(例如，～10°)，示例性的总共36次点火，在增量为10°的情况下，各次点火与前一次点火相隔370°。

其它定时的变型涉及点火的冗余覆盖，沿给定扇区重复点火等等。其它变型涉及点火之间的不同延迟。例如，如果循环/更新速率足够大，就可在自第一次点火过去一个整转之前，进行第二次点火，但是仍会留下未清洁的中间部分。对于10°的实例，第二次点火可比第一次点火滞后10°以上但小于370°，等等。例如，第二次点火可比第一次滞后180°。第三次点火可比第二次点火滞后190°。第四次点火可比第三次点火滞后180°，随后的间隔可交替地为190°和180°。为实现同步，可有一个用于探测芯部旋转并联接至控制系统的旋转传感器280。

示例性的操作是各个放电/点火处在固定频率(或者由于与上述旋转的同步而几乎固定的频率)的连续操作。示例性标称频率为每分钟0.5-2.0次点火。作为另一选择，可响应于感测参数经过预定第一阈值及/或经过预定的间隔来引发每一次对芯部的完全清洁。示例性的间隔可达每天一次。示例性感测的状态可涉及芯部两侧、热侧面与冷侧面中一者或两者上的压力差(例如，此由上游压力传感器284及下游压力传感器286来探测)。清洁可继续进行，直到感测的状态经过预定第二阈值为止(例如，低于某一压降)。

图5和6显示具有各自上游装置和下游装置320和322的替代系统配置。除出口326外，这些装置具有可类似于导管224的导管324。相对于出口226，出口326更靠近体120的壁表面。然而，出口326的定向相对于毗邻的芯部表面/端150、152倾斜，以进行补偿，以使波340具有足够的覆盖。

图7和8显示具有各自上游装置和下游装置420和422的替代性系统配置。除了沿导管侧具有多个呈线性阵列的出口426、428、430和432之外，这些装置具有可类似于导管224的导管424。这个阵列延伸到闭合端434。因此，导管424可具有进入到流动路径内的较大穿透度。然而，这些出口可产生叠加的冲击波450，此可形成在径向上更为均匀及在圆周上更为集中的净效应。

图9和10显示具有各自上游装置和下游装置520和522的替代性系统配置。除了以下一个到全部方面以外：沿出口526、528、530和532的阵列，导管横截面积逐渐(例如，阶梯式)减小；出口大小逐渐减小；及出口间距逐渐减小，这些装置具有可类似于导管424的导管524。这个阵列延伸到闭合端534。这些出口可产生叠加冲击波450、452、454和456，此可形成径向上更为逐渐的分布，从而可补偿芯部的内侧部分受到冲击波影响时相对较慢的通过速度。因此，有效冲击波的影响面积在芯部上的圆周跨度可径向地增大。

上文已阐述了一个或多个实施例。然而，应理解可做出各种修改。例如，当实施在对现有系统配置或系统的改造或升级中时，现有配置的细节可影响任何特定实施方案的细节。尽管以火电站进行举例说明，但本发明还可应用于其它产生颗粒的传热设施。一些主要的实例可以是垃圾焚烧炉和生物质/木材燃烧炉。尽管图中显示导管被固定，但这些导管可以伸缩(例如，就像可伸缩吹灰器那样)。因此，其它实施例属于以上权利要求书的范围内。

Claims (24)

1.一种设备，其包括：

燃烧器；

延伸到所述燃烧器的进气流动路径；

从所述燃烧器延伸的废气流动路径；

沿所述进气流动路径及废气流动路径的旋转式换热器；及

脉冲燃烧装置，其定位为引导冲击波朝向所述换热器的芯部并包括：

燃料及氧化剂源；

至少一个燃烧导管，其联接至所述源以接纳所述燃料及氧化剂的进料；及

至少一个引燃装置，其联接至所述燃烧管道以引燃所述进料。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于：

所述燃烧器是燃煤炉。

3.如权利要求1所述的设备，其特征在于：

所述脉冲燃烧装置包括第一所述导管及第二所述导管，第一导管具有沿所述废气流动路径位于所述芯部上游的出口，且第二导管具有沿所述废气流动路径位于所述芯部下游的出口。

4.如权利要求3所述的设备，其特征在于：

所述第一导管及第二导管各具有多个相对于所述芯部的旋转轴线位于不同径向位置的出口。

5.如权利要求4所述的设备，其特征在于：

所述第一导管及第二导管在所述废气流动路径内具有逐渐减小的横截面积；及

所述多个出口沿着不同横截面积的各自部分。

6.如权利要求1所述的设备，其特征在于：

所述燃烧导管具有沿横向对准所述流动路径下游方向的出口。

7.如权利要求1所述的设备，其特征在于：

所述燃烧导管中的至少四个沿所述废气流动路径定位在基本上共同气流方向位置处。

8.如权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括：

烟窗，其形成所述废气流动路径到大气的出口。

9.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述源包括：

所述燃料的第一源，所述燃料的大部分质量由选自氢气、碳氢燃料及其混合物所组成的群组的燃料组成；以及

所述氧化剂的第二源，所述氧化剂基本上由氧气组成。

10.如权利要求1所述的设备，其特征在于：

所述燃烧导管具有0.5-4米的长度及20-730平方厘米的横截面积。

11.如权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括：

控制器，其配置为对所述装置多次点火以提供所述芯部的圆周覆盖。

12.如权利要求11所述的设备，其特征在于：

所述控制器配置为使所述装置的点火相对于所述芯部的旋转同步。

13.一种设备，其包括：

燃烧器；

从所述燃烧器延伸的废气流动路径；

延伸到所述燃烧器的进气流动路径；

沿所述进气流动路径及废气流动路径的旋转式换热器；及

用于清洁所述旋转式换热器芯部的脉冲燃烧装置。

14.如权利要求13所述的设备，其特征在于：所述燃烧器是化石燃料燃烧炉。

15.如权利要求13所述的设备，其特征在于：其为锅炉系统。

16.一种操作电站的方法，其包括：

燃烧电站燃料并产生含有颗粒的流；

使所述气流穿过换热器以加热进气流；及

通过脉冲爆燃过程来清洁所述换热器的芯部，所述过程包括：

将燃料与氧化剂进料引入到至少一个导管；

引发所述进料的燃烧；及

使所述芯部暴露于由燃烧所产生的冲击波。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于：

所述气流的所述穿过包括当所述芯部绕芯部轴线旋转时穿过所述芯部的轴向流动。

18.如权利要求16所述的方法，其特征在于：

所述电站燃料选自由煤、燃油、碳氢气体生物质、垃圾及其组合物组成的群组。

19.如权利要求16所述的方法，其特征在于：

所述清洁包括使所述芯部暴露于来自多个所述导管的所述冲击波。

20.如权利要求16所述的方法，其特征在于：

所述清洁包括使所述芯部暴露于来自所述导管中的一对或多对的对置出口的冲击波。

21.如权利要求16所述的方法，其特征在于：

所述进料包括氢气来作为所述燃料的大部分重量。

22.如权利要求16所述的方法，其特征在于：

在每一次进料引入之前，对所述至少一个导管进行空气净化操作。

23.如权利要求16所述的方法，其特征在于：

响应于对所述芯部的感测状态，引发所述清洁。

24.如权利要求16所述的方法，其特征在于：

与所述芯部的旋转同步，对所述导管多次点火，以提供所述芯部的完全圆周清洁。

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