專利名稱：脈沖爆震的顆粒聚結(jié)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燒煤的工業(yè)設(shè)備。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及對(duì)來(lái)自燒煤的工業(yè)設(shè)備、例如燃燒粉煤的動(dòng)力鍋爐的顆粒排放的控制。
背景技術(shù)：
來(lái)自燒煤的工業(yè)設(shè)備的顆粒排放物幾百年來(lái)已經(jīng)對(duì)工業(yè)構(gòu)成危害。在開發(fā)用于去除顆粒的技術(shù)中，包括有集塵室、氣旋分離器和靜電濾塵器。最近關(guān)注的一個(gè)領(lǐng)域是聲致聚結(jié)。Meegan，Jr的美國(guó)專利6,749,666確定了使用調(diào)制的聲場(chǎng)來(lái)引起顆粒聚結(jié)。采用了一種裝置來(lái)產(chǎn)生具有所需聲壓水平和頻率的調(diào)制聲場(chǎng)。聲波造成小的顆粒聚結(jié)，而形成較大的更容易為傳統(tǒng)設(shè)備捕集的顆粒。

發(fā)明內(nèi)容
燃料(例如煤)在工業(yè)設(shè)備中的燃燒產(chǎn)生了包含氣載顆粒的排氣流。該排氣流經(jīng)過(guò)脈沖爆震的顆粒聚結(jié)器。通過(guò)將燃料和氧化劑裝料引入至少一個(gè)導(dǎo)管中并使裝料開始燃燒，從而使聚結(jié)器循環(huán)地操作。燃燒產(chǎn)生沖擊波，所述排氣流暴露于沖擊波下，從而導(dǎo)致顆粒的聚結(jié)。排氣流通過(guò)傳統(tǒng)的顆粒去除設(shè)備進(jìn)行處理，并被排出。
下面在附圖和說(shuō)明書中闡述了本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的細(xì)節(jié)。從所述說(shuō)明書和附圖及權(quán)利要求中，可以清楚本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是燒煤的鍋爐系統(tǒng)的局部示意圖。
圖2是圖1的鍋爐系統(tǒng)的顆粒聚結(jié)系統(tǒng)的橫截面圖。
圖3是圖2的顆粒聚結(jié)系統(tǒng)的縱剖視圖。
圖4是顆粒在聚結(jié)之前的示意圖。
圖5是顆粒在聚結(jié)過(guò)程中的視圖。
圖6是顆粒在聚結(jié)之后的視圖。
在各圖中，相似的標(biāo)號(hào)和標(biāo)識(shí)表示相似的元件。
具體實(shí)施例方式
圖1顯示了燃燒粉煤的動(dòng)力廠20的示意圖。該示例性的工廠可以是具有蒸汽發(fā)生器22的動(dòng)力廠，蒸汽發(fā)生器22為蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)單元24提供蒸汽。沿著燃燒流路徑，蒸汽發(fā)生器22具有上游發(fā)熱(爐子)區(qū)26，其后是下游對(duì)流(包復(fù))區(qū)28。蒸汽發(fā)生器22接收煤30、空氣32和水34的輸入流。
煤30經(jīng)過(guò)磨粉機(jī)系統(tǒng)40。氣流32經(jīng)過(guò)位于包復(fù)(backpass)區(qū)28下游端的空氣加熱器50(以下論述)。包復(fù)熱交換器可包括垂直/順流向或水平/橫向的管陣?？諝庾鳛轭A(yù)熱流52進(jìn)入爐子42中，預(yù)熱流52部分地包括混入的粉煤44。爐子用作燃燒器，使煤和空氣混合物燃燒。燃燒流54沿著燃燒流路徑傳遞到下游。
水流34進(jìn)入對(duì)流區(qū)28，而在此處在節(jié)約器56中被預(yù)熱，之后進(jìn)入爐子42的垂直壁58(水壁，通常為垂直延伸的管陣)中。與燃燒產(chǎn)物54的熱交換使水沸騰而產(chǎn)生蒸汽。沿著氣體/燃燒產(chǎn)物流路徑和水/蒸汽流路徑的下游，蒸汽被過(guò)熱至高溫，并且被傳送到高壓渦輪60中。示例性的過(guò)熱發(fā)生在兩級(jí)工藝中，首先發(fā)生在橫跨節(jié)約器56上游的對(duì)流區(qū)的主過(guò)熱器62中，之后發(fā)生在發(fā)熱區(qū)上的懸置的次級(jí)過(guò)熱器64中。在發(fā)熱區(qū)26中，所述流主要是向上的，而在對(duì)流區(qū)主要是向下的。這兩個(gè)區(qū)通過(guò)靠近懸置的熱交換器的外圓角66而分開。
蒸汽從高壓渦輪60沿著水/蒸汽流路徑行進(jìn)，并返回鍋爐，以進(jìn)行再熱。示例性的再熱發(fā)生在兩級(jí)工藝中，包括初級(jí)再熱(例如在跨過(guò)主過(guò)熱器62和節(jié)約器56之間的對(duì)流區(qū)的熱交換器70中)和次級(jí)再熱(例如在跨過(guò)發(fā)熱區(qū)和對(duì)流區(qū)的懸置再熱器72中)。之后，再熱的蒸汽被傳送到中壓渦輪80中。
離開中壓渦輪80的蒸汽被引向低壓渦輪82中。離開低壓渦輪82的蒸汽(和可選的水)可前進(jìn)至冷凝器84，以用于校正和處理(例如作為流34而返回)。被渦輪吸收的能量驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)90，以產(chǎn)生電功率。
在加熱包復(fù)區(qū)中的水之后，流54在空氣加熱器50中加熱進(jìn)入的空氣，之后前進(jìn)到污染控制系統(tǒng)100中。示例性的系統(tǒng)100包括上游的化學(xué)洗滌器102和下游的顆粒去除裝置104(例如袋濾室或靜電沉淀器)。之后，燃燒產(chǎn)物可經(jīng)過(guò)煙囪110排放到大氣中。
如到目前為止所述，該系統(tǒng)只是可應(yīng)用本發(fā)明的其中一種工廠配置的說(shuō)明性示例。根據(jù)本發(fā)明，沿著空氣/燃燒產(chǎn)物的流路徑，可定位有一個(gè)或多個(gè)顆粒聚結(jié)系統(tǒng)120。該系統(tǒng)120可有利地定位在包復(fù)區(qū)中，定位在污染控制系統(tǒng)100中，或者定位在這兩者中間。
圖2顯示了沿著燃燒產(chǎn)物的流路徑、遠(yuǎn)離鍋爐管道或其它熱交換元件而定位的示例性聚結(jié)系統(tǒng)120。示例性的系統(tǒng)120包括多個(gè)脈沖調(diào)制的燃燒裝置122。各裝置122具有導(dǎo)管124，其一端具有與煙道130的內(nèi)部128相通的出口126。導(dǎo)管124可包括一個(gè)或多個(gè)用于接收燃料和氧化劑的入口。圖2顯示了示例性的聯(lián)接在公共燃料和氧化劑源144和146上的燃料和氧化劑管線140和142。示例性的裝置122還包括控制模塊150，其可連接在中央控制系統(tǒng)152上。另外的結(jié)構(gòu)和操作上的細(xì)節(jié)可與例如美國(guó)預(yù)授予(Pregrant)專利出版物2005-0112516和US 2005-0199743中所示的那些脈沖調(diào)制的燃燒清洗裝置是相似的，這些專利的公開內(nèi)容如同在此詳細(xì)描述了一樣通過(guò)引用而結(jié)合在本文中。不同于清洗裝置的是，顆粒聚結(jié)裝置的操作應(yīng)該是基本上連續(xù)的而非間斷性的。
示例性的管道130在橫截面上是矩形的。沿著兩長(zhǎng)邊中每一長(zhǎng)邊，設(shè)有裝置122的相關(guān)組160和162。圖3顯示了兩組沿著管道130的公共流向位置的裝置。其它配置也是可行的。
控制系統(tǒng)152可操作裝置122，以便重復(fù)地燃燒燃料和氧化劑的裝料。示例性的燃燒包括爆震產(chǎn)生的相關(guān)沖擊波170。圖2顯示了不同相位的兩組裝置160和162，從而最大限度地增加有效的覆蓋面。
當(dāng)沖擊波在煙道氣體中傳播時(shí)，它可使顆粒聚結(jié)，從而降低較小顆粒的數(shù)量密度，并因此提高下游顆粒去除設(shè)備104的效率。圖4-6顯示了氣壓波對(duì)顆粒分布的影響。圖4顯示了在沖擊波到達(dá)之前，包括相對(duì)較大和相對(duì)較小的顆粒的示例性分布圖。當(dāng)波經(jīng)過(guò)時(shí)，較小的顆粒由于其較低的質(zhì)量對(duì)橫截面積之比而優(yōu)先被加速(圖5)。這可能造成這些顆粒與相對(duì)較大的顆?；蚱渌鄬?duì)較小的顆粒發(fā)生碰撞。這些碰撞中的一部分導(dǎo)致顆粒聚結(jié)，從而形成較大的顆粒。
較大顆粒的形成可能由于若干機(jī)理中的任何一種。它可包括純粹的固體顆粒彼此的機(jī)械結(jié)合(例如相鄰顆粒的不規(guī)則表面的互連)。它可包括液體-固體的結(jié)合(例如在液滴通過(guò)例如表面張力/浸濕而附著在固體顆粒上的情況下)。它可包括液體-液體的結(jié)合(例如液滴合并以便緩解表面張力，并且可選地發(fā)生內(nèi)部混合而形成統(tǒng)一的結(jié)構(gòu))。
圖6顯示了所得的分布，其中已經(jīng)通過(guò)上述機(jī)理而極大地提高了特性顆粒的尺寸，并且將有助于在污染控制系統(tǒng)100中去除顆粒。
示例性的裝置122可被同時(shí)地(例如在爐子操作時(shí)，反復(fù)地和不間斷地)或順序地點(diǎn)火。給定的循環(huán)過(guò)程將導(dǎo)致顆粒在經(jīng)過(guò)系統(tǒng)120的煙道氣的飛灰(slug)中聚結(jié)。該循環(huán)時(shí)間可選擇成剛好容許飛灰再生或只容許部分再生。示例性的定時(shí)超過(guò)1Hz，更具體地說(shuō)處于1.5-10或2-6Hz的范圍內(nèi)。作為備選，在沿著燃燒流路徑的多個(gè)流向位置(相鄰位置或被其它部件分開的位置)，可設(shè)有裝置122的組。在不同流向位置上的裝置組的點(diǎn)火定時(shí)可選擇成使得給定的飛灰暴露于至少一組來(lái)自這種裝置的沖擊波中。例如，根據(jù)需要，對(duì)于單個(gè)流向位置，裝置122可能需要的再生次數(shù)超過(guò)所需的循環(huán)間隔。作為備選，通過(guò)用成對(duì)或成束的裝置來(lái)替換單個(gè)裝置，就可適應(yīng)這樣高的裝置最小再生次數(shù)，其中，各對(duì)或各束裝置中的單個(gè)裝置可被進(jìn)行順序點(diǎn)火。
具體的物理和操作參數(shù)將取決于所需的排放控制特性。對(duì)于用煤提供動(dòng)力的工廠，這可部分地受到燃燒的具體煤的性質(zhì)的影響。例如，它可能一方面總體上需要去除顆粒，而另一方面可能需要去除顆粒，以去除顆粒中的一種或多種特定的化學(xué)物質(zhì)。例如，某些污染物如汞傾向于吸附在其它顆粒(例如飛塵)之上或與其化合。在具有較高比表面積的較小顆粒上，吸附比(所吸附的污染物的質(zhì)量相對(duì)于顆粒質(zhì)量)將是最高的?？赡苄枰獙⑾到y(tǒng)120定位在相對(duì)較下游，從而最大限度地增加用于這種吸附的有效時(shí)間。這可與聚結(jié)效率保持平衡。在上游時(shí)聚結(jié)效率可能較高，在上游時(shí)顆粒被加熱，并因此如果實(shí)際不是液體時(shí)也可能更軟?？紤]到預(yù)期的去除效果，可優(yōu)化波的強(qiáng)度，從而具有足以造成預(yù)期聚結(jié)的強(qiáng)度，但波的強(qiáng)度又不會(huì)強(qiáng)至?xí)?dǎo)致現(xiàn)有顆粒發(fā)生非所需的破裂。示例性的強(qiáng)度在延伸范圍內(nèi)為至少大約0.3磅每平方英寸壓差(PSID)或160db過(guò)壓(例如在相對(duì)的管道表面(例如距離大約2.5-5m)上，和/或在等于另一導(dǎo)管的峰值過(guò)壓的位置)。在導(dǎo)管出口處的強(qiáng)度將會(huì)較高。
上面已經(jīng)描述了本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例。但是應(yīng)該懂得，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的條件下可進(jìn)行各種修改。例如，當(dāng)對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)配置或系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)或升級(jí)時(shí)，現(xiàn)有配置的細(xì)節(jié)可能會(huì)影響任何特定實(shí)施場(chǎng)合的細(xì)節(jié)。雖然本發(fā)明就燒煤的工廠進(jìn)行闡述，但是，本發(fā)明還可應(yīng)用于其它產(chǎn)生顆粒的熱傳遞設(shè)備上。一些主要的示例是垃圾焚化爐和生物質(zhì)/木材燃燒器。垃圾焚化爐是尤其比較關(guān)聯(lián)的，這是由于其可能捕獲多種有毒的微量元素。因此，其它實(shí)施例都屬于所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括燃燒器；從所述燃燒器中延伸出來(lái)的排氣流路徑；沿著所述排氣流路徑的顆粒去除裝置；和沿著所述排氣流路徑而位于爐子和所述去除裝置之間的脈沖燃燒的顆粒聚結(jié)系統(tǒng)，其包括燃料和氧化劑的源；多個(gè)聯(lián)接在所述源上以接收所述燃料和氧化劑裝料的燃燒導(dǎo)管；和多個(gè)聯(lián)接在所述燃燒導(dǎo)管上以使所述裝料點(diǎn)火的點(diǎn)火器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述燃燒器是燒煤的爐子。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，還包括懸置的鍋爐管道，其從所述煤的燃燒中接收熱量，從而對(duì)所述管道中的蒸汽進(jìn)行加熱，所述系統(tǒng)沿著所述排氣流路徑位于所述管道下游。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，還包括在所述排氣流路徑中的節(jié)約器；和在所述排氣流路徑中的空氣加熱器，所述脈沖燃燒的顆粒聚結(jié)系統(tǒng)位于所述節(jié)約器和所述空氣加熱器之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于還包括多個(gè)將粉煤傳遞至所述爐子的磨粉機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述燃燒導(dǎo)管具有橫向于所述流路徑下游方向而指向的出口。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于其中至少四個(gè)所述燃燒導(dǎo)管定位在沿著所述排氣流路徑的大致公共流向位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于還包括煙囪，其形成了所述流路徑至大氣的出口。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述源包括所述燃料的第一源，所述燃料在質(zhì)量上大部分由燃料組成，所述燃料選自氫、烴燃料和它們的混合物；和所述氧化劑的第二源，所述氧化劑基本上由空氣組成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述燃燒導(dǎo)管配置成可在至少1.5Hz的循環(huán)頻率下操作。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于設(shè)有至少六個(gè)所述燃燒導(dǎo)管。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于設(shè)有至少四個(gè)所述燃燒導(dǎo)管，其定位成兩個(gè)不同相位的組。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述燃燒導(dǎo)管具有0.5-4m的長(zhǎng)度和5-150cm2的橫截面積。
14.一種裝置，包括燃燒器；從所述燃燒器中延伸出來(lái)的排氣流路徑；沿著所述排氣流路徑的顆粒去除裝置；和沿著所述排氣流路徑而位于所述燃燒器和所述去除裝置之間，以用于促進(jìn)顆粒聚結(jié)的脈沖燃燒裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，所述燃燒器是燃燒化石燃料的爐子。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，所述裝置是鍋爐系統(tǒng)。
17.一種用于使工廠運(yùn)轉(zhuǎn)的方法，包括燃燒工廠燃料，并產(chǎn)生包含顆粒的流；使所述流經(jīng)過(guò)脈沖爆震的顆粒聚結(jié)器，其循環(huán)地包括將燃料和氧化劑裝料引導(dǎo)至至少一個(gè)導(dǎo)管內(nèi)；啟動(dòng)所述裝料的燃燒；和使煤燃燒產(chǎn)物流暴露在脈沖爆震燃燒所產(chǎn)生的沖擊波下，從而導(dǎo)致顆粒聚結(jié)；使所述流經(jīng)過(guò)顆粒去除系統(tǒng)；和將所述流排出。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于所述工廠燃料選自煤、燃油、烴氣、生物質(zhì)、垃圾以及它們的組合。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，還包括使所述流的一部分再循環(huán)。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于所述暴露包括，使所述流經(jīng)過(guò)并使所述流暴露于來(lái)自多個(gè)所述導(dǎo)管的所述沖擊波下。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于所述暴露包括，使所述流在一對(duì)或多對(duì)所述導(dǎo)管的相對(duì)出口之間流過(guò)。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于所述聚結(jié)改善了由顆粒去除系統(tǒng)進(jìn)行的質(zhì)量提取。
23.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于所述裝料包括占燃料大部分比重的氫。
24.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于在引入各裝料之前，對(duì)所述至少一個(gè)導(dǎo)管進(jìn)行空氣吹洗操作。
25.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于所述至少一個(gè)導(dǎo)管在至少1.5Hz的循環(huán)頻率下操作。
全文摘要
燃料(例如煤)的燃燒產(chǎn)生了包含顆粒的排氣流。所述流經(jīng)過(guò)脈沖燃燒的聚結(jié)器。通過(guò)將燃料和氧化劑裝料引入至少一個(gè)導(dǎo)管中，并使裝料開始燃燒，從而使聚結(jié)器循環(huán)操作。燃燒產(chǎn)生沖擊波，所述流暴露于沖擊波下，而導(dǎo)致顆粒的聚結(jié)。所述流經(jīng)過(guò)顆粒去除系統(tǒng)并被排出。
文檔編號(hào)B01D51/02GK1982781SQ20061016853
公開日2007年6月20日 申請(qǐng)日期2006年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月12日
發(fā)明者B·C·徹內(nèi)弗特 申請(qǐng)人:聯(lián)合工藝公司