CN1364226A - 具有热烟气脱氮装置的矿物燃料加热的锅炉 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种锅炉(2),它具有一个用于热烟气(G)的脱氮装置和一个燃烧室(4),沿热烟气流向,热烟气(G)脱氮装置(54)经水平烟道(6)和垂直烟道(8)连接在燃烧室下游。现在,为使锅炉具有特别小的位置需求以及保证特别可靠地为矿物燃料(B)的热烟气(G)脱氮。燃烧室具有一定数量布置在水平烟道(6)所在高度位置的燃烧器(70),此外,垂直烟道(8)设计成供热烟气(G)从下向上大体垂直流过,以及热烟气(G)脱氮装置(54)设计成供热烟气(G)从上向下大体垂直流过。

Description

具有热烟气脱氮装置的矿物 燃料加热的锅炉
本发明涉及一种锅炉，它具有一个热烟气脱氮装置和一个矿物燃料的燃烧室，沿热烟气流向，热烟气脱氮装置经水平烟道和垂直烟道连接在燃烧室下游。
在具有锅炉的电厂设备中，燃烧矿物燃料产生的热烟气被用来蒸发锅炉内的流动介质。锅炉为了蒸发流动介质具有一些蒸发管，用热烟气对它们加热使得在其中流动的流动介质汽化。由锅炉制备的蒸汽又例如可以用于一个所连接的外部过程或也可用于驱动汽轮机。若蒸汽用来驱动汽轮机，则通过汽轮机的透平轴通常带动一台发电机或一个加工机械。在带动发电机的情况下，发电机发出的电流被馈入联合电网和/或孤立电网中。
在这里锅炉可设计为直流式锅炉。由J.Franke，W.Koehler和E.Wittchow发表在VGB Kraftwerkstechnik 73(1993)第4期第352-360页上的论文“Verdampferkonzepte fuer Benson-Dampferzeuger”已知一种直流式锅炉。在直流式锅炉中，加热作为蒸发管的蒸汽发生器管，导致在蒸汽发生器管内一次性通过的流动介质蒸发。
锅炉通常按垂直的结构方式设计有一个燃烧室。这意味着燃烧室设计为用于基本上沿垂直的方向流过加热介质或热烟气。沿热烟气流向水平烟道可连接在燃烧室下游，在这种情况下从燃烧室过渡到水平烟道时，热烟气流要完成一次沿基本上水平流动方向的偏转。然而这种燃烧室通常由于温度引起的燃烧室长度变化，需要一个将燃烧室悬挂在它上面的机架。这就在生产和装配锅炉时造成巨大的技术性费用支出，锅炉的结构高度越大，这种费用就越高。
在设计锅炉的烟道或燃烧室外壁时，一个特殊的问题是要考虑到在那里产生的管壁或材料温度。在约达200bar的亚临界压力范围内，燃烧室外壁的温度基本上取决于水饱和温度的大小。这例如通过采用蒸发管达到，蒸发管在其内侧有一种表面结构。对此尤其考虑有内肋的蒸发管，由上面援引的论文例如已知其在直流式锅炉中的应用。这些所谓的肋管，亦即有带肋内表面的管，有特别良好的从管内壁向流动介质的热传导。
为了减少矿物燃料燃烧后所产生的热烟气中的氮氧化物，可采用所谓的SCR(Selektiven Katalytischen Reduktion选择性催化还原)法。在此SCR法中，氮氧化物(NOx)借助于一种还原剂，例如氨，和一种催化剂还原为氮(N2)和水(H2O)。
在一种设计用于SCR法的锅炉中，通常在设计为对流烟道的热烟气通道(在那里热烟气温度通常约为320至400℃)后面，设一具有催化转换器的热烟气脱氮装置。热烟气脱氮装置的催化转换器用于在加入热烟气内的还原剂与热烟气的氮氧化物之间引起反应和/或维持反应。在这里，为SCR法所需要的还原剂通常借助空气作为载流喷入流过烟道的热烟气内。然而，锅炉的氮氧化物排放量一般取决于所燃烧的矿物燃料的类型。因此，为遵守法律规定的限制值，要喷入的还原剂量通常根据所使用的矿物燃料加以改变。
但是设在对流烟道后出口侧的热烟气脱氮装置提高了相关锅炉的结构和生产成本。脱氮装置必须在锅炉内布置在这样的地方，即，在锅炉的各种运行情况下它都能对热烟气实施特别高效率的净化。通常这是在热烟气温度约为320至400℃范围内的地方。此外，若锅炉除了一般的部件外还附加地具有一个脱氮装置，则提高了锅炉的生产成本。
因此本发明的目的是提供一种上述类型的用矿物燃料加热的锅炉，它只需要特别低的结构和生产费用，以及它能保证在热烟气从锅炉出口侧离开前特别可靠地净化矿物燃料燃烧后产生的热烟气。
按本发明为达到此目的采取的措施是，令锅炉的燃烧室包括一定数量布置在水平烟道所在高度位置的燃烧器，其中，垂直烟道设计成供热烟气从下向上大体垂直流过，而热烟气脱氮装置设计成供热烟气从上向下大体垂直流过。
本发明考虑问题的出发点是，能用特别低的生产和装配费用制成的锅炉应当有一种可通过简单的措施实施的悬挂结构。用比较低的技术性费用制成的悬挂燃烧室的机架可与锅炉特别低的结构高度同时获得。当燃烧室按水平的结构方式设计时，可以做到使锅炉的结构高度特别低。为此将燃烧器布置在燃烧室壁上并处于与水平烟道相同的高度位置上。因此当锅炉运行时，热烟气大体沿水平方向流过燃烧室。
为了特别可靠地净化矿物燃料的热烟气，热烟气的脱氮装置应设在垂直烟道后的出口侧。也就是说在垂直烟道后出口侧热烟气所具有的温度，使热烟气的净化可用低的技术性费用特别有效地完成。在这里应当考虑到，为保证锅炉有特别低的结构高度，热烟气的脱氮装置应针对热烟气从上向下大体上垂直流动设计。因此可以沿热烟气的主流方向喷入SCR法所需要的含氨的液体，在这种情况下脱氮装置的垂直尺寸特别小。
在具有一个供热烟气可基本上沿水平的主流方向流过的燃烧室的锅炉中，热烟气在离开水平烟道后在下游流入垂直烟道内。因此这时为了使热烟气在热烟气脱氮装置内能大体上垂直地从上向下流动便需要一个热烟气通道，使得在垂直烟道出口侧的热烟气能在其中从下向上导引，以便接着到达可供热烟气从上向下流过的热烟气脱氮装置。若垂直烟道设计成供热烟气从下向上大体垂直流动以及热烟气脱氮装置设计成供热烟气从上向下大体垂直流过，则不需要这种附加的通道。
比较有利的是，离开热烟气脱氮装置的已净化的热烟气可用于在空气预热器内预热空气。在这里空气预热器应按特别节省空间的方式直接设在热烟气脱氮装置下方。经预热的空气供往锅炉的燃烧器，用于燃烧矿物燃料。若燃烧矿物燃料时供给燃烧器的是不同于冷空气的热空气，则可提高锅炉的总效率。
热烟气脱氮装置比较有利地包括一个DeNOx催化转换器。因此可按特别简单的方式、例如借助SCR法实现离开锅炉的热烟气中氮氧化物的减少。
燃烧室外壁比较有利地由互相气密焊接垂直排列的蒸发管构成，其中可平行地分别往一定数量的蒸发管中加入流动介质。
比较有利地是燃烧室的一个外壁是端壁以及燃烧室的两个外壁是侧壁，其中，侧壁再分成第一组蒸发管和第二组蒸发管，端壁和第一组蒸发管中可平行地加入流动介质，并且沿流动介质流向连接在可平行地加入流动介质的第二组蒸发管上游。由此保证端壁特别有效地冷却。
比较有利的是，沿流动介质流向在可分别平行地加入流动介质的蒸发管上游连接一公共的进口总系统，以及在其下游连接一公共的出口总系统。按这种结构设计的锅炉，可以在并联的蒸发管之间可靠地压力平衡，并因而在流动介质流过蒸发管时可以有特别有利的分配。
按另一项有利的设计，燃烧室一定数量的蒸发管的管内径根据这些蒸发管在燃烧室内的具体位置选择。在燃烧室内的蒸发管以此方式可与一个可预定的热烟气加热剖面相匹配。借助于由此造成的对蒸发管流量的影响，特别可靠地保持在燃烧室蒸发管出口处的温度差很小。
为了将燃烧室的热量特别有效地传输给在蒸发管内流动的流动介质，比较有利的是，一定数量的蒸发管在其内侧分别具有多头螺纹构成的肋。在这种情况下有利的是，在相对于管轴线垂直的平面与设在管内侧上的肋的侧面之间的螺旋角α小于60°，优选地小于55°。
在一根被加热的设计为没有内肋的蒸发管、即所谓光滑管内，从某个蒸汽含量起管壁不再能保持为了特别有效的热传导所要求的润湿。当润湿不足时，可能存在局部干燥的管壁。转变成这种干燥的管壁导致一种具有恶化了的热传导特性的热传导危机，所以通常在此部位的管壁温度会特别强烈地上升。但在有内肋的管内，现在与光滑管相比，这种热传导危机只有在蒸汽含量＞0.9，亦即蒸发结束前不久才出现。这归诸于流体通过螺旋形肋获得的扭转。由于离心力不同，水成分与蒸汽成分分离并压在管壁上。由此在达到高的蒸汽含量前一直保持管壁润湿，所以在有热传导危机的地点已经存在高的流速。其结果是尽管有这种热传导危机仍能实现良好的热传导且最终达到低的管壁温度。
燃烧室一定数量的蒸发管优选地具有用于减小流动介质流量的装置。在这方面业已证明特别有利的是将这些装置设计为节流器。节流器可例如安装在蒸发管内，它们在相关的蒸发管内部的一个地点减小了管的内径。
在这里业已证明有利的是，用于减小流量的装置设在一个包括多根平行管道的管道系统内，通过此管道系统可将流动介质供给燃烧室的蒸发管。在这里此管道系统也可以连接在可平行地加入流动介质的蒸发管进口总系统的上游。在这种情况下可在管道系统的一根管或在多根管内例如设节流配件。采用这种用于减小通过蒸发管的流动介质流量的装置，可以使得通过各蒸发管的流动介质流量与这些蒸发管在燃烧室内具体的受加热状况相匹配。由此进一步特别可靠地保持蒸发管出口处流动介质的温度差非常小。
水平烟道和/或垂直烟道的侧壁有利地由互相气密焊接垂直排列的蒸汽发生器管构成，其中可平行地分别向一定数量的蒸汽发生器管中加入流动介质。
相邻的蒸发管或蒸汽发生器管有利地通过金属带，即所谓金属鳍板，互相气密焊接。鳍板的宽度影响热量供入蒸汽发生器管。因此鳍板宽度优选地根据各蒸发管或蒸汽发生器管在锅炉内的具体位置与可预定的热烟气加热剖面和/或温度剖面相适配。在这里，作为加热剖面和/或温度剖面，可以采用由经验值确定的典型的加热和/或温度剖面，或也可以采用一种粗略的估计，例如一种台阶形的加热和/或温度剖面。即使在不同的蒸发管或蒸汽发生器管加热差别很大时，仍可通过恰当地选择鳍板宽度使热量按这样的方式输入所有的蒸发管或蒸汽发生器管内，即，使得在蒸发管或蒸汽发生器管出口处的温度差特别小。以此方式可靠地防止材料提前疲劳。其结果是锅炉有特别长的使用寿命。
在水平烟道内有利地设一定数量的过热器加热面，它们的管大体上横向于热烟气主流方向排列并且为了流过流动介质相互并联。这些按悬挂的结构方式设置的也称为舱壁加热面的过热器加热面主要通过对流加热，以及沿流动介质流向连接在燃烧室蒸发管下游。由此保证热烟气热量能特别充分地得到利用。
比较有利地是，垂直烟道具有一定数量的对流加热面，它们由大体上横向于热烟气主流方向布置的管子构成。在这里，对流加热面的这些管子为了流过流动介质而并联。这些对流加热面主要也通过对流加热。
为了除此之外保证热烟气热量特别充分地得到利用，垂直烟道有利地具有一燃料节省器。
比较有利的是将燃烧器布置在燃烧室的端壁上，也就是说设在燃烧室的那个与去往水平烟道的流出口处于相对位置的外壁上。如此设计的锅炉能以特别简单的方式与燃料的完全燃烧长度相适应。在这里，矿物燃料的完全燃料长度指的是，在一定的平均热烟气温度下沿水平方向的热烟气速度与矿物燃料的完全燃烧时间tA的乘积。对于一台具体的锅炉，最大的完全燃烧长度是在满负荷时，即在锅炉的所谓满负荷运行时的锅炉蒸汽功率的情况下得出。完全燃烧时间tA则是例如一个煤粉粒在一定的平均热烟气温度下完全燃烧所需要的时间。
为了使例如因有熔融的高温灰进入所导致的水平烟道材料受损和不希望的污染保持得特别少，由从端壁水平烟道进口区之间的距离所定义的燃烧室长度L，有利地至少等于锅炉满负荷运行时燃料的完全燃烧长度。燃烧室的这一长度L通常大于从漏斗上边缘测量到燃烧室盖的燃烧室高度。
为了特别充分地利用矿物燃料的燃烧热，燃烧室的长度L(以m计)按一种有利的设计作为锅炉的BMCR值(Kg/s)、燃料的完全燃烧时间tA(S)和热烟气从燃烧室的出口温度TBRK(℃)的函数选择。BMCR(Boiler maximumcontinuous rating)是国际上通用的表示锅炉最大持续功率的术语。它也相当于设计功率，亦即锅炉满负荷运行时的功率。在这里，当给定锅炉的BMCR值W时，燃烧室的长度L近似地适用由两个函数式(I)和(II)得出的值中较大的那个值：
L(W，tA)＝(C1+C2·W)·tA            (I)
L(W，TBRK)＝(C3·TBRK+C4)W+C5(TBRK)2+C6·TBRK+C7      (II)
式中C1＝8m/s，C2＝0.0057m/kg，C3＝-1.905·10-4(m·s)/(kg℃)，C4＝0.286(s·m)/kg，C5＝3·10-4m/(℃)2，C6＝-0.842m/℃以及C7＝603.41m。
在这里“近似”指的是允许偏离由相关的函数确定的值+20％/-10％。
采用本发明获得的优点尤其在于，通过这种水平的燃烧室以及设计成供热烟气从下向上基本垂直流过的垂直烟道，锅炉有特别小的空间需求。锅炉的这种特别紧凑的结构方式，允许在将此锅炉与汽轮机装置连接时，从锅炉到汽轮机有特别短的连接管道。
下面借助附图进一步说明本发明的实施例，附图中：
图1为一个双烟道结构方式的矿物燃料加热的锅炉的侧视图；
图2为单根蒸发管的纵剖面图；以及
图3示出一个绘有特性曲线K1至K6的坐标系统。
在所有的附图中彼此对应的部件采用相同的附图标记。
图1所示锅炉2属于一个未详细表示的电厂设备，该电厂设备还包括一个汽轮机装置。在锅炉2中产生的蒸汽被利用来驱动汽轮机，汽轮机本身再驱动用来发电的发电机。由发电机发出的电流规定馈入联合电网或孤立电网中。此外，还可以设蒸汽分支管，以用于将这部分蒸汽输送给与汽轮机装置连接的外部过程，该外部过程也可以是一个加热过程。
矿物燃料加热的锅炉2有利地设计为直流式锅炉。它包括一个按水平结构方式设计的燃烧室4，沿热烟气流向在该燃烧室下游通过一水平烟道6连接有一垂直烟道8。燃烧室4下部区由漏斗5构成，它有与端点为X和Y的辅助线对应的上边缘。在锅炉2运行时，矿物燃料B的灰可通过漏斗5排入在它下方的除灰装置7。燃烧室4的外壁9由互相气密焊接垂直排列的蒸发管10构成。在此，一个外壁9是锅炉2燃烧室4的端壁9A，而另外两个外壁9是它的侧壁9B。在图1所示的锅炉2侧视图中，只能看到两个侧壁9B中的一个。燃烧室4侧壁9B的蒸发管10再分成第一组11A和第二组11B。端壁9A的蒸发管10和第一组11A蒸发管10中可平行地加入流动介质S。第二组11B蒸发管10中也可以平行地加入流动介质S。为了使通过燃烧室4外壁9的流动介质S有特别有利的流量特性并因而特别充分地利用矿物燃料B的燃烧热，端壁9A的和第一组11A的蒸发管10沿流动介质流向连接在第二组11B蒸发管10的上游。
水平烟道6的侧壁12和/或垂直烟道8的侧壁14也由互相气密焊接垂直排列的蒸汽发生器管16或17构成。可分别平行地往所述蒸汽发生器管16、17中的一些管中加入流动介质S。
沿流动介质流向，在燃烧室4端面9A和第一组11A蒸发管10上游连接一公共的流动介质S进口总系统18A以及在下游连接一出口总系统20A。同样，沿流动介质流向在第二组11B侧壁9B蒸发管10上游连接一公共的流动介质S进口总系统18B以及在下游连接一出口总系统20B。进口总系统18A和18B分别包括一定数量平行的进口总管。
为了将流动介质S供入燃烧室4端面9A和燃烧室4侧壁9B第一组11A蒸发管10的进口总系统18A中，设管道系统19A。该管道系统19A包括多根并联管道，它们分别与进口总系统18A的进口总管之一连接。出口总系统20A出口侧与管道系统19B相连，后者用于将流动介质S供给燃烧室4侧壁9B第二组11B蒸发管10进口总系统18B的进口总管。
按相同的方式，在水平烟道6侧壁12可平行地加入流动介质S的蒸汽发生器管16的上游连接一公共的进口总系统21，以及在下游连接一公共的出口总系统22。为了将流动介质S供入蒸汽发生器管16的进口总系统21内设管道系统25。管道系统25在这里也包括多根并联的管道，它们分别与进口总系统21的进口总管之一连接。管道系统25在入口侧与燃烧室4侧壁9A第二组11B蒸发管出口总系统20B相连。也就是说离开燃烧室4的已加热的流动介质S被引入水平烟道6的侧壁12内。
采用直流式锅炉2的这种具有进口总系统18A、18B和21以及出口总系统20A、20B和22的设计，可以按这样的方式在燃烧室4并联的蒸发管10之间或在水平烟道6内并联的蒸汽发生器管16之间达到特别可靠的压力平衡，即，使所有并联的蒸发管10或蒸汽发生器管16分别有相同的总压损失。这意味着，与一根加热较少的蒸发管10或蒸汽发生器管16相比，加热较多的蒸发管10或蒸汽发生器管16必须增大流量。
如图2所示，蒸发管10具有在其内侧上的肋40，它们构成多头螺纹的型式并有肋高R。在这里，在垂直于管轴线的平面42与设在管内侧上的肋40侧面44之间的螺旋角α小于55°。由此达到在管壁温度特别低的同时从蒸发管的内壁向在蒸发管10内流动的流动介质S特别有效地热传导。
燃烧室4蒸发管10的管子内径D根据蒸发管10在燃烧室4内的具体位置选择。以此方式使锅炉2适应于各蒸发管10不同强度的受热。燃烧室4蒸发管10的这种设计保证特别可靠地保持蒸发管10出口处的温度差特别小。
相邻的蒸发管或蒸汽发生器管10、16、17按未进一步表示的方式借助鳍板互相气密焊接。也就是说通过恰当选择鳍板宽度可以影响对蒸发管或蒸汽发生器管10、16、17的加热。因此，相关的鳍板宽度适应于可预定的热烟气加热剖面，这种加热剖面与各蒸发管或蒸汽发生器管10、16、17在锅炉内的具体位置有关。在这里加热剖面可以是由经验值确定的典型的加热剖面，或也可以是一种粗略的估计。由此即使各蒸发管或蒸汽发生器管10、16、17的受加热程度有很大的差别，也能使蒸发管或蒸汽发生器管10、16、17出口处的温度差保持得特别小。以此方式可靠地防止材料疲劳，从而保证锅炉2有长的使用寿命。
作为用于减小流动介质S流量的装置，部分蒸发管10配备节流器，它们在图中没有进一步表示。节流器设计为减小管内径D的孔板，它们在锅炉2运行时促使受热少的蒸发管10内流动介质S的流量减小，由此使流动介质S的流量与加热相匹配。此外，作为用于减小在燃烧室4蒸发管10内流动介质S流量的措施，管道系统19或25的一根或多根管道配备节流器，尤其是节流配件，这在附图中没有进一步表示。
在燃烧室4的管系中应当考虑到，一根根互相气密焊接的蒸发管10在锅炉2运行时的受热状况差别很大。所以在设计蒸发管10时有关其内肋、相邻蒸发管10之间的连接鳍板及其管内径应选择为，使所有的蒸发管10尽管受加热不同仍有大体上相同的流动介质S出口温度，并保证对于锅炉2各种运行状况所有蒸发管10充分冷却。
锅炉的这种特性尤其在锅炉2设计用于流过蒸发管10的流动介质S的质量流量密度比较低的情况下得到保证。此外，通过恰当选择连接鳍板和管内径D，使摩擦压力损失在总的压力损失中所占比例降低，从而建立一种自然循环状态：受较强加热的蒸发管10比受较弱加热的蒸发管10流量大。由此还达到，在燃烧器附近的受较强加热的蒸发管10所吸收的单位热量(即单位质量流量吸收的热量)，与相比之下处于燃烧室末端附近的那些受到较弱加热的蒸发管10所吸收的单位热量大体上一样多。采取的另一个使燃烧室4蒸发管10的流量与加热相匹配的措施，是在部分蒸发管10内或在管道系统19的部分管道内安装节流器。与此同时，内肋设计为保证充分冷却蒸发管壁。因此，采用上述这些措施后，所有的蒸发管10有大体相同的流动介质S出口温度。
水平烟道6内具有一定数量的设计为舱壁加热面的过热器加热面23，它们按悬挂的结构方式大体上垂直于热烟气G主流方向24排列，以及它们的管为了流过流动介质S分别并联。过热器加热面23主要被对流加热并沿流动介质流向连接在燃烧室4蒸发管10的下游。
热烟气G可从下向上流过的垂直烟道8具有一定数量主要可被对流加热的对流加热面26，它们由大体上垂直于热烟气G主流方向24排列的管构成。这些管为了流过流动介质S总是并联并组合在流动介质S的途径内，详细情况没有在图中表示。此外，在垂直烟道8内对流加热面26上方设一燃料节省器28。该燃料节省器28在出口侧通过管道系统19连接在配属于蒸发管10的进口总系统18上。在这里，在管道系统19的一根或多根未在图中进一步表示的管道内有用于减小流动介质S流量的节流配件。
在热烟气G可沿基本上垂直的主流方向24从下向上流过的垂直烟道8出口侧后面连接一个短的连接通道50。连接通道50连接垂直烟道8与外壳52。在外壳52内，在进口侧设一热烟气G的脱氮装置54。热烟气G的脱氮装置54通过一个供给装置56与空气预热器60连接。空气预热器60又通过一个烟气通道62与一电子过滤器62连接。
热烟气G脱氮装置54按选择性催化还原法、即所谓的SCR法工作。在按SCR法实施锅炉2热烟气G的催化还原时，氮氧化物(NOx)借助催化剂和还原剂，例如氨，还原为氮(N2)和水(H2O)。
为了实施SCR法，热烟气G脱氮装置54包括一个设计为DeNOx催化转换器64的催化转换器。DeNOx催化转换器设在热烟气G的流动区内。为了将作为还原剂M的氨-水加入热烟气G内，热烟气G脱氮装置具有一计量系统66。在这里，计量系统66包括一个氨-水储罐68和一个压缩空气系统69。计量系统66布置在脱氮装置54内DeNOx催化转换器64的上方。
锅炉2设计有结构高度特别低的水平燃烧室4并因而可用特别低的生产和装配费用制成。此外，锅炉2的燃烧室4具有一定数量的矿物燃料B燃烧器70，它们布置在燃烧室4端壁11上并处于水平烟道6的所在高度位置上。
为了使矿物燃料B(例如固体形式的煤)特别完全地燃烧以达到特别高的效率，以及为了特别可靠地防止例如由于进入高温的熔融灰导致水平烟道6沿热烟气流动方向看的第一过热器加热面23的材料损坏和污染，燃烧室4的长度L应按这样的方式选择，即，当锅炉2满负荷运行时此长度L超过燃烧B的完全燃烧长度。在这里，长度L是从燃烧室4的端壁9A到水平烟道6进口区72的距离。燃料B的完全燃烧长度定义为在规定的平均热烟气温度下沿水平方向的热烟气速度与矿物燃料B完全燃烧时间tA的乘积。对于具体的锅炉2，最大的完全燃烧长度在锅炉2满负荷运行时得出。燃料B的完全燃烧时间tA则是在一定的平均热烟气温度下例如一个平均尺寸的煤粉粒完全燃烧所需要的时间。
为保证特别充分地利用矿物燃料B的燃烧热，燃烧室4的长度(以m计)根据热烟气G从燃烧室4的出口温度TBRK(℃)、燃料B的完全燃烧时间tA(S)和锅炉2的BMCR值W(Kg/s)恰当地选择。在这里BMCR是指Boilermaximum continuous rating。BMCR值W是国际上通用于描述锅炉最大持续功率的术语。它也相当于设计功率，亦即锅炉满负荷运行时的功率。在这里燃烧室4的水平长度L大于燃烧室4的高度H。此高度H是从图1中以带有端点X和Y的辅助线作标志的燃烧室4的漏斗上边缘测量到燃烧室盖的长度。燃烧室4的长度在这里近似地通过两个函数式(I)和(II)确定
L(W，tA)＝(C1+C2·W)·tA          (I)
L(W，TBRK)＝(C3·TBRK+C4)W+C5(TBRK)2+C6·TBRK+C7    (II)
式中C1＝8m/s，C2＝0.0057m/kg，C3＝-1.905·10-4(m·s)/(kg℃)，C4＝0.286(s·m)/kg，C5＝3·10-4m/(℃)2，C6＝-0.842m/℃以及C7＝603.41m，
在这里“近似”指的是允许偏离由相关的函数确定的值+20％/-10％。在一个任意的但确定的锅炉BMCR值W的情况下，燃烧室4的长度L始终采用由两个函数式(I)和(II)得出的值中较大的那个。
在图3的坐标系统中表示了六条曲线K1至K6，作为根据锅炉2的BMCR值W计算燃烧室4长度L的举例。这些曲线分别有下列参数：
K1∶tA＝3s      按(1)；
K2∶tA＝2.5s    按(1)；
K3∶tA＝2s      按(1)；
K4∶TBRK＝1200℃按(2)；
K5∶TBRK＝1300℃按(2)；以及
K6∶TBRK＝1400℃按(2)。
因此为了确定燃烧室4长度L，例如对于完全燃烧时间tA＝3s和热烟气G从燃烧室4的出口温度TBRK＝1200℃，适用曲线K1和K4。由此在给定锅炉2的BMCR值W时，例如
当W＝80kg/s时，按曲线K4，长度L＝29m，
当W＝160kg/s时，按曲线K4，长度L＝34m，
当W＝560kg/s时，按曲线K4，长度L＝57m。
对于完全燃烧时间tA＝2.5s和热烟气G从燃烧室的出口温度TBRK＝1300℃，例如适用曲线K2和K5。由此在给定锅炉2的BMCR值W时，例如
当W＝80kg/s时，按曲线K2，长度L＝21m，
当W＝180kg/s时，按曲线K2和K5，长度L＝23m，
当W＝560kg/s时，按曲线K5，长度L＝37m。
当完全燃烧时间tA＝2s和热烟气G从燃烧室的出口温度TBK＝1400℃，则例如与曲线K3和K6相关。由此在给定锅炉2的BMCR值W时，例如
当W＝80kg/s时，按曲线K3，长度L＝18m，
当W＝465kg/s时，按曲线K3和K6，长度L＝21m，
当W＝560kg/s时，按曲线K6，长度L＝23m。
在锅炉2运行时，矿物燃料B和空气供给燃烧器70。在这里，空气在空气预热器内用热烟气G的剩余热量预热，然后按照图中未进一步表示的方式被压缩并供给燃烧器70。燃烧器70的火焰F水平定向。由于燃烧室4的这种结构方式，造成在燃烧时形成的热烟气G的流动沿大体上水平的主流方向24。
热烟气G经水平烟道6到达热烟气可从下向上流过的垂直烟道8。在垂直烟道8后的出口侧，热烟气G经连接通道50进入热烟气G的脱氮装置54。通过热烟气G脱氮装置54，根据使锅炉2运行的燃料B的种类，在热烟气G内借助压缩空气喷入规定量的氨-水作为还原剂M。这样做是需要的，因为氮氧化物(NOx)的净化率取决于使锅炉2运行的矿物燃料B的种类。以此方式保证在锅炉2的所有运行状态热烟气G特别可靠地脱氮。
已净化的热烟气G1经通入空气预热器58的供给装置56离开热烟气G脱氮装置54。在空气预热器58内对要供给燃烧矿物燃料B的燃烧器70的空气进行预热。热烟气G经烟气通道60离开空气预热器58并经由过滤器62排入环境中。
进入燃料节省器28的流动介质S经管道系统19A到达进口总系统18A中，它配属于锅炉2的燃烧室4端壁9A和侧壁9B的第一组11A蒸发管10。在锅炉2燃烧室4互相气密焊接垂直排列的蒸发管10内形成的蒸汽或水汽混合物聚集在流动介质S的出口总系统20A内。蒸汽或水汽混合物从那里经管道系统19B到达进口总系统18B中，它配属于燃烧室4侧壁9B的第二组11B蒸发管10。在锅炉2燃烧室4互相气密焊接垂直排列的蒸发管10内形成的蒸汽或水汽混合物聚集在流动介质S的出口总系统20B内。蒸汽或水汽混合物从那里经管道系统25到达配属于水平烟道侧壁12的蒸汽发生器管16的进口总系统21中。在蒸汽发生器管16内形成的蒸汽或水汽混合物经出口总系统22到达垂直烟道8的壁内，并从那里再进入水平烟道6的过热器加热面23中。在过热器加热面23中实施蒸汽的进一步过热，此蒸汽接着供给用户，例如用于驱动汽轮机。
在锅炉2中通过根据锅炉2的BCRM值W选择燃烧室4的长度，保证特别可靠地充分利用矿物燃料B的燃烧热。此外，锅炉2通过其水平的燃烧室4及其直接连接在垂直烟道8下游的脱氮装置54因而有特别小的空间需求。在这里以特别简单的方式在锅炉2的所有运行状态均保证热烟气G特别可靠地脱氮。

Claims (20)

1.一种锅炉(2)，它具有一个热烟气(G)脱氮装置(54)和一个矿物燃料(B)的燃烧室(4)，该热烟气(G)脱氮装置(54)沿热烟气流向经水平烟道(6)和垂直烟道(8)连接在燃烧室(4)的下游，其中，燃烧室(4)包括一定数量布置在水平烟道(6)所在高度位置的燃烧器(70)，以及，垂直烟道(8)设计成供热烟气(G)从下向上大体垂直流过，而热烟气(G)的脱氮装置(54)设计成供热烟气(G)从上向下大体垂直流过。
2.按照权利要求1所述的锅炉(2)，它具有一个空气预热器(58)，其中，离开热烟气(G)脱氮装置(54)的已净化的热烟气(G1)可用于加热空气。
3.按照权利要求1或2所述的锅炉(2)，其中，热烟气(G)脱氮装置(54)包括一个DeNOx催化转换器(64)。
4.按照权利要求1至3之一所述的锅炉(2)，其中，燃烧室(4)的外壁(9)由互相气密焊接垂直排列的蒸发管(10)构成，其中，可平行地往一定数量的蒸发管(10)中加入流动介质(S)。
5.按照权利要求1至4之一所述的锅炉(2)，其中，燃烧室(4)的一个外壁(9)是端壁(9A)以及两个外壁(9)是燃烧室(4)的侧壁(9B)，侧壁(9B)再分成第一组(11A)蒸发管(10)和第二组(11B)蒸发管(10)，端壁(9A)和第一组(11A)蒸发管(10)中可平行地加入流动介质(S)并且它们沿流动介质方向连接在可平行地加入流动介质(S)的第二组(11B)蒸发管(10)的上游。
6.按照权利要求4或5所述的锅炉(2)，其中，沿流动介质流向，在可分别平行地加入流动介质(S)的蒸发管(10)的上游连接一公共的进口总系统(18A、18B)，以及在其下游连接一公共的出口总系统(20A、20B)。
7.按照权利要求1至6之一所述的锅炉(2)，其中，燃烧室(4)一定数量的蒸发管(10)的管内径(D)根据这些蒸发管(10)在燃烧室(4)内的具体位置选择。
8.按照权利要求1至7之一所述的锅炉(2)，其中，一定数量的蒸发管(10)在其内侧分别带有由多头螺纹构成的肋(40)。
9.按照权利要求8所述的锅炉(2)，其中，在相对于管轴线垂直的平面(42)与设在管内侧上的肋(40)侧面(44)之间的螺旋角α小于60°，优选地小于55°。
10.按照权利要求1至8之一所述的锅炉(2)，其中，一定数量的蒸发管(10)分别具有一节流器。
11.按照权利要求1至10之一所述的锅炉(2)，其中，设置一个用于将流动介质(S)供入燃烧室(4)蒸发管(10)内的管道系统(19A、19B)，为了减小流动介质(S)的流量，管道系统(19A、19B)具有一定数量的节流器，尤其是节流配件。
12.按照权利要求1至11之一所述的锅炉(2)，其中，水平烟道(6)的侧壁(12)由互相气密焊接、垂直排列的蒸汽发生器管(16)构成，其中的一些管可分别平行地被加入流动介质(S)。
13.按照权利要求1至12之一所述的锅炉(2)，其中，垂直烟道(8)的侧壁(14)由互相气密焊接、垂直排列的蒸汽发生器管(17)构成，其中的一些管可分别平行地被加入流动介质(S)。
14.按照权利要求1至13之一所述的锅炉(2)，其中，相邻的蒸发管或蒸汽发生器管(10、16、17)通过鳍板互相气密焊接，在这里，鳍板的宽度根据蒸发管或蒸汽发生器管(10、16、17)在燃烧室(4)、水平烟道(6)和/或垂直烟道(8)内的具体位置选择。
15.按照权利要求1至14之一所述的锅炉(2)，其中，在水平烟道(6)内按悬挂的结构方式设置一定数量的过热器加热面(50)。
16.按照权利要求1至15之一所述的锅炉(2)，其中，在垂直烟道(8)内设置一定数量的对流加热面(52)。
17.按照权利要求1至16之一所述的锅炉(2)，其中，在垂直烟道(8)内设置一燃料节省器(28)。
18.按照权利要求1至17之一所述的锅炉(2)，其中，燃烧器(70)布置在燃烧室(4)的端壁(9A)上。
19.按照权利要求1至18之一所述的锅炉(2)，其中，由燃烧室(4)的端壁(9A)与水平烟道(6)进口区(72)之间的间距所定义的燃烧室(4)长度(L)至少等于在锅炉(2)满负荷运行时燃料(B)的完全燃烧长度。
20.按照权利要求1至19之一所述的锅炉(2)，其中，燃烧室(4)的长度(L)作为BMCR值(W)、燃烧器(70)的完全燃烧时间(tA)和/或热烟气(G)从燃烧室(4)的出口温度(TBRK)的函数，近似地按下面两个函数式(I)和(II)选择
L(W，tA)＝(C1+C2·W)·tA               (I)
L(W，TBRK)＝(C3·TBRK+C4)W+C5(TBRK)2+C6·TBRK+C7     (II)
式中C1＝8 m/s，C2＝0.0057m/kg，C3＝-1.905·10-4(m·s)/(kg℃)，C4＝0.286(s·m)/kg，C5＝3·10-4m/(℃)2，C6＝-0.842m/℃以及C7＝603.41m，其中，对于一个BMCR值(W)而言，总是适用由上面两个函数式得出的燃烧室(4)长度(L)值中较大的那个值。
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