JP2008519958A - Apparatus and method for controlling boiler superheat temperature - Google Patents
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Abstract
【課題】
【解決手段】 燃料を燃焼させるために実質的に純粋な酸素雰囲気を使用することにより、生成される温室ガスを少なくするように設計または改造されたボイラ(10)。主バーナ(14)と水管(13a)を備えるボイラが提供される。ボイラは、更に、必要に応じて、主バーナ領域(15)の上で且つボイラ蒸気出口の下のゾーン(26)に配置された少なくとも一つの補助バーナ(24)を備える。補助バーナは、蒸気の温度と品質を高めるために熱またはエネルギーを提供する。補助バーナは、圧縮空気ではなく酸素を使用する結果としてボイラを通る排気の流量が減少したことにより失われる熱またはエネルギーを提供する。【Task】
A boiler (10) designed or modified to reduce greenhouse gases produced by using a substantially pure oxygen atmosphere to burn fuel. A boiler comprising a main burner (14) and a water pipe (13a) is provided. The boiler further comprises at least one auxiliary burner (24), optionally positioned in a zone (26) above the main burner region (15) and below the boiler steam outlet. The auxiliary burner provides heat or energy to increase the temperature and quality of the steam. The auxiliary burner provides heat or energy lost due to the reduced flow rate of exhaust through the boiler as a result of using oxygen rather than compressed air.
Description
本発明は、通常の燃焼空気がない状態で酸素と燃料で動作するように設計または改良された蒸気ボイラに関し、ボイラ内の従来の燃焼領域の上の蒸気の過熱および/または再加熱温度を制御する高度な方法を使用する過熱および/または再加熱蒸気温度制御を必要とする。より詳細には、本発明は、必要に応じて過熱および/または再加熱領域ならびに対流領域における熱とエネルギーを強化して蒸気ボイラの出口における適切な蒸気温度を維持するために、対流領域内で通常の燃焼空気がない状態で酸素と燃料を使用する少なくとも1台の追加バーナを備えたボイラに関する。 The present invention relates to a steam boiler designed or modified to operate with oxygen and fuel in the absence of normal combustion air, and to control the superheat and / or reheat temperature of steam over a conventional combustion zone in the boiler. Requires advanced heating and / or reheat steam temperature control. More particularly, the present invention provides a method for enhancing the heat and energy in the superheat and / or reheat zone and the convection zone as needed to maintain the proper steam temperature at the steam boiler outlet. The present invention relates to a boiler with at least one additional burner that uses oxygen and fuel in the absence of normal combustion air.
例えば蒸気と電気を生成するために電力会社、企業および地方自治体によって使用される発電プラントや蒸気プラントは、一般に、様々なプロセスや他の用途ならびに発電機や他の装置を稼働させるタービンに供給できる蒸気を生成するために使用される小型から大型までのボイラシステムを含む。ボイラは、一般に19世紀に遡る基本設計を有し、水が中を循環する無数の管を有する。また、ボイラは、一般に、空気がある状態で点火され燃焼される様々な炭素系燃料(化石燃料を含む)が供給される一つまたは複数のバーナを備える。バーナと水管は互いに近くにあり、バーナによって生成された熱が水管内の水を加熱する。熱水は、バーナによって加熱されたガスと同じようにボイラのバーナ部分より上に上昇し、その結果、熱水は、無数の管内を上昇するときに温度が上昇し続ける。一般に、管は圧力がかけられており、従って水(大気圧で約100℃で沸騰する)は、沸騰することなく温度が上昇し続けるだけである。 For example, power plants and steam plants used by power companies, businesses and local authorities to generate steam and electricity can generally supply various processes and other applications and turbines that run generators and other equipment. Includes small to large boiler systems used to generate steam. Boilers generally have a basic design dating back to the 19th century and have a myriad of tubes through which water circulates. In addition, boilers generally include one or more burners that are supplied with various carbon-based fuels (including fossil fuels) that are ignited and burned in the presence of air. The burner and water tube are close to each other, and the heat generated by the burner heats the water in the water tube. The hot water rises above the boiler burner portion in the same way as the gas heated by the burner, so that the hot water continues to rise in temperature as it rises through countless tubes. In general, the tube is under pressure, so water (boiling at about 100 ° C. at atmospheric pressure) will only continue to rise in temperature without boiling.
そのようなボイラは、通常、数フィートから数階分までの高さがあり、その最上部近くに、熱水を水管の閉じ込めから解放して蒸気に気化させる部分がある。熱水が急激に解放され蒸気に変換されることにより、大きなタービン回転力が提供される。そのようなボイラは、ボイラに割り当てられた仕事に必要な熱とエネルギーを生成しかつ/またはその必要量を超えるように設計される。 Such boilers are usually several feet to several floors in height, and near the top there is a part that releases hot water from the water tube confinement and vaporizes it into steam. The hot water is suddenly released and converted into steam, thereby providing a large turbine rotational force. Such boilers are designed to generate and / or exceed the necessary heat and energy for the work assigned to the boiler.
このようなボイラシステムの改善には、過熱領域と再加熱領域を加えることがあり、これらの領域は、高速の排気流内に配置された過熱管と再加熱管内に蒸気を通すことによって蒸気の温度を更に高める手段を提供する。これらの装置は、燃焼の廃エネルギーを使用して蒸気の温度をその飽和点より高くする。蒸気が高いエネルギーを有するという利点の他に、過熱された蒸気は乾燥しており、その乾燥した蒸気は、水分を多く含む蒸気よりタービン羽根に対する有害作用が少ないことが分かっている。乾燥蒸気は、飽和蒸気よりも単位体積当たりのエネルギーが多いことが分かっている。 Improvements to such boiler systems may include superheat and reheat zones, which are used to pass steam through superheat and reheat tubes located in the high-speed exhaust stream. A means to further increase the temperature is provided. These devices use the waste energy of combustion to raise the temperature of the steam above its saturation point. In addition to the advantage that steam has high energy, it has been found that superheated steam is dry and that the dry steam has less harmful effects on turbine blades than steam rich in moisture. It has been found that dry steam has more energy per unit volume than saturated steam.
一般に、ボイラは、必要とされるより多くのエネルギーを生成し、蒸気を所望の温度に冷却することによってこのエネルギーを減衰させるように設計されている。酸素約18パーセントの空気を使用する先行技術のシステムでは、燃料を完全に燃焼させる酸素の化学量論比を実現するには空気の流量を高めなければならない。空気を大きい流れ圧力で使用すると、高温ガスがボイラのバーナ領域から水管の高さ全体にわたって素早く流される。これにより、ボイラの最上部までずっと水と過熱器内の蒸気に熱を加えエネルギーを与え続けるのに必要な熱とエネルギーを得ることができる。しかしながら、この利点と共に、窒素を多く含む空気がある状態で燃料を燃やすと、窒素酸化物(NOx)(有害な温室効果ガス)が生成されることが分かった。先行技術のボイラでは、ボイラ内の空気を燃焼させ、完全燃焼させる化学量論比の酸素を提供するためにボイラ内に必要な空気の流れを多くすると、それに伴って流量が増え、大量のNOxが生成される。 In general, boilers are designed to produce more energy than needed and attenuate this energy by cooling the steam to the desired temperature. In prior art systems using about 18 percent oxygen, the air flow rate must be increased to achieve a stoichiometric ratio of oxygen that completely burns the fuel. When air is used at high flow pressures, hot gases are quickly flowed from the boiler burner area across the height of the water tube. As a result, the heat and energy necessary for continuously applying energy to water and steam in the superheater can be obtained up to the top of the boiler. However, with this advantage, it has been found that burning fuel in the presence of nitrogen-rich air produces nitrogen oxides (NOx) (a harmful greenhouse gas). In prior art boilers, increasing the flow of air required in the boiler to provide stoichiometric oxygen for burning the air in the boiler and providing complete combustion results in a corresponding increase in flow rate and large amounts of NOx. Is generated.
温室効果ガスを削減する1つの方法は、「Oxy-Fuel Combustion System and Uses Therefor」と題する米国特許第6,436,737号に説明されており、この特許は、本発明の譲受人によって所有され、またここに全体が示されるかのごとく全体が組み込まれる。’737特許では、過度のNOxが生成されないようにバーナに実質的に純粋な酸素を供給するシステムが開示されている。このシステムは、新しいボイラと既存のボイラの改良物の両方で使用することができる。 One way to reduce greenhouse gases is described in US Pat. No. 6,436,737 entitled “Oxy-Fuel Combustion System and Uses Therefor”, which is owned by the assignee of the present invention. And the whole is incorporated as if shown here. The '737 patent discloses a system for supplying substantially pure oxygen to the burner so that excessive NOx is not produced. This system can be used in both new and existing boiler improvements.
しかしながら、非圧縮流量の純粋酸素を使用すると、空気で使用される素早く強制的な流れを使用することなく、燃料を消費するのに必要な化学量論比ができるので、それに伴って、熱とエネルギーが、(普通ならボイラに空気を送り込むために使用される圧力によって)ボイラの高さまで強制的に送られない。その結果、そのような酸素供給システムで当業者によって知られているような特定のボイラの場合、ボイラ内の高い方のレベルにある加熱されたガスに浸されない管内の水は、適切な量の熱とエネルギーが生成される前に冷え始める。更に、そのようなボイラでは、過熱要素を通った後の高温ガスの流れは、必要に応じて過熱蒸気を生成するのに必要な程度まで生じない。この結果、そのようなボイラでは、先行技術の温室効果ガスを生成する炉の効果的な代替を提供することができない。 However, the use of uncompressed flow of pure oxygen provides the stoichiometric ratio required to consume the fuel without the use of the fast and forced flow used in air, which is associated with heat and Energy is not forced to the height of the boiler (usually by the pressure used to pump air into the boiler). As a result, for certain boilers as known by those skilled in the art in such oxygen supply systems, the appropriate amount of water in the tube that is not immersed in the heated gas at the higher level in the boiler It begins to cool before heat and energy are generated. Furthermore, in such boilers, the flow of hot gas after passing through the superheat element does not occur to the extent necessary to produce superheated steam as needed. As a result, such boilers cannot provide an effective alternative to prior art furnaces that produce greenhouse gases.
NOxの生成を防ぎながらより大量の高品質な蒸気を得ることが望ましい。 It is desirable to obtain larger quantities of high quality steam while preventing NOx formation.
本発明によれば、水の初期加熱のために通常の燃焼空気がない状態で酸素と燃料を使用する少なくとも一つの主バーナと、少なくとも一つの主バーナの近くにある第1の端部と、第1の端部から離れて且つボイラ蒸気出口の近くにある第2の端部とをそれぞれ有する水管の集まりとを備えたボイラが提供される。ボイラは、更に、蒸気出口と蒸気が移動するように接続された過熱器および/または再加熱器を備えることができる。多くの熱またはエネルギーを生成してボイラ本体とボイラの過熱および/または再加熱領域内の蒸気の温度と品質を高めるために、通常のバーナ位置の上に少なくとも一つの補助バーナが提供される。 According to the present invention, at least one main burner that uses oxygen and fuel in the absence of normal combustion air for the initial heating of water, and a first end near the at least one main burner; A boiler is provided with a collection of water tubes each having a second end remote from the first end and near the boiler steam outlet. The boiler may further comprise a superheater and / or a reheater connected to move the steam outlet and steam. At least one auxiliary burner is provided over the normal burner position to generate a lot of heat or energy to increase the temperature and quality of the steam in the boiler body and boiler overheating and / or reheating zones.
本発明の一実施形態において、既存の先行技術のボイラは、圧縮空気ではなく実質的に純粋な酸素を供給するように改良される。そのようなボイラの改良は、望ましい量と品質の蒸気を生成するのに必要な熱とエネルギーを提供するために、主バーナ領域の上に少なくとも一つの補助バーナを戦略的に配置することを含む。好ましい実施形態では、補助バーナは、改良された先行技術のシステムか新しく設計されたボイラかに関係なく、実質的に純粋な酸素が供給される。 In one embodiment of the present invention, existing prior art boilers are modified to provide substantially pure oxygen rather than compressed air. Such boiler improvements include the strategic placement of at least one auxiliary burner over the main burner area to provide the heat and energy necessary to produce the desired amount and quality of steam. . In a preferred embodiment, the auxiliary burner is supplied with substantially pure oxygen regardless of whether it is an improved prior art system or a newly designed boiler.
ボイラの動作において、主バーナは、水管内を流れる水を加熱し、加熱水をボイラ内で上昇させる。加熱水は、蒸気出口で蒸気に気化し、その蒸気が過熱装置に送られる。対流の結果として、熱が過熱領域内の蒸気に加えられ、蒸気の温度を飽和点より高くする。補助バーナは熱を追加し、蒸気を加熱している間ずっと、より一定で一貫した制御を可能にする。このようにして、適切に加熱された蒸気がタービンに提供され、タービンが効率的且つ適切に動作することができる。他の実施形態では、二つ以上の補助バーナが提供され、その結果必要なときに、過熱器要素に加える熱をより注意深く制御することができる。本実施形態では、空気より少ない流量で酸素を使用することにより、加熱されたガスの流量が減少するので、主バーナからのエネルギーは、熱とエネルギーの不足を解消するために、少なくとも一つの補助バーナによって補われる。主バーナの高さと蒸気出口の間に配置された少なくとも一つの補助バーナは、管内の水と過熱ゾーン内の蒸気に熱またはエネルギーを提供して、低流量の酸素の使用によって失われるエネルギーを提供する。 In the operation of the boiler, the main burner heats the water flowing in the water pipe and raises the heated water in the boiler. The heated water is vaporized into steam at the steam outlet, and the steam is sent to the superheater. As a result of convection, heat is added to the steam in the superheated region, raising the temperature of the steam above the saturation point. The auxiliary burner adds heat and allows for more constant and consistent control throughout the heating of the steam. In this way, properly heated steam is provided to the turbine, allowing the turbine to operate efficiently and properly. In other embodiments, more than one auxiliary burner is provided so that the heat applied to the superheater element can be more carefully controlled when needed. In this embodiment, using oxygen at a lower flow rate than air reduces the flow rate of the heated gas, so the energy from the main burner is at least one auxiliary to eliminate heat and energy deficiencies. Supplemented by burners. At least one auxiliary burner located between the height of the main burner and the steam outlet provides heat or energy to the water in the tube and the steam in the superheat zone to provide the energy lost by the use of low flow oxygen To do.
更に他の実施形態では、補助バーナは、通常の燃焼空気の代わりに、酸素生成システムから酸素が燃料と化学量論比に供給され、その結果温室効果ガスが最少になる。約80%の窒素から成る通常の燃焼空気は大量の熱を消費し、この熱は排気に失われるが、酸素生成システムからの酸素を使用することによって排気に失われる熱が減少し、バーナの熱をより効率的に過熱器に加えることができる。別の実施形態では、補助バーナと主バーナの両方に酸素生成システムから化学量論比の酸素が供給される。 In yet another embodiment, the auxiliary burner is supplied with oxygen from the oxygen generation system in a stoichiometric ratio instead of normal combustion air, resulting in minimal greenhouse gases. Normal combustion air consisting of about 80% nitrogen consumes a large amount of heat, which is lost to the exhaust, but using oxygen from the oxygen generation system reduces the heat lost to the exhaust, Heat can be added to the superheater more efficiently. In another embodiment, both the auxiliary burner and the main burner are supplied with stoichiometric oxygen from an oxygen generation system.
加熱水は、蒸気出口で蒸気に気化し、その蒸気は過熱装置に送られ、そこでは補助バーナが、生成される蒸気の品質を高めるために熱とエネルギーを提供し続ける。次に、過熱器からの蒸気をタービンに送ることができる。一実施形態では、蒸気はタービンから再加熱装置に戻され、そこで蒸気は、主バーナと補助バーナの両方により熱とエネルギーが再び加えられ、再びタービンに送られる。補助バーナによって対流が生成される結果として、低流量の酸素が供給されるバーナが一般に熱とエネルギーのギャップを有する領域に熱またはエネルギーが加えられ、そうでないとボイラ内の水が冷えることになる。この対流によって、蒸気の温度が飽和点より高くなり望ましい量と品質の蒸気が生成される。補助バーナは、蒸気のより一定で一貫した加熱を可能にする熱またはエネルギーを追加する。このようにして、適切に加熱された蒸気がタービンに提供され、タービンは効率的且つ適切に動作することができる。 The heated water vaporizes into steam at the steam outlet, where the steam is sent to a superheater where the auxiliary burner continues to provide heat and energy to enhance the quality of the steam produced. The steam from the superheater can then be sent to the turbine. In one embodiment, the steam is returned from the turbine to the reheater where it is reheated and re-energized by both the main and auxiliary burners and sent back to the turbine. As a result of the convection generated by the auxiliary burner, the burner supplied with low flow of oxygen will generally add heat or energy to an area with a heat-energy gap, otherwise the water in the boiler will cool. . This convection causes the steam temperature to rise above the saturation point, producing the desired amount and quality of steam. The auxiliary burner adds heat or energy that allows more constant and consistent heating of the steam. In this way, properly heated steam is provided to the turbine, and the turbine can operate efficiently and properly.
本発明の他の実施形態では、二つ以上の補助バーナが提供され、それにより、必要なときに、過熱器要素に加えられる熱またはエネルギーをより注意深く制御することができる。更に、好ましい実施形態では、本発明のボイラを、必要とされるより多くの熱またはエネルギーを生成できるように作成することができる。そのような実施形態では、当業者に既知の冷却要素や他の要素を設けて、蒸気を所望の熱およびエネルギーレベルにもってゆく(または減衰させる)ことができる。冷却要素を使って所望の特性を有する蒸気を生成することは、ボイラ内で加熱要素を使用して蒸気を所望のレベルに加熱しようとするよりも効率的なことは、当業者は理解するであろう。 In other embodiments of the present invention, more than one auxiliary burner is provided so that the heat or energy applied to the superheater element can be more carefully controlled when needed. Furthermore, in a preferred embodiment, the boiler of the present invention can be made to generate more heat or energy than is required. In such embodiments, cooling elements and other elements known to those skilled in the art can be provided to bring the steam to (or attenuate) the desired heat and energy levels. Those skilled in the art will appreciate that using a cooling element to produce steam having the desired characteristics is more efficient than using a heating element in a boiler to attempt to heat the steam to a desired level. I will.
本発明の別の実施形態では、バーナは、再利用排煙ガスを導入することによって蒸気の過熱温度を制御するノズルまたはポートとして使用される。再利用排煙ガスは、ボイラの炉部分内の燃焼バーナで酸素と化石燃料を含む炭素系燃料の使用と組み合わされたときに最も有用であることが理解されるであろう。燃焼プロセスによる排煙ガスが減少し、そのプロセスによる輻射熱伝達が増えるので、再利用排煙ガスを使用して過熱蒸気の温度を制御することは有利な場合がある。この例では、再利用排煙ガスは、ボイラの対流領域に体積効果またはテンパリング効果を加えることによってボイラ内の蒸気温度を制御する際に使用される。 In another embodiment of the invention, the burner is used as a nozzle or port that controls the superheat temperature of the steam by introducing recycled flue gas. It will be appreciated that recycled flue gas is most useful when combined with the use of carbon-based fuels, including oxygen and fossil fuels, in combustion burners in the furnace section of the boiler. It may be advantageous to use recycled flue gas to control the temperature of superheated steam as the flue gas from the combustion process is reduced and the radiant heat transfer through the process is increased. In this example, the recycled flue gas is used in controlling the steam temperature in the boiler by adding a volume effect or tempering effect to the convection area of the boiler.
過熱された蒸気温度(または超臨界)を制御する別の方法は、補助バーナ先端に再利用排煙ガスを導入することである。微粉炭あるいは化石燃料を含む他の炭素系燃料にキャリアガスとして排煙ガスを使用することによって、ガスをテンパリングする必要な排煙ガスの一部分またはすべてを補助バーナ先端に導入することができる。この場合も、酸素と炭素系燃料が燃焼するバーナの態様と協調する。それらのシステムにより、窒素の導入を全く無くすことが望ましい。 Another way to control the superheated steam temperature (or supercritical) is to introduce recycled flue gas at the auxiliary burner tip. By using the flue gas as a carrier gas for other carbon-based fuels including pulverized coal or fossil fuel, a part or all of the flue gas necessary for tempering the gas can be introduced to the tip of the auxiliary burner. Again, this is in concert with the burner mode in which oxygen and carbon-based fuels burn. With these systems, it is desirable to completely eliminate the introduction of nitrogen.
更に、石炭の燃焼を容易にするために再利用排煙ガス(使用される生成物が酸素と炭素系燃料の燃焼システムによるものである場合は実質的に窒素を含まない)を使用することによって、このシステムは、やはり過熱蒸気の温度制御を達成することができる。別の実施形態では、システムの制御を完了するために上側バーナまたはノズル内に排煙ガスの別の部分が導入される。 In addition, by using recycled flue gas (substantially free of nitrogen if the product used is from an oxygen and carbon based fuel combustion system) to facilitate the combustion of coal This system can still achieve temperature control of superheated steam. In another embodiment, another portion of flue gas is introduced into the upper burner or nozzle to complete control of the system.
本発明のさらに詳細な説明は、以下の説明と特許請求の範囲に提供され、添付図面に例示される。 A more detailed description of the invention is provided in the following description and claims, and is illustrated in the accompanying drawings.
本発明は様々な実施形態が可能であるが、図面には、後でより詳しく述べるいくつかの現在好ましい実施形態を示す。この開示が本発明の例示と見なされるべきであり、本発明を示した特定の実施形態に限定するものではないことを理解されたい。更に、本出願のこの節の見出し(「発明を実施するための最良の形態(Detailed Description of an Illustrative Embodiment)」)が、米国特許庁の規定に関連し、本明細書に開示された主題を限定すると解釈されるべきではないことを理解されたい。 While the invention is susceptible to various embodiments, the drawings illustrate several presently preferred embodiments that are described in more detail below. It should be understood that this disclosure is to be regarded as illustrative of the invention and is not intended to limit the invention to the particular embodiments shown. In addition, the heading in this section of the application (“Detailed Description of an Illustrative Embodiment”) relates to the provisions of the US Patent Office and limits the subject matter disclosed herein. It should be understood that this should not be interpreted.
図を参照すると、水冷壁13と共に一連の水管12を有するボイラ10が示されている。ボイラ10は、更に、主バーナゾーン15に配置され、燃料供給源16と空気供給源18に接続された少なくとも一つの主バーナ14を有する。本発明の好ましい実施形態では、(バーナ内に化学量論比の酸素と燃料を生成するために)ボイラに速い流量で送り込まなければならない空気18を使用する代わりに、実質的に純粋な酸素を提供する。酸素を使用すると、燃料に対する化学量論比をより容易に作成することができるので圧縮された流れは必要ないことが理解されるであろう。そのようなシステムは、燃料の完全燃焼が行われるような純度の酸素しか必要としない。そのようなシステムでは、空気の実質成分であるが純粋酸素の実質成分ではない窒素が燃焼されずNOxが生成されないので、有害な温室効果ガスの生成が少なくなる。温室効果ガスを更に減らす必要がある場合は、より純度の高い酸素が必要になることが理解されよう。本明細書の様々な場所で用語「実質的に純粋な酸素」が使用されているが、当業者は、本発明の新規範囲から逸脱することなく、望ましい燃焼に適正な比率の燃料と酸素および副生成物を提供するために、必要に応じて酸素の純度を変化させることができることが理解されよう。
Referring to the figure, a
ボイラ10内の水冷壁13は、主バーナゾーン15からボイラ10の上側領域まで延在する無数の水管13aで構成される。ボイラ10は、更に、当技術分野で周知のタイプの過熱器20および/または再加熱器21を備えることができる。一般に、そのような過熱器20には、蒸気移動領域22において、ボイラ10内で生成された蒸気が供給される。蒸気は過熱器20内を通り、対流によって、燃焼による熱またはエネルギーと、水管13aから放射された熱とエネルギーが、過熱器20とそのまわりに伝えられ、過熱器内に送られる蒸気が加熱される。再加熱器21には、通常、タービンからボイラに戻る蒸気が送られ、この蒸気は、更なる使用のためにタービンに戻す前に加熱しなければならない。この熱またはエネルギーは蒸気に伝えられ、蒸気の温度を蒸気の飽和点より高くし、これにより蒸気はタービンに使用するのにより適したものになる。必要な仕事に対して高すぎる温度および/または多すぎるエネルギーを有する蒸気を必要に応じて減衰させることができるように、冷却機能を有することができることが理解されよう。
The
追加の特徴として、ボイラ10は、通常のバーナゾーン15の上で且つ蒸気移動領域22の下の場所に配置することができる補助バーナ24を有する。一実施形態では、少なくとも一つの補助バーナ24が過熱領域26内に配置される。他の実施形態では、補助バーナ24は、熱またはエネルギーの制御をより適切に行なうことができるようにボイラ10のまわりの多数の位置に配置される。
As an additional feature, the
このようにして、より大量および/または高品質の蒸気を生成するために熱またはエネルギーが加えられる。更に、過熱または再加熱領域26内に補助バーナ24を追加することによって、水を加熱するのではなく蒸気だけを加熱するためにより大量のバーナエネルギーを使用することができる。水に熱またはエネルギーを加えるよりも蒸気に熱またはエネルギーを加える方が必要なエネルギーが少ないので、補助バーナ24のエネルギーは、タービンにおいて、主バーナ14が配置されたゾーンまたはその近くで生成される熱またはエネルギーよりも電力に変換され易い。
In this way, heat or energy is applied to produce larger quantities and / or higher quality steam. Further, by adding an
当業者に分かるように、補助バーナ24は、主バーナ14よりかなり小さくてもよく、それでも酸素環境では、主バーナゾーン15内に配置されるそれより大きい追加の主バーナ14よりも高品質で大量の蒸気を生成する。また、本発明の新規範囲から逸脱することなく、主バーナゾーンとその上の両方に、大きい主バーナ14を使用できることを理解されよう。更に、本発明の新規範囲から逸脱することなくボイラ10内の主バーナ14と補助バーナ24の数を変更することができる。バーナのタイプ、大きさおよび数は、蒸気の用途、必要量および品質に依存する。図1は一つのバーナ24の使用を示しているが、以上の説明から、本発明の新規範囲から逸脱することなく代わりに一つまたは任意数のバーナ24を使用できることが理解されよう。そのような変形は、温度を制御し易くするために、必要なときにより多くの熱またはエネルギーを加え、必要または要望に応じてより少ない熱またはエネルギーの使用を可能にすることなどにより、行うことができることが理解されよう。
As will be appreciated by those skilled in the art, the
また、通常のボイラでは、そして本発明においては、ボイラ蒸気を要求または必要とされるよりも大量且つ高い温度で生成し、次に、当業者に知られているように、本発明の新規範囲から逸脱することなく、蒸気を送る導管を冷却水と接触させる装置のような冷却手段を使用することによって、所望の熱、エネルギーおよび飽和点まで冷却できることが理解されよう。 Also, in normal boilers, and in the present invention, boiler steam is produced at higher and higher temperatures than required or required, and then, as known to those skilled in the art, the novel scope of the present invention. It will be appreciated that by using cooling means such as a device that contacts the steam conduit with cooling water without departing from the above, it can be cooled to the desired heat, energy and saturation point.
酸素と炭素系燃料(化石燃料など)の燃焼の使用により排煙ガスが減少したときあるいは輻射熱伝達率が高すぎるときに過熱温度を制御するために、再利用排煙ガスが使用され、燃焼ガス温度を調整して過熱管を冷却するか、過熱区分内の排煙ガスの量を増やすことにより適切に分散させる。どちらの応用も管内の過熱蒸気温度の制御を可能にする。排煙ガスは、ノズルまたはポート装置を使用することによって、(過熱温度が低すぎるときの場合に)追加のバーナの提案された位置24で過熱温度を制御するために導入することができる。あるいは燃料供給源16には、この例では、酸素と炭素系燃料の燃焼システムへの窒素の導入をなくす付加的工具として、微粉炭機がある。
Recycled flue gas is used to control the superheat temperature when the flue gas is reduced due to the use of combustion of oxygen and carbon-based fuels (such as fossil fuels) or the radiant heat transfer rate is too high, and the combustion gas Adjust the temperature to cool the superheater tube or increase the amount of flue gas in the superheated section to properly disperse. Both applications allow control of the superheated steam temperature in the tube. Flue gas can be introduced to control the superheat temperature at the proposed
当業者が分かるように、過熱された蒸気管の付加的な加熱または冷却の正確な位置と量の要件は、ボイラのサイズと構成で変化する。本発明の実施形態は、ボイラの対流経路内に熱を加えるか除去することによって過熱蒸気の温度の制御を行うことに注意を向けている。より詳細には、ボイラの過熱領域内の排煙ガスのテンパリングまたは排煙ガス体積の増大は、酸素と炭素系燃料の燃焼システムと関連して使用されるときに有利なことがある。 As those skilled in the art will appreciate, the exact location and amount requirements for additional heating or cooling of the superheated steam tube will vary with the size and configuration of the boiler. Embodiments of the present invention focus on controlling the temperature of superheated steam by adding or removing heat in the convection path of the boiler. More particularly, flue gas tempering or increased flue gas volume in the boiler superheat zone may be advantageous when used in conjunction with an oxygen and carbon based fuel combustion system.
本発明の実例となる実施形態を示し説明したが、当業者は本発明の新規な精神および範囲から逸脱することなく種々の修正と代替を行うことができると、理解されるべきである。 While illustrative embodiments of the present invention have been shown and described, it should be understood that various modifications and alternatives can be made by those skilled in the art without departing from the novel spirit and scope of the invention.
10 ボイラ
12、13a 水管
14 主バーナ
15 主バーナゾーン
16 燃料供給源
18 空気
20 過熱器
21 再加熱器
22 蒸気移動領域
24 補助バーナ
26 過熱または再加熱領域
DESCRIPTION OF
Claims (13)
水の初期加熱のための少なくとも一つの主バーナであって、主バーナゾーンに配置され、ボイラ燃料に対する化学量論比の実質的に純粋な酸素が低流量で供給される主バーナと、
前記少なくとも一つの主バーナの近くにある第1の端部と、該第1の端部から離れて且つボイラ蒸気出口の近くにある第2の端部とをそれぞれ有する水管の集まりと、
前記主バーナゾーンの上で且つ前記ボイラ蒸気出口の下のゾーンにあり、より高品質の蒸気のためのエネルギーを生成する少なくとも一つの補助バーナとを備えたボイラ。 A boiler,
At least one main burner for the initial heating of water, the main burner being arranged in the main burner zone and supplied with a low flow of substantially pure oxygen in a stoichiometric ratio to the boiler fuel;
A collection of water pipes each having a first end near the at least one main burner and a second end away from the first end and near the boiler steam outlet;
A boiler comprising at least one auxiliary burner in the zone above the main burner zone and below the boiler steam outlet for generating energy for higher quality steam.
水の初期加熱のための少なくとも一つの主バーナと、
前記少なくとも一つの主バーナの近くにある第1の端部と、該第1の端部から離れて且つボイラ蒸気出口の近くにある第2の端部とをそれぞれ有する水管の集まりと、
前記蒸気出口と蒸気が移動するように接続された過熱器もしくは再加熱器の少なくとも一方と、
ボイラ内の前記主バーナ領域と前記蒸気出口の上のゾーンに配置され、ボイラ内の蒸気の品質を高めるための二つの補助バーナとを備えたボイラ。 A boiler,
At least one main burner for the initial heating of the water;
A collection of water tubes each having a first end near the at least one main burner and a second end away from the first end and near the boiler steam outlet;
At least one of a superheater or a reheater connected to move the steam outlet and steam;
A boiler comprising two auxiliary burners arranged in a zone above the main burner region in the boiler and the steam outlet for enhancing the quality of steam in the boiler.
ボイラの一つまたは複数の主バーナに実質的に純粋な酸素を供給する段階と、
前記ボイラに、前記ボイラの主バーナ領域の上に位置する少なくとも一つの補助バーナを提供する段階と、
前記主バーナと前記補助バーナの両方の中で燃料が実質的に純粋な酸素がある状態で燃焼されて燃料が実質的に消費されるようにボイラを操作する段階とを含む方法。 A method of modifying an existing burner to remove a substantial portion of greenhouse gases,
Supplying substantially pure oxygen to one or more main burners of the boiler;
Providing the boiler with at least one auxiliary burner located above the main burner area of the boiler;
Operating the boiler such that fuel is burned in the presence of substantially pure oxygen in both the main burner and the auxiliary burner to substantially consume the fuel.
水の初期加熱のための少なくとも一つの主バーナであって、主バーナゾーンに配置され、ボイラー燃料に対する化学量論比の実質的に純粋な酸素が低流量で供給される主バーナと、
前記少なくとも一つの主バーナの近くにある第1の端部と、該第1の端部から離れて且つボイラ蒸気出口の近くにある第2の端部とをそれぞれ有する水管の集まりと、
前記蒸気出口と蒸気が移動するように接続された対流型過熱器と、
前記対流型過熱器の近くにある、前記過熱器内の蒸気の温度を制御するために温度を変化させるための少なくとも一つのノズルまたはポートとを備えたボイラ。 A boiler,
At least one main burner for the initial heating of water, the main burner being arranged in the main burner zone and supplied with a low flow of substantially pure oxygen in a stoichiometric ratio to the boiler fuel;
A collection of water pipes each having a first end near the at least one main burner and a second end away from the first end and near the boiler steam outlet;
A convection superheater connected to move the steam outlet and steam;
A boiler with at least one nozzle or port in the vicinity of the convective superheater for changing the temperature to control the temperature of the steam in the superheater.
水の初期加熱のための少なくとも一つの主バーナであって、主バーナゾーンに配置され、ボイラ燃料に対する化学量論比の実質的に純粋な酸素が低流量で供給される主バーナと、
前記少なくとも一つの主バーナの近くにある第1の端部と、該第1の端部から離れて且つボイラ蒸気出口の近くにある第2の端部とをそれぞれ有する水管の集まりと、
前記蒸気出口と蒸気が移動するように接続された対流型過熱器とを備え、
過熱器内の蒸気の温度を制御するプロセスとして燃料輸送に高濃度CO2と窒素を含まないキャリアガスとを使用するボイラ。 A boiler,
At least one main burner for the initial heating of water, the main burner being arranged in the main burner zone and supplied with a low flow of substantially pure oxygen in a stoichiometric ratio to the boiler fuel;
A collection of water pipes each having a first end near the at least one main burner and a second end away from the first end and near the boiler steam outlet;
A convection superheater connected to move the steam outlet and steam;
A boiler that uses high-concentration CO 2 and nitrogen-free carrier gas for fuel transportation as a process for controlling the temperature of the steam in the superheater.
水の初期加熱のための少なくとも一つの主バーナであって、主バーナゾーンに配置され、ボイラ燃料に対する化学量論比の実質的に純粋な酸素が低流量で供給される主バーナと、
前記少なくとも一つの主バーナの近くにある第1の端部と、該第1の端部から離れて且つボイラ蒸気出口の近くにある第2の端部とをそれぞれ有する水管の集まりと、
前記蒸気出口と蒸気が移動するように接続された対流型過熱器とを備え、
炭素系燃料用のキャリアガスに窒素の導入をなくすプロセスとして燃料輸送に高濃縮CO2と窒素を含まないキャリアガスとを使用するボイラ。 A boiler,
At least one main burner for the initial heating of water, the main burner being arranged in the main burner zone and supplied with a low flow of substantially pure oxygen in a stoichiometric ratio to the boiler fuel;
A collection of water tubes each having a first end near the at least one main burner and a second end away from the first end and near the boiler steam outlet;
A convection superheater connected to move the steam outlet and steam;
A boiler that uses highly concentrated CO 2 and a carrier gas not containing nitrogen for fuel transportation as a process for eliminating the introduction of nitrogen into the carrier gas for carbon-based fuels.
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