[发明专利]用于改装燃烧器前部并将第二燃料注入通用炉中的系统和方法

说明书

技术领域

本公开的主题在总体上可以涉及便于将包括液体和气体燃料在内的多种化合物注入通用炉中的系统、设备和方法。

背景技术

通用炉出于不同的目的被应用于多种行业。在这些不同行业中有许多共同点，其中就包括燃料燃烧产生的副产物的处理。这些副产物会降低通用炉的效率并且还会带来其它污染问题。

在一个例子中，应用于不同类型的锅炉中的煤粉在燃烧室中进行燃烧。产生的高温气态燃烧产物在由烟囱排出之前按照不同的路径将热量传递给蒸汽、水和燃烧空气。锅炉主要由诸如过热管、水冷壁、不同的大直径集管和大的鼓筒这些类似圆柱体的内连接部件互连而成。水和蒸汽通常通过自然对流的方式在上述部件中进行循环，蒸汽最终储存于鼓筒上部以备排出使用。水/蒸汽管路几乎完全覆盖通道壁，使它们有效地将热量传递到水/蒸汽中。随着煤的燃烧，煤灰和/或其它燃烧产物在管路中积聚。

目前吹灰器可以在清除这些积聚物方面提供帮助。吹灰器是用来周期性地即时清理煤灰和结渣的机械设备。它们通过喷嘴引导压力流体进入在锅炉表面积聚的煤灰或烟尘以清除这些积聚物，并且维持换热器的高效换热。由燃烧产生的煤灰或烟尘积聚在管外表面上。为了维持向由通用炉加热的水/蒸汽中传递的热量，对燃料的需求便会相应增加。与增加燃料相伴的是积聚的燃料燃烧副产物的增加和由于过热而增大的导致管路失效的几率。上述问题最终会导致炉为了维修而停机。这一切都可以通过吹灰来避免。定期吹灰会节省燃料并减少锅炉停机时间。换言之，就是可以使蒸汽在更长的时间里维持恒定参数。目前吹灰器类型众多，其中包括但不限于壁式吹灰器、长伸缩式吹灰器、回转式吹灰器、螺旋吹灰器和耙式吹灰器。理想条件下，这些烟灰会通过吹灰器输送的压力流体(典型的如空气、饱和蒸汽或过热蒸汽)从管表面清除。然而，在非理想条件下，由于达到熔解温度，这些烟尘会熔化并造成结渣。吹灰器在清除结渣方面效果并不明显。

结渣形成的主要问题在于它们会隔离元件，因此炉必须要燃烧到更高的温度才能使水产生同样温升。燃煤锅炉的换热表面上过多的烟尘沉积会降低换热效率，在极端情况下锅炉还会因为烟尘相关的问题停机。与结渣伴随而来的是由于发电量的降低和设备维护造成的全面拖累实体工业。

不断变化的电力市场和政治压力已经推动了除煤以外的燃料的使用。例如天然气、生物燃料、共烧燃料等的应用已经非常广泛。上述因素导致燃煤电站在非正常的负荷下运转。这些运行上的变化已经改变了锅炉结渣的影响。和煤一起燃烧的其它燃料，尤其是生物燃料对通用炉的运行带来了巨大的挑战。这些备用燃料燃烧产生的灰尘中的化学成分通常与煤燃烧后产生的灰尘中的化学成分非常不同并产生了严重的问题。煤结渣的趋势依赖于它的组分。锅炉运行条件和燃料化学组分的复杂作用使得结渣的预判更加困难。而且，对燃煤电站与日俱增的减排压力推动了发展用于减少影响煤灰结渣的特殊污染物的科技。当前，通过使用高温高压蒸汽来设计的高效燃烧煤粉的电站也存在煤灰结渣和污染带来的进一步的挑战。

除采用吹灰器清灰以外的多种方法都在使用。例如在一些电站，工程师向炉内开枪来使管上的结渣掉落。其它方法需要将炉中的管路拆除来处理结渣的问题。其它方法包括一种这样的专用系统，即该专用系统定位成通达燃料气体，由此通过使用专用压力源(例如，不同于运行吹灰器的设备所使用的压力源)迫使流体进入供给管，该供给管将该流体与来自于喷雾嘴的化学物质进行混合。然后，将流体和化学物质喷射进入燃气蒸汽，其可以允许与由结渣影响的区域直接接触。然而，这种方法需要将大量的化学物质倒入燃料气体中，如果可以理解当炉内的流体动力不断变化时，这个倒入过程将会很艰难。例如，各管之间的结渣堆积会使燃料气体重定向成离开这些管从而使结渣不能吸收到化学物质。并且，用于将化学物质从专用系统导入通用炉的专用设备和特殊通路会使成本显著增加。因此，这项技术并不令人满意。

在处理副产物向环境释放(污染)的问题上，与通用炉相联系的多种系统在副产物释放前已经进行过处理。然而，之后一直在寻找更好的对这些副产物进行化学处理的方法。为了遵从气候变化驱动需求，几乎肯定要求新的通用炉在利于碳捕捉和储存的情况下运行。虽然此类需求一直在为了满足关于燃煤锅炉的应用，但是它们也可以适用于其它类型的燃料。

虽然通用炉的问题和限制很明确，但仍有解决方案。存在于通用炉中的某些化合物通过实验并最终会具有改善的解决结渣和污染的能力。而具体化合物全面地根据燃料的化学性质及要解决的问题而变化，有一个共同的问题，就是没有将化合物注入到炉中目标点位的合理的输送机制。