CN1099001C - 在发电厂的炉中悬架燃料的装置和为发电厂提供热能的系统和方法 - Google Patents

在发电厂的炉中悬架燃料的装置和为发电厂提供热能的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及向发电厂提供热能的系统，其中，将未经加工成木屑或木块的基本完整树木用作燃料。在燃烧室中，叠层冷却炉栅悬架所述基本完整树木。冷却炉栅是由一根上部管和至少一根在所述上部管垂向下面的下部管叠放而形成的。为冷却所述叠层冷却炉栅向所述叠层冷却炉栅的管供水。

Description

悬架燃料的装置和为 发电厂提供热能的系统和方法
本发明涉及在发电厂中为发电而提供热能的系统，并涉及在燃烧室中悬架燃料的高压、水冷叠层管冷却炉栅。
目前为满足未来电能需求的最经济的发电方案是燃煤发电厂。核电由于其昂贵的建设费用，并不是最近的将来的一种经济的发电方式。另外，水电在国家的许多区域也不能大量发展，燃油、燃气发电的成本上升而失去竞争力。因此，燃煤发电厂，尽管防治污染成本昂贵，已经成了发电的主力。
燃烧木材的发电厂是一种有环境及成本效益的替代技术。不断生长的燃料用树木是获取和储存太阳能的最清洁的形式。另外这种资源是国内的，可以100％地更新。在美国应用木材发电的最大发电厂在佛蒙特州的伯灵顿。
但是，普通的燃烧木材的发电厂是使用加工成木屑、木片、木粒、木粉及其它形式的木材。由于为发电将树木加工成适当的形式的成本较高，因而普通的燃烧木材的发电与煤、水、核等其它发电能源相比没有竞争力。另外，上述经过加工的木材送入炉栅上方的炉内时燃烧迅速，常常处于悬浮状态。为了向发电厂的锅炉提供恒定和稳定的热源，经过加工的木材必须以精确控制的速率送至炉内。
美国专利第4,706,645号公开了一种木材燃烧的技术方案，该专利在本说明书中用作参考文献。在该专利中，基本完整的树木可用作燃料。虽然减少了为发电厂将树木加工成适当形式而引起的成本，但是却带来了在燃烧室中支承基本完整的树木的问题。在炉中支承树木的炉栅必须加以冷却以避免因炉中高温而造成的损害。用来支承固体燃料的水冷炉栅一般是铸造的，并且在炉内连续地移动或运行。这种炉栅一般设计用来支承大约6英寸的固体燃料，而且不具备支承厚的一层完整树木的强度，也不能承受大型蒸汽发生炉的高压和流动状况。
本发明的目的是提供一种在发电厂中用于支承基本完整树木的高压、水冷叠层管冷却炉栅。这种炉栅在一种系统中使用，该系统使用基本完整的树木作燃料以取代普通的加工木材来发电，因此无需将木材加工成小而均匀的木块或颗粒。
本发明的另一个目的是提供一种为发电厂提供发电热能的系统和方法。
按照本发明的第一方面，提供一种在发电厂的炉中悬架燃料的装置，包括：一个用于支承所述燃料的支承装置，所述支承装置由多个水冷却管束构成；以及供水装置，其用于向所述支承装置的所述水冷却管束供水，使所述水冷却管束被通过水冷却管束的循环水冷却，其特征在于：所述水冷却管束中的至少有些是通过将一根上部管叠放在至少一根在所述上部管垂向下方的下部管上形成的。
按照本发明的第二方面，提供一种为发电厂提供热能的系统，包括：限定一个燃烧室的装置，在所述燃烧室内燃烧基本完整的树木；将所述基本完整的树木送入所述燃烧室以便燃烧的输送装置；将所述基本完整的树木从所述输送装置投入所述燃烧室的投送装置；用于吸收所述基本完整的树木燃烧热的吸热装置，所述吸热装置适于在工作中与将所吸收的热转变成电力的装置相连接；以及用于在燃烧过程中在所述燃烧室中悬架所述基本完整的树木的装置，所述悬架装置包括：一个用于支承所述燃料的支承装置，所述支承装置由多个水冷却管束构成；以及供水装置，其用于向所述支承装置的所述水冷却管束供水，使所述水冷却管束被通过水冷却管束的循环水冷却，其特征在于：所述水冷却管束中的至少有些是通过将一根上部管叠放在至少一根在所述上部管垂向下方的下部管上形成的。
按照本发明的第三方面，提供一种为发电厂中提供发电热能的方法，包括以下步骤：向燃烧室供送未切割和未修整的基本完整树木；在所述燃烧室中，在叠层冷却炉栅上形成一层所述基本完整树木层；在所述燃烧室的第一燃烧区中燃烧所述基本完整树木层，使所述基本完整树木中的可挥发气体挥发到所述第一燃烧区上方；在所述基本完整树木层上方的第二燃烧区中燃烧所述挥发气体，所述第二燃烧区的温度高于所述第一燃烧区的平均温度；在所述基本完整树木层下方的第三燃烧区中燃烧来自所述第一燃烧区的木炭；控制所述基本完整树木层的燃烧温度；控制在燃烧的树木下面的空气流动速率；在所述燃烧室下方的蒸汽发生器的锅炉部分中吸收燃烧热；以及在燃烧过程中，循环流过所述叠层冷却炉栅的水，以便冷却所述叠层冷却炉栅。
现在对照以下附图详述本发明的实施例，进一步阐明本发明的目的，特征和其它方面。
图1是使用本发明的发电厂的一个实施例的外观示意图，部分剖开的表示干燥房的内部。
图2是按照第一推荐实施例的炉、锅炉和燃料供给设备的剖视图。
图3是按照第二推荐实施例的燃烧室的示意图。
图4是沿图2和3中4-4线的侧视图。
图5是图4所示管组中的三根管的详图。
图6是沿图2和3中6-6线的剖视图，表示水冷支承梁的一个管束。
图7是多个水冷支承梁的立体图。
图8是沿图2和3中8-8线的侧视图，表示管组和投送开口。
图9是图2和3所示的炉、锅炉和燃料供给设备中水的循环回路图。
图10是按照第三推荐实施例的发电厂的炉、锅炉和燃料供给设备的剖视图。
图11是图10所示炉、锅炉和燃料供给设备中水的循环回路图。
图12是按照第四推荐实施例的燃烧室的示意图。
图13是一剖视图，表示按照第五推荐实施例的炉、锅炉、燃料供给设备和水循环。
图14是图13所示炉、锅炉和燃料供给设备中水的循环回路图。
图15是一次流过、超临界通用压力系统的水回路图，表示另一种可能的设计结构。现在参阅图1，图1表示一发电厂的推荐实施例的外观，其中使用了按照本发明的基本完整树木燃烧系统。术语“基本完整树木”、“完整树木”或“树木”，在本说明书中用于发电厂燃料以区利于一般经过加工的木屑、木片、木粉、木颗粒等，其意思是指以森林中砍伐下来的形式使用的木材。当然，这些术语包括为了运输而经过去枝或稍许修整的木材；在向发电厂运输或在送至炉的过程中已折断的木材；或者已经过简单分段如分成二部分或三部分的木材。
一般来说，树木可以是相当大的，例如，平均三百磅或更重，长于四十英尺。最好使用直径较大，例如6英寸或6英寸以上的树木。上述较大的树木燃烧时可以较为稳定、缓慢地气化或挥发，即在燃烧时由树木放出气体。这种气体然后在燃烧室中燃烧的树木上方的区域中燃烧，这可以认为是一个第二燃烧区。气体能够在比树木堆平均温度更高的温度下燃烧。
对气化或挥发及其后的气体燃烧的控制是按照本方法对树木燃烧的控制的一个组成部分。当基本完整的树木燃烧时，在树木外表面逐渐形成暗的木炭层。在树木内部的未燃烧的部分称为“白木”。树木的白木部分一般保留一定程度的水份，当树木继续燃烧时，这些水份和其它碳氢化合物材料一起最终被气化或挥发。当对燃烧不作调节，对燃烧的树木不限制氧气供应时，树木会迅速燃烧，白木中的水份和其它碳氢化合物材料会很快地挥发。由于燃烧中有氧气供给，这些气体一经释放便几乎立即在树木表面烧掉。因此，当燃烧中的树木易于获得氧气时，挥发的气体在从树木放出后快速燃烧，不能实现在第二燃烧区利用挥发气体带来的效益。但是在本方法中，对燃烧室的供氧受到控制，使得挥发气体在第一燃烧区不能完全烧掉。因此，从燃料堆放出并进入第二燃烧区的挥发气体是以受控方式燃烧的。使燃烧分成二个阶段，使最后的燃烧是以气态形式进行的，没有固体颗料的遮掩，因而很象天然气的燃烧，使气体与稍许过量的空气能够进行十分有效的燃烧。挥发的速率取决于许多参数，其中包括树木中的水份含量，燃烧中的树木的温度，以及树木的尺寸等。一般来说，最好用直径大于四英寸的较大的树木，这是由于在燃烧时，其白木比例较大，即不会迅速燃烧，更容易进行控制。任何种类的树木或多种不同树木的混合适用于本方法。可以使用灌木和森林中淘汰的树木。但是，绿色针叶树或常绿树不太理想，这是由于干燥的针剌会引起搬运上的问题。
发电厂可以设计得具有任意的发电容量，包括本说明书描述的400兆瓦发电厂。对于燃烧完整树木的系统来说，大于10兆瓦的发电厂经济效果更好。
发电厂厂房1位于中间，它包括一个炉，一个锅炉和其它将完整树木向炉输送的设备。发电厂厂房还包括普通发电机，它将热能变成电能，例如产生蒸汽，驱动汽轮机。
干燥房2和3对称地紧靠发电厂厂房两侧布置。运至发电厂作为燃料的完整树木4储存在干燥房2和3中，基本为从森林中砍伐和运输后的样子，其目的是减少完整树木中所含的水份，使其更适于燃烧。
干燥房2和3中设有干燥设备，用于向干燥房中供送干燥空气。干燥空气可以通过各种方式引入干燥房。可以利用炉/锅炉和/或废气加热空气。因为一般发电厂中的热交换系统不能将炉产生的所有热能转变成电能，因此未转换的余热可以部分用于干燥树木。当使用炉和锅炉系统的废热时，使用发电厂厂房1的废热向干燥装置供应80°F至140°F的热水，例如通过图1虚线所示的管路61。干燥装置包括多个风扇，其中一个风扇标为63，这些风扇沿干燥房底部一侧布置、风扇63将外界空气抽入房中，沿管路61通过热交换器，从而加热空气。被加热的空气横向通过干燥房并穿过储存的树木，通过干燥房2和3底部另一侧布置的孔65排出，房2中画出了其中的一个孔65。加热干燥空气的另一种方法是使用废气。由燃烧矿物燃料的废气中的酸浓度，大多数系统不使用低于大约300°F的废气，因而这种气体被认为是废热，可以用于干燥。加热空气用的热交换器的实际布置可以取决于厂房的布局和出于经济上的考虑而有所变化。刚才参阅图1描述了一个实例。另一种方案可以在发电机房中设置一个大型热交换器，将加热的空气吹送进干燥房中。上述任何向干燥房供送干燥空气的方法可以单独使用，也可以用其它方法相结合使用。本发明并不局限于任何具体的加热空气方法和供送系统。
在本实施例中，完整树木4一般要在干燥房2和3中储存30天。加热空气最好从底部向上穿过储存的树木堆，以便向上带走水份。由于干燥房的相对湿度受许多因素影响，因而所发生的干燥可以通过进入树木堆的加热空气的相对湿度与流出树木堆的空气的相对湿度相比较而得到最好的说明。在堆底的干燥、加热空气的相对湿度最好小于2％，温度最好为130°F。向上穿过树木堆的加热空气带走水份，受到冷却，因此，在顶部从树木堆流出的空气的相对湿度为70％，温度为大约76°F。在树木堆中间的相对湿度最好为大约35％。在400兆瓦发电厂中，每个干燥房可为3000英尺长，储存面积大约为5英亩。
输送带5安装在干燥房2和3中，并伸入发电厂厂房1的炉区中。输送带5将完整树木4从外界送入干燥房中的适当位置以便储存，或者从干燥房送入发电厂厂房1中的炉区以便将树木送向炉。
完整树木没有象普通燃烧木材的发电厂中使用时那样被加工成木屑、木片、木尘、木粉、木粒或其它形式。完整树木基本保持供应时的样子，被送入炉中作为燃料，每件的平均重最好大于300磅。
现参阅图2，图2表示按照本发明第一推荐实施例的炉/锅炉系统，可以说燃烧室10具有三个燃烧区或三个燃烧阶段。第一燃烧阶段是使木材燃烧和挥发。最初的燃烧发生在燃烧区11中，燃烧区11是由炉壁12形成的，炉壁12以普通的方式砌衬，有水平的木材支承结构，最好是叠层冷却炉栅100。按照第一推荐实施例，叠层冷却炉栅100具有多个水平的水冷支承梁106，图2中仅画出其中之一。
在工作中，基本完整树木4被送到炉栅100上，形成在第一燃烧区11中燃烧的燃料层。树木层的燃烧使树木挥发气体，气体在树木层上方燃烧，称为第二燃烧区11A或第二燃烧阶段，其温度高于燃烧的树木的平均温度。叠层冷却炉栅100在相邻的梁106之间具有间隙，其结构下文将详述。完整树木在燃烧区11燃烧形成的木炭通过炉栅100的间隙落入第三燃烧区15。第三燃烧区15是由炉壁12的一部分和向下倾斜的底壁16形成的。底壁16的中心孔17与排灰道18相连接。灰烬通过中心孔17和排灰道18排出以便处置。
燃烧木材的第一燃烧区11形成一个从木材挥发出的气体燃烧的第二燃烧区11A，也可称为挥发燃烧区。木材的燃烧也产生一个第三燃烧区15，由燃烧的木材形成的木炭通过炉栅100的间隙落入第三燃烧区15，然后进行第三燃烧阶段。第二燃烧区也可称为“火上”区，第三燃烧区也可称为“火下”区。
一次空气进口33设置在第一燃烧区11的叠层冷却炉栅100之下的第三燃烧区15的炉壁12上。在一般的操作中，大约700°F的空气通过空气进口33水平地送入。通过空气进口33供送的空气控制由炉栅100支承的树木4层的燃烧温度。通过升、降空气的流动速率和/或空气的温度，可以升、降树木4层的燃烧温度。树木4层在炉栅100上方至少有3英尺高，最好至少12英尺高，这取决于发电厂的额定功率。一对二次空气进口34对称地设置在第一燃烧区11上方的炉壁12上。在一般操作中，控制在大约700°F的空气以活动的向下倾斜的方向送入第一燃烧区，使空气有效地与其它气体混合，并送至木材层上方的区域，以便控制释放出的气体的燃烧温度，即，第二燃烧区的温度。通过进口33和34供送的空气的流动速率和温度是用普通方式控制的。在第一燃烧区11中燃烧的燃料的温度最好在2200°F左右，在第二燃烧区11A中燃烧的气体的温度最好为2700°F左右。
在第一燃烧区11的炉壁12上对称地形成一对树木投送口19，以便将基本完整的树木送入炉中。每个树木投送口19设有可使其开、闭的门20。门20的运动由一个门提升器21操纵，门提升器21包括曲柄22和杆23，它们连接于驱动装置24。当驱动装置24被启动时，门提升器21使门上、下移动。
基本完整的树木由拖曳输送带5从干燥房2和3运至炉的树木投送口19附近。输送带5将完整树木4在高于树木投送口19的高度送向炉。料槽送料器25具有一根可伸展的杆26和一个板部27，将输送带5上的完整树木沿垂直于输送带5运动方向的水平方向将树木推下输送带5，落入投送口19附近的料槽28。料槽28的一侧是由门20限定的，而另一侧是由油缸送料器29限定的。料槽28的上部开口是具有一个盖31的树木供送进口30。盖31是由限定投送口19的炉壁12的水平延伸部分可转动地支承的。树木供送进口30由连接于盖31的一个操纵驱动器32打开和闭合。
当完整树木4从输送带5送入料槽28时，树木供送进口30打开而门20闭合，油缸送料器29处于远离投送口19的最缩回位置。当料槽装有基本完整树木4后，供送口30闭合，门20打口，油缸送料器29启动，将完整树木从料槽28通过投送口19推入第一燃烧区11。完整树木以这种方式成批地从料槽28送入炉中。
完整树木4交替地从炉每侧的投送口送入炉中，因此，第一燃烧区11的整个区域均匀地用于燃烧。任何普通的机构都可用来开始树木的燃烧。燃烧一旦开始，就将用作使树木开始燃烧的机构的已燃烧的树木送入炉中。
锅炉部分40安装在燃烧室10的上方，因此，由基本完整的树木的燃烧，特别是树木挥发或气化气体的燃烧所产生的热能可以有效地生产蒸汽。所生产的蒸汽被送至发电机(图2中未画出)。发电机将蒸汽的热能转变成电能。锅炉部分40和发电机属于现有技术，这里不再赘述。也可以使用将热能转变成电能的其它系统。
虽然图2所示实施例具有第一燃烧区11，第二燃烧区11A和第三燃烧区15，但是也可以具有更多燃烧区。图3表示按照本发明第二推荐实施例的四个燃烧区的结构，在第一燃烧区11和第三燃烧区15之间增设一个直接燃烧区或称第四燃烧区50。第四燃烧区50由炉壁12包围，并具有一个带中心孔52的向下倾斜的炉栅51。在炉壁12上也设有空气进口53，在第四燃烧区50中水平地供送空气。
在这种四燃烧区的燃烧室结构中，相邻梁106之间的间隙足够大，以便使基本完整树木4燃烧所形成的木炭能够落入第四燃烧区50。在第四燃烧区50中，木炭燃烧，形成更小的木炭和灰粒，通过炉栅51和中心孔52落入燃烧区15而完全烧成灰烬。
在各燃烧区的燃烧中的燃料温度最好大约是：第一燃烧区11为2000°F至2400°F，第四燃烧区50为1500°F，第三燃烧区15为650°F至900°F。在第一燃烧区11上方的第二燃烧区11A中的燃烧气体大约为2400°F至2800°F。
由于如此高的燃烧温度，在第一燃烧区11中支承树木的炉栅必须加以冷却以免高温引起的损坏。在本发明中，由于给水是从处于饱和温度和全压力的锅炉循环的，叠层冷却炉栅必须能够承受高压。在叠层冷却炉栅100中的给水大约为680°F和2520磅/平方英寸。上述参数使冷却炉栅100上的大约为650°F至700°F的燃烧空气和炉栅中大约为680°F的水之间能够形成有利的温度平衡。
现在参阅图2和3中所示的叠层冷却炉栅100。叠层冷却炉栅100与两垂向延伸的水壁102，104连为整体，水壁102，104设置在第一燃烧区11中相对侧的炉壁12上。水壁102构成基本在第一平面上布置的第一管组，水壁104构成基本在第二平面上布置的第二管组。水壁102，104是由许多焊接的管构成的(图2和3中只画出了其中的两根)，从而形成膜式水壁102，104。水壁102，104分别连接在集流管105和107上，集流管105，107分别位于每个树木投送口19之下。基本水平的水冷叠层支承梁106支承着燃料。如图2和3所示，支承梁106是通过弯曲水壁102，104的管(例如弯曲90°)而形成的。支承梁106使水壁102，104中的各管之间的液体可以沟通。炉内的上部也衬有相应的在树木投送口上方的水壁102’和104’。
现在参阅图4，图4表示沿图2和3中的4-4线的一个水壁102的视图，显然，水壁104与其结构相同，因而不再另作描述。水壁102由许多垂向延伸的水管108构成。管108最好焊在一起而形成一膜式水壁。也就是说，水壁102由许多基本布置在同一个平面内的许多水管108的连续阵列构成的。水管108的直径为大约2至4英寸，最好为3英寸。
管108最好以两种方式之一焊在一起。第一种方式是，所有的管108可以直接地焊接在其相邻的管上。在这种结构中相邻管之间留有间隙。第二种方式是，每根管108可具有一隔板(未画出)或其它分隔构件，隔板焊接在每根管108上。在这种结构中，相邻的隔板是焊在一起的。因此每根管108按照隔板的尺寸而与相邻管间隔开来。
管108最好从集流管105垂向向下延伸。但是，两水壁或一水壁向着第一燃烧区11向内倾斜也在本推荐实施例的范围内。另外，管108最好基本在同一平面内对齐；但是，水管108也可以在管组内交错。在推荐实施例中，水壁102，104最好相互平行且垂直于支承梁106。
现参阅图4和5，图中三管管束110，112，114构成膜式水壁102的一部分。每根管110，112，114有90°弯曲部116，118，120。中间的管114具有一个真实的90°弯曲部，而管110，112另外在中间管114之下垂向地弯向管114。每根管110，112，114在从集流管105向下延伸时具有不同的长度。例如，如图5所示，管114位于支承梁106的顶部，因而最短。另一方面，管112直接在管114之下弯曲。因而在从集流管105向下延伸时，管112长于管114。管110在管114之下延伸，因而在这些管中具有最大的垂向尺寸。
本专业技术人员显然懂得，管110，112，114叠放的次序可以同图4和5所示的不同，例如，管110可在支承梁106中作为上部管，而管114和112分别占据中间和下部位置。另外，支承梁106可以两根管或多根管地成束制造，只要使支承梁具有足够的强度即可。
构成支承梁106的三管管束110，112，114只是一种用于说明的例子。
图6表示沿图2和3中的6-6线的管束110，112，114的截面图。抗磨棒122最好焊接在三管管束的上部管114上。抗磨棒122用于保护管114(否则管114会被所支承的完整树木损坏)并增加叠层管110，112，114的管束的刚性。每个管束110，112，114构成一个水平的水冷叠层支承梁106。多个支承梁106构成炉栅，该炉栅在第一燃烧区11中用于悬架燃料，同时构成在第一管组102和第二管组104中相应的管108之间的液体连通装置。
图7表示由许多支承梁106的立体图，支承梁106是由垂向对准的管110，112，114的管束构成的。在管110，112，114的管束之间有间隙124。树木燃烧形成的灰烬和木炭通过间隙124落下。本专业技术人员懂得，由多个垂向对准的水冷管，例如图2-7的三根管，构成的支承梁106，与在厚度上只有一根管的支承梁相比，增加了叠层冷却炉栅的强度。用来构成支承梁的管数根据炉的大小，所用管的尺寸，支承梁的预定支承负载等因素而决定。
按照推荐实施例，构成膜式水壁102的所有的管的外径是基本相同的，在膜式水壁102中的管直接相互焊接，其间没有间隙。在上述结构中，相邻支承梁106之间的间隙124等于管110，112，114的外径的至少两倍。显然，当水壁中的管108的外径全都相等，其间无间隙时，相邻支承梁106之间的间隙124等于设在上管114之下的管的外径之和。但是，间隙124也可以有几种不同的变型，例如在膜式水壁102中每根管部设有隔板，在管束中的每个管110，112，114有不同的外径，沿集流管105使管108交错，或者上述三种之综合，但是并不局限于这些变型。
集流管105和水壁102之间的关系如图8所示。位于投送口19之下的水壁102的顶部在投送口的正下方连接在集流管105上。集流管105通过环形集流管130连接在投送口19上方的上部集流管105’上。环形集流管130在图8中示意地画出。在燃烧室之外延伸。上部集流管105可连接在上部水壁102’上，上部水壁102’在炉壁上继续向上延伸。以这种方式，下部水壁102和上部水壁102’液体连通。显然，下文描述的集水管和水壁的连接是以相似的方式实现的。
图9是用于冷却叠层冷却炉栅的水流的简化水回路图。箭头表示水流方向。鼓136内有来自锅炉的水和蒸汽，并接受来自节热器141的给水。线路145表示运输给水的管路。鼓136连接在下水管137上，水通过下水管137进入回路。水首先进行集流管134，集流管134也称为排泥鼓。集流管134接受来自下水管134的水，水通过炉栅100的支承梁106的管离开集流管134，进入水壁102的管，从而冷却叠层炉栅。水也通过水壁104的管离开集水管134，流向注入集水箱107水壁102和104以这种方式相互液体连通。然后分别通过集水管105和107以及环形集水管130和132向上流过水壁102和104。水取道上部水壁102’和104’的管，流回鼓136。图9的水回路表示叠层冷却炉栅100是炉/锅炉水回路的一个整体部分。图3所示实施例的水回路与图9所示水回路相似。
图10表示燃烧完整树木的系统的第三推荐实施例。与图2和3中零件相似的零件使用相同的标号，只对与前述实施例不同的特征进行描述。第三推荐实施例与图2和3所示推荐实施例的不同之处在于，基本完整的树木是只从一侧(图8中的左侧)送入第一燃烧区11的。为了补偿单侧送入树木的不足，叠层冷却炉栅100经过改进，具有一个从投送口19稍许向下倾斜的斜坡。
按照第三推荐实施例的倾斜冷却炉栅100的附加优点是可形成一个不变深度的树木层。恒定深度的树木有利于在整个木材堆均匀地产生挥发气体，同时防止氧气透过木材堆使气体燃烧过快，并且延缓在第二燃烧区中挥发气体的形成。因此，在燃烧层可实现更均匀的热分布。按照第三推荐实施例的倾斜炉栅大约为8至22度，最好为15度。炉栅100的斜度取决于树木的种类、等级、树龄、尺寸分布等因素。因此，炉栅100的斜度是建设发电厂的厂址的设计变量。
图11是与图9相似的简化水回路图。第三实施例的主要区别在于，因为只有一个投送口，因而省却了一个注入集水管。注入集水管105保留在投送口19底部。水流出与图9所示相同的集水管134，但是水壁104是连续的，不分上、下部，这是因为在炉的那一侧没有投送口。只有水壁102连接在注入集水管105上，环状集水管130和上部注入集水管105’连接于上部水壁102’。
图12表示燃烧完整树木的系统的第四推荐实施例。第四实施例与图10所示实施例相似处在于，叠层冷却炉栅100经修改，具有一个从投送口19稍许向下倾斜的斜度。另外，按照图12的燃烧完整树木的系统设有四燃烧区燃烧室结构。具体来说，在燃烧区11和燃烧区15之间增设第四燃烧区50。图12实施例的水回路与图11所示水回路相似。
图13表示本发明的第五推荐实施例。图中与图2-12相似的零件标有相同的件号。第五推荐实施例与前述各实施例的区别在于，叠层冷却炉栅100不与水壁102和104连为整体。在投送口19之下的炉壁的侧面衬有耐火绝热壁152和153，以替代前述各实施例的水壁。图14表示第五实施例的简化水回路图。冷却炉栅100的水通过炉栅右侧的集水管(排泥鼓)134和炉栅左下侧的注入集水管105送至支承梁106的各管中。集水管134和注入集水管105分别通过下水管138和137从鼓136供水。然后，水通过集水管134、支承梁106横跨炉的宽度运行至左侧的集水管105。然后，在图13中未能画出的连接管150将水从集水管105向上送至上部注入集水管105’。在右侧的集水管107’由下水管138供水，如前所述，集水管105’和107’连接于管组以构成水壁102’和104’。以这种方式，叠层冷却炉栅100在物理意义上与水壁102’和104’分开，但是叠层冷却炉栅的各管保持液体连通。这种布置的优点是可以改造现有的发电厂。以上述方式可以将现有的发电厂转变成燃烧完整树木的发电厂。炉栅、水壁和集水管的确切结构取决于成本、旧发电厂的布局、设计变化的可行性等若干因素。
图15表示一次流过通用压力系统的简化水路图。本等明的系统可设有可装备这种水/蒸汽回路，这种水/蒸汽回路是水/蒸汽回路的另一种可能的设计。
燃烧完整树木的发电厂，与普通的燃烧经过加工的木材的发电厂相比，可显著地降低燃料成本，这是因为本发明消除了普通发电厂要求加工木材的需要。如果本发明的发电厂位于不必长途运输完整树木的地点，那么，燃料成本可以降低到不足普通燃烧加工木材发电厂燃料成本的一半。另外，燃烧中的完整树木层可以稳定和恒定地提供气体，通过控制树木层燃烧的温度可以容易地控制这种气体供应，因此，树木可以定期成批地供送。另外，树木层越大越高，树木层就可以在越低的温度下燃烧而提供足够的气体。
本发明的燃烧树木的系统，与燃煤的发电厂相比，也是经济的。由于燃烧木材的发电厂最终地解决了燃烧矿物燃料发电排出二氧化硫的问题，所以它要求少得多的基本投资和操作成本。在燃烧完整树木的系统中不需要燃煤发电厂必不可少的典型的烟道气涤气设备。
与燃煤发电厂相比较，由于燃烧树木的发电厂燃料成本的节省加上较少的基本投资和操作成本，因而是最经济有效的技术方案。
本专业技术人员当然可以对上述各实施例进行各种修改而并不超出本发明的范围。

Claims (14)

1.在发电厂的炉中悬架燃料的装置，包括：
一个用于支承所述燃料的支承装置(106)，所述支承装置由多个水冷却管束(110，112，114)构成；以及
供水装置，其用于向所述支承装置的所述水冷却管束供水，使所述水冷却管束被通过水冷却管束的循环水冷却，其特征在于：所述水冷却管束中的至少有些是通过将一根上部管(114)叠放在至少一根在所述上部管(114)垂向下方的下部管(110，112)上形成的。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述支承装置(106)向下倾斜和/或在所述管束之间存在间隙(124)。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述管束包括一叠至少三根垂向对准的管(110，112，114)和/或还包括：
限定一个在所述支承装置(106)一侧上方间隔开来的第一管组(102)的多根管(108)；
限定一个在所述支承装置(106)另一侧上方间隔开来的第二管组(104)的多根管(108)；
其中，所述第一管组与所述支承装置(106)的所述水冷却管束流体连通，所述第二管组与所述支承装置的所述水冷却管束流体连通；和/或
还包括一个焊接在所述支承装置的上部管的顶部上的抗磨棒(122)，以便加强所述支承装置及提供一个磨损面。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于还包括：
限定一个第一管组(102)的多根管(108)；
限定一个第二管组(104)的多根管(108)；
其中，
所述支承装置(106)位于所述第一和第二管组之间；
所述第一管组(102)中的每根所述管工作中与所述第二管组(104)中的相应管流体连通，所述支承装置(100)连接所述第一管组和所述第二管组中相应管之间的流体连通；
所述上部管是所述第一管组(102)的所述管之一，所述下部管(112，110)是所述第二管组(104)之一；以及
所述供水装置还用于向所述第一管组和所述第二管组供水，使所述管组中的所述管被通过其中的循环水冷却。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于：所述第一管组的所述管弯曲形成所述支承装置(100)的一端，所述第二管组的所述管弯曲形成所述支承装置(100)的另一端。
6.如权利要求4或5所述的装置，其特征在于：所述第一管组(102)基本设置在一个第一平面内，所述第二管组(104)基本设置在一个第二平面内。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于：所述第一管组(102)和所述第二管组(104)是平行的，所述支承装置(100)向着所述第二管组(104)向下倾斜。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于：所述第一管组(102)和所述第二管组是平行的，所述管组基本垂直于所述支承装置(100)。
9.如权利要求4所述的装置，其特征在于：在所述支承装置(100)的管束(106)之间存在间隙(124)。
10.如权利要求4所述的装置，其特征在于：所述支承装置(100)的每个所述管束(106)由一叠至少三根垂向对准的管(110，112，114)构成。
11.如权利要求4所述的装置，其特征在于：还包括一根焊接在所述管束(106)的上部管(114)顶部上的抗磨棒(112)，以便加强所述支承装置及提供一个磨损表面。
12.如权利要求4所述的装置，其特征在于：所述供水装置包括用于将水从蒸汽鼓(136)引至排泥鼓(134)的装置，所述排泥鼓(134)位于所述水冷却管束和所述第二管组的交叉部，其中，所述排泥鼓(134)使水流过所述水冷却管束并流入所述第一管组(102)，所述排泥鼓也使水流过所述第二管组(104)。
13.为发电厂提供热能的系统，包括：
限定一个燃烧室(10)的装置，在所述燃烧室内燃烧基本完整的树木；
将所述基本完整的树木送入所述燃烧室以便燃烧的输送装置(5)；
将所述基本完整的树木从所述输送装置投入所述燃烧室的投送装置(25)；
用于吸收所述基本完整的树木燃烧热的吸热装置，所述吸热装置适于在工作中与将所吸收的热转变成电力的装置相连接；以及
用于在燃烧过程中在所述燃烧室中悬架所述基本完整的树木的装置(100)，所述悬架装置包括：
一个用于支承所述燃料的支承装置(106)，所述支承装置由多个水冷却管束(110，112，114)构成；以及
供水装置，其用于向所述支承装置的所述水冷却管束供水，使所述水冷却管束被通过水冷却管束的循环水冷却，其特征在于：所述水冷却管束中的至少有些是通过将一根上部管(114)叠放在至少一根在所述上部管(114)垂向下方的下部管(110，112)上形成的。
14.为发电厂中提供发电热能的方法，包括以下步骤：
向燃烧室供送未切割和未修整的基本完整树木；
在所述燃烧室中，在叠层冷却炉栅上形成一层所述基本完整树木层；
在所述燃烧室的第一燃烧区中燃烧所述基本完整树木层，使所述基本完整树木中的可挥发气体挥发到所述第一燃烧区上方；
在所述基本完整树木层上方的第二燃烧区中燃烧所述挥发气体，所述第二燃烧区的温度高于所述第一燃烧区的平均温度；
在所述基本完整树木层下方的第三燃烧区中燃烧来自所述第一燃烧区的木炭；
控制所述基本完整树木层的燃烧温度；
控制在燃烧的树木下面的空气流动速率；
在所述燃烧室下方的蒸汽发生器的锅炉部分中吸收燃烧热；以及
在燃烧过程中，循环流过所述叠层冷却炉栅的水，以便冷却所述叠层冷却炉栅。
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