專利名稱：固體燃料燃?xì)廨啓C(jī)高效產(chǎn)生功率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及到一種以燃?xì)廨啓C(jī)為基礎(chǔ)的利用固體燃料，例如煤，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)軸功率的系統(tǒng);更具體地，涉及這樣一種系統(tǒng)，這種系統(tǒng)在一個加壓的流化床燃燒器中，使壓氣機(jī)排氣的蒸發(fā)回?zé)峒訜崤c煤或由煤產(chǎn)生的碳化物的燃燒相結(jié)合。
作為一種發(fā)電的裝置以燃?xì)廨啓C(jī)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)的高效率、低投資和短投產(chǎn)時間，使它們特別引起電力部門的興趣。但是，傳統(tǒng)上，燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行受到昂貴的、有時短缺的燃料，主要是餾出油、和天然氣的限制。因?yàn)槊喝菀椎玫角页杀镜?，所以人們?yōu)殚_發(fā)一種可以利用煤作為主要燃料發(fā)電的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)已作出了巨大的努力。這些大量努力的一個方面涉及到在一個加壓流化床燃燒器(下面稱PFBC)中實(shí)現(xiàn)煤的燃燒的系統(tǒng)，用壓氣機(jī)排氣作為燃燒空氣。由于在這樣的一個系統(tǒng)要達(dá)到足夠的熱力學(xué)效率，就必須回收燃?xì)廨啓C(jī)排出的熱量;已經(jīng)認(rèn)識到，以熱量回收蒸汽發(fā)生器為基礎(chǔ)的一種蒸汽系統(tǒng)(以下稱HRSG)是這樣一種系統(tǒng)中的必須的部件。然而，蒸汽系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性使這種燒煤系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)服務(wù)期限方面，實(shí)質(zhì)上起到消極作用。
在以燃?xì)廨啓C(jī)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)中考慮煤利用方法之一，包括在PFBC中燃燒煤。這種方法的最簡單的型式中，按傳統(tǒng)方法，環(huán)境空氣在燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)中壓縮后可用于床的流態(tài)化并為PFBC提供燃燒空氣。在PFBC中燃燒以后，此刻在高溫下，且被燃燒的生成物所污濁的空氣及攜帶的顆粒物質(zhì)從PFBC排出。然后空氣流過一個旋風(fēng)分離器，在旋風(fēng)分離器中除去大部分顆粒物質(zhì)，接著通過透平機(jī)膨脹，在透平機(jī)中產(chǎn)生有用的軸功率。膨脹以后，從透平機(jī)排出的污濁空氣被排入大氣。
然而，這種系統(tǒng)的效率受透平機(jī)壓力比限度的限制。這種限度對于避免壓氣機(jī)喘振是必須的，壓氣機(jī)喘振是由于從PFBC帶進(jìn)的在旋風(fēng)分離器中沒有除去的顆粒物質(zhì)在透平機(jī)中存積(稱為結(jié)垢)的結(jié)果，這增力壓氣機(jī)的背壓，迫使它喘振。所以正如在美國4476，674號專利中所公布的，提出了透平機(jī)被分成高壓、低壓部分和一個在PFBC中附加的間接熱交換器。從壓氣機(jī)排出的空氣在熱交換器中加熱，于是避免與煤直接接觸，因此只有干凈的空氣流過高壓透平機(jī)。隨著空氣在高壓透平機(jī)中部分膨脹，通過直接進(jìn)入PFBC受到再熱使床流態(tài)化，并供給煤燃燒必需的氧氣。污濁的空氣離開PFBC后，一部分在一個旋風(fēng)分離器中凈化，并正如前述，在排入大氣前通過低壓透平機(jī)膨脹，輸出附加的有用功率。
但是，這樣一種系統(tǒng)的熱力效率仍然是很低的。由于燃?xì)馐窃谙鄬Ω邷叵码x開低壓透平機(jī)的，因此煤釋放的大部分熱量在大氣的熱污染中消耗掉。因此，如同在前面敘述的美國專利4476，674號中討論的，認(rèn)為要達(dá)到可行的熱力學(xué)效率，必須包括一個諸如HRSG這樣的蒸汽系統(tǒng)，以使在排入大氣前回收透平機(jī)排氣的顯熱。利用HRSG中產(chǎn)生的蒸汽在汽輪機(jī)中發(fā)出附加的功率。該HRSG蒸汽系統(tǒng)將在下面作進(jìn)一步討論。
與PFBC系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的有損于效率的原因是需要限制床的溫度，因此，為了使煤中的硫吸收最佳和避免把有害的堿金屬蒸汽帶進(jìn)透平機(jī)，進(jìn)入透平機(jī)的空氣溫度要限制到870℃。從而為達(dá)到最高的效率，P.Berman和J.Hynds在1987年6月在Anaheim，CA舉辦的國際燃?xì)廨啓C(jī)展覽會上，在美國機(jī)械工程協(xié)會學(xué)報(bào)87GT36號的“公共事業(yè)用一種高性能PFB系統(tǒng)”中提出，為了使離開PFBC熱交換器的空氣溫度提高到使高壓透平機(jī)中的效率為最高時所需要的溫度，要采用一個前置燃燒器。盡管上部燃燒器可以燒油或燒天然氣，但為了最大程度利用煤，提出了一種加到系統(tǒng)的高溫分解處理操作(碳化器)。碳化器將煤轉(zhuǎn)化成一種低熱值煤氣和一種固體，即焦炭。低熱值煤氣在前置燃燒器中燃燒;焦炭在PFBC中燃燒。
盡管上面提出的系統(tǒng)提供了在以燃?xì)廨啓C(jī)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)中有效使用煤的可能性，正如前面敘述的，由于采用蒸汽系統(tǒng)回收透平機(jī)排氣在排到大氣前的顯熱的需要，系統(tǒng)費(fèi)用及復(fù)雜性都蒙受不利影響。該蒸汽系統(tǒng)部件包括HRSG本身，HRSG典型地包括一個為除氧提供蒸汽的低壓蒸發(fā)器、一個用于給水加熱的省煤器、一個產(chǎn)生蒸汽用的高壓發(fā)器以及一個過熱器。此外，還需要一個除氧器、鍋爐給水泵、凝結(jié)泵、汽輪機(jī)、凝結(jié)器和冷卻塔，以及大量的連結(jié)管道、基礎(chǔ)等。最終，由于存在回收排氣熱量用的蒸汽系統(tǒng)，使系統(tǒng)的總費(fèi)用大大增加。另外，為控制各種蒸汽循環(huán)參數(shù)和各部件，使煤燃燒系統(tǒng)的運(yùn)行大大地復(fù)雜化。
因此希望提供一種方案，通過回收透平機(jī)排氣的顯熱來改善燒煤系統(tǒng)的效率而不用儲存到蒸汽系統(tǒng)。過去，利用蒸發(fā)冷卻再加上壓氣機(jī)排出空氣的回?zé)峒訜?，作為從燒液體或氣體燃料的傳統(tǒng)燃?xì)廨啓C(jī)中回收排氣熱量的另一種方法。這種用于改善傳通的燃燒液體或氣體燃料的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的功率輸出和效率的方案，在1987年5～7月的<燃?xì)廨啓C(jī)世界>34～41頁的由R.Mackay等人發(fā)表的“注入水可以增加50%燃?xì)廨啓C(jī)功率”一文中作了敘述。
盡管上面敘述的蒸發(fā)回?zé)岱桨敢驯惶嶙h作為用于改善傳統(tǒng)燃燒液體或氣體燃料的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的功率輸出和效率的一種裝置，但發(fā)明人相信，它在固體燃料的PFBC燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)中的使用潛力一直沒有被認(rèn)識，并且對于在努力認(rèn)識固體燃料的PFBC燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)用煤發(fā)電的商業(yè)潛力的過程中，這種應(yīng)用將是一個重要步驟。
因此，本發(fā)明的總的目的是提供一種改善固體燃料燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的熱效率，而又避免了先有技術(shù)蒸汽系統(tǒng)的費(fèi)用高和復(fù)雜的裝置。
考慮到這個目的，本發(fā)明屬于利用一個壓氣機(jī)、汽輪機(jī)、包括固體燃料(以后稱PFBC)的加壓的流化床燃燒器和設(shè)在上述PFBC中的間接熱交換器以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)軸功率的一種方法。在PFBC中，空氣在上述壓氣機(jī)中被壓縮，壓縮空氣被加熱;在上述PFBC中的上述固體燃料被流態(tài)化并結(jié)合上述空氣燃燒，從而產(chǎn)生污濁了的空氣;上述污濁空氣在上述透平機(jī)中膨脹，由此產(chǎn)生軸功率;其特征在于在一個噴霧式蒸發(fā)器中，水被噴進(jìn)上述壓縮空氣，由此產(chǎn)生增加了質(zhì)量流量的冷卻壓縮空氣，而上述冷卻的壓縮空氣在它們被引入上述流化床燃燒器以前由上述排氣加熱。根據(jù)本發(fā)明，從壓縮機(jī)排出的壓縮空氣的質(zhì)量流量，因?yàn)樵趪婌F式蒸發(fā)器中蒸發(fā)水進(jìn)入燃?xì)舛龃?。在回?zé)崞髦欣脧耐钙綑C(jī)排氣回收來的熱量，彌補(bǔ)因加熱進(jìn)入PFBC以前的冷卻的充蒸汽壓縮氣體的蒸發(fā)冷卻效果，由此使達(dá)到要求的進(jìn)入透平機(jī)氣體溫度所需要的附加燃料消耗量最少。由于質(zhì)量流量增大的結(jié)果，透平機(jī)產(chǎn)生的功率增加，而由于增加了在壓縮以后至燃?xì)饬鞯母郊淤|(zhì)量流量的結(jié)果，壓氣機(jī)吸收的功率并不是同樣地增大，于是發(fā)揮出所有附加的透平機(jī)功率，供系統(tǒng)以外使用。因此，燃料消耗的增加量成反比地小于產(chǎn)生功率的增加量，而系統(tǒng)熱效率得到明顯改善。
通過以下對于一個較佳實(shí)施例的敘述，本發(fā)明將更為明了，僅通過舉例方式，將本發(fā)明在附圖中示出，其中

圖1是一張基本固體燃料蒸發(fā)回?zé)崛細(xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的示意圖;
圖2是一張帶有再熱的固體燃料蒸發(fā)回?zé)崛細(xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的示意圖;
圖3是帶有再熱、前置燃燒室和碳化器的固體燃料蒸發(fā)回?zé)崛細(xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)示意圖。
參考附圖，圖中相同的數(shù)字代表相同的部件。圖1中示出一種基本固體燃料的蒸發(fā)回?zé)崛細(xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)。帶有氧氣的氣體26，諸如環(huán)境空氣，進(jìn)入壓氣機(jī)27并被壓縮。按照本發(fā)明的一個重要方面，壓縮了的氣體38然后流過一個噴霧蒸發(fā)器29，在那里燃?xì)馐艿秸舭l(fā)冷卻。噴霧式蒸發(fā)器包括一個容室，來自高壓水源30的水噴進(jìn)入該容室并與流過容室的壓縮氣體混合。由于壓縮的結(jié)果，氣體被加熱，因此，噴霧水在燃?xì)庵衅?。汽化水的潛熱大大地降低了燃?xì)獾臏囟?，而燃?xì)鈹y帶的水份增大了它的質(zhì)量流量。
根據(jù)本發(fā)明另一個重要的方面，由噴霧式蒸發(fā)器產(chǎn)生的滿載著水份的冷的壓縮氣體40，然后流過回?zé)崞?1。由透平機(jī)14產(chǎn)生的膨脹的污濁氣體42也流過回?zé)崞??；責(zé)崞魇且粋€容室，在該容室內(nèi)設(shè)有幾個隔板，隔板構(gòu)成兩組通路。來自噴霧式蒸發(fā)器的冷氣體流過一組通路，來自透平機(jī)的氣體流過第二組通路。該隔板防止兩種氣體流過回?zé)崞鲿r混合，但允許兩種氣體之間的熱交換。由于在噴霧式蒸發(fā)器中的蒸發(fā)冷卻，結(jié)果使來自噴霧式蒸發(fā)器的壓縮氣體的溫度明顯低于來自透平機(jī)的膨脹后的污濁氣體溫度。兩種氣體之間存在大量的熱交換，且伴隨著壓縮氣體溫度的顯著提高。由回?zé)崞鳟a(chǎn)生的加熱的壓縮氣體44然后流到一個PFBC33。該P(yáng)FBC消耗固體燃料10，諸如煤和一種硫吸附劑34。該P(yáng)FBC包括一個燃燒室，在燃燒室中，固體燃料被保持在一個加壓的流態(tài)化床上，以加速燃燒。加熱了的壓縮燃?xì)?4使床流化，并為在加壓的流態(tài)化床(以后稱PFB)中的固體燃料的燃燒供給需要的氧氣;氣體的溫度通過燃燒燃料釋放熱量的傳遞而升高。在PFBC中燃燒的固體燃料量取決于要求的氣體溫度。
于是，由PFBC產(chǎn)生的、這時被燃燒生成物污染了的熱氣體46流過一臺透平機(jī);在透平機(jī)中，被污染了的熱氣體膨脹，由此在透平機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸上產(chǎn)生功率。來自PFB的熱氣體在進(jìn)入透平機(jī)前，流過一個旋風(fēng)分離器25，在該分離器中許多空氣中夾帶的顆粒物被除去，于是減少透平機(jī)中的腐蝕和污垢如前面介紹過的由汽輪機(jī)14產(chǎn)生的膨脹的污濁氣體42流過回?zé)崞?1，將膨脹以后保留下來的大部分顯熱傳遞給了冷的壓縮氣體。由回?zé)崞鳟a(chǎn)生的被冷卻的污濁氣體，然后通過排氣口32排入大氣。
雖然由透平機(jī)產(chǎn)生的一部分動力用于驅(qū)動壓氣機(jī)27，但還產(chǎn)生了大量的過剩的旋轉(zhuǎn)軸動力，它可以通過驅(qū)動發(fā)電機(jī)13的軸用來產(chǎn)生電力。
于是上述的系統(tǒng)熱效率可以定義為凈功率(由透平機(jī)產(chǎn)生的用于循環(huán)以外的工作、即計(jì)及了被壓氣機(jī)吸收的功率以后的那部分功率)與消耗的燃料中得到的熱能(由消耗的燃料量完全燃燒產(chǎn)生的熱量)之比。于是使消耗燃料最少，產(chǎn)生的凈功率最大，達(dá)到最佳熱效率。燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的一個固有狀況是燃?xì)庠谄啓C(jī)中膨脹以后，盡管由于膨脹的結(jié)果溫度降低了，但其溫度仍然是相當(dāng)高的。于是，如果燃?xì)鈴钠啓C(jī)出來只排入大氣，為了將進(jìn)入壓氣機(jī)的燃?xì)獾臏囟壬叩剿谕钙綑C(jī)中膨脹之后的溫度，由燃料釋放的那部分熱能將不產(chǎn)生功率，使系統(tǒng)的效率降低。
在上述的固體燃料系統(tǒng)中，所揭示的發(fā)明通過采用回?zé)崞?1回收來自透平機(jī)14的膨脹了的氣體中仍然可得到的大部分熱能，解決了上面討論過的問題。于是，在來自壓氣機(jī)的壓縮氣體進(jìn)入PFBC以前，通過將回收的顯熱傳遞給它而在系統(tǒng)中利用，從而，減小了為達(dá)到進(jìn)入透平機(jī)要求的氣體溫度所需要的燃料消耗。
燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的另一個固有狀況是由透平機(jī)產(chǎn)生的功率是比例于通過透平機(jī)膨脹的燃?xì)獾馁|(zhì)量流量。因此質(zhì)量流量增加，使產(chǎn)生的功率增大。然而，由于在壓縮氣體中壓氣機(jī)吸收的功率和在加熱氣體中燃燒器消耗的燃料也比例于質(zhì)量流量，所以質(zhì)量流量增加并不改善效率。已揭示的本發(fā)明克服了這種局限性，且使所敘述的固體燃料系統(tǒng)利用回?zé)峤Y(jié)合通過蒸發(fā)冷卻來增加質(zhì)量流量使效率改善得比僅由利用回?zé)崴_(dá)到的效率高得多。由于按照揭示的發(fā)明，通過進(jìn)入壓縮后氣體的水的蒸發(fā)，增加了燃?xì)獾馁|(zhì)量流量，壓氣機(jī)吸收的功率并不增加，使產(chǎn)生的全部功率釋放出來供給系統(tǒng)以外。此外，雖然僅以此方法使水蒸發(fā)會使透平機(jī)中產(chǎn)生的功率增加，但為使進(jìn)入透平機(jī)的氣體達(dá)到要求的溫度，蒸發(fā)的冷卻作用會使在燃燒器中需要的燃料消耗增加。然而，由于在回?zé)崞髦袩峤粨Q量是比例于壓縮后的燃?xì)夂团蛎浐蟮娜細(xì)庵g的溫度差，則由于蒸發(fā)的結(jié)果，壓縮燃?xì)獾睦鋮s使這種熱交換加劇，于是彌補(bǔ)了所需要的燃料消耗的增加。因此，揭示的發(fā)明通過只相應(yīng)增加較少的在PFBC中燃燒的固體燃料，使透平機(jī)中產(chǎn)生的凈功率增加，而改善上述固體燃料系統(tǒng)的效率。這種效率改善可比先有技術(shù)所陳述的使用蒸汽系統(tǒng)簡單且費(fèi)用低。
根據(jù)本發(fā)明的固體燃料系統(tǒng)中蒸發(fā)回?zé)嵩O(shè)計(jì)的好處并不限于圖1所示及以上討論的基本的固體燃料系統(tǒng)。圖2示出了帶有回?zé)岬墓腆w燃料蒸發(fā)回?zé)崛細(xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，透平機(jī)被分成高壓和低壓段，分別為35和12(或者，可以用分開的高壓和低壓透平機(jī))，而由回?zé)崞?1產(chǎn)生的加熱了的壓縮氣體44在進(jìn)入透平機(jī)35的高壓段前流過一個設(shè)在PFBC33的燃燒室中的間接式熱交換器11。在間接式熱交換器中，正如在基本系統(tǒng)中一樣，燃?xì)獾臏囟韧ㄟ^傳遞固體燃料燃燒釋放的熱量而升高，只是燃?xì)夂凸腆w燃料之間不存在直接接觸。從而如前面討論的，避免了由于透平機(jī)的高壓段的污垢造成的壓氣機(jī)喘振。來自間接式熱交換器的熱壓縮氣體在透平機(jī)35的高壓段中經(jīng)受不完全的膨脹。由透平機(jī)高壓段產(chǎn)生的不完全膨脹后的氣體48然后進(jìn)入PFBC33的加壓流化床部分，這時與固體燃料相混合并使之流體化，正如在前面討論的基本系統(tǒng)中那樣。供給用于燃料燃燒的氧氣并吸收熱。在透平機(jī)高壓和低壓段之間氣體的這種加熱稱為再熱。PFBC產(chǎn)生的氣體46此刻被燃燒生成物所污濁，在透平機(jī)12的低壓段中完成它的膨脹過程。然后，由透平機(jī)低壓段產(chǎn)生的膨脹后的污濁燃?xì)?0流過回?zé)崞?1，而冷卻后的污濁燃?xì)獗慌湃氪髿?，如上述。在這種系統(tǒng)中，功率由透平機(jī)的高壓和低壓段兩部分產(chǎn)生。在這種系統(tǒng)中，因?yàn)橄藞D1中那種系統(tǒng)的污垢引起的喘振問題，所以這種系統(tǒng)允許壓縮機(jī)27中較高的壓縮比，來自壓縮機(jī)的氣體溫度將更高并接近從透平機(jī)來的氣體的溫度。于是，噴霧蒸發(fā)器作為回收排出的熱量的一種裝置變得格外重要。
由透平機(jī)產(chǎn)生的功率比例于透平機(jī)兩端的溫度降，以及通過透平機(jī)的質(zhì)量流量。因此，進(jìn)入透平機(jī)的溫度越高，產(chǎn)生的功率越大。然而，正如前面所述，PFBC的燃燒被限制到16008F，以使硫吸收最佳并避免將有害的堿性金屬蒸氣攜帶進(jìn)透平機(jī)中。這個局限性可以用一個燃燒非固體燃料(氣體或液體)的前置燃燒器來加以克服。正如在前面所述的系統(tǒng)中，來自回?zé)崞?1的氣體在一個間接式熱交換器11中被加熱，但是，在間接加熱以后，熱壓縮氣體的溫度在前置燃燒器中進(jìn)一步升高，非固態(tài)燃料在其中混合并在熱壓縮氣體中燃燒。氣體為燃燒供給必需的氧氣并吸收由非固體燃料燃燒所釋放出的熱量。氣體從前置燃燒器排出后，在透平機(jī)高壓段中不完全膨脹，然后與在前面討論的系統(tǒng)中一樣，進(jìn)入PFB。由于進(jìn)入透平機(jī)的氣體的溫度提高，使從透平機(jī)排出的氣體溫度也升高，所以當(dāng)使用前置燃燒器時，為得到最佳效率需要在回?zé)崞髦谢厥张懦鰺崃烤透裢庵匾?br> 圖3示出一種前置燃燒器16的應(yīng)用，以及將蒸發(fā)回?zé)嵯到y(tǒng)并入一個利用煤的前置固體燃料燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的另一種狀況。煤在一個用一種高溫分解過程的碳化器36中轉(zhuǎn)化成碳化物和碳?xì)浠衔餅橹鞯娜細(xì)?，典型的為低熱值燃?xì)?。碳化?7在PFBC33中燃燒，而在一個旋風(fēng)分離器25中凈化后的碳?xì)浠衔餅橹鞯娜細(xì)?8，在前置燃燒器16中燃燒，使煤得到最充分的利用。此外，煤10和硫吸附劑34、碳化器36需要供應(yīng)一種高壓氧氣。這種氧氣由抽氣管20得到，抽氣管20將從噴霧式蒸發(fā)器29排出的部分氣體引導(dǎo)到一個增壓機(jī)19并由此到碳化器。由于在前置燃燒器中比在PFBC中更有效地利用了由煤得到的能量，最好使碳化器中燃?xì)馀c炭生成物的比率達(dá)到最大。于是，按照本發(fā)明的另一個狀況，在碳化/前置燃燒器循環(huán)中，供給碳化器的高壓空氣中的水分，由于噴霧式蒸發(fā)器的結(jié)果，使天然氣和由碳化器產(chǎn)生的炭的比率增大，于是使這種系統(tǒng)的效率進(jìn)一步得到改善。
需要一個蒸氣發(fā)生器21，還有間接式熱交換器11，以控制PFBC的溫度。供給蒸氣發(fā)生器給水23，且它的傳熱表面設(shè)置在PFBC內(nèi)部，以此它們吸收熱量使給水轉(zhuǎn)變成蒸汽。在先有技術(shù)中的以這種方式產(chǎn)生的蒸汽與在HRSG中產(chǎn)生的、并在汽輪機(jī)中利用的蒸汽結(jié)合。因此按照本發(fā)明，就不再需要HRSG/汽輪機(jī)系統(tǒng)，圖3揭示出將一個蒸汽注入系統(tǒng)24并入該系統(tǒng)。蒸汽注入系統(tǒng)使蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽與進(jìn)入透平機(jī)低壓段的燃?xì)庀嗷旌?，由此在透平機(jī)中產(chǎn)生附加的功率。換句話說，或者通過將蒸汽注入到燃?xì)庵?，產(chǎn)生附加功率;或者在一個蒸汽冷卻系統(tǒng)中，將蒸汽分布到高壓透平機(jī)暴露在燃?xì)庵械囊恍┎糠?，對透平機(jī)的那些部分進(jìn)行冷卻，可以在透平機(jī)高壓段利用蒸汽。雖然使用回?zé)崞鞒チ送钙綑C(jī)排氣的大部分過多顯熱，但仍然留下了一部分。由此圖3揭示本發(fā)明的另一種狀況，其中來自回?zé)崞鞯乃?0和冷卻了污濁燃?xì)?0流過一個氣/水加熱器15，在該加熱器中，燃?xì)鈱⑺囊徊糠诛@熱傳遞給水。然后來自氣/水加熱器的燃?xì)馔ㄟ^排氣口32排入大氣。一部分加熱了的水22然后供給噴霧式蒸發(fā)器29，而剩余部分23將給水供給蒸汽發(fā)生器21，從而使熱量返回到系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種利用一臺壓氣機(jī)(27)、一臺透平機(jī)(14)、一個包含固體燃(10)的一臺加壓流化床壓氣機(jī)(33)(下稱PFBC)和一個設(shè)置在上述PFBC中的間接熱交換器(11)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)軸功率的方法；其中，空氣(26)在上述壓氣機(jī)(27)中被壓縮；壓縮后的空氣(44)被加熱；在上述PFBC(33)中的上述固體燃料(10)被流態(tài)化并由上述空氣(48)燃燒，從而產(chǎn)生污濁空氣(46)；上述污濁空氣(46)在上述透平機(jī)(14)中膨脹，從而產(chǎn)生軸功率；其特征是水(30)被噴霧進(jìn)入在噴霧式蒸發(fā)器(29)中的上述壓縮空氣(38)，因而產(chǎn)生增加質(zhì)量流量的冷卻的壓縮空氣(40)，而上述冷卻的壓縮空氣(40)由上述被引入進(jìn)上述流體化床壓氣機(jī)(33)前的排氣加熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1并包括一臺高壓透平機(jī)(35)和一臺低壓透平機(jī)(12)的一種方法，其特征在于上述壓縮空氣被引導(dǎo)通過一臺設(shè)在上述PFBC中的熱交換器(11)，用于把通過在上述PFBC(33)燃燒上述固體燃料釋放的熱量傳遞給上述壓縮空氣，從而生成熱壓縮空氣;上述熱壓縮空氣在上述高壓汽輪機(jī)(35)中部分地膨脹，而該部分膨脹的空氣被用于使上述PFBC中的上述固體燃料流化和燃燒，從而產(chǎn)生再熱和污濁的氣體，且上述再熱和污濁的氣體又在上述低壓透平機(jī)中膨脹。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的一種方法，特征在于上述的水在它蒸發(fā)以前，在上述壓縮空氣中通過把上述低壓透平機(jī)排出的燃?xì)獾臒崃總鬟f給上述水被加熱。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的一種方法，特征在于一些上述壓縮空氣被供給一臺碳化器;煤也輸入到碳化器中，通過一種高溫?zé)岱纸膺^程，產(chǎn)生上述固體燃料，而產(chǎn)生的固體燃料被供給PFBC(33)中，同時在上述碳化器中產(chǎn)生的燃?xì)獗还┙o一個前置燃燒器(16)，在燃燒氣中來自上述熱交換器(11)的熱壓縮空氣燃燒，用于在上述熱壓縮空氣進(jìn)入上述高壓透平機(jī)(35)前，進(jìn)一步提高其溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求2、3或4的一種方法，其特征在于蒸汽是通過將一些上述水供到設(shè)在上述PFBC(33)中的具有傳熱表面的蒸汽發(fā)生器(21)產(chǎn)生的，而上述蒸汽與上述PFBC(33)中產(chǎn)生的再熱并污濁了的燃?xì)饣旌?，用于提高發(fā)生功率。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的一種方法，特征在于上述蒸汽引進(jìn)暴露于上述加熱了的氣體中的上述高壓透平機(jī)一些部分，從而使上述高壓透平機(jī)部分冷卻。
全文摘要
一種在一個利用加壓流化床燃燒器(33)的固體燃料燃?xì)廨啓C(jī)中產(chǎn)生功率的方法，它通過蒸發(fā)冷卻和對壓氣機(jī)排氣回?zé)峒訜釋?shí)現(xiàn)高效率；由此就無需用昂貴復(fù)雜的蒸汽系統(tǒng)回收透平機(jī)排氣的熱量。
文檔編號F02C3/26GK1041423SQ8910752
公開日1990年4月18日 申請日期1989年9月27日 優(yōu)先權(quán)日1988年9月28日
發(fā)明者理查德·弗農(nóng)·加蘭 申請人:西屋電氣公司