CN102213440A - 氧-燃料燃烧氧化剂加热器内部设置 - Google Patents

Abstract

一种交流换热型氧化剂加热器内部设置，包括其应用的系统及方法，其采用新颖的再循环氧-燃烧方法，包括与烟道气侧以及次要氧化剂扇区都相邻的至少两个主要燃烧氧化剂扇区，所述次要氧化剂扇区设置在所述两个主要扇区之间。

Description

氧-燃料燃烧氧化剂加热器内部设置

发明领域和背景

本发明一般涉及用于燃煤发电装置的氧化剂加热器(空气加热器和空气预热器)领域，具体涉及用于氧-燃料燃烧的系统和方法，其结合了新颖的代表性的氧化剂加热器内部扇区设置，以及主要氧化剂风机和主要氧化剂混合器的关键性定位。

背景技术

氧气燃烧(“氧-燃料燃烧”)是一种为了在燃烧气体中达到高得多的二氧化碳(CO₂)浓度，从而允许压缩和储存而显著减少由燃烧碳质燃料的锅炉产生的烟道气中氮的含量的方式。在对燃料进行点燃和燃烧的时候，将氧化剂(例如纯氧)和碳质燃料(例如煤炭)引入锅炉内。得到的气体燃烧产物主要包含CO₂，根据燃料的组成，还包含一些水以及各种化合物和氧化物。然后根据需要对该气体进行进一步的纯化和压缩，以适应管道和储存的要求。

所述氧-燃料燃烧工艺提供了一些构造，各有其优缺点。在一种构造中，将从氧化剂加热器出口流出的热烟道气分成主要物流和次要物流。然后将氧气与这些物流混合，将其再循环回到锅炉，作为主要氧化剂和次要氧化剂，用来降低火焰温度和保持对流传热所需的气体体积。

可以在若干位置将氧化剂引入锅炉系统中，通常在氧化剂和烟道气的混合物进入燃烧工艺之前对该混合物进行加热。在再循环的气体物流进入燃烧工艺之前，对所述再循环的气体物流进行各种烟道气处理工艺，这些工艺可以包括除去微粒物质，SO₂涤气以及减少水分的工艺。

在一种工艺的变体(温热再循环)中，立刻将离开氧化剂加热器的烟道气分成两股物流。一股物流首先通过如上所述的微粒去除、SO₂去除和水分去除操作，然后再在主要物流和排出到CPU的物流之间进行分流。另一股次要物流通过微粒去除工艺，然后以“温热”状态(大约400F)送回氧化剂加热器。

在常规的燃烧系统中，可以用来对燃烧氧化剂(即空气)进行加热的最广泛使用且最廉价的氧化剂加热器是交流换热氧化剂加热器(“空气加热器”或“空气预热器”)。

当储热介质周期性地旋转到较热的物流和较冷的物流中的时候，交流换热氧化剂加热器通过对流间接传热。在蒸汽发生装置中，使用一大堆紧密填充的波纹形钢板作为储存介质。在这些单元中，钢板或表面元件会旋转通过氧化剂(或空气)和气流，或者用旋转的管道引导氧化剂和气流通过固定的表面元件。

最常用的常规交流换热型氧化剂加热器是

型，其特征是包括圆筒形外壳以及转子，转子中装填了成束的加热表面元件，这些加热表面元件旋转通过逆流的氧化剂和气流。图1显示了在常规的

交流换热型氧化剂加热器中，用来使得主要氧化剂物流51和次要氧化剂物流52以及逆流的烟道气物流50流过的扇区的常规位置。如图所示，氧化剂从转子的一半流过，来自锅炉的气体出口的烟道气从另一半流过。另外，所述氧化剂侧(或“空气侧”)由两个扇区组成，一个扇区用于主要物流，一个扇区用于次要物流。

Counterman在其提交的美国专利申请第2006/0090468号(″Counterman″)中揭示了另一种常用的常规交流换热型氧化剂加热器扇区设置。Counterman的交流换热型氧化剂加热器适于以与热的烟道气流逆流的方式接受冷的氧化剂物流，使得冷的氧化剂和热的烟道气之间发生热交换，从而将冷的氧化剂转化为加热过的燃烧氧化剂。图2(现有技术)是同样用于Counterman中的具有常规扇区设置的氧化剂加热器转子的底部截面图。图中显示了主要氧化剂扇区61和次要氧化剂扇区62，相应的主要氧化剂和次要氧化剂物流通过这些扇区流向锅炉。所述主要扇区61和次要扇区62被扇区板63分隔，它们都与烟道气扇区60相邻，烟道气通过所述烟道气扇区60从锅炉流出。另外，所述主要扇区61和次要扇区62通过扇区板64和65与烟道气扇区60隔开。

在用于空气燃烧发电装置的常规交流换热型氧化剂加热器中，主要氧化剂物流(“或空气物流”)的一般压力高于次要空气物流和烟道气物流的压力。例如，主要氧化剂物流的常规压力约为+40英寸水柱(in.wg)，次要氧化剂物流的常规压力约为+20(in.wg)，来自锅炉的烟道气物流的压力约为-5(in.wg)。因此，在次要空气扇区和气体侧之间存在约+25英寸的空气压力的水柱差，这可能导致14％的氧化剂渗漏到气体侧中。另外，所述主要空气扇区与气体侧之间的压力梯度要大得多。

在使用例如上文所述的常规扇区设置的所有交流换热型加热器中，旋转的热交换器与相应的物流之间的压力差相结合，会造成空气(或氧化剂)侧与从锅炉输送热烟道气的气体侧之间的内在渗漏。

因此，图3所示的另一种已知的氧化剂加热器扇区设置将次要氧化剂物流72分成两股，其位置在与气体侧70相邻的两个次要空气扇区中。在此处，用来通过主要氧化剂物流的主要扇区71设置在两个次要扇区之间，以便可以最大程度将压力差减至最小，以力图减少泄漏和优化性能。

但是，在氧-燃料燃烧中，所有这些构造都会导致从氧化剂向气体侧的泄漏。另外，必须将大部分氧气加到氧气加热器的再循环的烟道气的上游，以便使离开氧化剂加热器的烟道气达到合理的烟道气温度。因此，任何泄漏都会导致到排出物流中的昂贵的氧气与再循环的气体损失，因此必须在空气分离单元(ASU)中进行另外的氧气生产，以便补偿所述损失，并且在浓缩的CO₂能够被处理之前，在压缩和纯化单元(CPU)中从产物气体除去另外的氧气。因为另外的氧气生产和除去的成本过高，存在将这种泄漏减至最少的需求。

当在氧-燃料燃烧中使用包括常规扇区设置的氧化剂加热器的时候，遇到的另一个问题是难以达到可以接受的排出气体温度。由于烟道气和氧化剂物流的温度高，可能很难(对于温热再循环特别明显)在氧化剂加热器排出口获得可以接受的气体温度。

另外，关于昂贵的氧气的损失以及氧化剂和烟道气的高温造成的问题使得难以获得平衡以下特性的的设计：能够在氧化剂加热器内实现可以接受的热交换，以及合理的氧化剂加热器排出气温度。

当试图实现此种平衡的时候，通常已知的步骤是在氧化剂加热器之前(即上游)将冷的氧化剂加入氧化剂流的物流中。但是，此种常规方法是不合乎需要的，因为从充氧的氧化剂物流进入锅炉烟道气物流中的泄漏会导致昂贵的氧气的损失。之所以造成氧气的损失是因为大部分氧气会在通向压缩过程的充氧的氧化剂物流中流动。另外，如果在氧化剂加热器之后将氧气加入所述主要或次要氧化剂物流中，则可以接受的氧化剂加热器设计变得更难以实现。

人们已采用的另一种力图减少泄漏、从而减少昂贵的氧气的损失的常用方法是在氧化剂加热器下游设置主要氧化剂风机。但是，此种方法始终效率低下。

另外，一种已知的使用交流换热型氧化剂加热器以消除内部泄漏，避免昂贵的氧气损失的替代方法是为次要和主要氧化剂物流使用昂贵的独立的主要和次要管式或板式预热器，从而将氧化剂侧和气体侧完全分离，使其不会发生泄漏。但是，尽管此种替代方法可能在空气燃烧应用中对于以工业锅炉规模的使用是合理的，但是在用于大型公用工程锅炉的时候不是有成本效益的。另外，独立的管式预热器所需的空间显著大于交流换热型氧化剂加热器和管式预热器，其容易随着时间的推移发生显著的内部泄漏，因此不可避免地造成氧化剂损失。

因此，很明显人们需要一种有成本效益的系统和方法，所述系统和方法能够结合交流换热型氧化剂加热器设计，将通常由于内部氧化剂加热器泄漏造成的昂贵的氧气的损失减至最少，还可以实现以下特性的可接受的平衡：氧化剂加热器内合理的热交换，氧化剂加热器排出的烟道气具有合理的温度。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种用于氧-燃料燃烧的有成本效益的系统和方法，所述系统和方法能够实现以下目的：能够采用交流换热型氧化剂加热器设计；将通常由于交流换热型氧化剂加热器(或者“空气加热器”或“空气预热器”)空气侧和气体侧之间的内部泄漏造成的昂贵的氧气的损失减至最少；同时有助于实现氧化剂加热器中的可接受的热交换以及合理的氧化剂加热器出口气体温度之间的平衡。本发明的另一个目的是与使用独立的空气加热器和/或管式空气加热器设计的装置相比，显著减少总体发电装置操作成本。本发明的另一个目的是通过减少经由主要和次要氧化剂再循环物流返回锅炉的再循环燃烧氧化剂中硫和水分的总量，改进输送到锅炉的气体组成。

为了实现本发明目的和消除现有技术的问题，本发明的系统和方法使用了一种非常规的新颖的交流换热型氧化剂加热器内部扇区设置，该设置利用了从具有低氧气含量的主要燃烧氧化剂物流(或“再循环气体物流”)进入从锅炉的气体出口流出的烟道气物流以及进入流向锅炉的充氧的次要燃烧氧化剂物流的泄漏。

本发明的一种优选的氧化剂加热器内部扇区设置包括：由扇区组成的烟道气侧，烟道气物流通过该扇区从锅炉的气体出口流出；以及逆流的燃烧氧化剂侧，其包括至少一个次要燃烧氧化剂扇区以及至少两个主要燃烧氧化剂扇区，充氧的次要燃烧氧化剂物流通过所述次要燃烧氧化剂扇区流向锅炉，具有较低的氧气含量(即大致等于烟道气物流的氧气浓度)的冷的主要燃烧氧化剂物流通过所述主要燃烧氧化剂扇区流向锅炉。

除了具有上述扇区设置的氧化剂加热器以外，本发明优选的系统包括主要氧化剂风机以及主要氧化剂混合器，所述主要氧化剂风机位于氧化剂加热器的上游，将主要氧化剂流加到氧化剂加热器中，所述主要氧化剂混合器位于氧化剂加热器的下游，将氧化剂(即氧气或空气)引入所述主要燃烧氧化剂物流中。

另外，本发明优选的方法包括以下第一步：提供具有上述内部扇区设置的氧化剂加热器。在冷的主要氧化剂物流(其静态气压大于所述次要燃烧氧化剂和烟道气物流的压力)通向锅炉的路径上进入氧化剂加热器之前，将所述冷的主要氧化剂物流分流，然后引导其流经至少两个独立的主要燃烧氧化剂扇区。

另外，优选的方法还包括以下步骤：当冷的主要燃烧氧化剂流经氧化剂加热器的时候，允许该冷的主要燃烧氧化剂泄漏到烟道气扇和至少一个次要氧化剂扇区中。在此实施方式中，增加了向主要氧化剂风机的流量，为氧化剂加热器提供额外的主要氧化剂流量，以补偿由于泄漏到烟道气和次要燃烧氧化剂物流中造成的流量损失的部分。该实施方式提供了另外的出人意料的优点，对温热再循环实施方式尤其有益。通过增大氧化剂流量(经由主要风机)，减少了对次要风机的需求，由于增加较冷的密度较大的气体流向主要风机的体积流量，并且减小由次要风机操作输送的较热的较轻的/密度较小的气体的体积流量，从而使总能量可以节省。一种优选的方法的最后一步是在氧化剂加热器下游的位置将氧化剂引入所述主要物流中。

在所附权利要求书中具体指出了作为本发明特征的新颖性的各个特点，这些特点形成本发明的一部分。为了更好地理解本发明、本发明的操作优点以及通过其应用达到的具体目的，参照附图和举例说明本发明的优选实施方式的描述部分。

附图简要说明

附图中：

图1是常规的现有技术的

类交流换热型氧化剂加热器(“空气加热器”或“空气预热器”)中的转子的透视图，其中显示主要和次要氧化剂物流以及烟道气物流流经的扇区的常规定位；

图2是Counterman提交的美国专利申请第2006/0090468号中显示的另一种常规的现有技术的交流换热型氧化剂加热器扇区设置的截面图，图中显示了主要扇区、次要扇区和烟道气扇区的定位；

图3是另一种常规现有技术的交流换热型氧化剂加热器扇区设置的截面图，其包括与烟道气侧相邻的两个次要扇区；

图4是本发明的交流换热型氧化剂加热器内部扇区设置的截面图；

图5是本发明的交流换热型氧化剂加热器内部扇区设置的截面图，图中显示了各氧化剂和烟道气物流的常规静态气压以及泄露的方向；

图6是本发明的交流换热型氧化剂加热器内部扇区设置的另一个实施方式的截面图；

图7是本发明的交流换热型氧化剂加热器内部扇区设置的另一个实施方式的截面图；

图8A是本发明的用于温热再循环氧-燃料燃烧系统构造的示意图，除了其他方面，图中还显示了氧化剂加热器、主要氧化剂风机和主要氧化剂混合器各自的位置等；

图8B是本发明的用于冷的再循环氧-燃料燃烧系统构造的示意图，除了其他方面，图中还显示了氧化剂加热器、主要氧化剂风机和主要氧化剂混合器各自的位置等；

图9是本发明的用于温热再循环氧-燃料燃烧的系统构造的示意图。

优选实施方式的说明

本发明涉及设计用于需要交流换热型氧化剂加热器的氧-燃料燃烧的系统和方法，其结合了新颖的交流换热型氧化剂加热器内部扇区设置以及主要氧化剂风机和主要氧化剂混合器的关键定位。

其中，本发明的系统和方法可以获得以下效果：将流到锅炉烟道气物流中的氧气的损失减至最少，同时为氧化剂加热器提供足够的冷的氧化剂流量，使得氧化剂加热器内能够实现合理的热交换，氧化剂加热器出口气体有合理的温度。另外，本发明的系统的方法部分地通过使用一种氧化剂加热器内部扇区设置(其能够允许显著量的从冷的主要燃烧氧化剂物流内部泄漏到烟道气物流和次要燃烧氧化剂物流中)来完成。

下面来看附图，图中用相同的编号表示相同或类似的元件，图4显示包括本发明的内部扇区设置的交流换热型氧化剂加热器10的截面图。其由被扇区板16隔开的烟道气侧11和燃烧氧化剂侧12组成。烟道气侧由单独的扇区组成，烟道气物流20(图8和图9所示)在离开锅炉的气体出口2的时候通过该单独的扇区从锅炉1流出(如图8和9所示)。燃烧氧化剂侧12包括两个主要燃烧氧化剂扇区14和一个次要燃烧氧化剂扇区13，它们各自被扇区板17隔开。所述主要和次要扇区14，13包含主要和次要燃烧氧化剂物流25，22(如图8和图9所示)，所述主要和次要燃烧氧化剂物流25，22在流向锅炉的路径上以对烟道气物流20逆流的方式流经所述主要和次要扇区14，13。

如图4所示，所述两个主要扇区14各自与氧化剂加热器10的烟道气侧11相邻，即邻接。另外，所述次要燃烧氧化剂扇区13设置在两个主要扇区14之间。

本发明为了达到该目的，很重要的是有至少两个主要燃烧氧化剂扇区14各自设置在与氧化剂加热器10的烟道气侧11相邻的位置。但是，如图7所示的氧化剂加热器内部扇区设置的另一个实施方式所说明，可以有超过两个的主要燃烧氧化剂扇区14。

类似地，可以如图7和图6所示，可以包括超过一个的次要燃烧氧化剂扇区13，所述图中显示了氧化剂加热器内部扇区设置的另一种实施方式。尽管可有超过一个次要扇区，但是很重要的是所有的次要扇区13都设置在与烟道气侧11邻接的两个主要扇区14之间，没有次要扇区13设置在与氧化剂加热器10的烟道气侧11相邻的位置。

为了描述本发明获得的益处以及本发明是如何发挥作用的，需要讨论主要氧化剂物流25、次要氧化剂物流22和烟道气物流20的氧气浓度以及静态气压。

如图5所示，在用于氧-燃烧发电装置的交流换热型氧化剂加热器中，主要氧化剂物流14的常规静态气压约为+40至+45英寸水柱(in.wg)，次要氧化剂物流13的常规静态压力约为+20至+25in.wg，来自锅炉1的烟道气物流11的常规静态压力约为-5至0in.wg。图5所示的这些静态气压是燃煤氧-燃烧发电装置的代表性压力，但是可以根据燃料以及设备的差异而变化，不应看作是绝对的。

因为是各扇区之间的压力差推动泄漏的，而且因为通常泄漏程度越高，则氧气损失越多，因此直观上是无法显而易见地了解到，最佳的内部构造是将较高压力的主要燃烧氧化剂物流25设置在与来自锅炉1的烟道气物流20相邻的位置以避免氧气的损失，因为这样的泄漏可能会显著高于常规的内部设置。但是，当考虑到各物流的常规氧气浓度的时候，这样做的原因就变得清楚了。

在一种氧-燃料燃烧系统中，次要氧化剂物流22的氧气浓度通常约为20.0％，通常大于主要氧化剂物流25和烟道气物流20的氧气浓度。加入另外的氧气之前，主要氧化剂物流25中的常规氧气浓度约为2.5％，烟道气物流20中的氧气浓度通常约为2.5％。

图8A是本发明一个实施方式的温热再循环系统100的示意图，其使用具有上述新颖的内部扇区设置的氧化剂加热器10。另外，除了其它的元件以外，本发明的系统100还包括主要氧化剂风机31，该主要氧化剂风机31设置在氧化剂加热器10之前(上游)，用来将主要氧化剂物流加入氧化剂加热器10中。其还包括主要氧化剂混合器32，其位于氧化剂加热器10之后(或下游)，用来将氧化剂注入所述主要氧化剂物流25中。通过所述主要氧化剂混合器32加入主要物流25的氧化剂优选是纯氧或接近纯氧。但是，也可以使用其它的氧化剂，例如空气或者烟道气与氧气的混合物。

从图5可以看到，流经主要和次要燃烧氧化剂扇区14、13的主要和次要氧化剂物流25、22之间的静态气压差约为+25in wg。因此，内部氧化剂加热器的泄漏将会是如箭头15b所示从未充氧的主要物流25泄漏入充氧的次要物流22中。而且，分别流经氧化剂加热器10的主要扇区14和烟道气侧11的主要物流25和烟道气物流20之间的压力差高(即+45至+50in.wg)，这会导致较大量的如箭头15a所示的从未充氧的主要物流25泄漏到未充氧的烟道气物流20中。因此，由于主要物流25具有非常低的氧气含量，大致等于烟道气物流20的氧气含量，而且基本上所有的泄漏都是从所述主要物流25泄漏到烟道气物流20和次要燃烧氧化剂物流22中，因此基本上不会发生氧气从物流22损失的情况。

因此，通过在下游设置主要氧化剂混合器32的系统中使用本发明的氧化剂加热器内部设置，由于泄漏只会是从高压和低氧化剂浓度的主要物流25泄漏到烟道气侧11和烟道气物流20中，确保不会造成昂贵的氧气的损失。

因此，本发明的一种优选的方法包括以下步骤：提供具有上述内部扇区设置的氧化剂加热器10；提供主要氧化剂风机31，其设置在氧化剂加热器10的上游，用来将主要氧化剂物流25加入氧化剂加热器10中；在冷的主要燃烧氧化剂物流向锅炉1的路径上进入氧化剂加热器10之前，将所述冷的主要燃烧氧化剂物流25分流；引导分流的主要燃烧氧化剂物流25流经两个独立的主要燃烧氧化剂扇区14。

本发明的一种优选的方法还包括以下步骤：允许来自流经两个主要燃烧氧化剂扇区14的主要燃烧氧化剂物流25的冷的主要氧化剂泄漏到烟道气侧11和次要燃烧氧化剂扇区13中；然后将氧化剂引入位于氧化剂加热器10下游的主要燃烧氧化剂物流25中。

另外，因为主要燃烧氧化剂物流25的流量小于次要燃烧氧化剂物流22的流量，而且因为主要物流25中的氧气量小得多，因此在氧化剂加热器10的下游将较冷的氧气注入主要物流25中对氧化剂加热器10的平衡(冷却和流动吸热的损失)影响最小，如果氧气在与主要氧气物流25混合之前进行预热，则其会减少其对粉碎机处获得用于煤炭干燥所需的主要氧气温度的影响。

因此，本发明的方法可以包括以下步骤：在将氧化剂引入主要燃烧氧化剂物流25之前，对氧化剂进行预热。

所述主要氧化剂风机31为主要氧化剂物流25提供了体积流量，这样该物流流经氧化剂加热器10。因此，由于从主要燃烧氧化剂物流25到烟道气物流20的大量内部泄漏，减少了从氧化剂加热器流出的主要氧化剂流向锅炉1的流量。因此，必须增大主要风机31的输出，以保持流向粉碎机4的主要氧化剂流量，以补偿内部泄漏的流量损失。

因此，本发明一种优选的方法还包括以下步骤：对主要氧化剂风机31增大功率，以提供额外的流向氧化剂加热器10的主要氧化剂流量。

下面来看图8所示的本发明的系统100，通过锅炉气体出口2离开锅炉1的烟道气物流20流经氧化剂加热器10的烟道气侧11。在通过氧化剂加热器10之后，从氧化剂加热器10排出的烟道气物流20的一部分21分流，形成次要氧化剂物流22以及中间烟道气物流23。

在烟道气物流20的一部分21分流的位置的下游提供微粒去除装置34，该装置用来从次要燃烧氧化剂物流22除去微粒物质，例如灰尘。刚好在微粒去除装置34的下游，本发明的系统包括次要氧化剂风机30，其位于氧化剂加热器10的上游，用来将次要氧化剂流加入氧化剂加热器10中。

另外，在次要氧化剂风机30下游和氧化剂加热器10的上游提供次要氧化剂混合器33，用来将氧化剂引入次要燃烧氧化剂物流22中。正如主要氧化剂混合器32的情况，通过次要氧化剂混合器33加到次要氧化剂物流22中的氧化剂优选是纯氧或接近纯氧。但是，也可以使用其它的氧化剂，例如空气或者烟道气与氧气的混合物。在另一个实施方式中，将次要氧化剂混合器33设置在次要氧化剂风机30的上游。

另外，本发明的系统还包括沿着中间烟道气物流23设置的气体质量控制系统(GQCS)单元35。所述GQCS可以包括微粒、硫和水分去除器件，用来处理经过的物流。在中间烟道气物流23经过GQCS单元35之后，该中间烟道气物流23分流形成所述主要燃烧氧化剂物流25以及通向压缩和纯化单元36的压缩和纯化(CPU)物流24。

最后，在通过氧化剂加热器10之后，主要燃烧氧化剂物流25流到煤炭粉碎研磨机4，在所述粉碎研磨机4处对煤炭进行干燥，并将其输送到燃烧器8，然后进入燃烧过程。另外，在次要燃烧氧化剂物流22通过氧化剂加热器10之后，其流向与锅炉1相连的风箱3，然后进入燃烧器8，排入燃烧过程。

因此，本发明的一种方法可以包括以下另外的步骤：提供次要氧化剂风机30，其设置在氧化剂加热器10的上游，用来将次要氧化剂物流22加到氧化剂加热器10中；在氧化剂加热器10的上游和次要氧化剂风机30的下游的位置提供次要氧化剂混合器33，用来将氧化剂引入次要燃烧氧化剂物流22中。

另外，本发明的方法可以包括以下另外的步骤：将从氧化剂加热器10排出的烟道气物流20的一部分21分流，形成次要燃烧氧化剂物流22和中间烟道气物流23；在次要氧化剂风机30的上游的位置，沿着次要燃烧氧化剂物流22提供微粒去除单元34；在中间烟道气物流23上提供GQCS单元35；在中间烟道气物流23通过GQCS单元35之后，将该中间烟道气物流23分流，形成主要燃烧氧化剂物流25和通向压缩和纯化(CPU)单元36的CPU物流24。

最后，本发明的方法还可以包括以下的另外的步骤：在次要燃烧氧化剂物流22通过氧化剂加热器10之后，引导其到风箱3；在主要燃烧氧化剂物流25通过氧化剂加热器10和氧气混合器32之后，引导其到煤炭粉碎机4。

使用上述本发明的系统100和方法，提供了优于用于温热再循环氧-燃料燃烧的常规现有技术系统的一些优点。

本发明的系统和方法不仅能够如上文所述防止氧气从工艺过程损失，还能够从主要燃烧氧化剂物流25对氧化剂加热器10提供足够的冷的主要燃烧氧化剂，其与充氧的次要氧气物流22一起，使得氧化剂加热器10出口气体能够获得可以接受的温度。

另外，与其它常规的系统相比，本发明还可以减少所需的总风机功率。参见图8A，用所述主要风机31调节流向氧化剂加热器10的主要燃烧氧化剂物流25，以达到所需的流向煤炭粉碎机4的主要出口流量。如上文所述，由于内部泄漏的结果，流向氧化剂加热器10的主要入口流量高于出口流量。需要补偿泄漏造成的流量体积损失，需要增大主要风机31的功率，以提供另外的流量。另外，通过ID风机27的流量将会由于氧化剂加热器10内的泄漏而增加。

但是，由于次要物流22将会由于泄漏而获得来自主要物流25的流量，所以与所需的出口流量相比，流入氧化剂加热器10中的次要燃烧氧化剂流量22减少。这会导致次要氧化剂(或强制气流)风机30的功率要求减少。因为次要风机30通常在大约等于或高于350F的温度下操作(温热再循环实施方式)，而主要风机31和ID风机27通常在约等于或低于150F的温度下操作，所述主要物流25和中间物流23比次要物流22冷得多，因此ID风机27和主要风机31的功率增加可小于温热次要风机30中的功率减少，导致净的节能，取决于内部泄漏的大小。(见表1、表2和图9)。

在温热再循环实施方式中，一些较高的主要物流也会泄漏到排出气侧，会导致通向涤气器和水分去除设备的流量增加，导致通过主要再循环物流14返回锅炉1的总硫和水分的量减少。流向CPU单元36的最终物流在大小和组成上将会保持不变。

另外，使用本发明的系统和方法也可以减少锅炉1内的硫和水分。由于发生显著的内部氧化剂加热器10的泄漏，分流形成主要物流25和CPU物流24的中间烟道气物流23中的流量增大。在温热再循环工艺中，所述次要燃烧氧化剂物流22通过微粒去除单元，次要风机30，然后按规定路径直接返回氧化剂加热器10，从氧化剂加热器10流到与锅炉1相连的风箱3，而不进行硫或水分的去除。但是，所述中间体烟道气物流23通过GQCS单元35中的微粒、硫和水分去除装置。因此，通过GQCS单元35的流量大于其它的情况。

因为增大了输送到氧化剂加热器的主要氧化剂物流25的主要流量，以弥补泄漏，而且因为已从该物流中除去硫和水分，象由于来自主要物流25的内部泄漏，离开氧化剂加热器10的气体中的硫和水分减少一样，返回锅炉1的硫和水分的总量相对于减少。换句话说，因为对更多的气体进行处理以除去硫和水分，并因为流向CPU单元36的流量不变，再循环氧化剂物流22、25中的总的水分和硫的量较低，导致锅炉1中的浓度较低。

另外，如果确定氧化剂加热器10的尺寸，使得转化为完全空气燃烧不需要改变氧化剂加热器10的外壳，但是可能需要常规地改变折流和篮(通常仅用于第一种用途)，可以在进行相对简单和廉价的内部变化(如果需要的话)的情况下将本发明的设计转化为完全空气燃烧。

因为本发明的系统和方法允许使用交流换热型氧化剂加热器，减少了装置投资费，这是因为交流换热型氧化剂加热器的成本低于独立的管式氧化剂加热器，并且所需的空间小得多。另外，因为使用本发明的系统和方法显著减少昂贵的氧气损失，并且在许多应用中减少总的风机功率要求，因此本发明的系统和方法能够减少装置的操作成本。

下表1和表2显示了与独立的主要和次要氧化剂加热器相比，当使用本发明的时候，对氧气和风机功率的近似估算值。另外，图9显示了与使用独立的主要和次要氧化剂加热器的情况相比，采用本发明的温热再循环氧-燃料燃烧的系统的氧化剂加热器平衡。

表1和表2以及图7中的计算是基于以下假设：从主要氧化剂物流25泄漏到烟道气物流20和次要氧化剂物流22中的内部泄漏分别为20.0％和15.0％。该假设的泄漏是当主要氧化剂物流25的压力为+45in.wg，当次要氧化剂物流22的压力为+25in.wg，而烟道气物流20的压力为0in.wg的时候预计的情况。

如表1、表2和图7所示，使用本发明可以得到优于独立的主要和次要氧化剂加热器的以下优点。在一个方面，本发明允许使用单独的交流换热型氧化剂加热器。另外，节省的昂贵的氧气的量是约1.19公吨/小时。另外，当采用本发明的时候，所需的总风机功率减少约50.2千瓦能量。另外，输送到锅炉的主要和次要再循环物流中的硫和水分的总含量会显著降低。其结果是，与使用常规系统的情况相比，使用本发明显著减少装置投资费以及装置操作成本。

下面来看图8B，图中显示了另一种系统构造的实施方式，其被称作冷再循环。在此实施方式中，烟道气物流21在GQCS之后分流，从而在分流成主要物流23和次要物流25之前对所有再循环流进行GQCS处理。图中显示了次要氧化剂混合器33A的另一种定位。

尽管已经显示和详细描述了本发明的一些具体实施方式，以说明应用本发明的原理，但是需要理解，可以在不偏离这些原理的情况下，以其它的方式来具体表现本发明。

表1

情况1：主要扇区与气体侧相邻，在空气预热器之后加入氧气-没有通向CPU的损失

SPSOH-独立的主要和次要氧化剂加热器

表2

风机功率比较

Claims (20)

1.一种氧化剂加热器内部扇区设置，其包括：

由扇区构成的烟道气侧，当具有一定气压的烟道气物流离开具有气体出口的锅炉的气体出口的时候，所述烟道气物流从所述锅炉流出，流经该扇区；以及

逆流的燃烧氧化剂侧，所述燃烧氧化剂侧由以下部分组成：

至少一个次要燃烧氧化剂扇区，充氧的次要燃烧氧化剂物流通过该次要燃烧氧化剂扇区流向锅炉，所述次要燃烧氧化剂物流具有一定的气压；以及

至少两个主要燃烧氧化剂扇区，加压的冷的主要燃烧氧化剂物流通过该主要燃烧氧化剂扇区流向锅炉，所述主要燃烧氧化剂物流的气压大于所述次要燃烧氧化剂物流以及所述烟道气物流的气压；

其中，所述至少两个主要燃烧氧化剂扇区中的两个扇区设置在同时与所述烟道气侧以及所述至少一个次要燃烧氧化剂扇区相邻的位置；以及

所述至少一个次要燃烧氧化剂扇区设置在所述至少两个主要燃烧氧化剂扇区之间。

2.如权利要求1所述的氧化剂加热器内部设置，其包括两个次要燃烧氧化剂扇区。

3.如权利要求1所述的氧化剂加热器内部设置，其特征在于，所述主要燃烧氧化剂物流的气压为+40至+45英寸水柱，所述次要燃烧氧化剂物流的气压为+20至+25英寸水柱，所述烟道气物流的气压为0至-5英寸水柱。

4.如权利要求2所述的氧化剂加热器内部设置，其包括三个主要燃烧氧化剂扇区。

5.一种再循环氧-燃料燃烧的系统，其包括：

氧化剂加热器，其用来再循环来自锅炉的废热，以及对来自所述锅炉的烟道气进行冷却，所述氧化剂加热器具有权利要求1所述的内部设置；

主要氧化剂风机，其位于所述氧化剂加热器的上游，用来将主要氧化剂流加入所述氧化剂加热器中，

主要氧化剂混合器，其设置在所述氧化剂加热器的下游，用来将氧气引入所述主要燃烧氧化剂物流中。

6.如权利要求5所述的再循环氧-燃料燃烧的系统，其特征在于，所述氧化剂加热器包括两个次要燃烧氧化剂扇区。

7.如权利要求5所述的再循环氧-燃料燃烧的系统，其特征在于，引入所述主要燃烧氧化剂物流中的氧气是较纯的氧气。

8.如权利要求5所述的再循环氧-燃料燃烧的系统，其特征在于，所述主要燃烧氧化剂物流的压力为约+40至+45英寸水柱，所述次要燃烧氧化剂物流的压力约为+20至+25英寸水柱，所述烟道气物流的压力约为0至-5英寸水柱。

9.如权利要求5所述的再循环氧-燃料燃烧的系统，该系统还包括：

次要氧化剂风机，其位于所述氧化剂加热器的上游，用来将次要氧化剂流加入所述氧化剂加热器中；

次要氧化剂混合器，其位于所述氧化剂加热器的上游和所述次要氧化剂风机的下游，用来将氧化剂引入所述次要燃烧氧化剂物流中。

10.如权利要求5所述的再循环氧-燃料燃烧的系统，该系统包括三个主要燃烧氧化剂扇区。

11.如权利要求7所述的再循环氧-燃料燃烧的系统，其特征在于，氧气被引入所述主要燃烧氧化剂物流中，在引入之前，所述氧气进行了预热。

12.如权利要求9所述的再循环氧-燃料燃烧的系统，其特征在于，所述次要氧化剂风机在至少300°F的温度下操作，所述主要氧化剂风机在等于或低于170°F的温度下操作。

13.如权利要求12所述的再循环氧-燃料燃烧的系统，其特征在于，在通过所述氧化剂加热器之后，所述次要燃烧氧化剂物流流向与所述锅炉相连的风箱，在通过所述氧化剂加热器之后，所述主要燃烧氧化剂物流流向煤炭粉碎机。

14.如权利要求13所述的再循环氧-燃料燃烧的系统，该系统还包括：

微粒去除单元，其位于所述次要氧化剂风机的上游，用来从所述次要燃烧氧化剂物流除去微粒物质；

气体质量控制系统，其位于中间烟道气物流上；以及

所述烟道气物流的一部分从所述氧化剂加热器排出，使所述部分分流，形成所述次要燃烧氧化剂物流以及所述中间烟道气物流，

其中，在通过所述气体质量控制系统之后，使所述中间烟道气物流分流，形成所述主要燃烧氧化剂物流，以及通向压缩和纯化单元的排出物流。

15.一种将氧-燃料燃烧系统中的氧气损失减至最少，同时在氧化剂加热器中实现可以接受的热交换，以及合理的氧化剂加热器排出气体温度的方法，该方法包括以下步骤：

提供氧化剂加热器，其具有内部扇区设置，该内部扇区设置包括烟道气侧以及逆流的燃烧氧化剂侧，所述烟道气侧由扇区组成，当具有一定气压的烟道气物流离开具有气体出口的锅炉的气体出口的时候，所述烟道气物流从所述锅炉流出，流经该扇区，所述逆流的燃烧氧化剂侧由至少一个次要燃烧氧化剂扇区以及至少两个主要燃烧氧化剂扇区组成，其中，具有一定气压的充氧的次要燃烧氧化剂物流通过所述至少一个次要燃烧氧化剂扇区流向所述锅炉，所述至少两个主要燃烧氧化剂扇区中的两个设置在与所述氧化剂加热器的所述烟道气侧相邻的位置，所述至少一个次要燃烧氧化剂扇区设置在所述至少两个主要燃烧氧化剂扇区中的所述两个之间；

提供主要氧化剂风机，其位于所述氧化剂加热器的上游，用来将主要氧化剂流加入所述氧化剂加热器中；

在冷的主要燃烧氧化剂物流通向锅炉的路径上、进入所述氧化剂加热器之前，将冷的主要燃烧氧化剂物流分流，所述冷的主要燃烧氧化剂物流的气压大于所述次要燃烧氧化剂物流和所述烟道气物流的气压；

引导所述分流的主要燃烧氧化剂物流流经所述至少两个独立的主要燃烧氧化剂扇区；

允许流经所述至少两个主要燃烧氧化剂扇区的主要氧化剂泄漏到所述烟道气扇区以及所述至少一个次要燃烧氧化剂扇区中；

增大所述主要氧化剂风机的功率，以便为所述氧化剂加热器提供额外的主要氧化剂流量；

在所述氧化剂加热器的下游，将氧气引入所述主要的燃烧氧化剂物流中。

16.如权利要求15所述的方法，所述方法还包括：

提供次要风机，其位于所述氧化剂加热器的上游，用来将次要氧化剂流加入所述氧化剂加热器中；

提供次要氧化剂混合器，其位于所述氧化剂加热器的上游和所述次要氧化剂风机的下游，用来将氧化剂引入所述次要燃烧氧化剂物流中。

17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述主要燃烧氧化剂物流的气压约为+40至+45英寸水柱，所述次要燃烧氧化剂物流的气压约为+20至+25英寸水柱，所述烟道气物流的气压约为0至-5英寸水柱。

18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述次要氧化剂风机在至少300°F的温度下操作，所述主要氧化剂风机在等于或低于170°F的温度下操作。

19.如权利要求17所述的方法，所述方法还包括：

在所述次要燃烧氧化剂物流通过所述氧化剂加热器之后，将所述次要燃烧氧化剂物流引入与所述锅炉相连的风箱；以及

在所述主要燃烧氧化剂物流通过所述氧化剂加热器之后，使所述主要燃烧氧化剂物流通向与所述锅炉流体连通的煤炭粉碎机。

20.如权利要求19所述的方法，所述方法还包括：

将从所述氧化剂加热器排出的所述烟道气物流的一部分分流，形成所述次要燃烧氧化剂物流以及中间烟道气物流；

沿着所述次要燃烧氧化剂物流，在所述次要氧化剂风机上游的位置，提供微粒去除单元；

在所述中间烟道气物流上提供气体质量控制系统；

在通过所述气体质量控制系统之后，将所述中间烟道气物流分流，形成所述主要燃烧氧化剂物流，以及通向压缩和纯化单元的排出物流。

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