CN1194028A - 锅炉 - Google Patents

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Abstract

一种在采用生物体作为燃料(S)时可获得特别高效率的锅炉(1)。按照本发明,它包括通过燃烧第一级燃料(K)来产生气态工作介质(A)的第一级燃烧室(24),和用于燃烧第二级燃料(S)的第二级燃烧室(26)。第二级燃烧室(26)沿工作介质(A)的流动方向连接在第一级燃烧室(24)之后。在此,第一级燃烧室(24)采用无烟煤作为燃料(K),并且/或者第二级燃烧室(26)采用生物体,尤其是稻草,作为燃料(S)。当锅炉(1)工作时,在第一级燃烧室(24)内产生的工作介质(A),在第二级燃烧室(26)内用作燃烧用空气。

Description

锅炉
本发明涉及一种锅炉，它具有通过燃烧燃料来产生工作介质的燃烧室。
在采用化石燃料的蒸汽动力设备中，燃料的内能被转化成技术上可以应用的能量形式。在此，利用燃料燃烧所产生的热气作为工作介质，应用其热函，在蒸发器中将水完全或部分地汽化，并/或使之过热。这样产生的蒸汽被导入汽轮机，并在其中膨胀，将能量传递给发电系统。
作为燃料，在此应特别考虑采用燃料油、天然气甚至煤等化石能源。一般来讲，燃料在燃烧时要释放出二氧化碳(CO2)。在此被转换的碳在燃烧之前，经过了很长的时间才化合到燃料之中，并因此降低了大气中二氧化碳的含量。因此，这种燃料的燃烧实际上造成了全球CO2水平的提高。尤其鉴于由此引发的温室效应，也就是地球大气的持续变暖，在制取蒸汽时，使用可再生的能源，或者使用具有相对较短的二氧化碳循环周期的能源，例如生物体，就具有特别的意义。因然，在燃烧稻草这样的生物体时，也同样会向大气中排出二氧化碳(CO2)，但是，基于此的碳在化合到生物之前，一般只有较短的时间，因而在燃烧生物体时，不会造成二氧化碳平均水平的显著提高。
由此，就制取蒸汽而言，生物体，尤其是稻草，被证明是一种特别具有吸引力的燃料。不过，在设计用稻草作为燃料的锅炉时，存在这样的问题，即当蒸汽温度略高于470℃时，由于稻草中所含的元素，例如氯或者钾，会对锅炉的金属加热面造成强烈的腐蚀。不过，为使锅炉能以足够高的效率经济运行，蒸汽温度要高于500℃。
本发明的目的在于，提供这样一种锅炉，在采用生物体作为燃料燃烧时，利用它可以达到一较高的效率，而不出现强烈的腐蚀。
按照本发明，本目的可以通过这样一种锅炉来达到，它具有通过燃烧第一级燃料来产生工作介质的第一级燃烧室，还具有用于燃烧第二级燃料的第二级燃烧室，该燃烧室沿工作介质流动方向连接在第一级燃烧室之后。
在使用不同类型的燃料时，这种型式的锅炉可特别灵活地满足多种多样的需要。只有这样才能保证，考虑那些为避免腐蚀锅炉的加热面对燃烧生物体的特殊要求，而同时在锅炉内可达到高效率所需的温度水平。
在特别有利的设计中，第一级燃烧室采用煤，尤其是无烟煤作为燃料，并且/或者第二级燃烧室采用生物体，尤其是稻草作为燃料。由此可以保证，在第一级燃烧室范围内，可以达到高效率所需的蒸汽温度，例如高于550℃，而在采用生物体作为燃料的第二级燃烧室内，为避免高温腐蚀，蒸汽温度要低于约470℃。以这样的方式可利用生物体，尤其是干草作为产生约470℃蒸汽温度的主要燃料，而只需通过以辅助燃烧的方式来燃烧煤，可将蒸汽温度水平由约470℃提升至高于550℃。
为使锅炉达到特别高的效率，在有利的设计中，当锅炉工作时，在第一级燃烧室内产生的工作介质，在第二级燃烧室中用作燃烧用空气。为此，第一级燃烧室相宜地在空气过量的情况下，尤其是以约为2.5的过量空气系数(即实际输入的空气量与理论燃烧所需空气量之比)进行工作。此外，当第一级燃烧室在空气过量的情况下工作时，工作介质的烟气温度降至约1050℃，这样就避免了灰烬的软化和由此造成的对加热面的污染。
在制取蒸汽时，为保证特别有利地传热，锅炉的外壁适宜包括一些锅炉管道。在此，根据工作压力，锅炉可以设计成强制直通式锅炉、强制循环式锅炉或自然循环式锅炉。
为了能特别可靠地保证蒸汽具有为高效率所必需的高温，相宜地设置一些过热器加热面。其中在一特别有利的结构方案中，在第二级燃烧室的烟雾区内设置一第一过热器加热面，在第一级燃烧室的烟雾区设置一第二过热器加热面。这样锅炉的工作运行参数，可特别灵活地与第一级和第二级燃烧室的烟气温度相匹配。
为进一步提高效率，一热交换器相宜和一个与第一和/或第二级燃烧室相连通的空气进气管道相连接，该热交换器通过与燃烧时产生的烟气进行热交换来预热空气。
本发明的优点在于，通过在工作介质侧将第二级燃烧室连接在第一级燃烧室之后，可使用生物体作为主要燃料。其中在避免了加热面高温腐蚀的情况下，仍然保证了锅炉的高效率。此外，采用无烟煤作为辅助燃料，尤其相对于其它可选用的辅助燃料，例如燃料油或天然气等高成本燃料，确保了这种锅炉工作的经济性。
下面借助于附图所示对本发明的实施例作进一步的详细说明。
图1所示为一锅炉。
根据示图，锅炉1通过其给水口2和其蒸汽侧出口4，与一个图中并未示出的汽轮机的水-蒸汽-循环相连通。为此，给水口2通过一预热器或节煤器6，与一些锅炉管道8相连通，这些管道构成了锅炉1外壁10的一部分。锅炉管道8在出口侧与第一高压过热器12相连通。该过热器在出口侧与通向锅炉1蒸汽侧出口4的第二高压过热器14相连通。
对于具有多个压力级的汽轮机，在锅炉1中附设有第一级中间过热器16，它在入口侧与进汽口18相连通，并在出口侧与一同样设在锅炉1内的、通向排汽口22的第二级中间过热器20相连通。按照汽轮机的设计，进汽口18例如可与汽轮机的第一级或高压部分的蒸气出口相连通，排汽口22可与汽轮机第二级或中、低压部分的蒸汽入口相连通。
锅炉1包括一通过燃烧第一级燃料K来产生工作介质A的第一级燃烧室24，在此，第一级燃料K优先选用煤，尤其是无烟煤。此外，锅炉1还包括一沿工作介质A流动方向上布置或连接在第一级燃烧室24之后，用来燃烧第二级燃料S的第二级燃烧室26。在此，后者优先选用生物体，尤其是稻草。在这里，燃烧室24和26这样布置，即使得第二级高压过热器14和第二级中间过热器20布置在第一级燃烧室24的烟气范围内，并且，第一级高压过热器12和第一级中间过热器16布置在第二级燃烧室26的烟气通道内。
与第一级燃烧室24相连通的进气管30，同与第二级燃烧室26相连通的进气管32一样，由一共同的进气管34供气。进气管34与热交换器36的副侧相连通，它的主侧与由燃烧时产生的废气或烟气R构成的废气流相连通，这样，热交换器36用作空气预热器。
在锅炉1工作时，无烟煤作为燃料K被输入到第一级燃烧室24。为避免灰烬软化(Ascheerweichung)从而导致加热面的污染，燃料K这样来燃烧，使得燃烧时产生的工作介质A的温度，在第二高压过热器14的范围内，大约为1050℃。为此，在第一燃烧室24内的燃料K在空气过量，尤其是在过量空气系数约为2.5的情况下工作。工作介质A的部分热函，通过锅炉管道8，传递给流过的水/蒸汽混合体。工作介质A其它部分的热函，经第二级高压过热器14和第二级中间过热器20，这样来传递给流过的蒸汽，使蒸汽温度约为达到高效率所需的550℃。这样，冷却到550℃的工作介质A，接下来作为燃烧用空气，输入到第二级燃烧室26。在此，对于稻草的燃烧，第二级燃烧室26例如可以通过炉篦条与第一级燃烧室24的烟气区域分隔开。
作为对工作介质A的补充，生物体，尤其是稻草，作为第二级燃料S输入到第二级燃烧室26内，并根据需求，通过进气管32继续输入燃烧用空气。燃料S在第二级燃烧室内这样来燃烧，即在此产生的烟气(在将热量传递给流入锅炉管道8内的水/蒸汽混合体之后)具有约850～880℃的温度。在这样的温度条件下，可以使用不同的生物体作为燃料S，而不会由于灰烬软化出现过多的加热面污染。
烟气R的部分热函经第一级高压过热器12、第一级中间过热器16、锅炉管道8以及节煤器6，传递给在其内流过的水或蒸汽。在此，蒸汽温度不超过470℃，因而，即使在采用生物体作为第二级燃料S的情况下，也不会出现对加热面的高温腐蚀。此处烟气R冷却至350℃，烟气R剩余部分的热函，经用于预热空气的热交换器36，传递给输往第一级燃烧室24和/或第二级燃烧室26的燃烧用空气。
因此，在这类锅炉1中，采用生物体，尤其是稻草，作为主燃料产生的蒸汽的温度，达到约470℃是可能的，而此时对加热面的腐蚀很小，使得锅炉具有特别长的寿命。此外，通过将第一级燃烧室24连接在前面，蒸汽可以达到特别有利于高效率的高于550℃的高温。

Claims (9)

1.一种锅炉(1)，其具有一通过燃烧第一级燃料(K)来产生工作介质(A)的第一级燃烧室(24)，还具有一燃烧第二级燃料(S)的第二级燃烧室(26)，其中，第二级燃烧室(26)沿工作介质(A)的流动方向连接在第一级燃烧室(24)之后。
2.按照权利要求1所述的锅炉，其特征在于，第一级燃烧室(24)采用煤作为燃料(K)。
3.按照权利要求1或2所述的锅炉，其特征在于，第二级燃烧室(26)采用生物体作为燃料(S)。
4.按照权利要求1至3中任一项所述的锅炉，其特征在于，当锅炉工作时，在第一级燃烧室(24)内产生的工作介质(A)，在第二级燃烧室(26)内用作燃烧用空气。
5.按照权利要求1至4中任一项所述的锅炉，其特征在于，锅炉外壁(10)包括一些锅炉管道(8)。
6.按照权利要求1至5中任一项所述的锅炉，其特征在于，在该锅炉中设有一些过热器加热面(12，14，16，20)。
7.按照权利要求6所述的锅炉，其特征在于，第一过热器加热面(12，16)设置在第二级燃烧室的烟气区内，第二过热器加热面(14，20)设置在第一燃烧室(24)的烟气区内。
8.按照权利要求1至7中任一项所述的锅炉，其特征在于，在与第一级和/或第二级燃烧室(24，26)相连通的一进气管(30，32，34)内，设有一通过与燃烧时产生的烟气(R)进行热交换来预热空气的热交换器(36)。
9.按照权利要求7或8所述的锅炉，其特征在于，在第一过热器加热面(12，16)上产生的蒸汽温度最大不超过约470℃。
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