CN1176364A - 一种燃烧装置及其分离装置 - Google Patents

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Abstract

一种燃烧装置,其包括一个一燃料在其中燃烧并产生燃气的燃烧室,一净化所述燃气的灰尘颗粒的净化装置。该燃气流经一输送管件从该燃烧室通过该净化装置输送至一用于提取该燃气中的能量的燃气涡轮中。一分离装置(11)设置于该管件和燃气涡轮之间以便从燃气中分离出目标物并防止这些目标物进入该涡轮(18)中。该分离装置(11)包括一燃气进口通道(30),一设置用于捕集所述目标物的捕集件(32)及一燃气出口件(31)。该捕集件(32)连接到设置用于在该燃烧装置工作期间排出该捕集的目标物的装置(37)上。

Description

一种燃烧装置及其分离装置
本发明涉及一种燃烧装置，其包括：一个燃料燃烧发生在其中同时产生燃气的燃烧室，一设置用于净化所述燃气的灰尘颗粒的净化装置，及一个设置用于将所述燃气从该燃烧室中经该净化装置输送至用于提取该燃气中的能量的燃气涡轮管道元件。本发明也涉及用于从一燃气流中分离出目标物，以防止这些目标物进入燃气涡轮的分离装置，该分离装置包括一个用于该燃气的进气道，一个设置用于捕集由该燃气传送的所述目标物的捕集件，及一用于该燃气的出口通道，该捕集件与设置用于排出该捕集的目标物的装置相连。
现在结合不同的用途(该些用途与一压力流动体，即一所谓的PFBC动力装置——压力流化床燃烧动力装置)对本发明进行讨论并使之清楚化。然而，本发明并不仅限于这样的应途，它可用于所有可能的动力装置中，例如连接到不同类型的燃气轮机装置中。
在一不可燃烧的颗粒材料的床中燃烧不同的燃料是公知的技术，该不可燃烧的材料是从下面通过喷咀按使该床流化的方式供以燃烧空气的。在燃烧过程期间形成的燃烧气体流过一高于该床的超水高缘部，之后将其进行净化并输入一燃气涡轮。该燃气驱动该燃气涡轮，该涡轮转而又在一方面驱动一发电机，在另一方面又驱动一个向该压力容器供给压缩空气的压缩机。在该床中，燃料以大约850℃的温度燃烧。该燃气之净化通常由旋流分离器进行。该分离器之分离效率相当高，并且离开该分离器的燃气原则上讲可直接供给燃气涡轮而不会引起该涡轮损坏。然而。为了获得对该离开该燃烧装置的燃气的更高程度的净化，公知的是在该旋流分离器下游设置一高温过滤器。由于该过滤器要承受高温，所以它不得不要用耐温材料制成。一种合适的耐温材料是陶瓷。然而，陶瓷是一种极硬又脆不能承受特别大的机械应力的材料。这一事实导致该过滤器常常破裂或失效，例如因为显著的温度变化而形成的应力而破裂或失效。该陶瓷-实际的过滤器部件通常支承在金属支承结构中，并且由于高温时金属显著地膨胀，从而在该陶瓷过滤器材料中形成或多或少的无法回避的应力。这就导致了很可能是相当大的目标物从该过滤器上破落并随该燃烧气体进入该燃气涡轮的危险大大增加。因此，很可能对该涡轮的关键部件产生极大的损害。燃气轮机的维修是极为昂贵的，这一方面是因为部件费用昂贵，另一方面是因为在维修期间该装置也得闲置。
作出了各种努力以设置一分离装置来解决所述问题，该分离装置的形状为该燃气涡轮上游输送管件的衬管T的形式。因此，燃气通过该衬管T之顶部各部分之一输送并通过其支路而流出。该分离出的材料集结于该衬管T的顶部第二部分中。尽管该装置之温降和压降小，但它具有一个缺点，即当该燃烧装置停止或压力迅速降低时，集结的目标物可被吸起并流入该燃气涡轮。因它不能令人满意地进行工作。
本发明的目的是为了克服上述问题。更确切地说，存在一种努力以获得一种装置，借助于该装置，可能存在于一燃气流中的目标物在该气流被引入一燃气涡轮或相似的敏感装置中之前按可靠之方式进行分离。此外，需努力做到的是该分离装置应该只产生极小的压降和温降，从而不使该燃烧装置的总效率恶化。
这一目的可由本文起始部分限定的燃烧装置实现，其特征在于，该分离装置设置于该净化装置和该涡轮之间，以便从该燃气流中分离出目标物并防止这些目标物流入该燃气涡轮，该分离装置包括：一燃气进气通道，一设置用于捕集由所述燃气输送的目标物的捕集件，一燃气出口通道，该捕集件连接到设置用于在该装置工作期间捕集的目标物排出的装置上，利用该净化装置和燃气涡轮之间的这样的分离装置，从而可实质上改善该燃烧装置的工作安全性。该分离装置可保证：源于该净化装置的可能目标物或由其它通常不应存在于该燃烧装置的管道系统中的目标物，例如因疏漏而遗留在用于输送燃气的管道件中的焊条，螺丝，螺母或片状物等等构成的可能目标物，在进入燃气涡轮之前可有效地被挡住。由于本发明的分离装置还包括设置用于将在该燃烧装置工作期间捕集的目标物排出的装置，因此这些捕集物例如在该燃烧装置紧急停车时所产生的迅速压力变化时再被吸入燃气涡轮中的危险消除了。
根据本发明的实施例之一，该进气通道包括一个朝所述捕集件延伸的进气方向。需要由本发明的分离装置分离的并可损害该燃气涡轮的目标物是相对大的，并通过该燃气流动获得极大的动能。按该方式，如果该燃气流停止或改变方向偏离这一直线运动，则该目标物继续作直线运动。较好的是该捕集件包括一个在进口方向呈锥形的漏斗形元件。
根据本发明的另一实施例，该出口通道在与所述进口方向成一角度的出口方向延伸，因此燃气流至少改变一次方向。借助于燃气流的这种相对小的方向变化，从而本发明的分离装置形成一非常小的压降。此时，所述角可处于大约45°和180°之间。
根据本发明的另一实施例，该捕集件包括一设置用于使该欲被排出的捕集物具有适应温度的调温件。此时，该捕集物可保持于这样的温度，以致在一方面在该捕集件中不会产生引起后续腐蚀问题的湿沉积，并且该捕集的目标物可给出这样的温度，即借助于常用酸以简单的方式可将该些目标物从该分离件中排除。此时，该调温件可包括一个设置用于输送带有大约110-250℃，最好是150°-200℃温度的介质的管形回路。此外，该捕集件可由一壁界定，该调温件可在所述壁的至少一部分中延伸。
根据本发明的另一实施例，所述排放装置包括一直接设置于该捕集件的下游并包括用于控制所述目标物排出的控制装置的排放通道。所述控制装置可包括一设置于该捕集件下游的阀件，一设置于该阀件下游的收集箱及一设置于该收集箱下游的阀件。借助于设置于该排气道中的这些控制装置，该捕集的目标物可在该燃烧装置工作期间从该分离装置中间歇地排出，即使在输送管件和分离装置中存在着较显著的过压时也是如此。
根据本发明的另一实施例，该净化装置包括一陶瓷过滤器。
根据另一实施例，该分离装置是按这样的方式设置的，即该进气通道的进气方向基本上是垂直延伸的。按这样的方式，为了将该目标物导至该捕集件，该目标物的动能及重力都可利用。
上述限定的目标物也可由本文起始部分所限定的分离装置获得，其特征在于：该进气通道包括一朝所述捕集件延伸的进气方向。
现在参照附图并借助于各示例所示出的不同实施例对本发明进行详细说明。
图1示意性地示出了带有本发明的分离装置的PFBC动力装置。
图2示出了本发明第一实施例的分离装置的剖视图；
图3示出了沿图2III-III线的剖视图；
图4示出了本发明第二实施例的分离装置的剖视图；
图5示出了本发明第三实施例的分离装置的剖视图；
图6示出了本发明的第四实施例的分离装置的剖视图；
图7示出了按照另一替换实施例在图6所示实施例的局部剖视图；
图8示出了本发明第五实施例的分离装置的剖视图。
现在参照所谓的PFBC动力装置对本发明进行解释。然而，应注意到本发明也可用于其它类型的装置中。这种用于在一压力流化床中燃烧颗粒燃料的装置，即PFBC装置示意性地示于图1中。该装置包括一燃烧室1，该燃烧室装纳于一压力容器2中，其体积例如为104m3的数量级并且可加压至7和30bar(绝对压力)之间。含氧的压缩气体，在示例中为空气在3处被供到该压力容器2中，用于给该燃烧室1加压并使一床4在该燃烧室1中流化。该压缩空气经示意性地表示的流化喷嘴5被输送到燃烧室，流化喷嘴5位于燃烧室1的底部，用于流化位于燃烧室1中的床4。空气是以这样的方式供给的，以致可获得大约0.5～2.0s的流动速度。该床4是气泡型的并且其亮度为大约2-6米。该床4包括一种不可燃烧的颗粒床材料，一种颗粒吸收剂及一颗粒燃料。该床材料，吸收剂及燃料的颗度处于大约0.5和7mm之间。该床材料包括例如灰尘如/或砂石，该吸收剂包括一种石灰质材料，例如白云石或石灰石，用于吸收硫和其它可能的在燃烧其间释放出的不希望存在的物质。燃料是按这样的量供给的。即它构成该床的大约1％。燃料是指所有可燃烧的燃料，例如烟煤，褐煤，焦，泥煤、生物燃料，油页岩，石油焦，废弃燃料，各种油，氢气及其它气体等等。该床材料，吸收剂和燃料经一示意性示出的管6供给该床4。燃料在供给该床4的流动空气中燃烧，同时产生燃气。这些气体收集于该床4上方称之为超水高缘部的空间7中，然后通过管件8输送至不同的净化级中，该净化级(在一所示的示例中)按该顺序由一示意性示出的带有一个或多个旋流器的旋流级9，一高温过滤器10及一后文将更详细说明的而在图中示意性示出的分离装置11构成。该高温过滤器10是陶瓷型的并可包括大量的多孔陶瓷管，燃气穿过该些陶瓷管的壁流动。在高温过滤器10和分离装置11之间还有一中间截止阀12，以使尽可能迅速地关掉燃烧装置。该燃烧气体从该分离装置11输送到一顶部燃烧室13，该燃烧室13中还提供有一可燃气体，该可燃气体经一管14从一公知类型的气化反应器15通过另一高温过滤器16而提供。在该顶部燃烧室13中，该可燃气体与从该高压压缩机17来的压缩空气一起借助于一燃烧器(未示出)进行燃烧，并与该燃烧室1来的燃气混合以增加其温度，所以离开顶部燃烧室13的气体具有大约1200-1500℃的温度，该温度使该气体成为很适合作为驱动气体，以便用于驱动一高压涡轮形的第一级燃气涡轮。该高压涡轮18和高压压缩机17与一收电机19安装在同一轴上，从该发电机19中发出有用电能。该高压压缩机17也经管20将压缩空气输给该燃烧室1。此时，一中间截止阀21安装于该高压压缩机和该燃烧室1之间。该高压压缩机17也经管22输送空气，用于在该气化反应器15中进行气化。在该可燃气产生期间在该气化反应器15中形成的剩下燃料可经一燃料管23供给该床4。在该高压涡轮18中膨胀的燃气被导到该低压涡轮24中。离开该低压透平24的燃气仍含有可在节能器25中利用的能量。该低压透平24与该低压压缩机26安装于同一轴上，该低压压缩机26的空气是经过一过滤器27从大气中提供的。因此该低压压缩机26是由低压24驱动的并且从其出口将已在第一级中压缩过的空气供给该高压压缩机。在低压压缩机26和高压压缩机17之间设有一中冷器28，以降低提供到该高压压缩机17进口的空气的温度。此外，该动力装置设置于一蒸汽透平侧，这一点在此处的图中没有示出但通过一组管29形式的布置标明了，该些管29没于该流体床4中并且通过该些管和该床材料之间的热交换器水在其中循环，蒸发并过热，从而吸收在产生于该床4中燃烧期间产生的热量。
由于该燃气的高温，则该高温过滤器特别易于受极大应力作用。温度变化导致该高温过滤材料10的金属支承结构分别产生膨胀及收缩，从而在该相对脆性的陶瓷过滤材料中产生显著的机械应力，从而导致陶瓷过滤部件形成裂致并破落。这就意味着该陶瓷部件形的目标物(这一点多少有点意义的)将随该燃气流流过该管件8。应注意到该燃烧气体之流速可为大约40-50m/s的数量级。为了防止这些目标物被输送入该高压涡轮中并损害该涡轮，因此该燃气通过该分离装置11输送。应注意到该分离装置11也将可以挡住其它目标物。例如，在修理期间遗留于该燃烧装置内部的物品，如松下的片状物，焊条、螺丝、螺母，工具等等都可称之为目标物。现在参照图2-8更详细地说明该分离装置11。
图2表示第一实施例的分离装置11。该分离装置11包括一个构成该管道件8的一部分的进口通道30和一个也构成该管件8的一部分的出口通道31。此外，该分离装置11包括一容器32形的捕集件，其朝下呈锥状。该容器32具有一基本上垂直延伸的中心轴X。该进口通道30包括一也朝该容器32垂直延伸的进口方向30’。该出口通道31具有一从该容器32垂直延伸出去的出口方向31’。因此流入的燃气将在该容器32中改变大致180°的方向。此时，可能存在于燃气流中的目标物将因其重量继续直接朝下运动并由该容器32捕集。该容器32包括一个具有一漏斗形的下部33，该下部33在中心轴线X的方向变窄，至少窄到该下部33的内界表面处。该目标物及可捕集的其它材料可聚集于该下部33中。此时，该漏斗形下部33设有一壁，一管形回路34形的调温件在该壁中延伸。在该管形回路34中流动的是一介质，例如一种流体，比如一种油或类似物，该介质之温度大约为110-250℃，较好是为150-200℃，并且该介质将在一方面冷却由该容器32捕集的热的目标物，并在另一方面要保证这些目标物，当它们集结起来时，保持所述的温度，按这样的方式可以肯定在该容器32中不会沉积任何湿气。该容器的上部35具有一带绝热物36的壁。此外，该分离装置11设有设置得用于在该燃烧装置工作期间排出捕集的目标物的装置。该排放装置包括一示意性示出的排放管37，该管37带有一第一截止阀38，一收集箱39和一第二截止阀40。此外，该收集箱39经一管41连接到大气中用于使该箱39去气并降压。此时，该管41包括一截止阀42和一节流器43。在该些目标物从该容器32中排出期间。该阀40和42关闭，此后该阀38开启。因此该箱39将被加压，并且聚集于该容器32中的目标物及可能的其它材料将下流入该容器32中。当该容器32变空时，该阀38关闭而阀42打开，该箱39中的压力降低至大气压。此后，该阀40打开并且该些目标物从该收集箱39中排出并运走。
在图2所示的第一实施例中，该进口通道30和出口通道31经一弯管44相互连接起来。如图3中所述的剖视图所示，该弯管以这样的方式朝下敞开，以致重的目标物没有任何困难地直接朝进口方向30’前进。
图4中示出了本发明的第2实施例。应注意到在本发明所述的所有实施例中，具有相同作用的元件都给以相同的标号。该第二实施例与图2所示的第一实施例之区别主要是因为该出口31在一出口方向31’上延伸，该方向基本上垂直于该进口方向30’并垂直于该分离装置11的垂直中心轴X。因此，该流动只发生了大致垂直的改向，结果导致了最小的压降和温降。这也导致了使该捕集件或容器32比第一实施例的捕集件或容器32在某种程度上稍窄一点的可能性。该容器32的下部33包括一漏斗形截面33a和一调温件34，该漏斗形截面33a呈锥形地变窄，该调温件34在该容器32的壁中延伸。该排放装置构造得与第一实施例中的一样。
图5中示出了本发明的第三实施例，再回想之该第二实施例，但此处该进口通道30延伸入该容器32中，从而导致该流动倾斜向上比90°稍多一点的改向，此后再稍稍朝下流出该出口通道31，该通道31与该分离装置11的垂直中心轴X成-90°角。在这种情况下，该调温件34只设置于从该漏斗形部分33a的下端点处延伸的一圆筒形部分33b中。
图6表示本发明的第四实施例。按该实施例，该进口通道30在进口方向30′上沿该分离装置11的中心轴X基本上垂直地延伸，而该出口通道31’在基本上垂直于所述轴X的出口方向延伸。在该示例中，该容器32设有一内容器32a，其构成了真正的捕集件。该内容器32包括一稍稍锥形的上漏斗形部分45，一基本上为圆筒形的中心部分46及一锥形的下漏斗部分47。在该上部部分45和该圆筒形部分46之间具有一个由一锥形漏斗形凸缘49围成的开口48，其中该上部45是部分地插入的，所以该围成的开口48形成于该凸缘49和该上部45之间。在垂直进口方向30’上，引入到进口通道30中的燃气流因此转向几乎180°而流出该开口48并在此后几乎再转向180°而朝下流并继续朝下流过该容器32，然后再改向大约90°而流出该出口通道31。该燃气流中存在的颗粒继续沿直线朝前流过该捕集件32a，并朝下流入该容器32的下圆筒形部分50中。该圆筒形部分50的壁带有一个与图5中所示第三实施例中调温件34相同方式的调温回路34。此外，在该第四实施例中，该容器32的上部设有一绝缘件36。该捕集的材料的排出是按其它实施例中相同的方式进行的。按该第四实施例，即使该流动被迫流过一相当复杂的路径，但该实施例具有可将该分离装置11做成得非常紧凑的优点。如图7中的剖视图所示，按该替换实施例，设置了n个相继围成的孔48a、48b。
图8示出了本发明的第五实施例，在该实施例中，该进气通道30的进气方向30’是与该出口通道31的出口方向31’一致的。该捕集件包括一稍稍呈锥状的漏斗形捕集件51，该件51插入该容器32中，该容器32是由连接该进口通道30和该出口通道31的通道部分扩展而成的。该捕集件51包括一个延伸超出该容器32的壁的下部52。该容器32设有一绝热层36，并且该捕集件51的下部包括一延伸入该下部52的壁中的调温件34。该下部52的下游具有构造得与其它实施例中以相同的方式构成的排放装置。
本发明并不限于所述实施例，但在后述权利要求书的框架内可作出变型和修改。

Claims (17)

1、一种燃烧装置，其包括：
一燃烧室(1)，一燃料燃烧发生于其中并同时产生燃气，
一个设置用于净化所述燃气中的各灰尘颗粒的净化装置(9、10)，
一个设置用于将所述燃气流从该燃烧室(1)经该净化装置输送到提取该燃气中的能量的燃气透平(18)的输送管件(8)，
其特征在于：为了从燃气流中分离出各目标物并防止这些目标物进入燃气涡轮而在该净化装置(9、10)和燃气透平(18)之间设置一分离装置(11)，该分离装置包括：一燃气进口通道(30)，一设置用于捕集由该燃气输送的各目标物的捕集件(32，32a，51)及一燃气出口通道(31)并且该捕集件(32，32a，51)连接到设置用于在该燃烧装置工作期间排出该些捕集物的装置(37，39)上。
2、如权利要求1所述燃烧装置，其特征在于：该进口通道(30)包括一朝所述捕集件(32，32a，51)延伸的进口方向(30’)。
3、如前述任一权利要求所述燃烧装置，其特征在于：该捕集件(32，32a，51)包括一在进口方向呈锥形的漏斗形件(33，33a，45、47、51)。
4、如前述任一权利要求所述燃烧装置，其特征在于，该出口通道(31)在出口方向(31’)上延伸，其与所述进口方向(30’)构成一角度，所以燃气流至少改变一次方向。
5、如权利要求4所述燃烧装置，其特征在于：所述角处于大约45°和180°之间。
6、如前述任一权利要求所述燃烧装置，其特征在于：该捕集件(32，32a，51)包括一个设置用于给该欲排出的捕集物一合适温度的调温件(34)。
7、如权利要求6所述燃烧装置，其特征在于：该调温件(34)包括一个设置用于输送一种带有大约110-250℃，较好是150°-200°的温度的介质的管形回路。
8、如权利要求6和7中任一所述燃烧装置，其特征在于：该捕集件(32，32a，51)是由一壁界定的，并且该调温件(34)在所述壁的至少一部分中延伸。
9、如前述任一权利要求所述燃烧装置，其特征在于：所述排放装置包括一个直接设置于该捕集件下游的并包括用于控制所述目标物的排放的控制装置(38、40、42)的排气道(37)。
10、如权利要求9所述燃烧装置，其特征在于：所述控制装置包括一设置于所述捕集件下游的阀件(38)，一设置于该阀件(38)之下游的收集箱(39)，及一设置于该收集箱(39)下游的阀件(42)。
11、如前述任一权利要求所述燃烧装置，其特征在于：该燃烧室(1)包含于一压力容器(2)中，并且构造得包含一压力流化床(4)，该净化装置(9，10)包括在该压力容器中设置的至少一个旋流分离器(9)。
12、如前述任一权利要求所述燃烧装置，其特征在于：该净化装置(9，10)包括一陶瓷滤器(10)。
13、如前述任一权利要求所述燃烧装置，其特征在于：该分离装置(11)是如此设置的以致该进气通道(30)的进气方向(30’)基本上垂直地延伸。
14、一种用于从一燃气流中分离出目标物并防止这些目标物流入一燃气涡轮(18)的分离装置(11)，其包括一燃气进气通道(30)，一设置用于捕集由该燃气输送的所述目标物的捕集件(32，32a，51)，一燃气出口通道(31)，该捕集件连接到设置用于排放该捕集目标物的装置(37，39)上，其特征在于：该进口通道(30)包括一朝所述捕集件(32，32a，51)延伸的进口方向(30’)。
15、如权利要求14所述分离装置，其特征在于：该捕集件(32，32a，51)包括一在该进口方向(30’)呈锥形的漏斗形件(33，33a，45，47，51)。
16、如权利要求14和15中任一所述燃烧装置，其特征在于：该出口通道(31)在与所述进口方向(30’)成一角度的出口方向(31’)上如此地延伸，以致该燃气流至少改向一次。
17、如权利要求16所述分离装置，其特征在于：所述角处于大约45°和180°之间。
CN 97109543 1996-09-11 1997-03-08 一种燃烧装置及其分离装置 Pending CN1176364A (zh)

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