TW201102602A - Regenerative heat exchanger and method of reducing gas leakage therein - Google Patents

Description

201102602 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明大體上係關於一種再生熱交換器，且更明確言 之，本發明係關於一種減少入口增壓區與出口增壓區之間 的内部氣體漏洩之旋轉再生熱交換器，諸如一旋轉再生空 氣預熱器及一種使用該再生熱交換器之方法。 【先前技術】 吾人日益關注c〇2及其他溫室氣體排放至大氣導致氣候 變化及其他至今未知結果。因為現有燃燒石化燃料的發電 廢係co2排放之最大源中之_ ’自此等電廠捕集廢氣中之 〇〇2已被認為-種減少大氣c〇2排放之重要方法。為此目 的，氧氣㈣係-種經發展以自現有發電廠及新發電廠兩 者之廢氣捕集C〇2之有前途的鋼爐技術。 在一燃燒氧氣發電廠中，在一燃燒過程中一石化燃与 (舉例而t，諸如煤）係以類似於一習知（例如燃燒空氣^ 電廠之-方式在發電歧—燃燒系統中燃燒。S而，在炎 燒氧氣發電廠巾，㈣減及再彳㈣錢㈣空氣作為A 燒過程中之氧化劑。再循環廢氣主要含有C02氣體；^ 此，炫爐產生-富含co2廢氣流。富含C02廢氣流係… 經由-堆疊排出廢氣至大氣之前自廢氣捕集C02之一氣骨 處理系統處理。在一典型燃燒氧氣發電廠中，離開熔爐3 廢氣中之叫位準相較於離開在接觸堆疊之前不呈j 處理系統的-發電廠之廢氣❹大㈣％(體積百分比）。

空氣漏料成02及乂濃度、加上廢氣中之其他雜質U 147534.doc 201102602 加。空氣漏茂人廢氣内之-方式係在再生熱交換器中舉 例而言，明確言之係在再生空氣加熱器中。更特定言之， 在再生空氣加熱器之一空氣側上之高壓空氣漏洩至一相對 較低壓力廢氣側上方，藉此造成增加廢氣中其成分之濃 度。空氣漏洩入廢氣内可係重要的。舉例而言，空氣漏洩 入一典型粉煤鍋爐内可係與總燃燒空氣之大約5%—樣 高’且較舊鍋爐甚至可具有更多空氣漏洩。 圖1A及圖1B大體上描繪一習知空氣預熱器1〇，且更特 定言之’描緣一旋轉再生空氣預熱器10。空氣預熱器10具 有可旋轉地安裝於一外殼14内的一轉子12。轉子12包含自 一轉子柱18徑向向外延伸朝向轉子12之一外周邊之隔離物 16。隔離物16在其等之間界定隔室2〇以用於包含熱交換元 件筐總成22。各個熱交換筐總成22具有通常稱為熱交換元 件42的熱傳表面之特別形成片之一預定有效熱傳區域（通 常在數千平方英尺量級）。 在習知旋轉再生空氣預熱器10中，一廢氣流28及一燃燒 空亂流34自其等各自相對側進入轉子12，並在實質上相對 方向通過容置於熱交換元件筐總成22内的熱交換元件42。 更特足。之，一冷空氣入口 3〇及一經冷卻廢氣出口 26係經 女置於熱父換器之一第一側（大體上稱為一冷端44)處，而 一熱廢氣入口 24及一經加熱空氣出口 32係經安置於相對於 工氣預熱器10第一側之一第二側（大體上稱為一熱端46) 處。扇區板36延伸橫跨外殼14並鄰近於轉子12之上面及下 面。扇區板36將空氣預熱器1〇分為一空氣扇區38及一廢氣 147534.doc 201102602 扇區40。 圖1A及圖1B中顯示的缉— 的箭頭扣不廢氣流28及燃燒空氣流 34穿過轉子12之一行违古& 丁進方向’以及轉子12之一旋轉方向。 如圖1A及圖1B所示’廢氣流28穿過熱廢氣人心進入並 傳遞熱里至女裝於疋位於廢氣扇區4〇内的隔室2〇中的埶交 換元件筐總成22中之熱交換元件.接著由自廢氣流聯 遞的熱量加熱的熱交換元件筐總成22旋轉至空氣預熱器1〇 之空氣扇區38 »接著來自熱交換元件M總成22之熱量係被 傳遞至穿過冷空氣人口 3G進人之燃燒空氣流34。現經冷卻 的廢氣流28穿過經冷卻廢氣出口26離開預熱器iq，而現經 加熱的燃燒空軋流34穿過空氣出口 32離開預熱器丨〇。 參考圖ic，可見的是轉子12係經定尺寸以配合於外殼14 之内部内。然而，一内部空隙95係由轉子12與外殼14之間 之間距形成。歸因於熱廢氣入口 24與經加熱空氣出口 32之 間之壓力差，空氣扇區3 8(圖1B)中之燃燒空氣流34之一部 經由内部空隙95穿入空氣預熱器10之廢氣扇區4〇(圖1B)， 藉此由空氣污染廢氣流28。更明確言之，且如圖m所示， 燃燒氣流34之一部沿著一第一路徑lg 1自空氣扇區3 8流動 至廢氣扇£40。另外’廢氣流2 8之諸部藉由沿著一第-路 徑LG2自熱廢氣入口 24直接經由内部空隙95流動至經冷卻 廢氣出口 26而繞過轉子12’因此降低空氣預熱器1〇之效 率。同樣地，燃燒空氣流34之其他部藉由沿著一第三路徑 LG3自冷空氣入口 30直接經由内部空隙95流動至經加熱空 氣出口 32而繞過轉子12’進一步降低空氣預熱器1〇之效 147534.doc 201102602 率ο γ燃燒空氣流34沿著第一路徑LG1自空氣扇區38漏洩至廢 氣扇區40(大體上稱為空氣漏洩）導致一發電廠排氣流中廢 氣體積增加。因此，空氣預熱器1 〇下游之設備中之壓力降 增加，藉此增加諸如感應式抽氣（ID)風扇（未顯示）之組件 中之輔助功率消耗。同樣地，歸因於空氣漏洩增加的廢氣 體積增加其他發電廠組件，諸如舉例而言濕式廢氣脫硫 (WFGD)單元（未顯示）或其他廢氣清理設備之大小及/或容 量需求。因此，與發電廠構造、操作及維護相關聯的成本 實質上係歸因於空氣漏洩而增加。 此外，在經配有一燃燒後二氧化碳（〇：〇2)捕集系統（未顯 示）的一發電廠中，漏洩減少甚至更有益。舉例而言，當 设計燃燒後C〇2捕集系統時，需要考慮空氣漏洩，且c〇2 捕集系統之過大物捕集容器係昂貴的。另外，11}風扇需要 克服來自C〇2捕集系統自身之一頡外壓力降，且空氣漏洩 因而進一步增加輔助功率需求。在一些情況下，歸因於空 氣漏洩之組合增加的壓力降甚至需要在發電廠中安裝一分 離的增t輔助妓風機。空氣漏汽入廢氣增加廢氣中游離氣 濃度，且因此，亦可負面地影響氡敏感CO2捕集化學用 品’因而增加具有C〇2捕集系統之發電廠之化學成本。 根據與習知空氣預熱器1 〇相關聯的上述問題，已採取若 干步驟以試圖減少空氣漏洩，諸如藉由使用空氣預熱器 内之一系列密封件以最小化燃燒空氤流34自空氣扇區38至 廢氣扇區4〇之漏洩。參考圖2A，舉例而言，一習 147534.doc 201102602 熱器110包含安裝於一外殼114内的一轉子112。轉子112包 含一轉子柱118並經定尺寸以配合於外殼114之一内部内。 為了最小化空氣漏洩，提供密封件220、222、224、226、 228及 230。該等密封件 220、222、224、226、228及 230 自 外殼114之一内表面向内延伸朝向轉子112並定位於一内部 空隙195内之空間中以減少空氣扇區38(圖iB)内之燃燒空 氣流34跨越進入廢氣扇區4〇(圖1B)内之廢氣流28之量。更 明確言之，如圖2A及圖2B所示，密封件222及224界定經 由一熱廢氣入口 124接收廢氣流28之一增壓區「A」。類似 地，雄封件220及230界定一增壓區「b」，已穿過轉子112 之廢氣流2 8自該增壓區「B」經由一經冷卻廢氣出口 12 6排 出。此外，松封件220及228界定經由一冷空氣入口 接 收燃燒空氣流34之一增堡區「C」，且密封件222及226界定 一增壓區「D」，已穿過轉子112之空氣流34自該增壓區 「D」經由一經加熱空氣出口132排出。密封件22〇及222亦 界定一增壓區「E」，而密封件224及226界定一增壓區 「Fy如圖2A及圖2C所示，具有安置於其間的轉子柱118 之密封件228及230亦形成一增壓區rG」。 因此，為了要減少空氣漏洩，習知空氣預熱器丄1〇包含 密封件220、222、224、226 ' 228及23〇。空氣加熱器漏茂 大部分係歸因於轉子由冷狀況經加熱至熱狀況後之轉子之 偏移。轉子之一熱端軸向偏移大於其一冷端，且因此，密 封件之間之間隙係不同的，其造成例如自增壓區「D」及/ 或增壓區「C」分別經由增壓區「F」及/或增壓區「g」分 147534.doc •9· 201102602 別漏洩至增壓區「A」及/或增壓區「B」。現將參考圖2D 及圖2E更詳細描述例如沿著第一路徑LG1(圖2C)之空氣漏 洩。 圖2D係一習知三扇區再生空氣預熱器3 10之一俯視平面 圖。在三扇區再生空氣預熱器310中，密封件332、334及 336係經提供並將空氣預熱器310之一内部分為三個增壓區 360/362及3 64。明確言之，增壓區360係一主要空氣（PA)增 壓區3 60，並大體上具有三增壓區360、3 62及3 64之最高壓 力位準。增壓區362係一次要空氣（SA)增壓區362並大體上 具有三增壓區360、3 62及3 64之第二高壓力位準，而增壓 區364係一廢氣（FG)增壓區364並具有三增壓區360、362及 364之最低壓力位準。因此，P A增壓區360内之一壓力大於 SA增壓區362及FG增壓區364兩者内之壓力，而SA增壓區 3 62内之一壓力大於FG增壓區3 64内之壓力但小於PA增壓 區360内之壓力，且FG增壓區364内之壓力小於PA增壓區 360以及SA增壓區362兩者之壓力。 圖2E係一習知四扇區再生空氣預熱器410之一俯視平面 圖。在四扇區再生空氣預熱器410中，密封件432、433、 434及435係經提供並將空氣預熱器410之一内部分為四個 增壓區460、462、463及464。增壓區460係一 PA增壓區460 並大體上具有四增壓區460、462、463及464之最高壓力位 準。增壓區462及463係具有相等壓力之SA增壓區462、 463(並大體上具有四增壓區460、462 ' 463及464之第二高 壓力位準），而增壓區464係一FG增壓區464並具有四增壓 147534.doc -10- 201102602 區460、402、463及464之最低慶力位準。 在圖2D及圖2E中，虛線箭頭（標記為「流動」）描繪氣體 自較高壓力下之增壓區流入相對較低壓力下之增壓區。明 確言之’如圖2D所示，在習知三扇區再生空氣預熱器3 } 〇 中，自PA增壓區360及SA增壓區362兩者進入至FG增壓區 3 64内發生空氣漏洩。同樣地，如圖2E所示，在習知四扇 區再生空氣預熱器410中，自SA增壓區462及463兩者進入 至FG增壓區464内發生空氣漏洩。 因此，如上文參考圖2C、圖2D及圖2E所述，儘管增加 經設計以防止空氣漏浪的密封件，在一習知空氣預熱器中 仍發生空氣漏洩。相應地’需要發展一種具有實質上減少 的及/或有效最小化的空氣漏洩之空氣預熱器。 【發明内容】 根據本文4明的諸態樣’提供有一種用於在一第一氣流 與一弟一氣流之間傳遞熱量之熱交換器。該熱交換器包含 一外殼’該外殼具有用於接收該第一氣流之一第一入口增 壓區、用於排出該第一氣流之一第一出口增墨區、用於接 收該第二氣流之一第二入口增壓區、及用於排出該第二氣 流之一第二出口增壓區。該熱交換器進一步包含經安置於 該外殼内的熱交換元件。徑向密封件係經安置於該外殼與 該等加熱元件之間並界定經安置介於該第一入口增壓區與 該第二出口增壓區之間的一徑向增壓區，及經安置介於該 第二入口增壓區與該第一出口增壓區之間的—徑向增壓 區。軸向密封件係經進一步安置於該外殼與該等加熱元件 Γ 147534.doc 201102602 之間以界定經安置介於該等第一入口與出口增壓區以及該 等第二入口與出口增壓區之間的一軸向增壓區。在該徑向 增壓區及該軸向增壓區内提供一第三氣流以減少該第一氣 流與該第二氣流之間之漏洩。 根據本文說明的其他態樣，一種用於減少穿過一熱交換 器之一第一氣流與一第二氣流之間之氣體漏洩之方法。該 方法包含提供一熱交換器。該熱交換器包含一外殼，該外 殼具有用於接收該第一氣流之一第一入口增壓區、用於排 出該第一氣流之一第一出口增壓區、用於接收該第二氣流 之一第二入口增壓區、及用於排出該第二氣流之一第二出 口增壓區。該熱交換器進一步包含經安置於該外殼内的熱 交換元件。徑向密封件係經安置於該外殼與該等加熱元件 之間並界定經安置介於該第一入口增壓區與該第二出口增 壓區之間的一徑向增壓區，及經安置介於該第二入口增壓 區與該第一出口增壓區之間的一徑向增壓區。軸向密封件 係μ安置於該外殼與該等加熱元件之間以界定經安置介於 該等第一入口與出口增壓區以及該等第二入口與出口増壓 區之間的一軸向增壓區。該方法進一步包含提供一第三氣 流至該控向增壓區及該軸向增壓區以減少該第一氣流與該 第二氣流之間之漏洩。 上文描述的特徵及其他特徵係由下列圖式及詳細描述例 不 。 【實施方式】 現參考該等圖式，且其中相似元件係相似地編號。 147534.doc -12· 201102602 本文揭示-再生熱交換器，且更料言之，本文揭示用 於-發電廠之-再生空氣預熱器。該發電廠可係具有或不 八co2捕集之燃燒氧氣發電廠、或—燃燒空氣發電廠、 -粉煤發電廠、或-循環流體化床發電廠。儘管將結合一 發電底顯示及描述本發明，但本發明預期此一再生熱交換 器用於其他應用。 如現將參考該等隨附圖式進_步詳、細描述，根據一例示 性實施例之該熱交換器（舉例而言一空氣預熱器）提供包含 (但不限於)自該熱交換器之該空氣側至該熱交換器之該氣 體侧之實質上減少及/或有效最小化空氣漏淺之優點。此 待徵對於限制氧氣由於當廢氣流穿過該熱交換器時空氣漏 洩入廢氣而流動或增加至來自一熔爐或其他石化燃料燃燒 系統之廢氣係特別有益的。氧氣增加至廢氣對用於位於該 熱交換器氣體側排出下游的一燃燒後捕集系統中的〔(^捕 集溶劑之壽命及性能有害。 參考圖3，根據一例示性實施例之一再生空氣預熱器5〇〇 包含可丨疋轉地安裝於一外殼514内的一轉子512。具有熱交 換元件之該轉子5〖2包含一轉子柱5丨8並係經安置於該外殼 5 1 4之一内部空間内。軸向密封件22〇、222及徑向密封件 22 4、226、228及230係經安置於該轉子512與該外殼5 14之 間之各種位置處。明確言之，該等軸向密封件22〇、222及 該等徑向密封件224、226、228及230自該外殼5 14之一内 表面向内延伸朝向該轉子512並以定位於一内部空隙595内 之空間中以減少該空氣預熱器5〇〇之一空氣扇區38内之一 [ 147534.doc • 13· 201102602 燃燒空氣流34跨越進入該空氣預熱器500之一廢氣扇區40 内之一廢氣流28之量。此外，軸向密封件222及徑向密封 件224界定經由一熱廢氣入口 124接收廢氣流28之一廢氣流 入口增壓區520。類似地，軸向密封件220及徑向密封件 23 0界定一廢氣出口增壓區522，已穿過該轉子512之該廢 氣流28自該廢氣出口增壓區522經由一經冷卻廢氣出口 126 排出。此外，軸向密封件220及徑向密封件228界定經由一 冷空氣入口 13 0接收該燃燒空氣流3 4之一空氣入口增壓區 526，且軸向密封件222及徑向密封件226界定一空氣出口 增壓區528，已穿過該轉子51 2之該空氣流34自該空氣出口 增壓區528經由一經加熱空氣出口 132排出。軸向密封件 220及222進一步界定一軸向增壓區530，而徑向密封件224 及226進一步界定一熱徑向增壓區535。徑向密封件228及 23 0界定一冷徑向增壓區536。 仍參考圖3，根據一例示性實施例之該空氣預熱器500進 一步包含管路或導管系統540以提供再循環廢氣至該空氣 預熱器500。該再循環管路系統540包含一淨化風扇545， 其之一進入口係連接至該發電廠（未顯示）之一主廢氣排出 口。明確言之，該淨化風扇545自該空氣預熱器500下游接 收經冷卻廢氣，並供應經冷卻廢氣至該管路系統540作為 再循環廢氣（RFG)。更特定言之，RFG係已由一再生空氣 加熱器冷卻並已由安裝於該再主空氣加熱器下游的製程流 清理設備移除顆粒及氣體排放之廢氣。該製程流清理設備 大體上包含一乾式靜電濾塵器戋袋濾器以移除固體顆粒、 147534.doc -14· 201102602 一廢氣洗滌器系統以移除氣體排放、及視需要一濕式靜電 濾塵器以移除選擇性固體及氣體排放。該淨化風扇545供 應RFG至一 RFG供應線55〇。RFG係分別經由徑向供應線 554及559供應至分別與該熱徑向增壓區535及該冷徑向增 壓區536流體連通之^^^徑向入口 552及553。如圖3所示， RFG亦係經由一軸向供應線554供應至與該軸向增壓區53〇 流體連通之一 RFG軸向入口 556。 在一例示性實施例中，下文中更加詳鈿描述的一壓力控 制°卩刀，其保持供應至該等RFG徑向入口 552及553、及該 RFG軸向入口 556的RFG之一壓力使得一壓力（例如該空氣 預熱器500之該空氣扇區38與該廢氣扇區4〇之間之壓力差） 係經保持在一預定值下。 明確言之，根據一例示性實施例 之該壓力控制部分控制在該等RFG徑向入口 552及M3、及 該RFG軸向入口 556處之RFG之各自壓力，使得此等壓力係 經保持實質上等於或大於存在於該空氣預熱器之該次要空 氣（SA)扇區内之—壓力。因此，如下文參考圖从及圖 將進-步詳細描述，實質上減少及/或有效最小化自該空 氣預熱器500之-SA增壓區及/或一主要空氣（pA)增壓區進 入至一廢氣增壓區内之空氣漏洩。在該等軸向密封件 220、222及徑向密封件224、226、228、23()下方確實漏攻 入該廢氣流之流體係相較於穿過該空氣職器之該等主要 空氣扇區及次要空氣扇區之該空氣流實質上含有較少游離 氧之經冷卻廢氣。更明確言之，穿過該空氣預熱器之該等 主要空氣扇區及次要空氣扇區之該空氣流通常可含有一標 147534.doc •15· 201102602 稱23%氧氣（重量比）濃度’而該經冷卻廢氣通常可含有一 標稱3-5%氧氣濃度。因此，離開該空氣預熱器5〇〇之廢氣 未用存在於該等空氣流中之游離氧來加濃，且因此，並未 不利地影響對位於該空氣預熱器下游的氧敏感廢氣清理設 備（包含但不限於C〇2移除設備）之負面影響。 仍參考圖3 ’根據一例示性實施例之各個壓力控制部分 包含一壓力感測器560、561、563、一空氣入口壓力感測 器5 63、一壓力控制器570、572、574、及一 RFG供應風門 564、565、566。在一例示性實施例中，該等徑向RFG供 應風門564及565及該軸向RFG供應風門566係回應於藉由 各自壓力控制器570、572、574提供的控制信號而開啟及 關閉之馬達控制風門，藉此該等各自控制信號指示該熱徑 向增壓區535與該空氣入口增壓區526之間之一壓力差 567、該冷徑向增壓區536與該空氣入口增壓區526之間之 一壓力差568、及該轴向增壓區530與該空氣入口增壓區 526之間之一壓力差569。為控制該RFG徑向入口 552内之 壓力以確保該熱徑向增壓區535内之壓力大於或等於該空 氣入口增壓區526内之壓力，該徑向壓力感測器56〇及該空 氣入口壓力感測器563感測各自壓力以提供一第一壓力差 k號567 ’其用於控制該徑向RFG供應風門564之致動。接 著根據該第一壓力差信號567控制該徑向RFG供應風門564 之一位置，以保持該RFG徑向入口 5 52内之壓力在一所需 值下或者在一所需範圍内。同樣地，為控制該rFG徑向入 口 553内之壓力以確保該冷徑向增壓區536内之壓力大於或 147534.doc 201102602 等於該空氣入口增壓區526内之壓力，該徑向壓力感測器 561及該空氣入口壓力感測器563感測各自壓力以提供一第 二壓力差信號568，其用於控制該徑向RFG供應風門565之 致動。接著根據該第二壓力信號568控制該徑向RFG供應 風門565之一位置，以保持該rFg徑向入口 553内之壓力在 一所需值下或者在一所需範圍内。以—類似方式，為控制 該RFG軸向入口 556内之壓力以確保該軸向增壓區53〇内之 壓力大於或等於該空氣入口增壓區526内之壓力，該轴向 壓力感測器562及該空氣入口壓力感測器563感測各自壓力 以長:供一第二壓力差信號569，其用於控制該轴向rfG供 應風門566之致動。接著根據該第三壓力差信號569控制該 軸向RFG供應風門566之一位置，以保持該RFG軸向入口 552内之壓力在一所需值下或者在一所需範圍内。 在一例示性實施例中，提供該等信號至該徑向RF(}供應 風門564及/或該軸向RFG供應風門566之分離組件係一分散

中牛例而α，5亥所需值或範圍可係固定的、可程式化的 或操作者可調整的。此外， 參考圖3進一步詳Λ ’發電廠負載之變動係經由下文

側之流動受有效控制。 根據一例示性實施例之該空氣預 如上文參考圖3所述， 147534.doc •17· 201102602 熱器500係一再生空氣預熱器500,且更明確言之，其係一 旋轉再生空氣預熱器500。另外，如圖4 A所示，根據一例 示性實施例之一空氣預熱器係一三扇區再生空氣預熱器 6 0 0。在一替代例示性實施例中，如圖4 B所示，該旋轉再 生空氧預熱器500係一四扇區再生空氣預熱器700。應注意 替代例示性實施例並未限於先前類型或組態之熱交換器。 舉例而言，一替代例示性實施例包含一雙扇區再生空氣預 熱器。 現參考圖4A，該三扇區再生空氣預熱器600包含一次要 空氣增壓區605、一廢氣增壓區610及一主要空氣增壓區 6 2 0。如圖4 A所示，根據一例示性實施例之該三扇區再生 空氣預熱器600進一步包含一中間增壓區615。 如圖4A所示，在該三扇區再生空氣預熱器600中，密封 件632、634及636將該空氣預熱器600之一内部分為該次要 空氣增壓區605、該廢氣增壓區610及該主要空氣增壓區 620，而該等密封件634及636連同密封件640及650界定其 等之間之該RFG增壓區615。 如上文參考圖3更詳細描述，該壓力控制部分保持供應 至該RFG徑向入口 552及該RFG轴向入口 556的RFG之一壓 力，使得該空氣預熱器600之該空氣扇區38與該廢氣扇區 40之間之一壓力差係經保持在一預定值下。明確言之，並 參考圖4A，根據一例示性實施例之該壓力控制部分保持 RFG之一壓力，使得該RFG增壓區615内之一壓力實質上等 於該次要空氣增壓區605内之一壓力，例如實質上與該次 147534.doc -18- 201102602 要空氣增壓區605内之一壓力相同。然而，在一替代例示 性實施例中，RFG之壓力稍大於該等次要及/或主要空氣扇 區内之壓力。因此’再循環廢氣流入該廢氣扇區以及該等 主要空氣扇區及次要空氣扇區，有效地將該等徑向密封件 及轴向密封件下方進入廢氣之空氣流減少至零。 因此’在根據一例示性實施例之該空氣預熱器6〇〇中， 該主要空氣增壓區620與該次要空氣增壓區605、該rFG增 壓區615及該廢氣增壓區610之每一者之間之一壓力差係使 得該廢氣增壓區615接近該次要空氣增壓區6〇5之一部内之 RFG之壓力大體上將小於該廢氣增壓區615接近該主要增 壓區620之一部内之rfG之壓力。因此，該廢氣增壓區61 5 之δ亥專各自部内之廢氣壓力大於各自主要空氣靜壓力或次 要空氣靜壓力。相應地，通過該等密封件下方之任何漏洩 將係自該RFG增壓區615進入至該主要空氣增壓區62〇、該 火要空氣增壓區605及/或該廢氣增壓區610内之rf g。另 外，藉由減少橫跨分離RFG及FG之該密封件之該壓力差， 漏淺量減少。 相應地，在根據一例示性實施例之該空氣預熱器6〇〇中 係貫質上減少及/或有效最小化空氣漏茂進入該廢氣增壓 區610内，例如分別來自該主要空氣增壓區62〇及/或該次 要空氣增壓區605之主要空氣及/或次要空氣之漏洩。 現參考圖4Β，根據一例示性實施例之該四扇區再生空氣 預熱器700包含至少一空氣增壓區，例如一主要空氣增壓 區705、一第一次要空氣增壓區71〇及一第二次要空氣增壓 147534.doc 19· 201102602 區720、一廢氣增壓區725、及一中間增壓區（例如一 RFG增 壓區73 0)。在一例示性實施例中，密封件735、740、745 及750將該空氣預熱器700之一内部分為該主要空氣增壓區 705、該第一次要空氣增壓區710、該第二次要空氣增壓區 720及該廢氣增壓區725，而該等密封件745及750結合密封 件75 5及760界定其等之間之該RFG增壓區730。 類似於如上文參考圖4A更詳細描述，在根據一例示性實 施例之該空氣加熱器700中，該主要空氣增壓區705具有該 等增壓區之最高壓力。同樣地，該第一次要空氣增壓區 710、該第二次要空氣增壓區720及該RFG增壓區730具有 均小於該主要空氣增壓區705之壓力，但大於該廢氣增壓 區725之一壓力之實質上相等壓力，而該廢氣增壓區725具 有小於該主要空氣增壓區705、該第一次要空氣增壓區 710、該第二次要空氣增壓區720及該RFG增壓區730之每 一者之一壓力。因此，在根據一例示性實施例之該空氣加 熱器700中，該主要空氣增壓區705係與該廢氣增壓區725 隔離。該廢氣增壓區725係由經安置於該等增壓區之間的 該RFG增壓區730與該第一次要空氣增壓區710及該第二次 要空氣增壓區720兩者隔離。 相應地，在根據一例示性實施例之該空氣預熱器700中 實質上減少及/或有效最小化空氣漏洩，例如自該主要空 氣增壓區705、第一次要空氣增壓區710及/或該第二次要 空氣增壓區720進入該廢氣增壓區725内之主要空氣及/或 次要空氣之漏洩。 147534.doc -20- 201102602 因此，根據本文描述的例示性實施例之一旋轉再生空氣 預熱器提供實質上減少的空氣漏洩及/或有效最小化空氣 漏洩之至少一優點，因此消除離開該空氣預熱器之廢氣中 游離氧濃度之增加。因此，實質上減少一發電廠之一氣體 處理系統之組件之大小及/或電功率要求，藉此導致發電 廠的製造'操作及維護成本之實質降低。 應注意替代例示性實施例並不限於本文描述的該等例示 性實施例。舉例而言，另一替代例示性實施例提供一種減 少用於一發電廠之一空氣預熱器内之空氣漏洩之方法。更 特定S之，該方法包含接收一空氣增壓區内之燃燒空氣、 接收一廢氣增壓區内之廢氣、及供應相較於燃燒空氣含有 較>游離氧之再循環廢氣至經安置於該空氣增壓區與該廢 氣增壓區之間的一再循環廢氣增壓區。因此，實質上降低 及/或有效衣小化漏〉电入該廢氣增壓區内之燃燒空氣量。 應進一步注意替代例示性實施例並不限於與任何特別類 型發電廠連用。舉例而言，為說明目的，本文中已特別參 考一燃燒氧氣鍋爐描述一空氣預熱器。然而，該空氣預熱 裔可與習知鍋爐（例如燃燒非氧氣鍋爐）以及準備C02捕集 鍋爐連用，而替代例示性實施例並不限於此。 儘管本發明之實施例已被描述為具有流過該熱交換器 500之特殊氣體28、34，諸如空氣及廢氣，但應意識到任 何氣體可由任何其他氣體加熱或冷卻。此外，提供至該軸 向增壓區530及該（等）徑向增壓區535、536的氣體可係任何 氣體使得氣體之組成具有將流入流過該熱交換器5 〇 〇之氣 147534.doc -21 - 201102602 體28、34之少量（或無）不需要之元素，諸如氧氣。 儘笞已參考各種例示性實施例描述本發明，但熟習此項 技術者應瞭解可作出各種變化且等效物可代替本發明的元 件而不背離本發明之範圍。另外，可對於本發明之教示作 出很多修改以調適一特別情形或材料而不背離本發明的基 本範圍。因此，所要的是本發明並不限於揭示作為預期實 行本發明之最佳模式的該特別實施例，而是本發明將包含 處於該等隨附申請專利範圍之範圍内之所有實施例。 【圖式簡單說明】 圖1A係一先前技術空氣預熱器之一透視圖； 圖1B至圖1D及圖2A至圖2C係一先前技術空氣預熱器之 部分截面圖； 圖2D及圖2E係先前技術空氣預熱器之俯視平面圖； 圖3係根據本發明之一例示性實施例之一空氣預熱器之 一部分截面圖； 圖4 A係根據本發明之一替代例示性實施例之一空氣預熱 器之一俯視平面圖；及 圖4 B係根據本發明之另一替代例示性實施例之一空氣預 熱器之一俯視平面圖。 【主要元件符號說明】 10 習知空氣預熱器 12 轉子 14 外殼 16 隔離物 147534.doc -22- 201102602 18 轉子柱 20 隔室 22 熱交換筐總成 24 熱廢氣入口 26 經冷卻廢氣出口 28 廢氣流 30 冷空氣入口 32 經加熱空氣出口 34 燃燒空氣流 36 扇區板 38 空氣扇區 40 廢氣扇區 42 熱交換元件 44 冷端 46 熱端 95 内部空隙 110 習知空氣預熱器 112 轉子 114 外殼 118 轉子柱 124 熱廢氣入口 126 經冷卻廢氣出口 130 冷空氣入口 132 經加熱空氣出口 147534.doc -23· 内部空隙 密封件 密封件 密封件 密封件 密封件 密封件 習知三扇區再生空氣預熱器 密封件 密封件 密封件 主要空氣增壓區 次要空氣增壓區 廢氣增屋區 習知四扇區再生空氣預熱器 密封件 密封件 密封件 密封件 主要空氣增壓區 次要空氣增壓區 次要空氣增壓區 廢氣增壓區 再生空氣預熱器 -24- 201102602 512 514 518 520 522 526 528 530 535 536 540 545 550 552 553 554 556 559 560 561 562 563 564 565 轉子 外殼 轉子柱 廢氣入口增壓區 廢氣出口增壓區 空氣入口增廢區 空氣出口增壓區 軸向增壓區 熱徑向增壓區 冷徑向增壓區 管路系統 淨化風扇 RFG供應線 RFG徑向入口 RFG徑向入口 徑向供應線 RFG軸向入口 徑向供應線 壓力感測器 壓力感測器 壓力感測器 空氣入口壓力感測器 RFG供應風門 RFG供應風門 H7534.doc -25- 201102602 566 RFG供應風門 567 壓力差 568 壓力差 569 壓力差 570 壓力控制器 572 壓力控制器 574 壓力控制器 595 内部空隙 600 三扇區再生空氣預熱器 605 次要空氣增壓區 610 廢氣增壓區 615 中間增壓區 620 主要空氣增壓區 632 密封件 634 密封件 636 密封件 640 密封件 650 密封件 700 四扇區再生空氣預熱器 705 主要空氣增壓區 710 第一次要空氣增壓區 720 第二次要空氣增壓區 725 廢氣增壓區 730 RFG增壓區 735 密封件 740 密封件 745 密封件 147534.doc -26- 201102602 750 密封件 755 密封件 760 密封件 A 增壓區 B 增壓區 C 增壓區 D 增壓區 E 增壓區 F 增壓區 G 增壓區 147534.doc -27-

Claims (1)

1. 201102602 七、申請專利範圍： 1. 一種用於在一第一氣流與一第二 札心間傳遞熱量之埶 交換器，該熱交換器包括： … 一外殼，其具有用於接收該第一氣流 碎r~ 第一入口增 壓區、用於排出該第一氣流之一第一出 ..„ 巧壓區、用於 接收該第二氣流之一第二入 、 一 '冬 及用於排出該第 一氣k之一第二出口增壓區； 熱交換元件，其等經安置於該外殼内； 徑向密封件，其等經安置於該外殼與該等加熱元件之 二並界定經安置介於該第一入口增壓區與該第二出口增 二區之間的—徑向增壓區，及經安置介於該第二入； 史區與該第—出口增壓區之間的-徑向增壓區；及θ 軸向密封件，其等經安置於該外殼與該等加熱元件之 ]乂界疋經安置介於該等第一入口與出口增壓區以及該 等第—入口與出口增壓區之間的一軸向增壓區； 八中在該徑向增壓區及該軸向增壓區内提供—第三氣 、減ν °亥第—氣流與該第二氣流之間之漏洩。 2. 如請求項1夕# ^ '之熱父換盜’其中該等熱交換器元件繞著一 轉子杈旋轉。 3 ·如請求項1 > 、^熱父換器’其中該熱交換器係一再生空氣 預熱器》 / 4 ·如請求項1 & A '之熱父換器，其中該第一氣流係一空氣流且 第二氣流係來自一燃燒系統之廢氣。 5.如請求項4>#> …'父換器’其中該第三氣體係來自該燃燒 147534.doc 201102602 系統之再循環廢氣。 6. 如請求項丨之熱交換器，其中該第一氣流係一實質氧氣 /;IL且第二氣流係來自一燃燒系統之氣流。 7. 如請求項6之熱交換器，其中該第三氣體係來自該燃燒 系統之再循環廢氣。 8. 如請求項1之熱交換器，其進一步包含一導管系統，該 導官系統提供該第三氣體至該徑向增壓區及該軸向增壓 區。 9·如請求項丨之熱交換器，其中該第三氣流係在至少與該 第一氣流之麗力相同之一塵力下提供。 10. 如請求項1之熱交換器，其中該第三氣流係在大於該第 一氣流之壓力之一壓力下提供。 11. 如請求項1之熱交換器，其進一步包括： 一控向壓力感測器，其量測指示該徑向增壓區之壓力 之該徑向壓力； 一轴向壓力感測器，其量測指示該轴向增壓區之壓力 之該轴向壓力； 一第一氣體壓力感測器，其量測指示該第一氣體空氣 入口增壓區之壓力之該第一氣體壓力； 一徑向風門，其回應於該徑向壓力與該第一氣體壓力 之間之一壓力差而在開啟位置與關閉位置之間致動以確 保遠徑向壓力等於或大於該第一氣體壓力；及 一軸向風門’其回應於該軸向壓力與該第一氣體壓力 之間之一壓力差而在開啟位置與關閉位置之間致動以確 147534.doc -2 - 201102602 保該軸向壓力等於或大於該第一氣體壓力β 12.如請求項1之熱交換器，其中該徑向增壓區包括一熱徑 向增壓區及一冷徑向增壓區，該熱交換器進一步包括： 一熱徑向壓力感測器，其量測指示該熱徑向增壓區之 壓力之該熱徑向壓力； 一冷徑向壓力感測器，其量測指示該冷徑向增壓區之 壓力之該冷徑向壓力； 一軸向壓力感測器，其量測指示該軸向増壓區之壓力 之该轴向壓力； 一第一氣體Μ力感測器’其量測指示該第一氣體空氣 入口增壓區之壓力之該第一氣體壓力； 一熱徑向風門，其回應於該熱徑向壓力與該第一氣體 壓力之間之一壓力差而在開啟位置與關閉位置之間致動 以確保該熱徑向壓力等於或大於該第一氣體壓力； 一冷徑向風門，其回應於該冷徑向壓力與該第一氣體 壓力之間之一壓力差而在開啟位置與關閉位置之間致動 以確保該冷徑向壓力等於或大於該第一氣體壓力；及 一軸向風門’其回應於該軸向壓力與該第一氣體壓力 之間之一壓力差而在開啟位置與關閉位置之間致動以確 保該軸向壓力等於或大於該第一氣體壓力。 13.如請求項丨之熱交換器，其中最小化由於當該第二氣流 自該第二入口增壓區通過至該第二出口增壓區時該第一 氣*IL進入至该第一氣流内之漏洩而增加至該第二氣流之 氧氣。 147534.doc 201102602 14. 一種減少穿過一 間之氣體漏洩之 熱交換器之一第一氣流與一第二氣流之 方法’該方法包括： 其包含： 提供一熱交換器 一外设’其具有用於接收該帛.._ 增壓區'用於排出該第一氣流之一第〆出口增壓區、 用於接收該第二氣流之一第二入口增壓區、及用於排 出該第二氣流之一第二出口增壓區； 熱交換元件’其等經安置於該外殼内； 徑向密封件，其等經安置於該外殼與該等加熱元件 之間並界定經安置介於該第一入口增壓區與該第二出 口增壓區之間的—徑向增壓區，及經安置介於該第二 入口增壓區與該第一出口增壓區之間的一徑向增壓 區；及 轴向密封件’其等經安置於該外殼與該等加熱元件 之間以界定經安置介於該等第一入口與出口增壓區以 及該等第二入口與出口增壓區之間的一軸向增壓區； 提供一第三氣流至該徑向增壓區及該軸向增壓區以 減少該第一氣流與該第二氣流之閭之漏茂。 15. 如請求項14之方法，其中該等熱交換器元件繞著一轉子 柱旋轉。 16. 如請求項14之方法，其中該熱交換器係—空氣預熱器。 1 7.如請求項14之方法，其中該第一氣流係一空氣流第二 氣流係來自一燃燒系統之廢氣’且該第三氣體係來自該 燃燒系統之再循環廢氣。 147534.doc -4- 201102602 1 8_如請求項14之方法，其中該第一氣流係一實質氧氣流， 該第二氣流係來自一燃燒系統之再循環氣流，且該第三 氣流係來自該燃燒系統之再循環廢氣。 19. 如請求項14之方法，其中最小化由於當該第二氣流穿過 該熱交換器時該第一氣流進入至該第二氣流内之漏洩而 增加至該第二氣流之氧氣。 20. 如請求項14之方法，其進一步包括： 量測指示該徑向增壓區之壓力之該徑向壓力； 量測指示該軸向增壓區之壓力之該軸向壓力； 里’則和示§亥第一氣體空氣入口增壓區之壓力之該第一 氣體壓力； 回應於該徑向壓力與該第一氣體壓力之間之一壓力差 而調節該徑向增壓區之壓力以確保該徑向壓力等於或大 於該第一氣體壓力；及 回應於該軸向壓力與該第一氣體壓力之間之一壓力差 而調節該軸向增壓區之壓力以確保該軸向壓力等於或大 於該第一氣體壓力。 147534.doc