JP2007526976A - Generator with continuous combustion furnace for the purpose of generating steam - Google Patents

Generator with continuous combustion furnace for the purpose of generating steam Download PDF

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Abstract

本発明は、燃料および酸化剤が供給された少なくとも1つの燃焼器と、蒸発熱交換器を備える蒸発域と、過熱熱交換器を備える過熱域と、予熱熱交換器を備える予熱域と、回収ドラムとを有する少なくとも2基の燃焼炉(F1、F2)を備える蒸気発生器であって、それぞれの炉が少なくとも1つの蒸発熱交換器(20)を備えることを特徴とする蒸気発生器に関する。
本発明によれば、それぞれの炉が少なくとも1つの蒸発炉(20)を備える。
The present invention comprises at least one combustor supplied with fuel and oxidant, an evaporation zone comprising an evaporative heat exchanger, a superheat zone comprising a superheat heat exchanger, a preheat zone comprising a preheat heat exchanger, and recovery A steam generator comprising at least two combustion furnaces (F1, F2) having a drum, each furnace comprising at least one evaporative heat exchanger (20).
According to the invention, each furnace comprises at least one evaporation furnace (20).

Description

[発明の分野]
本発明は蒸気の発生を目的とする熱発生器に関する。
[Field of the Invention]
The present invention relates to a heat generator for generating steam.

さらに詳細には、本発明は、より一般的にはボイラと呼ばれ、酸化剤、さらに詳細には概ね80%を超える高い酸素含有率を有する酸化剤の存在下で、燃料、特に硫黄および窒素を含む燃料を燃焼することによって動作する蒸気発生器に関する。   More particularly, the present invention is more commonly referred to as a boiler, and in the presence of an oxidant, more particularly an oxidant having a high oxygen content, generally greater than 80%, fuel, particularly sulfur and nitrogen. The present invention relates to a steam generator that operates by burning a fuel containing the fuel.

このような発生器を使用して、とりわけ火力発電所の蒸気タービンなどの回転機械を駆動することが可能であり、この機械では約560℃の温度を有する過熱蒸気と呼ばれる高温の蒸気を発生させる必要がある。この発生器の別の可能な応用例は、製油所で石油変換過程の要件を満たすために蒸気を発生させることである。このような発生器を使用して原油抽出のために蒸気を発生させることも可能である。   Such a generator can be used to drive a rotating machine such as a steam turbine of a thermal power plant, in particular, which generates hot steam called superheated steam having a temperature of about 560 ° C. There is a need. Another possible application of this generator is to generate steam at a refinery to meet the requirements of an oil conversion process. It is also possible to generate steam for crude oil extraction using such a generator.

[発明の背景]
空気の存在下で燃料を燃焼することによって動作する蒸気発生器が、特に、仏国特許第2528540号明細書から既に知られている。この発生器は、少なくとも1つの燃焼器が設けられた燃焼炉(または燃焼小室)を備え、さらに蒸発スクリーンもしくは蒸発器と呼ばれる少なくとも1つの蒸発熱交換器を備える蒸発域と、過熱熱交換器もしくは過熱器を備える過熱域と、予熱熱交換器もしくはエコノマイザ(economiseur(仏))を備える予熱域と、ならびに蒸気排出域および/もしくは蒸気再循環域とを連続的に、すなわち、相前後して含む。ドラムと呼ばれ、蒸発器に熱水を供給しかつ過熱器に蒸気を供給する気相および液相にある水を貯蔵する手段も設けられる。
[Background of the invention]
A steam generator that operates by burning fuel in the presence of air is already known, in particular from French Patent 2,528,540. This generator comprises a combustion furnace (or combustion chamber) provided with at least one combustor, and further comprises an evaporation zone comprising at least one evaporating heat exchanger called an evaporating screen or evaporator, and a superheat heat exchanger or Contain continuously, ie before and after, a superheat zone with a superheater, a preheat zone with a preheat exchanger or economizer (economiseur (France)), and a steam discharge zone and / or steam recirculation zone . There is also provided means for storing water in the vapor and liquid phases, called drums, which supply hot water to the evaporator and steam to the superheater.

この種類の発生器は一般に、2つの回路、すなわち、水回路と呼ばれ、蒸発域、過熱域、予熱域の熱交換器およびドラムを備える第1の回路と、蒸気回路と呼ばれ、酸化剤を含む燃料の燃焼から得られる蒸気を利用し、この蒸気が燃焼器から蒸気排出域まで流れるときに燃焼によって放出された熱エネルギーを様々な熱交換器に伝達することを目的とする第2の回路とを使用する。   This type of generator is commonly referred to as two circuits, namely a water circuit, a first circuit comprising an evaporating zone, a superheated zone, a preheat zone heat exchanger and a drum, and a steam circuit, referred to as an oxidizer. A second purpose is to use steam obtained from the combustion of a fuel containing, and to transfer the thermal energy released by combustion to the various heat exchangers when this steam flows from the combustor to the steam discharge zone. Use with circuit.

実用では、燃焼から得られる蒸気は、水を加熱し、次いでそれを蒸発させ、最終的には蒸発によって得られる蒸気を過熱するように、その熱を対流によっておよび/または放射によって様々な熱交換器に伝達するために熱交換器を通過する高温の蒸気である。さらには、この蒸気は次に、スタック(=煙突。cheminee(仏))を介して大気に排出される前に、塵埃回収装置などの複合処理プラントに送出され、その後で蒸気処理ユニットに送出され得る。   In practice, the steam obtained from the combustion heats the water, then evaporates it, and eventually heats the steam obtained by evaporation to various heat exchanges by convection and / or radiation. Hot steam that passes through the heat exchanger for transmission to the vessel. Furthermore, this steam is then sent to a combined treatment plant such as a dust collector before being discharged to the atmosphere through a stack (= chimney. Cheminee (France)) and then to a steam treatment unit. obtain.

水回路では、その箇所で利用可能な水が汲み上げられ、それが予熱されるエコノマイザの中に注入される。この予熱水は、次にドラムに送られ(自然循環型発生器の場合)、そこから予熱水が蒸発器に供給されるか、または蒸発器に直接送られ(強制循環型発生器の場合)、それによって予熱水の大部分を蒸発させる。次いで、この2相の液水蒸気混合物はドラムに送出され、そこで液相と蒸気相とが分離される。ドラムからの蒸気は、非常に高温の蒸気を発生させ得る過熱器に供給される。   In the water circuit, water available at that location is pumped and injected into the economizer where it is preheated. This preheated water is then sent to the drum (in the case of a natural circulation generator), from which preheated water is fed to the evaporator or directly to the evaporator (in the case of a forced circulation generator) , Thereby evaporating most of the preheated water. This two-phase liquid water vapor mixture is then delivered to a drum where the liquid phase and the vapor phase are separated. The steam from the drum is fed to a superheater that can generate very hot steam.

したがって、よく知られているように、燃焼炉の蒸発器は、蒸気が最高の熱水準に到達しかつ蒸発器で水を2相の流体に変換するためのエネルギー要件が最大の領域であるので、この蒸発器で水の大部分が蒸発する。次いで、蒸気のエネルギーの過熱器への熱伝達、すなわち、過熱蒸気を得るために高い温度水準も必要とする伝達が過熱域で生じる。最後に、蒸気は、過熱域を退出するとき、その最低温度水準の蒸気を利用して水を予熱するエコノマイザとその熱エネルギーを交換する。蒸気の熱を最大限に利用することによって、これらのすべての熱交換動作は発生器の効率を極大化することができる。   Thus, as is well known, combustion furnace evaporators have the highest energy requirements for steam to reach the highest heat level and to convert water into a two-phase fluid in the evaporator. In this evaporator, most of the water evaporates. Then, heat transfer of the steam energy to the superheater, i.e. transfer that also requires high temperature levels to obtain superheated steam, occurs in the superheat zone. Finally, when steam leaves the superheat zone, it uses its lowest temperature level steam to exchange its thermal energy with an economizer that preheats water. By making full use of the heat of the steam, all these heat exchange operations can maximize the efficiency of the generator.

好ましくは80%を超える高い酸素含有率を有する酸化剤を使用してこの種類の発生器を動作させ、さらに、とりわけこの酸化剤に含有される窒素バラストを削減することによってこのような燃焼から利点を得ることも関心事であり得る。   Operate this type of generator using an oxidizer with a high oxygen content, preferably above 80%, and further benefit from such combustion, especially by reducing the nitrogen ballast contained in this oxidizer It can also be a concern.

事実、酸化剤から窒素の少なくとも一部を除去するとき、蒸気流量とスタックを介して燃焼蒸気によって排出されるエネルギーとが低減され、したがってこのような蒸気発生器の熱効率を高めることができる。したがって同じ伝達熱量に対して燃料消費が減少する。一例として、空気で動作し、250℃の蒸気を排出する発生器のスタックにおける熱損失が、燃料によって供給された熱出力の約10%であるのに対して、同一の動作条件で酸化剤として純粋酸素を使用するとき、熱損失が3%まで低減され、それは約7%のエネルギー効率の上昇をもたらす。同様に、蒸気流量も少なくとも4倍減少する。   In fact, when removing at least a portion of the nitrogen from the oxidant, the steam flow rate and the energy discharged by the combustion steam through the stack are reduced, thus increasing the thermal efficiency of such a steam generator. Therefore, fuel consumption is reduced for the same amount of heat transferred. As an example, heat loss in a stack of generators operating on air and exhausting steam at 250 ° C. is about 10% of the heat output supplied by the fuel, whereas as an oxidant under the same operating conditions When using pure oxygen, heat loss is reduced to 3%, which results in an increase in energy efficiency of about 7%. Similarly, the steam flow is reduced at least four times.

さらには、酸素による燃焼を利用するとき、排出物質が大幅に低減される。さらに詳細には、分子状窒素の熱解離と燃料中に含有された窒素の反応との両方から得られる窒素酸化物の排気物質(NOx)が、同じ燃焼器技術で1から5倍減少する。   Furthermore, emissions are greatly reduced when using combustion with oxygen. More specifically, the nitrogen oxides emissions (NOx) resulting from both the thermal dissociation of molecular nitrogen and the reaction of nitrogen contained in the fuel are reduced by a factor of 1 to 5 with the same combustor technology.

しかも、硫黄酸化物を除去するための蒸気の処理が、燃焼蒸気中の硫黄酸化物濃度の上昇を考慮して単純化され得る。したがって、硫黄酸化物の処理要件の費用に関してかなりの節約が実現可能である。   Moreover, the treatment of the steam to remove sulfur oxides can be simplified in view of the increase in sulfur oxide concentration in the combustion steam. Thus, considerable savings can be realized with respect to the cost of sulfur oxide processing requirements.

しかし、燃焼が空気と燃料との間で生じる蒸気発生器の設計は、高い比率の酸素を有する酸化剤の存在下での燃焼、すなわち、酸素燃焼が行われる発生器に応用することができない。   However, the steam generator design where combustion occurs between air and fuel cannot be applied to combustion in the presence of an oxidant with a high proportion of oxygen, ie, oxyfuel combustion.

実際に、横座標に蒸気の温度(単位℃)と縦座標に燃焼効率(単位%)とを表すグラフである図1が、空気による燃焼(曲線I)と酸素燃焼(曲線II)との間の効率差を示す。   Actually, FIG. 1, which is a graph showing the temperature of steam (unit: ° C) on the abscissa and the combustion efficiency (unit%) on the ordinate, shows the relationship between air combustion (curve I) and oxyfuel combustion (curve II) Shows the difference in efficiency.

酸素燃焼によって動作する発生器の主要特徴の画定には、第1に様々な蒸気発生段階における熱交換の分布を計算する必要がある。   To define the main features of a generator operating by oxyfuel combustion, it is first necessary to calculate the distribution of heat exchange in the various steam generation stages.

これは、480℃の温度および80バールの圧力で124トン/時の過熱蒸気を送出する100MWの空気による発生器の実施例によって明らかになろう。この場合に、エコノマイザの流出口における250℃の蒸気温度では、エンタルピー表から得られた出力分布は以下の通りである。すなわち、
-蒸発器中の水の蒸発 43.8%
-過熱器中の蒸気の過熱 18.8%
-エコノマイザによる水の予熱 27.6%
-排出における熱損失 9.8%
図1は、エコノマイザの流出口における250℃の蒸気温度(点A)に対して90.2%の熱効率を与える。
This will be demonstrated by an embodiment of a generator with 100 MW air delivering 124 tons / hour superheated steam at a temperature of 480 ° C. and a pressure of 80 bar. In this case, at a steam temperature of 250 ° C. at the outlet of the economizer, the output distribution obtained from the enthalpy table is as follows. That is,
-Evaporation of water in the evaporator 43.8%
-Steam overheating in superheater 18.8%
-Preheat water by economizer 27.6%
-Heat loss in discharge 9.8%
FIG. 1 gives a thermal efficiency of 90.2% for a steam temperature of 250 ° C. (point A) at the economizer outlet.

エコノマイザの流出口で250℃の蒸気温度を維持することによって、図1は、組成が約95%の酸素、約3%の窒素、および約2%のアルゴンである酸化剤を使用する酸素燃焼による発生器によって送出された出力の43.8%を消費する蒸発器の流出口における蒸気の温度が、2000℃を大幅に超えることを示す(線B)。   By maintaining a steam temperature of 250 ° C. at the economizer outlet, FIG. 1 is obtained by oxyfuel combustion using an oxidant whose composition is about 95% oxygen, about 3% nitrogen, and about 2% argon. It shows that the temperature of the vapor at the outlet of the evaporator consuming 43.8% of the output delivered by the generator significantly exceeds 2000 ° C. (Line B).

このような温度は、窒素酸化物(NOx)などの排出物質に関して有害である。さらに詳細には、NOx形成率と蒸気温度との間に指数依存性があり、約1500℃の蒸気温度から、酸化剤の分子状窒素のNOへの変換が非常に急激に増加することが証明されている。さらには、蒸気は2000℃を超える温度で過熱器に進入し、したがって過熱器を概ね形成する管が非常に高い蒸気温度に曝される。この解決には、既に乾燥蒸気が内部で循環する過熱器の管に対する熱抵抗問題が生じる。   Such temperatures are detrimental for emissions such as nitrogen oxides (NOx). More specifically, there is an exponential dependence between NOx formation rate and steam temperature, demonstrating that the conversion of oxidant molecular nitrogen to NO from a steam temperature of about 1500 ° C increases very rapidly. Has been. Furthermore, the steam enters the superheater at temperatures above 2000 ° C., so that the tubes that generally form the superheater are exposed to very high steam temperatures. This solution creates a thermal resistance problem for the superheater tubes in which dry steam is already circulated.

窒素酸化物の形成に関して、燃焼炉の流出口において約1300℃の蒸気温度を超えないことが好ましいのは本出願人によって多大な研究を通じて得られた経験が証明する。   With regard to the formation of nitrogen oxides, it is proved by experience gained through extensive research by the applicant that it is preferable not to exceed a steam temperature of about 1300 ° C. at the outlet of the combustion furnace.

図1は、この温度に対応する熱効率が、酸素燃焼下で動作する燃焼小室では、約80.9%(点C)であり、それは、蒸発器が必要とする、約1200℃の温度で43.8%(点D)の効率を超えて際だって高いことを示している。   FIG. 1 shows that the thermal efficiency corresponding to this temperature is about 80.9% (point C) in a combustion chamber operating under oxyfuel combustion, which is 43.8% (at a temperature of about 1200 ° C. required by the evaporator). This indicates that the efficiency exceeds the efficiency of point D).

空気で動作する通常のボイラの場合では、エネルギー収支は、熱エネルギーの約30%が水の加熱に、約40%がその蒸発に、約20%が過熱に、さらに約10%が熱損失に吸収されることを示したことも観察された。酸素燃焼によって動作するボイラの場合では、燃焼小室の流出口における約1300℃の蒸気温度には、エネルギーの約80%がこの燃焼小室に伝達される必要があり、そのために蒸気過熱および水の予熱段階に十分な残存熱エネルギーが残らない。   In the case of a normal boiler operating on air, the energy balance is about 30% of the heat energy for heating the water, about 40% for its evaporation, about 20% for overheating and about 10% for heat loss. It was also observed that it was absorbed. In the case of boilers operating by oxyfuel combustion, a steam temperature of about 1300 ° C at the outlet of the combustion chamber requires that about 80% of the energy be transferred to the combustion chamber, which causes steam superheating and water preheating. Not enough residual heat energy remains in the stage.

本発明は、要件温度まで過熱された蒸気の実現を可能にする蒸気温度水準が、ボイラに通常使用される技術および材料を利用して簡素な方法で実現される発生器によって上記の欠点を克服することを目的とする。   The present invention overcomes the above drawbacks by means of a generator in which the steam temperature level enabling the realization of steam superheated to the required temperature is realized in a simple manner utilizing the techniques and materials normally used in boilers. The purpose is to do.

[発明の概要]
したがって本発明は、燃料および酸化剤が供給された少なくとも1つの燃焼器と、蒸発熱交換器を備える蒸発域と、過熱熱交換器を備える過熱域と、予熱熱交換器を備える予熱域と、回収ドラムとを有する少なくとも2基の燃焼炉を備える蒸気発生器であって、それぞれの炉が少なくとも1つの蒸発熱交換器を備えることを特徴とする蒸気発生器に関する。
[Summary of Invention]
Accordingly, the present invention provides at least one combustor supplied with fuel and oxidant, an evaporation zone comprising an evaporative heat exchanger, a superheat zone comprising a superheat heat exchanger, and a preheat zone comprising a preheat heat exchanger, A steam generator comprising at least two combustion furnaces with a recovery drum, each furnace comprising at least one evaporative heat exchanger.

それぞれの炉が少なくとも1つの過熱熱交換器を備え得ることが好ましい。   Preferably, each furnace can be equipped with at least one superheat heat exchanger.

それぞれの炉は、少なくとも1つの予熱熱交換器も備え得る。   Each furnace may also include at least one preheat heat exchanger.

炉の一方が少なくとも1つの蒸発熱交換器を備え、かつ他方の炉が少なくとも1つの過熱熱交換器を備え得る。   One of the furnaces may comprise at least one evaporative heat exchanger and the other furnace may comprise at least one superheat heat exchanger.

炉の一方が少なくとも1つの蒸発熱交換器を備え得るのに対して、他方の炉は少なくとも1つの過熱熱交換器と少なくとも1つの予熱熱交換器とを備え得る。   One of the furnaces may comprise at least one evaporative heat exchanger, while the other furnace may comprise at least one superheat heat exchanger and at least one preheating heat exchanger.

別法として、炉の一方が少なくとも1つの蒸発交換器と少なくとも1つの過熱熱交換器とを備え、かつ他方の炉が少なくとも1つの過熱熱交換器と少なくとも1つの予熱熱交換器とを備え得る。   Alternatively, one of the furnaces may comprise at least one evaporation exchanger and at least one superheat heat exchanger, and the other furnace may comprise at least one superheat exchanger and at least one preheat heat exchanger. .

蒸気発生器は、燃焼炉からの蒸気のための浄化小室を備え得る。   The steam generator may comprise a purification chamber for steam from the combustion furnace.

蒸気浄化小室は予熱域から上流に配置され得る。   The steam purification compartment may be located upstream from the preheat zone.

蒸気浄化小室は吸湿剤噴射手段を含み得る。   The steam purification chamber may include a humectant injection means.

蒸気浄化小室は還元剤噴射手段を備え得る。   The steam purification chamber may include a reducing agent injection means.

蒸気浄化小室は少なくとも1つの蒸発域を備え得る。   The steam purification compartment may comprise at least one evaporation zone.

蒸気浄化小室中に噴射された吸湿剤はカルシウム類またはマグネシウム類であり得る。   The hygroscopic agent injected into the steam purification chamber can be calcium or magnesium.

蒸気浄化小室中に噴射された還元剤は尿素類またはアンモニア類であり得る。   The reducing agent injected into the steam purification chamber may be ureas or ammonia.

酸化剤は高酸素含有率の酸化剤であるのに対して、燃料は、重油、石油残留物、ガス、オイルコークス、または石炭などの固体、液体、または気体の燃料である。   The oxidant is a high oxygen content oxidant, while the fuel is a solid, liquid, or gaseous fuel such as heavy oil, petroleum residue, gas, oil coke, or coal.

少なくとも一方の炉の壁はシェル(=外殻。 virole (仏))またはメンブレン(=膜状。membranee(仏))壁からなり得る。   At least one furnace wall may consist of a shell (= outer shell, virole (France)) or a membrane (= membrane-like, membranee (France)) wall.

[図の簡単な説明]
本発明の他の特徴および利点は、添付の図を参照して、以下の非限定的な実施例として供した説明を読むことにより明白になる。
-図2は、本発明の一実施形態に係る発生器を示す図である。
-図3は、本発明の第1の変形を示す図である。
-図4は、本発明の別の変形を示す図である。
[Brief description of figure]
Other features and advantages of the present invention will become apparent upon reading the following description provided by way of non-limiting example with reference to the accompanying drawings.
FIG. 2 shows a generator according to an embodiment of the invention.
FIG. 3 shows a first variant of the invention.
FIG. 4 shows another variant of the invention.

[詳細な説明]
図2に関連して、より一般的にはボイラと呼ばれる蒸気発生器10が、酸化剤の存在下で燃料が燃焼する2基の連続する燃焼炉F1およびF2を備える。この燃料は、重油、石油残留物、ガス、オイルコークス、または石炭など、特に、硫黄および窒素を含有する固体、液体、または気体の燃料であるのに対して、酸化剤は、好ましくは80%を超える非常に高い酸素含有率を有する気体または純粋酸素であることが好ましい。
[Detailed description]
With reference to FIG. 2, a steam generator 10, more commonly referred to as a boiler, includes two successive combustion furnaces F1 and F2 in which fuel burns in the presence of an oxidant. This fuel is a solid, liquid or gaseous fuel containing heavy oil, petroleum residue, gas, oil coke or coal, in particular containing sulfur and nitrogen, whereas the oxidant is preferably 80% Preference is given to gases or very pure oxygen having a very high oxygen content exceeding.

管路14を介して燃料が供給されかつ管路16を介して酸化剤が供給される少なくとも1つの燃焼器12が、図示した主燃焼炉F1の上部に好ましくは垂直に配置される。この燃焼器の配置および数量は、低排出ガスで燃焼を実現し、他方ではこの炉の壁18と燃焼器の炎が接触するのを防止するように当業者によって決定される。この燃焼は、火格子、流動床などの他の任意の手段によっても実行可能である。注入される燃料に応じて、燃料の蒸発に使用可能な蒸気を再利用するために、蒸気または、とりわけCO2またはO2のような気体もしくは混合気などの補助流体を適切に使用して燃焼を最適化する。 At least one combustor 12, which is supplied with fuel via line 14 and supplied with oxidant via line 16, is preferably arranged vertically above the main combustion furnace F 1 shown. The placement and quantity of the combustors is determined by those skilled in the art to achieve combustion with low emissions, while preventing the furnace wall 18 from coming into contact with the combustor flame. This combustion can also be performed by any other means such as a grate, fluidized bed, etc. Depending on the fuel injected, combustion is suitably performed using steam or an auxiliary fluid such as a gas or mixture such as CO 2 or O 2 in particular, in order to recycle the steam that can be used for fuel evaporation. To optimize.

この主燃焼炉F1は、少なくとも1つの蒸発熱交換器または蒸発スクリーン20(以後の説明では蒸発器と呼ぶ)を備える蒸発域Vを含み、この蒸発器は、説明の実施例では、好ましくは「メンブレン壁」型である主炉F1の壁からなる。よく知られているように、これらのメンブレン壁は、熱交換器を形成するように、溶接したフィンによって相互に連結された管からなる。こうして得られた蒸発器は、これらの管の内部で循環する流体の少なくとも一部を蒸発させる高温蒸発器である。   The main combustion furnace F1 includes an evaporation zone V comprising at least one evaporation heat exchanger or evaporation screen 20 (referred to in the following description as an evaporator), which is preferably " It consists of the wall of the main furnace F1, which is a “membrane wall” type. As is well known, these membrane walls consist of tubes interconnected by welded fins to form a heat exchanger. The evaporator thus obtained is a high-temperature evaporator that evaporates at least part of the fluid circulating inside these tubes.

この蒸発域Vの、したがって主炉F1の流出口22が副燃焼炉F2に通じ、この副炉は、その下部にかつ流出口22と接続して、上で画定したように管路26を介して燃料が供給されかつ管路28を介して酸化剤が供給される燃焼器24を好ましくは垂直に内蔵する。同様に、この燃焼器の配置および数量は、低排出ガスで燃焼を実現し、他方ではこの副炉F2の壁と燃焼器の炎が接触するのを防止するように当業者によって決定される。   The outlet 22 of this evaporation zone V and therefore of the main furnace F1 leads to the auxiliary combustion furnace F2, which is connected to the lower part and to the outlet 22 via the line 26 as defined above. Combustor 24, preferably fueled and supplied with oxidant via line 28, is preferably built vertically. Similarly, the placement and quantity of this combustor is determined by those skilled in the art to achieve combustion with low emissions, while preventing the secondary furnace F2 wall from coming into contact with the combustor flame.

この副燃焼炉は、少なくとも1つの過熱熱交換器または過熱器30(高温過熱器と呼ぶ)を備える高温過熱域S1を含み、この過熱器は、それを通過する概ね蒸気相にある流体の温度を上昇させる。したがって、この炉の壁は、コンクリート、煉瓦、または繊維状物質などの絶縁物質によって熱放射から保護された好ましくは金属製シェル32からなる。蒸気が循環する管束34が、この絶縁物質に沿って装着される。この過熱器は、それを通過する蒸気相にある流体を過熱する高温熱交換器である。   The sub-combustion furnace includes a high temperature superheat zone S1 with at least one superheat exchanger or superheater 30 (referred to as a high temperature superheater), which is the temperature of the fluid that is generally in the vapor phase passing therethrough. To raise. Therefore, the wall of the furnace consists of a preferably metal shell 32 protected from thermal radiation by an insulating material such as concrete, brick or fibrous material. A tube bundle 34 through which steam circulates is mounted along this insulating material. This superheater is a high temperature heat exchanger that superheats the fluid in the vapor phase passing through it.

この高温過熱域の流出口36が、追加的な過熱域S2(低温過熱域と呼ぶ)と好ましくは予熱域Pとを含む筐体Eに上部で連通する。低温加熱域S2は、少なくとも1つの対流型熱交換器38(低温過熱器と呼ぶ)を含む。予熱域Pも少なくとも1つの対流型熱交換器40(エコノマイザと呼ぶ)を含む。これらの対流型熱交換器38および40は、当業で知られているように、回収器に連結された管束からなる。   This high temperature superheat zone outlet 36 communicates at the top with a housing E which includes an additional superheat zone S2 (referred to as a low temperature superheat zone) and preferably a preheat zone P. The low temperature heating zone S2 includes at least one convective heat exchanger 38 (referred to as a low temperature superheater). The preheating zone P also includes at least one convective heat exchanger 40 (referred to as an economizer). These convective heat exchangers 38 and 40 consist of a bundle of tubes connected to a collector, as is known in the art.

このように、蒸気発生器は2つの連続する燃焼炉、すなわち、主燃焼炉F1と、この主燃焼炉と直列に副燃焼炉F2とを備える。主炉F1は燃焼器12および蒸発器20を備えるのに対して、副炉F2は、燃焼器24、高温過熱器30を備え、さらにその後に低温過熱器38およびエコノマイザ40からなる筐体Eが続く。   Thus, the steam generator includes two successive combustion furnaces, that is, a main combustion furnace F1, and a sub-combustion furnace F2 in series with the main combustion furnace. The main furnace F1 includes the combustor 12 and the evaporator 20, whereas the sub-furnace F2 includes the combustor 24 and the high temperature superheater 30, and then a casing E including the low temperature superheater 38 and the economizer 40 is provided. Continue.

予熱域の流出口42が、この筐体Eの下部で任意の知られた処理手段またはスタック(図示せず)に連通する蒸気排出域Fに通じる。   A preheating zone outlet 42 leads to a steam discharge zone F communicating with any known processing means or stack (not shown) at the bottom of the housing E.

エコノマイザ40は、給水口44と、この種の発生器で一般に使用されるドラムなどの流体回収手段50の中へ管路48を介して終端する予熱水流出口46とを備える。低温過熱器38は、管路54を介してドラム50から来る蒸気のための流入口52と、この蒸気を高温過熱器30まで送出するための流出口56とを備える。高温過熱器30は、管路60によって運ばれる、低温過熱器38から来る蒸気のための流入口58と、火力発電所のタービンなど、このような過熱蒸気を利用する任意の手段に管路64を介して送出される好ましくは過熱蒸気のための流出口62とを備える。有利なことに、エコノマイザおよび低温過熱器には、それを通過する蒸気がそれほど大量の塵埃を含んでいなければ、フィンなどの熱伝達促進装置を設けることができる。蒸発器20は流入口66および流出口70を備え、この流入口には、それにドラム50を連結する管路68を介して予熱水が供給され、またこの流出口は、管路72によって2相形態(液水蒸気)にある水の混濁液をドラム50に送出する。   The economizer 40 includes a water inlet 44 and a preheated water outlet 46 that terminates via a conduit 48 into a fluid recovery means 50 such as a drum that is commonly used in this type of generator. The low temperature superheater 38 includes an inlet 52 for steam coming from the drum 50 via a conduit 54 and an outlet 56 for delivering this steam to the high temperature superheater 30. The hot superheater 30 is connected to any means utilizing such superheated steam, such as an inlet 58 for steam coming from the low temperature superheater 38, carried by line 60, and a turbine in a thermal power plant. And preferably an outlet 62 for superheated steam. Advantageously, the economizer and low temperature superheater can be provided with heat transfer enhancing devices such as fins if the vapor passing therethrough does not contain so much dust. The evaporator 20 is provided with an inlet 66 and an outlet 70, which is supplied with preheated water via a pipe 68 connecting the drum 50 to the inlet, and this outlet is two-phased by a pipe 72. A turbid liquid of water in the form (liquid steam) is delivered to the drum 50.

したがって、この発生器の動作時には、水が流入口44を介してエコノマイザ40の中に送り込まれ、それはこのエコノマイザの中を循環し、他方では予熱され、それは次いで、エコノマイザの流出口46にドラム50を連結する管路48によって、このドラムの中に回収される。次に、この熱水は、少なくとも一部を流出口70で2相の水混濁液に変換するために、管路68を介してドラム50から蒸発器20の流入口66まで送出される。この蒸発器を退出する混濁液は、管路72を介して、それが気相と液相とに分離されるドラム50に送出される。次いで、このドラムの中に収容された蒸気は、流出口56で第1の温度水準の乾燥蒸気を得るために、管路54を介して、この蒸気の温度を上昇させる低温過熱器38の流入口52に送出される。乾燥蒸気とは、しかるべき圧力において水の飽和温度を超える高温の蒸気であると理解される。高温過熱器30の流入口58は、管路60によって低温過熱器38から蒸気を受け取り、この蒸気は、過熱蒸気の形態で、すなわち、低温過熱器38からの蒸気の温度を超える高温で、流出口62を通って流出する。   Thus, during operation of the generator, water is fed into the economizer 40 via the inlet 44, which circulates through the economizer and on the other hand is preheated, which is then drummed 50 at the economizer outlet 46. Is collected in this drum by a pipe line 48 connecting the two. This hot water is then delivered from the drum 50 to the inlet 66 of the evaporator 20 via line 68 in order to at least partially convert it into a two-phase water turbid liquid at the outlet 70. The turbid liquid leaving the evaporator is sent via a line 72 to a drum 50 where it is separated into a gas phase and a liquid phase. The steam contained in the drum is then flowed through a superheater 38 that raises the temperature of the steam via line 54 to obtain dry steam at a first temperature level at outlet 56. Delivered to inlet 52. Dry steam is understood to be hot steam that exceeds the saturation temperature of water at the appropriate pressure. The inlet 58 of the hot superheater 30 receives steam from the cold superheater 38 via line 60, and this steam is in the form of superheated steam, i.e. at a high temperature above the temperature of the steam from the cold superheater 38. It flows through outlet 62.

これらの異なる温度上昇および/または様々な熱交換器の中で循環する流体の相変化を実現するために、燃焼によって発生した熱エネルギーを適切に利用することが必要である。したがって、気体、液体、または固体燃料の総量の一部(典型的には、このような総量の20%と80%の間の範囲)および高酸素含有率酸化剤の総量の一部(典型的には、20%と80%の間の範囲)が、管路14および16を介して主燃焼炉F1の燃焼器12の中に注入される。このように少なくとも2基の炉にわたる出力分布によって、緩和された運転条件下で動作させ、かつ発生器のより高い融通性を実現することができる。燃焼によって発生した蒸気は、蒸発器20の流出口70で2相の液水蒸気形態にある流体を得るために、蒸発域Vを通過しかつこの蒸発器の管中を循環する予熱水とその熱エネルギーの一部を交換する。   In order to achieve these different temperature rises and / or phase changes of the fluid circulating in the various heat exchangers, it is necessary to properly utilize the thermal energy generated by the combustion. Thus, part of the total amount of gas, liquid, or solid fuel (typically in the range between 20% and 80% of such total amount) and part of the total amount of high oxygen content oxidant (typically In the range between 20% and 80%) is injected into the combustor 12 of the main combustion furnace F1 via lines 14 and 16. In this way, the power distribution across at least two furnaces allows operation under relaxed operating conditions and higher generator flexibility. The steam generated by the combustion passes through the evaporation zone V and circulates in the evaporator tube to obtain a fluid in the form of two-phase liquid water vapor at the outlet 70 of the evaporator 20 and its heat. Exchange some energy.

蒸気は、主炉F1の流出口22で副炉F2に送出され、そこでは燃料と酸化剤との合計量の残留分の燃焼が、管路26および28を介して燃料および酸化剤が供給される燃焼器24によって行われる。次いで、この蒸気の温度が高められ、さらにこの蒸気は高温過熱器30を含む高温過熱域S1を通過する。次いで、この過熱器の管中を循環する蒸気の温度が高められ、次に、この過熱蒸気は管路64を介して放出され、タービンなどの知られた手段または任意の過程によって利用される。流出口36を通って高温過熱域S1を退出する蒸気は、低温過熱器38を含む低温過熱域S2に送られ、そこでは温度上昇を受ける蒸気が循環する。別法として、図3に関連してさらに詳細に説明するように、蒸気は、低温過熱器38に流入する前に、吸湿剤が注入される蒸気処理域に送られる。次いで、この蒸気は予熱域Pを通過し、そこではエコノマイザ40の中を循環する水が蒸気との熱交換によって温度が高められ、他方ではこの蒸気を一般には約250℃の適切な温度まで冷却する。   The steam is sent to the secondary furnace F2 at the outlet 22 of the main furnace F1, where the combustion of the total amount of fuel and oxidant is supplied to the fuel and oxidant via lines 26 and 28. By the combustor 24. Next, the temperature of the steam is increased, and further, the steam passes through the high temperature superheat zone S 1 including the high temperature superheater 30. The temperature of the steam circulating in the superheater tube is then increased, and the superheated steam is then released via line 64 and utilized by known means such as a turbine or any process. The steam leaving the high-temperature superheat zone S1 through the outlet 36 is sent to the low-temperature superheat zone S2 including the low-temperature superheater 38, where the steam receiving the temperature rise circulates. Alternatively, as described in more detail in connection with FIG. 3, before the steam enters the cold superheater 38, it is sent to a steam treatment area where a humectant is injected. The steam then passes through a preheating zone P where the water circulating in the economizer 40 is heated by heat exchange with the steam, while the steam is cooled to a suitable temperature, typically about 250 ° C. To do.

次いで、この蒸気は流出口42を介して領域Fに排出され、さらに任意適切な処理手段または当業で知られているスタックに送出される。   This vapor is then discharged to the region F via the outlet 42 and further delivered to any suitable processing means or stack known in the art.

実施例として、燃焼器12は、炉F1の流出口22で温度が約1300℃の蒸気を発生させる。次いで、この蒸気は副燃焼炉F2に流入する。この蒸気は、燃焼器24によって温度が高められ、炉F2における熱交換の後で、領域S1の流出口36で約1000℃の温度に達する。このように熱せられたこの蒸気は、その熱エネルギーを低温過熱器38と交換することによって副過熱域S2に流入し、それはこの領域を約600℃の温度で退出する。次いで、それは予熱域Pの中に存在するエコノマイザ40を一気に通過し、流出口42を介して約250℃の温度で領域Fに排出される。   As an example, the combustor 12 generates steam at a temperature of about 1300 ° C. at the outlet 22 of the furnace F1. Next, this steam flows into the auxiliary combustion furnace F2. This steam is raised in temperature by the combustor 24 and, after heat exchange in the furnace F2, reaches a temperature of about 1000 ° C. at the outlet 36 in region S1. The steam thus heated flows into the sub-superheat zone S2 by exchanging its thermal energy with the low temperature superheater 38, which exits this zone at a temperature of about 600 ° C. Then, it passes through the economizer 40 existing in the preheating zone P at a stretch, and is discharged to the region F through the outlet 42 at a temperature of about 250 ° C.

並行して、水が約150℃の温度でエコノマイザ40の中に導入され、それは約290℃で流出する。次いで、この予熱水は、ドラム50を通過した後に一部が蒸発器20の中で蒸発し、それは、ドラム50に送出される前に約305℃の温度で流出する。このドラムを同じ温度で退出する蒸気が低温過熱器38に注入され、この過熱器によってその温度が流出口56で約375℃まで高められ、それはこの低温過熱器から高温過熱器30に送られ、さらにそれはこの高温過熱器から約480℃で退出する。   In parallel, water is introduced into the economizer 40 at a temperature of about 150 ° C., which flows out at about 290 ° C. The preheated water then evaporates in part in the evaporator 20 after passing through the drum 50 and flows out at a temperature of about 305 ° C. before being sent to the drum 50. Steam exiting the drum at the same temperature is injected into the cold superheater 38, which raises its temperature to about 375 ° C at the outlet 56, which is sent from the cold superheater to the hot superheater 30, In addition, it exits this hot superheater at about 480 ° C.

本発明の範囲から逸脱することなく、多数の燃焼炉を相前後して設置しかつ相互に対して直列に配置可能である。さらには、他の燃焼炉の後に配置された熱交換器に直列に連結された、蒸発器および/または過熱器および/またはエコノマイザなどの少なくとも1つの熱交換器を含む蒸発域および/または過熱域および/または予熱域をそれぞれの燃焼炉の中に配置することが可能である。   A number of combustion furnaces can be installed one after the other and in series with each other without departing from the scope of the present invention. Furthermore, an evaporation zone and / or a superheat zone comprising at least one heat exchanger, such as an evaporator and / or a superheater and / or an economizer, connected in series to a heat exchanger arranged after another combustion furnace And / or a preheating zone can be arranged in each combustion furnace.

図2の変形を示し、したがって同じ参照符号を有する図3の実施例では、「メンブレン壁」型の副燃焼炉F2が使用され、かつ高温過熱域が主燃焼炉F1の中に配置される。   In the embodiment of FIG. 3 which shows a variant of FIG. 2 and therefore has the same reference numerals, a “membrane wall” type sub-combustion furnace F2 is used and a high temperature superheat zone is arranged in the main combustion furnace F1.

有利なことに、この変形では、発生器全体が、主炉F1から流出口42まで循環する蒸気中に含まれる熱エネルギーを役立てるように「メンブレン壁」型の壁を備える。   Advantageously, in this variant, the entire generator is provided with a “membrane wall” type wall to make use of the thermal energy contained in the steam circulating from the main furnace F1 to the outlet 42.

この発生器は、主燃焼炉F1と低温過熱域S2を含む副燃焼炉F2とを備える。この領域は、蒸気排出域Fによって終端する予熱域Pに通じる。上で説明したように、「メンブレン壁」型の主燃焼炉F1は、燃焼器12と、蒸発器20および蒸気流出口74を含む蒸発域Vとを備え、この流出口は、筐体E1の中に内蔵された高温過熱域S1に通じる。この実質的に垂直で細長い筐体も「メンブレン壁」型であり、それは蒸気流入口58および過熱蒸気流出口62を備える伝導型の高温過熱器30を内蔵する。この過熱域の流出口22は、図2に関連して説明した燃焼器24を備え、かつ同様にメンブレン壁からなる副燃焼炉F2に通じる。蒸気流出口36は、上で説明したように、蒸気流入口52および蒸気流出口56を備える低温過熱器38を含む低温過熱域S2に通じ、前記領域は、給水口44および予熱水流出口46が設けられたエコノマイザ40を含む予熱域Pに連通し、この予熱域は流出口42を介して蒸気排出域Fに連通する。   This generator includes a main combustion furnace F1 and a sub-combustion furnace F2 including a low-temperature superheat zone S2. This region leads to a preheating zone P that terminates with a steam discharge zone F. As described above, the “membrane wall” type main combustion furnace F1 includes the combustor 12 and the evaporation zone V including the evaporator 20 and the steam outlet 74, and this outlet is connected to the casing E1. It leads to the high temperature superheat zone S1 built in. This substantially vertical and elongated housing is also of the “membrane wall” type, which incorporates a conductive high temperature superheater 30 with a steam inlet 58 and a superheated steam outlet 62. The outlet 22 in the superheat zone is provided with the combustor 24 described in relation to FIG. The steam outlet 36 leads to a low temperature superheat zone S2 including a low temperature superheater 38 with a steam inlet 52 and a steam outlet 56, as described above, where the water supply inlet 44 and the preheated water outlet 46 are connected. The preheating area P including the provided economizer 40 is communicated with, and the preheating area is communicated with the steam discharge area F through the outlet 42.

低温過熱域S2および予熱域Pは「メンブレン壁」型の壁を備えることが好ましい。この構成では、蒸発器中の予熱水の取り込みと、2相流体(液水蒸気)の流出とが異なる水準で生じ得る。とりわけ、メンブレン壁中には幾つかの予熱水流入口が存在し、かつドラム中には幾つかの2相流体流出口の開口が存在し得る。   The low temperature superheat zone S2 and the preheat zone P preferably comprise “membrane wall” type walls. In this configuration, the intake of preheated water in the evaporator and the outflow of the two-phase fluid (liquid steam) can occur at different levels. In particular, there may be several preheated water inlets in the membrane wall and several two-phase fluid outlet openings in the drum.

実施例として、図3に示すように、蒸発器20は、主炉F1に予熱水流入口66と、予熱域の流出口42に配置されて管路72によってドラム50に連結された2相流体(液水蒸気)流出口70とを備える。したがって、燃焼炉F1およびF2、高温過熱域S1、低温過熱域S2、ならびに予熱域Pはそれぞれ、図中の参照符号V、V1、V2、およびV3を有する蒸発域の中に分散された蒸発器20の一部を含む。炉F1およびF2のみがメンブレン壁を有する場合は、2相流体流出口70は副炉F2の流出口に配置されることになり、この流出口には、図中の点線で示したように、管路72によってドラム50に連結され、蒸発域V、V1、およびV2のみが残ることになる。   As an example, as shown in FIG. 3, the evaporator 20 includes a two-phase fluid (mainly connected to a drum 50 by a pipe 72, which is disposed in a preheating water inlet 66 and a preheating area outlet 42 in a main furnace F 1. Liquid vapor) outlet 70. Therefore, the combustion furnaces F1 and F2, the high-temperature superheat zone S1, the low-temperature superheat zone S2, and the preheat zone P, respectively, are evaporators distributed in the evaporation zones having the reference signs V, V1, V2, and V3 in the figure. Includes 20 parts. When only the furnaces F1 and F2 have a membrane wall, the two-phase fluid outlet 70 is disposed at the outlet of the sub-furnace F2, and as shown by the dotted line in the figure, Connected to drum 50 by line 72, leaving only the evaporation zones V, V1, and V2.

すべての壁が「メンブレン壁」型である変形では、主炉が、燃焼器12と、蒸発器20を含む蒸発域Vと、高温過熱器30を含む高温過熱域S1と、筐体E1のメンブレン壁の管を含む蒸発域V1とを備えるのに対して、副炉F2は、燃焼器24と、低温過熱器38を含む低温過熱域S2と、エコノマイザ40を含む予熱域Pと、メンブレン壁の管を含む蒸発域V2およびV3とを備える。   In a variant in which all the walls are of the “membrane wall” type, the main furnace is composed of a combustor 12, an evaporation zone V including an evaporator 20, a high-temperature superheat zone S 1 including a high-temperature superheater 30, and a membrane of the casing E 1. In contrast to the evaporation zone V1 including the wall tube, the auxiliary furnace F2 includes the combustor 24, the low-temperature superheat zone S2 including the low-temperature superheater 38, the preheat zone P including the economizer 40, the membrane wall Evaporation zones V2 and V3 including tubes are provided.

したがって、上で図2に関連して説明したように、主炉F1の燃焼器12は、気体、液体、または固体燃料の総量の一部および高酸素量酸化剤の総量の一部によって供給される。炉F1の蒸気は、蒸発域Vを通過し、蒸発器20の流出口で第1の2相の液水蒸気形態にある流体を得るように、この熱交換器の管の中を循環する予熱水とその熱エネルギーを交換する。蒸気は、蒸発域Vの流出口74で高温過熱域S1を通過するが、この過熱域で、蒸気は高温過熱器30の流出口で第1の温度水準にある蒸気を得るように、一方でその熱エネルギーをこの過熱器に伝達し、他方で蒸発域V1の管の中を循環する流体に伝達する。   Thus, as described above in connection with FIG. 2, the combustor 12 of the main furnace F1 is supplied by a portion of the total amount of gas, liquid, or solid fuel and a portion of the total amount of high oxygen oxidant. The The steam in the furnace F1 passes through the evaporation zone V and preheated water circulates in the tubes of this heat exchanger so as to obtain a fluid in the form of a first two-phase liquid water vapor at the outlet of the evaporator 20. And exchange its thermal energy. The steam passes through the hot superheat zone S1 at the outlet 74 of the evaporation zone V, where the steam is obtained at the outlet of the hot superheater 30 to obtain steam at a first temperature level. The thermal energy is transferred to the superheater and on the other hand to the fluid circulating in the tube of the evaporation zone V1.

過熱域S1を退出する蒸気は流出口22を介して副燃焼炉F2に送られ、この炉で燃料と酸化剤との合計量の残留分の燃焼が燃焼器24によって行われる。次いで、この蒸気の温度が高められて、その蒸気は流出口36を介して副過熱域S2に排出されると共に、その熱エネルギーを低温過熱器38と交換する。この蒸気はまた、それが副炉および高温過熱域を通過するとき、そのエネルギーの一部を蒸発域V2の管に伝達する。低温過熱域S2を退出する蒸気は予熱域Pを通過するが、その域内では、エコノマイザ40の中を循環する水が蒸気との熱交換によって温度が高められ、他方では蒸気は適切な温度まで冷却される。同様に、蒸気は、蒸発域V3を形成するメンブレン壁の管にその熱エネルギーを伝達する。次いで、この蒸気は流出口42を介して領域Fの中に排出され、それは任意適切な処理手段または当業で知られているスタックに送出される。   The steam leaving the superheat zone S1 is sent to the sub-combustion furnace F2 through the outlet port 22, and the combustor 24 burns the residual amount of the total amount of fuel and oxidant in this furnace. Then, the temperature of the steam is increased, and the steam is discharged to the sub superheat zone S2 through the outlet 36, and the thermal energy is exchanged with the low temperature superheater 38. This steam also transfers some of its energy to the tube in the evaporation zone V2 as it passes through the secondary furnace and the hot superheat zone. The steam leaving the low-temperature superheat zone S2 passes through the preheat zone P, but in that zone, the temperature of water circulating in the economizer 40 is increased by heat exchange with the steam, and on the other hand, the steam is cooled to an appropriate temperature. Is done. Similarly, the vapor transfers its thermal energy to the membrane wall tube that forms the evaporation zone V3. This steam is then discharged into the region F via the outlet 42, which is delivered to any suitable processing means or stack known in the art.

動作の間に、流入口44を介してエコノマイザ40の中に流入する水が、このエコノマイザを通過することによって熱せられた後で、管路48を介してドラム50に送出される。次いで、この熱水は、管路68を介してこのドラムから蒸発器20の流入口66に送出される。流出口70から流出する2相の液水蒸気流体は、発生器を通過する流れ全体にわたって、すなわち、燃焼器12から流出口42まで蒸気の熱量を吸収して、管路72を介してドラム50に送出される。このドラムでは、2相流体は蒸気相と液相との間で分離され、蒸気は管路54を介して低温過熱器38の流入口52に送られ、その過熱器でこの蒸気の温度が第1の水準まで高められる。蒸気は、この過熱器の流出口56で管路60を介して高温過熱器30の流入口58に送られ、その高温過熱器で蒸気の温度は、流出口62を介して上で説明した任意の装置に排出される前に、低温過熱器38の水準を超える高い水準まで再び高められる。   During operation, water flowing into the economizer 40 via the inlet 44 is heated by passing through the economizer and then delivered to the drum 50 via line 48. This hot water is then delivered from this drum to the inlet 66 of the evaporator 20 via line 68. The two-phase liquid steam fluid flowing out from the outlet 70 absorbs the heat of steam throughout the flow passing through the generator, that is, from the combustor 12 to the outlet 42, and enters the drum 50 via the pipe line 72. Sent out. In this drum, the two-phase fluid is separated between the vapor phase and the liquid phase, and the vapor is sent via pipe 54 to the inlet 52 of the low temperature superheater 38 where the temperature of this vapor is the first. Increased to 1 level. Steam is routed at this superheater outlet 56 via line 60 to the inlet 58 of the hot superheater 30 where the temperature of the steam is optional via the outlet 62 described above. It is raised again to a high level that exceeds the level of the low temperature superheater 38 before being discharged into the device.

当然のことであるが、こうしたすべての動作の間、燃焼器12および24には図2に関連して説明したように燃料が供給される。   Of course, during all these operations, the combustors 12 and 24 are supplied with fuel as described in connection with FIG.

さらに実施例として、蒸気の温度は、蒸発域Vの流出口で約1300℃、高温過熱域S1の流出口で約500℃、低温過熱域S2の流入口で約1300℃、この領域の流出口で約350℃、さらに蒸気排出域Fへの流出口42で約200℃である。様々な熱交換器中の流体の温度は、エコノマイザ40の流入口44で約150℃、このエコノマイザの流出口46で約165℃、蒸発器の流出口70および低温過熱器38の流入口52で約304℃、この過熱器の流出口56および高温過熱器30の流入口58で約360℃、さらにこの高温過熱器の流出口62で約480℃である。   Further, as an example, the temperature of the steam is about 1300 ° C. at the outlet of the evaporation zone V, about 500 ° C. at the outlet of the high temperature superheat zone S1, and about 1300 ° C. at the inlet of the low temperature superheat zone S2. About 350 ° C. and about 200 ° C. at the outlet 42 to the steam discharge zone F. The temperature of the fluid in the various heat exchangers is about 150 ° C at the inlet 44 of the economizer 40, about 165 ° C at the outlet 46 of this economizer, the outlet 70 of the evaporator and the inlet 52 of the low temperature superheater 38. About 304 ° C., about 360 ° C. at the outlet 56 of the superheater and the inlet 58 of the hot superheater 30, and about 480 ° C. at the outlet 62 of the hot superheater.

図4は、図3による本発明の実施形態の変形を示し、したがってそれは同じ参照符号を有する。   FIG. 4 shows a variant of the embodiment of the invention according to FIG. 3, so that it has the same reference numerals.

この変形は、蒸気浄化小室76および中温過熱域S3を内蔵する筐体E2が存在する点が図3と基本的に異なる。   This modification is fundamentally different from FIG. 3 in that there is a housing E2 containing the steam purification chamber 76 and the medium-temperature superheat zone S3.

実際に、発生器における燃焼は一般に、環境に悪影響を有する硫黄酸化物(SOx)および窒素酸化物(NOx)などの大気汚染物質を含む蒸気を発生させることを本出願人は観察した。   In fact, Applicants have observed that combustion in the generator generally generates steam containing air pollutants such as sulfur oxides (SOx) and nitrogen oxides (NOx) that have a negative impact on the environment.

これらの汚染物質を処理する数多くの方法が知られているが、それらのほとんどは、一般に予熱域を退出する蒸気に対して低温で行うものである。しかし、窒素酸化物処理を簡素化するために、または硫黄酸化物から硫酸が凝縮するのを防止するために、これらの汚染物質は約1000℃の高温で処理されることが好ましい。   Numerous methods are known for treating these contaminants, most of which are generally performed at low temperatures for steam exiting the preheat zone. However, in order to simplify the nitrogen oxide treatment or to prevent the sulfuric acid from condensing from the sulfur oxide, these contaminants are preferably treated at a high temperature of about 1000 ° C.

したがって、図4の変形の場合では、この副炉の作用を考慮して高水準にある蒸気温度を役立てるように、脱硫小室のような蒸気浄化小室76が、燃焼器24によって生成された蒸気の流出口36の後に配置される。   Therefore, in the case of the modification of FIG. 4, a steam purification chamber 76 such as a desulfurization chamber is used for the steam generated by the combustor 24 so as to make use of the steam temperature at a high level in consideration of the operation of the sub-furnace. Arranged after the outlet 36.

図3に関連して既に説明したように、「メンブレン壁」型の主炉F1が、燃焼器12と、蒸発器20を含む蒸発域Vと、高温過熱器30および蒸気流出口22を含む高温過熱域S1とを備える。この過熱域の流出口22は副燃焼炉F2に通じる。炉F2の燃焼器24によって生成された蒸気の流出口36は中温過熱域S3に通じ、中温過熱器78が、管路82によって低温過熱器38の流出口56に連結された流入口80と、管路86によって高温過熱器30の流入口58に連結された蒸気流出口84とを備える。   As already explained in connection with FIG. 3, the “membrane wall” type main furnace F <b> 1 includes a combustor 12, an evaporation zone V including an evaporator 20, a high temperature superheater 30 and a steam outlet 22. And a superheat zone S1. The outlet 22 in this superheated area leads to the auxiliary combustion furnace F2. The steam outlet 36 generated by the combustor 24 of the furnace F2 leads to the intermediate temperature superheat zone S3, and the intermediate temperature superheater 78 is connected to the outlet 56 of the low temperature superheater 38 by a line 82; And a steam outlet 84 connected to the inlet 58 of the high temperature superheater 30 by a pipe 86.

この領域の流出口は、図示の実施例では脱硫小室である浄化小室76と連通する。   The outlet in this region communicates with a purification chamber 76 which is a desulfurization chamber in the illustrated embodiment.

この小室には少なくとも1つの吸湿剤噴射器88が装備されており、その噴射器は、この小室を通過する蒸気の中に吸湿剤の噴流を迅速かつ均一に散布することが可能である。噴射された吸湿剤は、硫黄酸化物の形成を制限するように、カルシウム類もしくはマグネシウム類、または蒸気中に含まれた硫黄酸化物と反応可能な任意の他の種類でよい。噴射される吸湿剤の粒径および量は、現行規則に準拠する脱硫率を実現するように当業者によって決定される。   The chamber is equipped with at least one humectant injector 88, which can quickly and uniformly disperse a humectant jet into the steam passing through the chamber. The injected hygroscopic agent may be calcium or magnesium, or any other type capable of reacting with sulfur oxides contained in the steam so as to limit the formation of sulfur oxides. The particle size and amount of the humectant injected is determined by those skilled in the art to achieve a desulfurization rate that complies with current regulations.

有利なことに、この浄化小室はまた、尿素またはアンモニアなどの還元剤を噴射することによって、この小室を通過する蒸気を脱窒するために役立つことになる。この還元剤は、吸湿剤噴射器88と同様の手段によって浄化小室中に均一に散布される。   Advantageously, this purification chamber will also serve to denitrify the vapor passing through this chamber by injecting a reducing agent such as urea or ammonia. The reducing agent is uniformly sprayed into the purification chamber by the same means as the hygroscopic agent injector 88.

吸湿剤の、および/または還元剤の噴射器の数ならびに配置は、浄化小室中に吸湿剤および/または還元剤が適切に散布されるように当業者によって決定されよう。   The number and arrangement of hygroscopic and / or reducing agent injectors will be determined by those skilled in the art so that the hygroscopic and / or reducing agent is properly sprayed into the purification chamber.

この浄化小室の壁は有利なことに「メンブレン壁」型の壁からなり、それらはまた、蒸発域V4を形成することによって蒸発器の中を循環する水を蒸発させる役割も果たす。   The walls of this purification chamber advantageously consist of "membrane wall" type walls, which also serve to evaporate the water circulating in the evaporator by forming an evaporation zone V4.

図3に関連して既に説明したように、浄化小室の流出口90は、低温過熱域S2と流出口42を介して蒸気処理域Fに通じる予熱域Pとに連通する。   As already described in connection with FIG. 3, the outlet 90 of the purification chamber communicates with the preheating zone P leading to the steam processing zone F via the low temperature superheat zone S2 and the outlet 42.

動作の間に、主炉F1によって生成された蒸気は、主蒸発域Vを連続的に通過し、次いで高温過熱域S1を通過する。次いで、蒸気の温度は、この過熱域の流出口で燃焼器24によって高められる。この蒸気は、次に中温過熱域S3を通過して浄化小室76に達し、そこで蒸気は吸湿剤および/または還元剤の噴射によって脱硫および/または脱窒される。このように処理された蒸気は流出口90に達し、そこから蒸気は、蒸気排出域Fに到達する前に、低温過熱域S2および予熱域Pに流入する。   During operation, the steam generated by the main furnace F1 passes continuously through the main evaporation zone V and then passes through the hot superheat zone S1. The temperature of the steam is then raised by the combustor 24 at this superheated outlet. This steam then passes through the intermediate temperature superheat zone S3 and reaches the purification chamber 76, where it is desulfurized and / or denitrified by injection of a hygroscopic and / or reducing agent. The steam thus treated reaches the outlet 90, from which the steam flows into the low temperature superheat zone S2 and the preheat zone P before reaching the steam discharge zone F.

並行して、エコノマイザ40の中に導入された水はこのエコノマイザを通過することによって過熱され、次いでそれはドラム50に送出される。このドラム中に存在する熱水は蒸発器20に送出され、次いでこの蒸発器からの2相の液水蒸気流体は管路72を介してドラム50に送出される。ドラム中に存在する蒸気は低温過熱器38に送出され、そこから蒸気は管路82を介して中温過熱器78に送出される。次いで、この中温過熱器から来る蒸気は管路86を介して高温過熱器に送出され、そこから蒸気は流出口62および管路64を介して退出する。   In parallel, the water introduced into the economizer 40 is superheated by passing through the economizer, which is then delivered to the drum 50. Hot water present in the drum is delivered to the evaporator 20, and then the two-phase liquid steam fluid from the evaporator is delivered to the drum 50 via line 72. The steam present in the drum is sent to the low-temperature superheater 38, from which the steam is sent to the medium-temperature superheater 78 via the pipe line 82. The steam coming from this medium temperature superheater is then sent to the high temperature superheater via line 86 from which the steam exits via outlet 62 and line 64.

浄化小室76を通過する蒸気は、この浄化小室における蒸気の滞留在時間にしたがって必要な脱硫率が得られるように、好ましくは600℃と1100℃の間の範囲の温度にある。この温度域は、この小室に上で説明した還元剤噴出器が装備されていれば、蒸気の脱窒も可能であることが確認できよう。   The steam passing through the purification chamber 76 is preferably at a temperature in the range between 600 ° C. and 1100 ° C. so that the required desulfurization rate is obtained according to the residence time of the steam in the purification chamber. In this temperature range, it can be confirmed that the denitrification of the steam is possible if the small chamber is equipped with the reducing agent ejector described above.

さらには、図3に関連して既に説明したように、蒸気はその熱エネルギーを様々な蒸発域V、V1、V2、V3、およびV4の管に伝達する。   Furthermore, as already explained in connection with FIG. 3, the steam transfers its thermal energy to the tubes of the various evaporation zones V, V1, V2, V3 and V4.

この変形を示す実施例では、酸素燃焼下で動作し、かつ124トン/時の約480℃の温度まで過熱された蒸気を送出する100MWの発生器を検討する。使用された燃料は、質量パーセントで、約84%の炭素、約9%の水素、約6%の硫黄、および約1%の窒素からなる。酸化剤の体積による組成は、約95%の酸素、約3%の窒素、および約2%のアルゴンからなる。燃料および酸化剤の流量はそれぞれ、主燃焼炉F1では約1.29kg/秒および4.24kg/秒であるのに対し、副燃焼炉F2では、それらは約1.39kg/秒および4.56kg/秒である。   In an embodiment showing this variation, a 100 MW generator operating under oxyfuel combustion and delivering superheated steam to a temperature of about 480 ° C. at 124 tons / hour is considered. The fuel used consists of about 84% carbon, about 9% hydrogen, about 6% sulfur, and about 1% nitrogen in weight percent. The composition by volume of oxidant consists of about 95% oxygen, about 3% nitrogen, and about 2% argon. The fuel and oxidant flow rates are about 1.29 kg / sec and 4.24 kg / sec, respectively, in the main combustion furnace F1, while they are about 1.39 kg / sec and 4.56 kg / sec in the secondary combustion furnace F2. .

このような条件から、エコノマイザ40の流入口で水の温度は150℃であり、エコノマイザの流出口で熱水の温度は約180℃であるのに対して、予熱域Pから上流では蒸気の温度は約450℃であり、この領域から下流では約250℃である。2相の液体水蒸気流体の温度は、蒸発器20を通過した後で、蒸発器の流出口70で約305℃である。低温過熱器38の流入口で蒸気の温度は約305℃であり、その流出口では330℃であるのに対して、低温過熱域S2から上流では蒸気の温度は約750℃であり、この領域から下流では約450℃である。中温過熱器78の流入口80で蒸気の温度は約330℃であり、その流出口84では約420℃であるのに対して、中温過熱域S3から上流では蒸気の温度は約1300℃であり、この領域から下流および浄化小室76の流入口では約1000℃である。高温過熱器30の流入口で蒸気の温度は約420℃であり、その流出口62では約480℃であるのに対して、高温過熱域S1から上流では蒸気の温度は約1300℃であり、この過熱域から下流では約500℃である。   Under these conditions, the temperature of water at the inlet of the economizer 40 is 150 ° C., and the temperature of hot water at the outlet of the economizer is about 180 ° C., whereas the temperature of the steam upstream from the preheating zone P Is about 450 ° C. and about 250 ° C. downstream from this region. The temperature of the two-phase liquid steam fluid is approximately 305 ° C. at the evaporator outlet 70 after passing through the evaporator 20. The temperature of the steam at the inlet of the low temperature superheater 38 is about 305 ° C. and the outlet thereof is 330 ° C., whereas the temperature of the steam upstream from the low temperature superheat zone S2 is about 750 ° C. It is about 450 ° C downstream. The temperature of the steam at the inlet 80 of the intermediate temperature superheater 78 is about 330 ° C., and the temperature at the outlet 84 is about 420 ° C., whereas the temperature of the steam upstream from the intermediate temperature superheat zone S3 is about 1300 ° C. The temperature is about 1000 ° C. downstream from this region and at the inlet of the purification chamber 76. The temperature of the steam at the inlet of the high-temperature superheater 30 is about 420 ° C. and the outlet 62 is about 480 ° C., whereas the temperature of the steam upstream from the high-temperature superheat zone S1 is about 1300 ° C. It is about 500 ° C. downstream from this superheat zone.

本発明は上に説明した実施形態の実施例に限定されるものではなく、本発明はすべての変形を包含する。   The present invention is not limited to the examples of the embodiment described above, and the present invention includes all modifications.

有利なことに、窒素酸化物の排出を制限するように、化学量論的な条件の下で酸化剤に対して過剰量の燃料で主燃焼炉F1を動作させることが考慮可能である。   Advantageously, it may be considered to operate the main combustion furnace F1 with an excess of fuel relative to the oxidant under stoichiometric conditions so as to limit the emission of nitrogen oxides.

このような条件下で、適切な燃焼効率を実現するために、副燃焼炉F2は、上述の化学量論的な条件で燃料に対して過剰量の酸化剤で動作可能である。   Under such conditions, in order to achieve appropriate combustion efficiency, the sub-combustion furnace F2 can be operated with an excess of oxidant relative to the fuel under the stoichiometric conditions described above.

さらには、燃焼炉中で利用可能な熱エネルギーを考慮すると、エコノマイザなしで済ますことが可能であり、さらに所定箇所に所定温度で水を受け取る蒸発器によって水を予め熱することが有利であり得る。この水は、循環する間に蒸発器の先頭部分で予熱され、次いで蒸発器の残りの部分で蒸発することになる。   Furthermore, considering the thermal energy available in the combustion furnace, it is possible to dispense with an economizer, and it may be advantageous to preheat water with an evaporator that receives water at a predetermined temperature at a predetermined location. . This water will be preheated at the beginning of the evaporator during circulation and then evaporated at the rest of the evaporator.

従来からの蒸気発生器における、空気による燃焼(曲線I)と酸素燃焼(曲線II)との間の効率差を示すグラフである。6 is a graph showing the efficiency difference between combustion with air (curve I) and oxyfuel combustion (curve II) in a conventional steam generator. 本発明の一実施形態に係る発生器を示す図である。It is a figure which shows the generator which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の第1の変形を示す図である。It is a figure which shows the 1st modification of this invention. 本発明の別の変形を示す図である。It is a figure which shows another modification of this invention.

Claims (17)

燃料および酸化剤が供給された少なくとも1つの燃焼器と、蒸発熱交換器を備える蒸発域と、過熱熱交換器を備える過熱域と、予熱熱交換器を備える予熱域と、回収ドラムとを有する少なくとも2基の連続燃焼炉(F1、F2)を備える蒸気発生器であって、それぞれの炉が少なくとも1つの蒸発熱交換器(20)を備えることを特徴とする蒸気発生器。   At least one combustor supplied with fuel and oxidant; an evaporation zone comprising an evaporative heat exchanger; a superheat zone comprising a superheat heat exchanger; a preheat zone comprising a preheat heat exchanger; and a recovery drum Steam generator comprising at least two continuous combustion furnaces (F1, F2), each furnace comprising at least one evaporative heat exchanger (20). それぞれの炉が少なくとも1つの過熱熱交換器(30、38、78)を備えることを特徴とする請求項1に記載の蒸気発生器。   Steam generator according to claim 1, characterized in that each furnace comprises at least one superheat exchanger (30, 38, 78). それぞれの炉が少なくとも1つの予熱熱交換器(40)を備えることを特徴とする請求項1および2のいずれか一項に記載の蒸気発生器。   Steam generator according to any one of claims 1 and 2, characterized in that each furnace comprises at least one preheating heat exchanger (40). 前記炉の一方(F1)が少なくとも1つの蒸発熱交換器(20)を備えること、および他方の炉(F2)が少なくとも1つの過熱熱交換器(30、38、78)を備えることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の蒸気発生器。   One of the furnaces (F1) is provided with at least one evaporative heat exchanger (20), and the other furnace (F2) is provided with at least one superheat heat exchanger (30, 38, 78). The steam generator according to any one of claims 1 to 3. 前記炉の一方(F1)が少なくとも1つの蒸発熱交換器(20)を備えること、および他方の炉(F2)も少なくとも1つの過熱熱交換器(30、38、78)と少なくとも1つの予熱熱交換器(40)とを備えることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の蒸気発生器。   One of the furnaces (F1) comprises at least one evaporative heat exchanger (20), and the other furnace (F2) also comprises at least one superheat exchanger (30, 38, 78) and at least one preheating heat. Steam generator according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises an exchanger (40). 前記炉の一方(F1)が少なくとも1つの蒸発熱交換器(20)と少なくとも1つの過熱熱交換器(30)とを備えること、および他方の炉(F2)も少なくとも1つの過熱熱交換器(38、78)と少なくとも1つの予熱熱交換器(40)とを備えることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の蒸気発生器。   One of the furnaces (F1) comprises at least one evaporative heat exchanger (20) and at least one superheat heat exchanger (30), and the other furnace (F2) also comprises at least one superheat heat exchanger ( 38. A steam generator according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it comprises at least one preheating heat exchanger (40). 前記蒸気発生器は、燃焼炉(F1、F2)から来る蒸気のための蒸気浄化小室(76)を備えることを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載の蒸気発生器。   Steam generator according to any one of the preceding claims, characterized in that the steam generator comprises a steam purification chamber (76) for steam coming from the combustion furnace (F1, F2). 蒸気浄化小室(76)は予熱域(P)から上流に配置されることを特徴とする請求項7に記載の蒸気発生器。   The steam generator according to claim 7, wherein the steam purification chamber (76) is arranged upstream from the preheating zone (P). 蒸気浄化小室(76)は吸湿剤噴射手段(88)を備えることを特徴とする請求項7または8のいずれか一項に記載の蒸気発生器。   The steam generator according to any one of claims 7 and 8, wherein the steam purification chamber (76) is provided with a hygroscopic agent injection means (88). 蒸気浄化小室(76)は還元剤噴射手段を備えることを特徴とする請求項7から9のいずれか一項に記載の蒸気発生器。   The steam generator according to any one of claims 7 to 9, wherein the steam purification chamber (76) includes a reducing agent injection means. 蒸気浄化小室(76)は少なくとも1つの蒸発域(V4)を備えることを特徴とする請求項7から9のいずれか一項に記載の蒸気発生器。   The steam generator according to any one of claims 7 to 9, characterized in that the steam purification chamber (76) comprises at least one evaporation zone (V4). 前記吸湿剤はカルシウム類またはマグネシウム類であることを特徴とする請求項9に記載の蒸気発生器。   The steam generator according to claim 9, wherein the hygroscopic agent is calcium or magnesium. 前記還元剤は尿素類またはアンモニア類であることを特徴とする請求項10に記載の蒸気発生器。   11. The steam generator according to claim 10, wherein the reducing agent is ureas or ammonias. 前記酸化剤は高酸素含有率の酸化剤であることを特徴とする請求項1に記載の蒸気発生器。   The steam generator according to claim 1, wherein the oxidant is an oxidant having a high oxygen content. 前記燃料は、重油、石油残留物、ガス、オイルコークス、または石炭などの固体、液体、または気体の燃料であることを特徴とする請求項1に記載の蒸気発生器。   The steam generator according to claim 1, wherein the fuel is a solid, liquid, or gaseous fuel such as heavy oil, petroleum residue, gas, oil coke, or coal. 少なくとも一方の炉(F2)の壁はシェル(32)からなることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の蒸気発生器。   The steam generator according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the wall of at least one furnace (F2) comprises a shell (32). 少なくとも一方の炉(F1、F2)の壁はメンブレン壁からなることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の蒸気発生器。   The steam generator according to any one of claims 1 to 6, wherein the wall of at least one of the furnaces (F1, F2) comprises a membrane wall.
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