專利名稱：幾乎或完全沒有過量氧的氧/燃料燃燒系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及氧/燃料(oxy/fuel)燃燒系統(tǒng)和方法。特別地，本公開涉及富氧固體燃料燃燒系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
由于全世界電力需求持續(xù)增長，開發(fā)可持續(xù)的環(huán)保發(fā)電方法的緊迫性也持續(xù)增長?？紤]到全球煤儲量的豐富性，最近出現(xiàn)的理想適用于CO2捕獲的燃氧煤技術(shù)將被呼吁發(fā)揮主導(dǎo)作用。因此需要為該技術(shù)開發(fā)能改進其能量效率和降低其實施成本的改良方案。本文公開的發(fā)明涉及此目的的實現(xiàn)。由于較慢的總?cè)紵齽恿W(xué)，煤燃燒的過量氧需求通常比氣體和液體燃料高得多。 例如，氣相燃燒(例如天然氣)用的化學(xué)計量比(即實際/理論最低A需求量的比率)通常為 1.05 (5%過量)或更低，而煤燃燒的化學(xué)計量比更通常為大約1.2 (20%過量)。因此，仍然需要提供通過在氧基系統(tǒng)中的固體燃料燃燒產(chǎn)生能量的有效方法和系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本公開提供在多級燃燒法中用氧氣和再循環(huán)煙道氣燃燒固體燃料如煤的裝置和方法。根據(jù)一個實施方案，燃燒系統(tǒng)包括安排和布置成接收固體燃料和第一氧氣流并輸送第一基本氣態(tài)產(chǎn)物和基本固態(tài)或熔融產(chǎn)物的一級反應(yīng)器、與一級反應(yīng)器流體連通的二級反應(yīng)器和與二級反應(yīng)器流體連通的爐。在該實施方案中，布置該二級反應(yīng)器以接收第二氧氣流，由此將第一基本氣態(tài)產(chǎn)物從進入該二級反應(yīng)器時的缺氧轉(zhuǎn)化成離開該二級反應(yīng)器時
的富氧。根據(jù)另一實施方案，運行燃燒系統(tǒng)的方法包括提供安排和布置成接收固體燃料和第一氧氣流并輸送第一基本氣態(tài)產(chǎn)物和基本固態(tài)或熔融產(chǎn)物的一級反應(yīng)器，提供與一級反應(yīng)器流體連通的二級反應(yīng)器，提供與該二級反應(yīng)器流體連通的爐，和測定化學(xué)計量比，其選自一級反應(yīng)器的化學(xué)計量比、二級反應(yīng)器的化學(xué)計量比、爐的化學(xué)計量比及其組合。在該實施方案中，布置該二級反應(yīng)器以接收第二氧氣流，將第一基本氣態(tài)產(chǎn)物從進入該二級反應(yīng)器時的缺氧轉(zhuǎn)化成離開該二級反應(yīng)器時的富氧。本公開的一個優(yōu)點是能夠用減低量的A實現(xiàn)煤的基本完全燃燒。本公開的另一優(yōu)點是能夠制造具有高(X)2純度的產(chǎn)物氣體。本公開的再一優(yōu)點是能夠除去飛灰和其它污染物，導(dǎo)致減少的污垢。本文中公開了該方法和系統(tǒng)的其它方面。本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)下列詳述和附圖將會認識和理解如上論述的特征以及本公開的其它特征和優(yōu)點。



發(fā)明詳述
下面參照附圖更充分描述本公開，其中顯示了本公開的優(yōu)選實施方案。但是，本公開可以具體體現(xiàn)為許多不同的形式且不應(yīng)被解釋為僅限于本文中闡明的實施方案；相反，提供這些實施方案以使本公開詳盡完整并向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分傳達本公開的范圍。本公開的某些實施方案包括燃燒固體燃料的系統(tǒng)和方法。本文所用的術(shù)語“固體燃料”及其語法變體是指適合燃燒目的的任何固體燃料。例如，本公開可用于許多類型的含碳固體燃料，包括但不限于無煙煤、煙煤、次煙煤和褐煤；焦油；浙青；石油焦；造紙廠污泥固體物和下水道污泥固體物；木材；泥炭；草；和所有這些燃料的組合和混合物。本文所用的術(shù)語“氧氣”及其語法變體是指O2濃度大于大氣或環(huán)境條件的氧化劑。本文所用的術(shù)語 “氧/煤燃燒”及其語法變體是指在氧氣中的煤燃燒，術(shù)語“空氣/煤燃燒”及其語法變體是指在空氣中的煤燃燒，術(shù)語“氧/燃料燃燒”及其語法變體是指在氧氣中的燃料燃燒，術(shù)語 “空氣/燃料燃燒”及其語法變體是指在空氣中的燃料燃燒。本文所用的術(shù)語“燃燒流體” 及其語法變體是指由燃燒產(chǎn)物形成和/或與燃燒產(chǎn)物混合的流體，其可用于對流傳熱。該術(shù)語不限于燃燒產(chǎn)物并可包括與至少一部分燃燒系統(tǒng)混合或以其它方式行經(jīng)至少一部分燃燒系統(tǒng)的流體。盡管不限于此，但一個這樣的實例是煙道氣。本文所用的術(shù)語“再循環(huán)煙道氣”及其語法變體是指再循環(huán)到該系統(tǒng)任何部分的離開該系統(tǒng)的燃燒流體。本文所用的術(shù)語“煙道氣再循環(huán)”及其語法變體是指允許燃燒流體再循環(huán)的構(gòu)造。圖1顯示在用氧氣燃燒煤的過程中化學(xué)計量比對煙道氣(X)2的影響的圖示；下文稱作燃氧的煤燃燒或燃氧的燃料燃燒。在燃空氣的燃料燃燒的情況下，以相對較高的化學(xué)計量比運行導(dǎo)致相對較高的煙囪顯焓損失(stack sensible enthalpy losses)和風(fēng)扇功率(fan power)要求，后者通常僅是蒸汽輪機的總發(fā)電量的不到百分之一(a fraction of a percent)。但是，在燃氧的燃料燃燒過程中相對較高化學(xué)計量比運行的不利后果大得多。 這主要歸因于空氣分離裝置(ASU)內(nèi)更高的壓縮用功率需求以及對更高容量ASU設(shè)備的需要，造成更高的資本成本。作為比較的基礎(chǔ)，ASU壓縮機功率通常為總發(fā)電量的百分比之幾， 而非燃空氣的燃料系統(tǒng)中不到百分之一的風(fēng)扇功率。在燃氧的煤鍋爐運行過程中更需要降低化學(xué)計量比的另一原因在于，燃氧的煤燃燒的產(chǎn)物主要包含co2、H2O和幾種惰性物質(zhì)；其中最豐富的是02。因此，隨著化學(xué)計量比降低，產(chǎn)物氣流的(X)2濃度提高，降低(X)2提純所需的下游設(shè)備的負擔(dān)。此外，CO2提純中處理的總氣體體積降低，導(dǎo)致較低的資本和運行成本。應(yīng)該指出，CO2壓縮功率要求的量級可能與ASU內(nèi)的壓縮相同。煤燃燒過程中的低化學(xué)計量比運行中的挑戰(zhàn)是達到高燃燒效率。當化學(xué)計量比降至大約1. 2以下時，CO和未燃碳的排放已知顯著提高，從而造成差的熱效率、更高的沾污傾向、設(shè)施內(nèi)的潛在危險條件和在下游微?？刂圃O(shè)備上的更高收集負擔(dān)。已知系統(tǒng)沒有提供同時以低化學(xué)計量比和高的熱效率在燃氧的煤鍋爐中發(fā)電的方式。具體而言，圖1顯示隨著典型低硫廣1重量％)煤的燃氧燃料燃燒用的化學(xué)計量比， CO2純度和惰性氣體(主要是02、SO2和由燃料氮形成的隊)余量的變化。如圖1中所示，將化學(xué)計量比從大約1. 2降至大約1. 05會將惰性物濃度從大約18%降至大約6%并將(X)2濃度從大約81. 5%提高到大約94%。注意所有濃度折干表示。本公開的燃燒方法提供低過量氧并充當降低CO2提純設(shè)備的尺寸或可能消除CO2提純設(shè)備的方法。此外，由于要去除的氣體體積更小，提純設(shè)備的尺寸/規(guī)模和各自的運行成本都可能更低。這種設(shè)備的減小或消除可能帶來顯著節(jié)省，特別是在有效(X)2輸送(例如輸送至外部管道)所需的煙道氣壓縮方面，其中根據(jù)最終用途，可能需要1000 PSia或更大的壓力。根據(jù)某些實施方案的燃燒系統(tǒng)在大約1. 05或更小的化學(xué)計量比下運行。已知的煤燃燒系統(tǒng)通常在大約1. 2或更大的化學(xué)計量比下運行?；瘜W(xué)計量比小于大約1. 05的固體燃料燃燒系統(tǒng)的運行產(chǎn)生有效的燃燒系統(tǒng)運行所需的額外特征。例如，希望提供固體燃料和氧化劑之間的附加停留時間以利于燃料碳完全演化成氣相。也希望提供氧氣代替空氣作為氧化劑以獲得一級反應(yīng)器內(nèi)足夠高的溫度以熔化固體燃料的灰分成分和提高整個系統(tǒng)內(nèi)的燃燒反應(yīng)速率。還希望為氧氣和從固體演化成氣相的燃料的混合提供受控環(huán)境以使完全燃盡所需的停留時間最小化并避免在燃氧的燃料燃燒過程中本來可能產(chǎn)生的高溫破壞。 也希望提供一體化(close-coupled)的燃燒儀器以提供用以控制該燃燒過程的反饋。圖2顯示本公開的燃燒系統(tǒng)的一個示例性實施方案的圖示。具體而言，圖2顯示促進有效的低過量A運行所需的燃氧的煤燃燒系統(tǒng)202的一個實施方案。如所示，燃氧的煤燃燒系統(tǒng)202包括一級反應(yīng)器204、二級反應(yīng)器206和爐208(其包括，但不限于燃燒室)。 一級反應(yīng)器204與二級反應(yīng)器206流體連通。二級反應(yīng)器206與一級反應(yīng)器204和爐208 流體連通。爐208與二級反應(yīng)器206流體連通。在一個實施方案中，一級反應(yīng)器204可以是造渣燃燒器/氣化器，例如，旋風(fēng)造渣器(slagging cyclone) 0選擇反應(yīng)器的類型以提供實現(xiàn)相對較長的固體顆粒停留時間和承受高氣體溫度的能力，由此促進進料煤的有效氣化和/或燃燒，且?guī)缀趸蛲耆珱]有炭殘留物。包括灰分的殘留固體材料212可作為粘渣除去并送往鍋爐，在此其被捕獲在爐208 的底部，由此使煙道氣中的微粒濃度最小化。殘留固體材料203可以如圖2的實施方案中所示集成。或者，爐渣收集可以如圖16的實施方案中所示與爐208分開。在另一實施方案中，一級反應(yīng)器204可以是在小于燃料完全燃燒所需的氧氣的化學(xué)計算量下運行的旋風(fēng)造渣器。也就是說，引入一級反應(yīng)器的燃料和氧化劑的化學(xué)計量比小于1.0。其更優(yōu)選小于 0. 95，再更優(yōu)選為0. 3至0. 95，其中下限足夠高以確保爐渣保持熔融態(tài)，和上限取決于，為控制目的，優(yōu)選至少保持為完成該低過量氧燃燒過程而在一級反應(yīng)器外必須添加的最小氧量。造渣燃燒器/氣化器的合適布置包括，例如，美國專利No. 5，291，841和美國專利No. 5，052，312中公開的布置，兩者均全文經(jīng)此引用并入本文，但不是限制性的。參照圖2，安排和布置一級反應(yīng)器204以接收燃料210和氧氣205。燃料210可以是壓碎或粉狀燃料，其比例取決于一級反應(yīng)器204達到特定溫度的需要。也可以通過少量運載流體傳送燃料。盡管不限于此，該運載流體可以是空氣、CO2,隊、液態(tài)或氣態(tài)H20、再循環(huán)煙道氣或其組合。可根據(jù)爐渣熔化溫度確定一級反應(yīng)器204的所需溫度，并使用市售溫度測量裝置監(jiān)測。這些溫度能使基本所有固體碳燃料轉(zhuǎn)化成氣相。安排和布置一級反應(yīng)器 204以允許從其中排出殘留固體材料212 (即爐渣)。通常，殘留固體材料212處于熔融態(tài)并基本不含殘留炭。安排和布置一級反應(yīng)器204以允許將部分燃燒的氣體產(chǎn)物216從其中排出到二級反應(yīng)器206。在一個實施方案中，殘留固體材料212與從一級反應(yīng)器204排出的部分燃燒的氣體產(chǎn)物216分開排出。在另一實施方案中，燃氧的煤燃燒系統(tǒng)202包括再循環(huán)器218，其安排和布置成能使再循環(huán)煙道氣214從再循環(huán)器218輸往一級反應(yīng)器204。在該實施方案中，再循環(huán)煙道氣214與主要氧氣流207和壓碎或粉狀燃料按比例一起注入一級反應(yīng)器204，該比例取決于優(yōu)選保持超過殘留固體材料212溫度的一級反應(yīng)器204中的預(yù)定溫度和將基本所有固體碳轉(zhuǎn)化成氣相。其它工藝約束條件，如鍋爐輻射熱流和最終蒸汽溫度的調(diào)節(jié)也可能影響一級反應(yīng)器204運行條件的選擇。如下所述，本公開的實施方案還包括第三氧氣流225和第四氧氣流227。此外，實施方案包括附加的再循環(huán)煙道氣流215、219。在一個實施方案中，可以安排和布置二級反應(yīng)器206以從再循環(huán)器218接收再循環(huán)煙道氣214，由此將其添加到部分燃燒的氣體產(chǎn)物216中。圖3至8中所示的氧氣流的布置可允許對燃氧的煤燃燒系統(tǒng)202的增強的控制。 參照圖3，二級反應(yīng)器206包括由從一級反應(yīng)器204排出的部分燃燒的氣體產(chǎn)物216構(gòu)成的內(nèi)部流。部分燃燒的氣體產(chǎn)物216也可能包括痕量的完全或部分燃燒的微粒。在一個實施方案中，二級反應(yīng)器206可進一步包括至少一個第二氧氣流224 (也見圖2)，其在部分燃燒的氣體產(chǎn)物216進入二級反應(yīng)器206時包圍(bounding)該部分燃燒的氣體產(chǎn)物216。引入二級反應(yīng)器206的反應(yīng)物由此提供若干優(yōu)點。主要地，二級反應(yīng)器206的構(gòu)造允許控制反應(yīng)程度和反應(yīng)氣體的動量。主要通過二級反應(yīng)器206內(nèi)存在的燃料和氧氣的相對量、反應(yīng)物引入二級反應(yīng)器206的方式和二級反應(yīng)器206的尺寸實施這種控制或運行。例如，隨著相對于燃料210提高第二氧氣流2M中的氧氣量，平衡傾向于提高燃料氧化的程度。燃料氧化的提高造成在氣體排放到爐208 (在此用爐208氣體稀釋這些氣體) 中之前更大的能量釋放。這又轉(zhuǎn)化成二級反應(yīng)器206內(nèi)更高的混合物溫度和更快的化學(xué)動力學(xué)。更快反應(yīng)速度進一步提高反應(yīng)程度(即縮短達到平衡的過程)。此外，更高溫度的氣體具有更低密度和因此更高速度。因此，其在進入爐208時也具有更大動量。作為另一實例，如果提高二級反應(yīng)器206的長度，可供反應(yīng)的時間也提高。因此， 能量釋放、混合物溫度、速度和動量也提高。作為另一實例，圖3中所示的混合方式具有兩個主要優(yōu)點。首先，在自一級反應(yīng)器 204進入的部分燃燒的氣體產(chǎn)物216周圍設(shè)置第二氧氣流224，產(chǎn)生了與二級反應(yīng)器206壁相鄰的相對較冷的氣體層以冷卻并保護該壁免受高溫破壞。對燃氧的燃料燃燒而言，與燃空氣的燃料燃燒相比，高溫破壞潛力大得多，因為使用氧氣達到的火焰溫度比使用空氣達到的溫度高多達1500 °F，且反應(yīng)速率比用空氣燃燒提高10倍或更大。此外，通過使二級反應(yīng)器206入口處的部分燃燒的氣體產(chǎn)物216流線型化以使氧氣和一級反應(yīng)器204流出物的流動矢量基本沿二級反應(yīng)器206的軸走向，可基本消除橫向混合。也就是說，在氧化劑(例如氧化劑)和反應(yīng)物之間的發(fā)生的最初混合可局限于這兩個流體之間的剪切層。通過基本消除橫向混合，可以將反應(yīng)器壁上的微粒沉積減至最低(即從一級反應(yīng)器204中帶出)并另外將高溫氣體接觸減至最低，由此進一步降低高溫破壞危險。參照圖4，在另一實施方案中，二級反應(yīng)器206可包括再循環(huán)煙道氣214，其被提供或注入以限定或以其它方式包圍第二氧氣流224。其優(yōu)點在于，其提供額外緩沖以防止高溫氣體和/或微粒與二級反應(yīng)器206的壁接觸，同時實現(xiàn)氧氣和來自一級反應(yīng)器204的產(chǎn)物之間的密近接觸。此外，其允許二級反應(yīng)器206內(nèi)的更劇烈反應(yīng)物混合，而不提高高溫破壞危險。如圖5中所示，二級反應(yīng)器206中使用的再循環(huán)煙道氣214可以借助旋流發(fā)生器 (swirler generator)502與第二氧氣流2 混合。在另一些實施方案中，可包括本領(lǐng)域已知的用于增強第二氧氣流2M和部分燃燒的氣體產(chǎn)物216的混合的其它技術(shù)。混合第二氧氣流2M和部分燃燒的氣體產(chǎn)物216為調(diào)節(jié)從二級反應(yīng)器206排出到爐208中的氣體的動量提供控制。也就是說，添加更多的再循環(huán)煙道氣214提高部分燃燒的氣體產(chǎn)物216的動量，而降低再循環(huán)煙道氣214的量降低該動量。參照圖6，在又一實施方案中，二級反應(yīng)器206可包括至少一個提供第三氧氣流 225 (也參見圖1)的氧氣注射器223，其緊鄰圍住從二級反應(yīng)器206輸往爐208的二級反應(yīng)器排出物(expellant) 222的區(qū)域(未顯示在圖6中)。圖6中所示的第三氧氣流225能夠提高對離開二級反應(yīng)器206的反應(yīng)混合物的性質(zhì)的控制，這可提供某些性能優(yōu)點。例如，在某些情況下可能有利的是，在二級反應(yīng)器206的出口處以小于1. 0的化學(xué)計量比運行該系統(tǒng)而非添加第三氧氣以完成燃燒過程。以這樣的方式運行會使反應(yīng)區(qū)(或火焰)進一步延伸到爐208中，由此降低最高溫度和制造更均勻分布的放熱型式。燃燒完成的延遲也延長火焰中的暫時但高輻射性物類的壽命?；鹧娴妮椛湮镱惖倪@種增強進一步有助于降低最高火焰溫度和改進從火焰到周圍環(huán)境的傳熱效率。使用第三氧氣225的有利之處還在于，其可引入二級反應(yīng)器排出物222中使得促進快速混合，而沒有使所述二級反應(yīng)器壁過熱的限制。例如，可通過如圖7中所示的多個旋流葉片702或通過如圖8中所示的多個收縮噴嘴 802引入第三氧氣225。本領(lǐng)域技術(shù)人員會認識到，在本公開中有許多其它的引入第三氧氣的方式。在圖9和10中提供包括使用第三氧氣225的兩種其它實施方案。圖9顯示其中在引入二級反應(yīng)器206中之前將第四氧氣流227與再循環(huán)煙道氣214預(yù)混的一個實施方案 (也參見圖3)。圖10中的實施方案不包括第四氧氣227，而是僅依賴于再循環(huán)煙道氣215中的氧作為氧化劑。由于煤燃燒系統(tǒng)202用一定過量的氧氣運行，再循環(huán)煙道氣214通常包括氧氣。要認識到，與其中緊鄰離開一級反應(yīng)器204的部分燃燒的氣體產(chǎn)物216引入未稀釋的第二氧氣224的實施方案相比(未顯示在圖10中)，圖9和10中公開的這兩種實施方案導(dǎo)致二級反應(yīng)器206內(nèi)的反應(yīng)衰減。使用本公開的系統(tǒng)以動態(tài)或變化模式運行。此外，多個反應(yīng)器(204和/或206) 可并列運行。在這些情況下，保持使用低過量氧的最佳運行要求燃燒儀以測量與該系統(tǒng)中的二級反應(yīng)器206相關(guān)的性質(zhì)(即局部性質(zhì))。參照圖11至14，二級反應(yīng)器206可包括一個或多個局部燃燒儀220，其被安排和布置以提供關(guān)于二級反應(yīng)器206內(nèi)的條件的信息(包括，但不限于，對燃料控制系統(tǒng)、氧氣控制系統(tǒng)和/或再循環(huán)煙道氣控制系統(tǒng)的反饋信號)。 對使用多個二級反應(yīng)器206的系統(tǒng)而言，局部燃燒儀220通常布置在該系統(tǒng)中的各個二級反應(yīng)器206上或內(nèi)。局部燃燒儀220可選自火焰掃描器、熱電偶、非侵入儀器，如可調(diào)諧二極管激光器、光或聲傳感器和其它儀器。局部燃燒儀220可提供信息，包括，但不限于，流體溫度、流體組成和/或爐208的部分的溫度。局部燃燒儀220可位于二級反應(yīng)器206或爐 208內(nèi)的任何點，允許局部燃燒儀220來測量從二級反應(yīng)器206排出到爐208的二級反應(yīng)器排出物222的性質(zhì)。來自局部燃燒儀220的信息可隨后根據(jù)局部燃燒儀220的測量結(jié)果輸送控制信號?？刂菩盘柨衫缬糜诟鶕?jù)對二級反應(yīng)器206的輻射(radiant)調(diào)節(jié)第二氧氣 224或第三氧氣225的各自流速。如圖11中的實施方案中所示，局部燃燒儀220可包括發(fā)送器223和/或接收器233。如圖12中的實施方案中所示，局部燃燒儀220可包括熱電偶 235。
9
在用并列運行的多個二級反應(yīng)器206運行的系統(tǒng)中，包括附加的“全面(glcAal)” 燃燒儀902以從所有二級反應(yīng)器206中取樣該混合燃燒產(chǎn)物，特別是過量氧和一氧化碳 (CO)的濃度。此實施方案顯示在圖15中。在此實施方案中，構(gòu)造控制系統(tǒng)以獲取局部和全面測量結(jié)果作為輸入信號。通過控制器905使用來自全面測量儀902的信號以確定是否需要更多或更少的總氧，同時使用來自局部燃燒儀220的信號以測定所有并列反應(yīng)器之間的燃燒條件平衡。如果例如控制器905指示，需要更多氧氣改進燃燒效率(即較低的CO排放)，則檢查局部燃燒儀220以確定哪個(哪些)二級反應(yīng)器206需要附加的02。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會認識到，這種控制模式能夠平衡并列運行的多個二級反應(yīng)器206，這又促進使用最低過量氧的有效燃燒。圖15中所示的實施方案的另一運行模式包括在二級反應(yīng)器206下游的爐208的區(qū)域中使用第四氧氣流227 (也參見圖2)和/或再循環(huán)煙道氣219。這對于在低于1.0的化學(xué)計量比下運行是合意的，也可能在添加第三氧氣225后是必須的。這種運行模式有利于例如減少NOx排放。在此區(qū)域中使用再循環(huán)煙道氣具有雙重優(yōu)點，首先，其有助于促進氣體混合。其次，其可以在爐208輻射段下游的帶有對流通過段912的鍋爐中使用以調(diào)節(jié)爐 208排放氣體溫度和流速，從而優(yōu)化煙道氣能量的轉(zhuǎn)移以制造蒸汽。第四氧氣227和再循環(huán)煙道氣219可作為分開的流引入或預(yù)混并以復(fù)合流形式引入。如圖15中所示，煤燃燒系統(tǒng) 202的實施方案包括在對流通過段912中的熱交換器。該熱交換器可包括副過熱器914、再熱過熱器916和主過熱器918。在另一實施方案中，也包括省熱器。在又一些實施方案中， 可包括附加熱交換器。本公開的另一實施方案顯示在圖16中。在此實施方案中，一級反應(yīng)器204將部分氧化氣流輸往如上所述構(gòu)造的多個二級反應(yīng)器206。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會認識到，這一實施方案的優(yōu)點是與其中使用多個一級反應(yīng)器的系統(tǒng)相比減少所需的固體燃料處理、計量和輸送設(shè)備。另一優(yōu)點是簡化二級反應(yīng)器206的平衡。這是因為，在使用多個一級反應(yīng)器 204的系統(tǒng)中二級反應(yīng)器206失衡的主要原因是流向各個一級反應(yīng)器204的燃料和氧氣流的相對失衡。二級反應(yīng)器206平衡運行的簡化造成改進的系統(tǒng)可靠性和在比包括多個一級反應(yīng)器204的煤燃燒系統(tǒng)202中可達到的甚至更低的過量氧水平下實現(xiàn)完全燃燒的能力。盡管已參照優(yōu)選實施方案描述本公開，但本領(lǐng)域技術(shù)人員會理解，可以在不脫離本公開的范圍的情況下作出各種變動并可將其要素換成對等物。此外，可以在不脫離其基本范圍的情況下對本公開的教導(dǎo)作出許多修改以適應(yīng)特定情況或材料。因此，本公開無意局限于作為本發(fā)明的最佳實施方式公開的具體實施方案，但本公開包括落在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實施方案。
權(quán)利要求
1.燃燒系統(tǒng)，包含一級反應(yīng)器，其經(jīng)安排和布置以接收固體燃料和第一氧氣流并輸送第一基本氣態(tài)產(chǎn)物和基本固態(tài)或熔融產(chǎn)物；與一級反應(yīng)器流體連通的二級反應(yīng)器，其經(jīng)布置以接收第二氧氣流，由此將該第一基本氣態(tài)產(chǎn)物從進入該二級反應(yīng)器時的缺氧轉(zhuǎn)化成離開該二級反應(yīng)器時的富氧；和與該二級反應(yīng)器流體連通的爐。
2.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中至少一個氧氣流基本不含選自空氣、氮氣及其組合的流體。
3.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中至少一個氧氣流包含至少大約30重量％02。
4.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中一級反應(yīng)器構(gòu)造成以小于1.0的化學(xué)計量比運行。
5.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中二級反應(yīng)器構(gòu)造成以大于1.0的化學(xué)計量比運行。
6.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該燃燒系統(tǒng)經(jīng)構(gòu)造以測量與該系統(tǒng)的總化學(xué)計量比相關(guān)的燃燒氣體的一個或多個性質(zhì)。
7.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中一級反應(yīng)器構(gòu)造成以小于0.95的化學(xué)計量比運行。
8.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中二級反應(yīng)器構(gòu)造成以1.0至1. 10的化學(xué)計量比運行。
9.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中二級反應(yīng)器構(gòu)造成以1.0至1. 05的化學(xué)計量比運行。
10.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述部分燃燒的氣體產(chǎn)物在該二級反應(yīng)器的至少一部分內(nèi)被氧化氣體基本圍繞。
11.權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中該氧化氣體包括氧氣。
12.權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中該氧化氣體包括再循環(huán)煙道氣。
13.權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中該氧化氣體包含氧氣和再循環(huán)煙道氣兩者。
14.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中在該部分燃燒的氣體產(chǎn)物離開該二級反應(yīng)器時該第二氧氣流與其混合。
15.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該一級反應(yīng)器經(jīng)構(gòu)造以允許從其中除去處于熔融態(tài)并基本不含殘留炭的殘留固體材料。
16.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，進一步包含經(jīng)安排和布置以允許將煙道氣從煙道輸送至該一級反應(yīng)器的再循環(huán)器。
17.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中安排和布置局部燃燒儀以提供關(guān)于在二級反應(yīng)器內(nèi)的條件和/或來自二級反應(yīng)器的排出物流體的信息。
18.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，進一步包含與該一級反應(yīng)器流體連通的至少一個附加二級反應(yīng)器；其中該附加二級反應(yīng)器和該第一二級反應(yīng)器經(jīng)安排和布置以將至少一個氧化氣體流傳送(communicate)給第一基本氣態(tài)產(chǎn)物，其中該附加二級反應(yīng)器和第一二級反應(yīng)器與該爐流體連通，其中該一級反應(yīng)器構(gòu)造成以小于1.0的化學(xué)計量比運行，其中該二級反應(yīng)器構(gòu)造成以大于1. 0的化學(xué)計量比運行，且其中該燃燒系統(tǒng)經(jīng)構(gòu)造以測量與該系統(tǒng)的總化學(xué)計量比相關(guān)的燃燒氣體的至少一個性質(zhì)。
19.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中安排和布置該爐以接收選自氧氣、再循環(huán)煙道氣及其組合的流體，其中安排和布置該爐以在該爐的一部分中接收基本從該二級反應(yīng)器中除去的流體，由此允許該系統(tǒng)的總化學(xué)計量比大于1.0。
20.權(quán)利要求1的燃燒系統(tǒng)，進一步包含局部燃燒儀，其經(jīng)安排和布置以提供選自該二級反應(yīng)器內(nèi)的條件、來自該二級反應(yīng)器的排出物流體的條件及其組合的信息；全面燃燒儀，其經(jīng)安排和布置以提供關(guān)于在該爐下游某處的煙道氣內(nèi)的條件的信息；和控制器，其經(jīng)安排和布置以響應(yīng)該信息可控地提供氧氣流。
21.運行燃燒系統(tǒng)的方法，包括提供經(jīng)安排和布置以接收固體燃料和第一氧氣流并輸送第一基本氣態(tài)產(chǎn)物和基本固態(tài)或熔融產(chǎn)物的一級反應(yīng)器；提供與該一級反應(yīng)器流體連通的二級反應(yīng)器；其經(jīng)布置以接收第二氧氣流，將該第一基本氣態(tài)產(chǎn)物從進入該二級反應(yīng)器時的缺氧轉(zhuǎn)化成離開該二級反應(yīng)器時的富氧； 提供與該二級反應(yīng)器流體連通的爐；和測定化學(xué)計量比，其選自該一級反應(yīng)器的化學(xué)計量比、該二級反應(yīng)器的化學(xué)計量比、該爐的化學(xué)計量比及其組合。
22.權(quán)利要求21的方法，進一步包括向該一級反應(yīng)器提供受控量的氧氣以保持小于大約1. 0的化學(xué)計量比；和向該二級反應(yīng)器提供受控量的氧氣以保持大于大約1. 0的化學(xué)計量比。
23.權(quán)利要求22的方法，進一步包括以低于0.95的該一級反應(yīng)器的化學(xué)計量比運行。
24.權(quán)利要求22的方法，進一步包括以1.0至1. 10的該二級反應(yīng)器的化學(xué)計量比運行。
25.權(quán)利要求22的方法，進一步包括以1.0至1. 05的該二級反應(yīng)器的化學(xué)計量比運行。
全文摘要
本公開包括燃燒系統(tǒng)，其包括安排和布置成接收固體燃料和第一氧氣流并輸送第一基本氣態(tài)產(chǎn)物和基本固態(tài)或熔融產(chǎn)物的一級反應(yīng)器、與一級反應(yīng)器流體連通的二級反應(yīng)器和與二級反應(yīng)器流體連通的爐。
文檔編號F23C6/04GK102165259SQ200980137578
公開日2011年8月24日 申請日期2009年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月26日
發(fā)明者W. 克盧斯特曼 J., D. 達戈斯蒂尼 M. 申請人:氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司