[发明专利]用于全氧煤粉燃烧的三扇区再生式氧化剂预热器

说明书

本申请要求美国临时专利申请号为60/948,784登记日为2007年7月10日 的优先权权益，并在这里将其合并作为参考。

技术领域

本发明总地涉及全氧燃烧煤粉燃烧，并且特别是涉及将通过氧化剂的渗漏 而进入到旋转再生式氧化剂预热器的气体侧氧气的损失降至最小。

背景技术

在国家以及地方这两个层面有关大气质量的法律，都设置了越来越严格的 排放标准。特别关心的经常是二氧化硫以及其它由矿物燃料燃烧以及各种各样 的工业性作业而产生的酸性气体。众所周知酸性气体对于环境是有害的，因此 进入大气的排放受到空气洁净法令严格地控制。

新技术被应用于解决这个问题，以便于矿物燃料并且尤其是煤可以适合于 未来的利用而不会污染大气，且不会加速全球气侯变暖。该技术发展的一个方面 是可能对现存的煤粉电厂进行改型，而这些电厂是许多国家发电产业的支柱。 这个技术是含氧燃料的燃烧，该燃烧是利用富氧气体混合物替代氧气来点燃矿 物燃料锅炉的过程。从该输入空气中除去几乎所有的氮，从而产生含有大约95％ 氧气的气流。用纯氧燃烧将导致火焰温度过高，所以该混合气体通过与循环烟 气混合而被稀释。含氧燃料的燃烧产生的烟气比加空气燃烧产生的烟气大约少 75％。

从全氧燃烧煤粉燃烧工厂的湿式洗涤器排出的大约70％到80％的烟气被送 回到锅炉，在那里氧气被引入以产生燃烧的氧化性气体，而其余的烟气被送到 提纯和压缩系统，在那里所述系统准备了适合的管道和所需的容纳空间。这样， 至关重要的是以实际的和经济的方式获得浓度尽可能的高的二氧化碳，同时硫、 氮、氧和水的浓度较低。

全氧燃烧式煤粉燃烧在这样的氧化剂中燃烧煤粉，该氧化剂由相对纯的氧 气和循环烟气的混合物组成，以减少在锅炉的燃烧过程中产生的烟气的净容积， 并且在烟气中充分地提高二氧化碳的浓度。该循环烟气表示由燃烧过程产生的 烟气的一部分，并且用于降低火焰温度和保持必需的体积，以确保能与全部锅 炉面积进行充分的对流热交换，并且也能用于将煤粉干燥和传送到锅炉的燃烧 空间。

用于全氧燃烧式煤粉燃烧的氧化剂优选在旋转再生式空气预热器中加热， 尽管这样的空气预热器会遇到从空气侧到煤气侧的渗漏问题。管状的和板式空 气预热器不会遭遇渗漏并且在工业锅炉规模提供到该旋转再生式空气预热器的 适当代替品。然而，在发电业锅炉规模，它不是经济合算的代替品。

在传统的煤粉燃烧中，燃烧需要的空气的一小部分被用于干燥和传送煤粉到 燃烧器，用于在炉子或者锅炉的燃烧空间燃烧煤。这部分空气被称为一次空气。 在直接燃烧系统中，一次空气也被用于干燥磨煤机中的煤。燃烧空气的其余部 分被引入容纳燃烧器的风箱外壳，并称为二次空气。

旋转再生式空气预热器相对紧凑，并且是在发电业锅炉装置中用于预热燃 烧空气最广泛的使用类型。旋转再生式空气预热器作为储热介质通过对流间接 地传递热量，该储热介质周期性地暴露于散热的烟气和吸热的燃烧空气中。该 旋转再生式空气预热器包括圆筒形壳或者外壳，其包含共轴的转子，该转子与 金属储热波纹板一起包裹，该金属储热波纹板被捆扎以便在其中提供流动通路。 该预热器被分成在负压下的气体侧和在正压下的空气侧。最普遍的流动排列方 式具有进入转子顶端的烟气和以逆流方式进入转子底部的燃烧空气。因此，冷 空气进口和冷却后的气体出口在该预热器的同一端，通常被称为冷端，热气体 进口和预热空气的出口都在预热器相反的另一端，通常被称为热端。因此，从 该转子的热端到该转子的冷端存在着轴向的温度梯度。为了响应这个温度梯度， 转子趋向于扭曲和趋向于呈现一种类似于逆转碟的形状，通常称为转子下弯 (rotor turndown)。

在运行中，转子围绕中心轴慢速地旋转，每分钟转数为一到三，从而使每 束吸热板被交替放入放热烟气的流路和该吸热燃烧空气的流路内。旋转再生式 空气预热器最显著的特征是：由于转子下弯和空气预热器的旋转操作，较少的 但是明显的数量的空气从正压空气侧泄露到负压气体侧。为了防止从空气侧到 气体侧的过度渗漏，该空气预热器装备有径向的、轴向的和周向的密封件。公 知的是利用薄而且柔性的金属构造这些密封件。当缝隙最大时调整这些密封件。 这意味着，当由于转子和外壳的膨胀缝隙小时，这密封件可能被严重弯曲并且 被迫与转子或者外壳进入高接触压力的状况。由于这个原因，密封件被相对迅 速地磨损并且需要更换。