JP2007526976A5 - - Google Patents
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Description
［発明の分野］
本発明は蒸気の発生を目的とする熱発生器に関する。
[Field of the Invention]
The present invention relates to a heat generator for generating steam.
さらに詳細には、本発明は、より一般的にはボイラと呼ばれ、酸化剤、さらに詳細には概ね８０％を超える高い酸素含有率を有する酸化剤の存在下で、燃料、特に硫黄および窒素を含む燃料を燃焼することによって動作する蒸気発生器に関する。 More particularly, the present invention is more commonly referred to as a boiler, and in the presence of an oxidant, more particularly an oxidant having a high oxygen content, generally greater than 80%, fuel, particularly sulfur and nitrogen. The present invention relates to a steam generator that operates by burning a fuel containing the fuel.
このような発生器を使用して、とりわけ火力発電所の蒸気タービンなどの回転機械を駆動することが可能であり、この機械では約５６０℃の温度を有する過熱蒸気と呼ばれる高温の蒸気を発生させる必要がある。この発生器の別の可能な応用例は、製油所で石油変換過程の要件を満たすために蒸気を発生させることである。このような発生器を使用して原油抽出のために蒸気を発生させることも可能である。 Such a generator can be used to drive a rotating machine, such as a steam turbine of a thermal power plant, in particular, which generates hot steam called superheated steam having a temperature of about 560 ° C. There is a need. Another possible application of this generator is to generate steam at a refinery to meet the requirements of an oil conversion process. It is also possible to generate steam for crude oil extraction using such a generator.
［発明の背景］
空気の存在下で燃料を燃焼することによって動作する蒸気発生器が、特に、仏国特許第２５２８５４０号明細書から既に知られている。この発生器は、少なくとも１つの燃焼器が設けられた燃焼炉（または燃焼室）を備え、さらに蒸発スクリーンもしくは蒸発器と呼ばれる少なくとも１つの蒸発熱交換器を備える蒸発域と、過熱熱交換器もしくは過熱器を備える過熱域と、予熱熱交換器もしくはエコノマイザ（ｅｃｏｎｏｍｉｓｅｕｒ（仏））を備える予熱域と、ならびに燃焼ガス（ｆｕｍｅｅｓ（仏））排出域および／もしくは燃焼ガス再循環域とを連続的に、すなわち、相前後して含む。ドラムと呼ばれ、蒸発器に熱水を供給しかつ過熱器に蒸気を供給する気相および液相にある水を貯蔵する手段も設けられる。
[Background of the invention]
A steam generator which operates by burning fuel in the presence of air is already known, in particular from French Patent 2,528,540. This generator comprises a combustion furnace (or combustion chamber ) provided with at least one combustor, and further comprises an evaporation zone comprising at least one evaporating heat exchanger called an evaporating screen or evaporator, and a superheat heat exchanger or Continuously through a superheat zone with a superheater, a preheat zone with a preheat exchanger or economizer (economiseur (France)) and a combustion gas (fumees) discharge zone and / or a combustion gas recirculation zone That is, it is included in succession. There is also provided means for storing water in the gas phase and in the liquid phase, referred to as a drum, supplying hot water to the evaporator and supplying steam to the superheater.
この種類の発生器は一般に、２つの回路、すなわち、水回路と呼ばれ、蒸発域、過熱域、予熱域の熱交換器およびドラムを備える第１の回路と、燃焼ガス回路と呼ばれ、酸化剤を含む燃料の燃焼から得られる燃焼ガスを利用し、この燃焼ガスが燃焼器から燃焼ガス排出域まで流れるときに燃焼によって放出された熱エネルギーを様々な熱交換器に伝達することを目的とする第２の回路とを使用する。 This type of generator is commonly referred to as two circuits, namely a water circuit, a first circuit comprising a heat exchanger and a drum in the evaporation zone, superheat zone, preheat zone, and a combustion gas circuit, which is referred to as oxidation gas circuit. The purpose is to use the combustion gas obtained from the combustion of the fuel containing the agent and to transfer the heat energy released by the combustion to the various heat exchangers when this combustion gas flows from the combustor to the combustion gas discharge area. A second circuit is used.
実用では、燃焼から得られる燃焼ガスは、水を加熱し、次いでそれを蒸発させ、最終的には蒸発によって得られる蒸気を過熱するように、その熱を対流によっておよび／または放射によって様々な熱交換器に伝達するために熱交換器を通過する高温の燃焼ガスである。さらには、この燃焼ガスは次に、スタック（＝煙突。ｃｈｅｍｉｎｅｅ（仏））を介して大気に排出される前に、塵埃回収装置などの複合処理プラントに送出され、その後で燃焼ガス処理ユニットに送出され得る。 In practice, the combustion gas obtained from combustion heats the water, then evaporates it, and ultimately heats the vapor obtained by evaporation to various heat by convection and / or radiation. Hot combustion gas that passes through the heat exchanger for transmission to the exchanger. Further, this combustion gas is then sent to a combined treatment plant such as a dust recovery device before being discharged to the atmosphere through a stack (= chimney. Cheminee (France)) and then to a combustion gas processing unit. Can be sent out.
水回路では、その箇所で利用可能な水が汲み上げられ、それが予熱されるエコノマイザの中に注入される。この予熱水は、次にドラムに送られ（自然循環型発生器の場合）、そこから予熱水が蒸発器に供給されるか、または蒸発器に直接送られ（強制循環型発生器の場合）、それによって予熱水の大部分を蒸発させる。次いで、この２相の液水蒸気混合物はドラムに送出され、そこで液相と蒸気相とが分離される。ドラムからの蒸気は、非常に高温の蒸気を発生させ得る過熱器に供給される。 In the water circuit, water available at that location is pumped and injected into the economizer where it is preheated. This preheated water is then sent to the drum (in the case of a natural circulation generator), from which preheated water is fed to the evaporator or directly to the evaporator (in the case of a forced circulation generator) , Thereby evaporating most of the preheated water. This two-phase liquid water vapor mixture is then delivered to a drum where the liquid phase and the vapor phase are separated. The steam from the drum is fed to a superheater that can generate very hot steam.
したがって、よく知られているように、燃焼炉の蒸発器は、燃焼ガスが最高の熱水準に到達しかつ水を２相の流体に変換するためのエネルギー要件が最大の領域であるので、この蒸発器で水の大部分が蒸発する。次いで、燃焼ガスのエネルギーの過熱器への熱伝達、すなわち、過熱蒸気を得るために高い温度水準も必要とする伝達が過熱域で生じる。最後に、燃焼ガスは、過熱域を退出するとき、その最低温度水準の燃焼ガスを利用して水を予熱するエコノマイザとその熱エネルギーを交換する。燃焼ガスの熱を最大限に利用することによって、これらのすべての熱交換動作は発生器の効率を極大化することができる。 Thus, as is well known, the evaporator of a combustion furnace, the energy requirement for the combustion gases to convert the only One water reaches the highest thermal level in the fluid of the two phases is the largest area, the Most of the water evaporates in the evaporator. The heat transfer of the combustion gas energy to the superheater then takes place in the superheat zone, ie a transfer that also requires a high temperature level to obtain superheated steam. Finally, when the combustion gas leaves the superheat zone, it exchanges its thermal energy with an economizer that preheats water using the combustion gas at its lowest temperature level. By making full use of the combustion gas heat, all these heat exchange operations can maximize the efficiency of the generator.
好ましくは８０％を超える高い酸素含有率を有する酸化剤を使用してこの種類の発生器を動作させ、さらに、とりわけこの酸化剤に含有される窒素バラストを削減することによってこのような燃焼から利点を得ることも関心事であり得る。 Operating from this type of generator using an oxidant having a high oxygen content, preferably above 80%, and further benefits from such combustion by reducing the nitrogen ballast contained in the oxidant, among others. It can also be a concern.
事実、酸化剤から窒素の少なくとも一部を除去するとき、燃焼ガス流量とスタックを介して燃焼ガスによって排出されるエネルギーとが低減され、したがってこのような蒸気発生器の熱効率を高めることができる。したがって同じ伝達熱量に対して燃料消費が減少する。一例として、空気で動作し、２５０℃の燃焼ガスを排出する発生器のスタックにおける熱損失が、燃料によって供給された熱出力の約１０％であるのに対して、同一の動作条件で酸化剤として純粋酸素を使用するとき、熱損失が３％まで低減され、それは約７％のエネルギー効率の上昇をもたらす。同様に、燃焼ガス流量も少なくとも４倍減少する。 In fact, when removing at least a portion of the nitrogen from the oxidant, the combustion gas flow rate and the energy discharged by the combustion gas through the stack are reduced, thus increasing the thermal efficiency of such a steam generator. Therefore, fuel consumption is reduced for the same amount of heat transferred. As an example, the heat loss in a stack of generators operating on air and exhausting combustion gas at 250 ° C. is about 10% of the heat output supplied by the fuel, whereas in the same operating conditions the oxidant When using pure oxygen as the heat loss is reduced to 3%, which leads to an increase in energy efficiency of about 7%. Similarly, the combustion gas flow rate is reduced at least four times.
さらには、酸素による燃焼を利用するとき、排出物質が大幅に低減される。さらに詳細には、分子状窒素の熱解離と燃料中に含有された窒素の反応との両方から得られる窒素酸化物の排気物質（ＮＯｘ）が、同じ燃焼器技術で１から５倍減少する。 Furthermore, emissions are greatly reduced when using combustion with oxygen. More specifically, the nitrogen oxides emissions (NOx) resulting from both the thermal dissociation of molecular nitrogen and the reaction of nitrogen contained in the fuel are reduced by a factor of 1 to 5 with the same combustor technology.
しかも、硫黄酸化物を除去するための燃焼ガスの処理が、燃焼ガス中の硫黄酸化物濃度の上昇を考慮して単純化され得る。したがって、硫黄酸化物の処理装置の費用に関してかなりの節約が実現可能である。 Moreover, the treatment of the combustion gas to remove sulfur oxides can be simplified in view of the increase in the concentration of sulfur oxides in the combustion gas . Thus, considerable savings can be realized with regard to the cost of the sulfur oxide treatment equipment .
しかし、燃焼が空気と燃料との間で生じる蒸気発生器の設計は、高い比率の酸素を有する酸化剤の存在下での燃焼、すなわち、酸素燃焼が行われる発生器に応用することができない。 However, the steam generator design where combustion occurs between air and fuel cannot be applied to combustion in the presence of an oxidant with a high proportion of oxygen, ie, oxyfuel combustion.
実際に、横座標に燃焼ガスの温度（単位℃）と縦座標に燃焼効率（単位％）とを表すグラフである図１が、空気による燃焼（曲線Ｉ）と酸素燃焼（曲線ＩＩ）との間の効率差を示す。 Actually, FIG. 1, which is a graph showing combustion gas temperature (unit ° C.) on the abscissa and combustion efficiency (unit%) on the ordinate, shows the combustion of air (curve I) and oxyfuel combustion (curve II). The difference in efficiency is shown.
酸素燃焼によって動作する発生器の主要特徴の画定には、第１に様々な蒸気発生段階における熱交換の分布を計算する必要がある。 To define the main features of a generator operating by oxyfuel combustion, it is first necessary to calculate the distribution of heat exchange in the various steam generation stages.
これは、４８０℃の温度および８０バールの圧力で１２４トン／時の過熱蒸気を送出する１００ＭＷの空気による発生器の実施例によって明らかになろう。この場合に、エコノマイザの流出口における２５０℃の燃焼ガス温度では、エンタルピー表から得られた出力分布は以下の通りである。すなわち、
−蒸発器中の水の蒸発 ４３．８％
−過熱器中の蒸気の過熱 １８．８％
−エコノマイザによる水の予熱 ２７．６％
−排出における熱損失 ９．８％
図１は、エコノマイザの流出口における２５０℃の燃焼ガス温度（点Ａ）に対して９０．２％の熱効率を与える。
This will be demonstrated by an embodiment of a generator with 100 MW air delivering 124 tons / hour superheated steam at a temperature of 480 ° C. and a pressure of 80 bar. In this case, at a combustion gas temperature of 250 ° C. at the outlet of the economizer, the output distribution obtained from the enthalpy table is as follows. That is,
-Evaporation of water in the evaporator 43.8%
-Overheating of steam in the superheater 18.8%
-Preheating water with economizer 27.6%
-Heat loss in discharge 9.8%
FIG. 1 provides a thermal efficiency of 90.2% for a combustion gas temperature of 250 ° C. (point A) at the economizer outlet.
エコノマイザの流出口で２５０℃の燃焼ガス温度を維持することによって、図１は、組成が約９５％の酸素、約３％の窒素、および約２％のアルゴンである酸化剤を使用する酸素燃焼による発生器によって送出された出力の４３．８％を消費する蒸発器の流出口における燃焼ガスの温度が、２０００℃を大幅に超えることを示す（線Ｂ）。 By maintaining a combustion gas temperature of 250 ° C. at the economizer outlet, FIG. 1 shows oxyfuel combustion using an oxidant whose composition is about 95% oxygen, about 3% nitrogen, and about 2% argon. It shows that the temperature of the combustion gas at the outlet of the evaporator consuming 43.8% of the power delivered by the generator according to is significantly above 2000 ° C. (line B).
このような温度は、窒素酸化物（ＮＯｘ）などの排出物質に関して有害である。さらに詳細には、ＮＯｘ形成率と燃焼ガス温度との間に指数依存性があり、約１５００℃の燃焼ガス温度から、酸化剤の分子状窒素のＮＯへの変換が非常に急激に増加することが証明されている。さらには、燃焼ガスは２０００℃を超える温度で過熱器に進入し、したがって過熱器を概ね形成する管が非常に高い燃焼ガス温度に曝される。この解決には、既に乾燥蒸気が内部で循環する過熱器の管に対する熱抵抗問題が生じる。 Such temperatures are detrimental for emissions such as nitrogen oxides (NOx). More specifically, there is an exponential dependence between NOx formation rate and combustion gas temperature, and the conversion of oxidant molecular nitrogen to NO from a combustion gas temperature of about 1500 ° C. increases very rapidly. Has been proven. Furthermore, the combustion gas enters the superheater at temperatures above 2000 ° C., so that the tubes that generally form the superheater are exposed to very high combustion gas temperatures. This solution creates a thermal resistance problem for the superheater tubes in which dry steam is already circulated.
窒素酸化物の形成に関して、燃焼炉の流出口において約１３００℃の燃焼ガス温度を超えないことが好ましいのは本出願人によって多大な研究を通じて得られた経験が証明する。 With regard to the formation of nitrogen oxides, it is proved through extensive research by the applicant that it is preferable not to exceed a combustion gas temperature of about 1300 ° C. at the outlet of the furnace.
図１は、この温度に対応する熱効率が、酸素燃焼下で動作する燃焼室では、約８０．９％（点Ｃ）であり、それは、蒸発器が必要とする、約１２００℃の温度で４３．８％（点Ｄ）の効率を超えて際だって高いことを示している。 FIG. 1 shows that the thermal efficiency corresponding to this temperature is about 80.9% (point C) in a combustion chamber operating under oxyfuel combustion, which is 43 at a temperature of about 1200 ° C. required by the evaporator. It is extremely high, exceeding the efficiency of .8% (point D).
空気で動作する通常のボイラの場合では、エネルギー収支は、熱エネルギーの約３０％が水の加熱に、約４０％がその蒸発に、約２０％が過熱に、さらに約１０％が熱損失に吸収されることを示したことも観察された。酸素燃焼によって動作するボイラの場合では、燃焼室の流出口における約１３００℃の燃焼ガス温度には、エネルギーの約８０％がこの燃焼室に伝達される必要があり、そのために蒸気過熱および水の予熱段階に十分な残存熱エネルギーが残らない。 In the case of a normal boiler operating with air, the energy balance is about 30% of the heat energy for water heating, about 40% for its evaporation, about 20% for overheating and about 10% for heat loss. It was also observed that it was absorbed. In the case of a boiler operating with oxygen combustion, the combustion gas temperature of about 1300 ° C. in the outlet of the combustion chamber, it is necessary to approximately 80% of the energy is transferred to the combustion chamber, the steam superheating and water for the Not enough residual heat energy remains in the preheating stage.
本発明は、要件温度まで過熱された蒸気の実現を可能にする燃焼ガス温度水準が、ボイラに通常使用される技術および材料を利用して簡素な方法で実現される発生器によって上記の欠点を克服することを目的とする。 The present invention overcomes the above disadvantages by means of a generator in which the combustion gas temperature level, which makes it possible to realize steam superheated to the required temperature, is realized in a simple manner using the techniques and materials normally used in boilers. The aim is to overcome.
［発明の概要］
したがって本発明は、燃料および酸化剤が供給される少なくとも１つの燃焼器（ｂｒｕｌｅｕｒ（仏））と、蒸発熱交換器を備える蒸発域と、過熱熱交換器を備える過熱域と、予熱熱交換器を備える予熱域と、回収ドラムとを有する少なくとも２基の連続した燃焼炉を備える蒸気発生器であって、それぞれの炉が少なくとも１つの蒸発熱交換器を備えることを特徴とする蒸気発生器に関する。
[Summary of Invention]
Accordingly, the present invention includes at least one combustor fuel and oxidant that is supplied (bruleur (France)), a vaporization zone comprising evaporative heat exchanger, a superheat region comprising overheating heat exchanger, preheater heat exchanger A steam generator comprising at least two continuous combustion furnaces having a preheating zone comprising a recovery drum and each furnace comprising at least one evaporative heat exchanger .
それぞれの炉が少なくとも１つの過熱熱交換器を備え得ることが好ましい。 Preferably, each furnace can be equipped with at least one superheat heat exchanger.
それぞれの炉は、少なくとも１つの予熱熱交換器も備え得る。 Each furnace may also include at least one preheat heat exchanger.
炉の一方が少なくとも１つの蒸発熱交換器を備え、かつ他方の炉が少なくとも１つの過熱熱交換器を備え得る。 One of the furnaces may comprise at least one evaporative heat exchanger and the other furnace may comprise at least one superheat heat exchanger.
炉の一方が少なくとも１つの蒸発熱交換器を備え得るのに対して、他方の炉は少なくとも１つの過熱熱交換器と少なくとも１つの予熱熱交換器とを備え得る。 One of the furnaces may comprise at least one evaporative heat exchanger, while the other furnace may comprise at least one superheat heat exchanger and at least one preheating heat exchanger.
別法として、炉の一方が少なくとも１つの蒸発交換器と少なくとも１つの過熱熱交換器とを備え、かつ他方の炉が少なくとも１つの過熱熱交換器と少なくとも１つの予熱熱交換器とを備え得る。 Alternatively, one of the furnaces may comprise at least one evaporation exchanger and at least one superheat heat exchanger, and the other furnace may comprise at least one superheat exchanger and at least one preheat heat exchanger. .
蒸気発生器は、燃焼炉からの燃焼ガスのための浄化室を備え得る。 The steam generator may comprise a purification chamber for the combustion gases from the combustion furnace.
燃焼ガス浄化室は予熱域から上流に配置され得る。 The combustion gas purification chamber can be arranged upstream from the preheating zone.
燃焼ガス浄化室は吸収剤噴射手段を含み得る。 Combustion gas cleaning chamber can include absorption agent injection means.
燃焼ガス浄化室は還元剤噴射手段を備え得る。 The combustion gas purification chamber may include a reducing agent injection means.
燃焼ガス浄化室は少なくとも１つの蒸発域を備え得る。 The combustion gas purification chamber may comprise at least one evaporation zone.
燃焼ガス浄化室中に噴射される吸収剤はカルシウム類またはマグネシウム類であり得る。 Absorption agents that will be injected into the combustion gas cleaning chamber may be calcium compounds or magnesium compounds.
燃焼ガス浄化室中に噴射される還元剤は尿素類またはアンモニア類であり得る。 The reducing agent that will be injected into the combustion gas cleaning chamber may be ureas or ammonia compounds.
酸化剤は高酸素含有率の酸化剤であるのに対して、燃料は、重油、石油残渣、ガス、オイルコークス、または石炭などの固体、液体、または気体の燃料である。 The oxidizer is a high oxygen content oxidizer, while the fuel is a solid, liquid, or gaseous fuel such as heavy oil, petroleum residue , gas, oil coke, or coal.
少なくとも一方の炉の壁はシェル（＝外殻。 ｖｉｒｏｌｅ （仏））またはメンブレン（＝膜状。ｍｅｍｂｒａｎｅｅ（仏））壁からなり得る。 The wall of at least one furnace may consist of a shell (= outer shell, virole) or a membrane (= membrane, membranee).
［図の簡単な説明］
本発明の他の特徴および利点は、添付の図を参照して、以下の非限定的な実施例として供した説明を読むことにより明白になる。
−図２は、本発明の一実施形態に係る発生器を示す図である。
−図３は、本発明の第１の変形を示す図である。
−図４は、本発明の別の変形を示す図である。
[Brief description of figure]
Other features and advantages of the present invention will become apparent upon reading the following description provided by way of non-limiting example with reference to the accompanying drawings.
FIG. 2 shows a generator according to an embodiment of the invention.
FIG. 3 shows a first variant of the invention.
FIG. 4 shows another variant of the invention.
［詳細な説明］
図２に関連して、より一般的にはボイラと呼ばれる蒸気発生器１０が、酸化剤の存在下で燃料が燃焼する２基の連続する燃焼炉Ｆ１およびＦ２を備える。この燃料は、重油、石油残渣、ガス、オイルコークス、または石炭など、特に、硫黄および窒素を含有する固体、液体、または気体の燃料であるのに対して、酸化剤は、好ましくは８０％を超える非常に高い酸素含有率を有する気体または純粋酸素であることが好ましい。
[Detailed description]
With reference to FIG. 2, a steam generator 10, more commonly referred to as a boiler, comprises two successive combustion furnaces F 1 and F 2 in which fuel burns in the presence of an oxidant. The fuel is a solid, liquid or gaseous fuel containing sulfur and nitrogen, such as heavy oil, petroleum residue , gas, oil coke, or coal, whereas the oxidant preferably accounts for 80%. Preference is given to a gas having a very high oxygen content exceeding or pure oxygen.
管路１４を介して燃料が供給されかつ管路１６を介して酸化剤が供給される少なくとも１つの燃焼器１２が、図示した主燃焼炉Ｆ１の上部に好ましくは垂直に配置される。この燃焼器の配置および数量は、低排出ガスで燃焼を実現し、他方ではこの炉の壁１８と燃焼器の炎が接触するのを防止するように当業者によって決定される。この燃焼は、火格子、流動床などの他の任意の手段によっても実行可能である。注入される燃料に応じて、燃料の蒸発に使用可能な燃焼ガスを再利用するために、蒸気または、とりわけＣＯ2またはＯ2のような気体もしくは混合気などの補助流体を適切に使用して燃焼を最適化する。 At least one combustor 12, which is supplied with fuel via line 14 and supplied with oxidant via line 16, is preferably arranged vertically above the main combustion furnace F1 shown. The placement and quantity of the combustors is determined by those skilled in the art to achieve combustion with low emissions, while preventing the furnace wall 18 and the combustor flames from coming into contact. This combustion can also be performed by any other means such as a grate, fluidized bed, etc. Depending on the fuel injected, in order to recycle the combustion gases that can be used for the evaporation of the fuel, appropriately using steam or auxiliary fluids such as gases or mixtures, especially CO 2 or O 2 Optimize combustion.
この主燃焼炉Ｆ１は、少なくとも１つの蒸発熱交換器または蒸発スクリーン２０（以後の説明では蒸発器と呼ぶ）を備える蒸発域Ｖを含み、この蒸発器は、説明の実施例では、好ましくは「メンブレン壁」型である主炉Ｆ１の壁からなる。よく知られているように、これらのメンブレン壁は、熱交換器を形成するように、溶接したフィンによって相互に連結された管からなる。こうして得られた蒸発器は、これらの管の内部で循環する流体の少なくとも一部を蒸発させる高温蒸発器である。 This main combustion furnace F1 includes an evaporation zone V comprising at least one evaporation heat exchanger or evaporation screen 20 (referred to in the following description as an evaporator), which is preferably “ It consists of the wall of the main furnace F1, which is a “membrane wall” type. As is well known, these membrane walls consist of tubes interconnected by welded fins to form a heat exchanger. The evaporator thus obtained is a high-temperature evaporator that evaporates at least part of the fluid circulating inside these tubes.
この蒸発域Ｖの、したがって主炉Ｆ１の流出口２２（流出口はこの炉の下部に配される）が副燃焼炉Ｆ２に通じ、この副炉は、好ましくは縦型で、その下部にかつ流出口２２と接続して、上で画定したように管路２６を介して燃料が供給されかつ管路２８を介して酸化剤が供給される燃焼器２４を内蔵する。同様に、この燃焼器の配置および数量は、低排出ガスで燃焼を実現し、他方ではこの副炉Ｆ２の壁と燃焼器の炎が接触するのを防止するように当業者によって決定される。 The outlet 22 of this evaporation zone V and thus the outlet of the main furnace F1 (the outlet is arranged at the lower part of the furnace) leads to the auxiliary combustion furnace F2, which is preferably vertical, in the lower part and connected to the outlet 22, to a built-in combustor 24 to the oxidant through the supplied fuel and conduit 28 via line 26 as defined above is provided. Similarly, the placement and quantity of this combustor is determined by those skilled in the art to achieve combustion with low emissions, while preventing the secondary furnace F2 wall from coming into contact with the combustor flame.
この副燃焼炉は、少なくとも１つの過熱熱交換器または過熱器３０（高温過熱器と呼ぶ）を備える高温過熱域Ｓ１を含み、この過熱器は、それを通過する概ね蒸気相にある流体の温度を上昇させる。したがって、この炉の壁は、コンクリート、煉瓦、または繊維状物質などの断熱材によって熱放射から保護された好ましくは金属製シェル３２からなる。蒸気が循環する管束３４が、この断熱材に沿って装着される。この過熱器は、それを通過する蒸気相にある流体を過熱する高温熱交換器である。 The sub-combustion furnace includes a high temperature superheat zone S1 with at least one superheat exchanger or superheater 30 (referred to as a high temperature superheater), which is the temperature of the fluid that is generally in the vapor phase passing therethrough. To raise. Thus, the wall of the furnace consists of a preferably metal shell 32 protected from thermal radiation by a heat insulating material such as concrete, brick or fibrous material. A tube bundle 34 through which steam circulates is mounted along this heat insulating material . This superheater is a high temperature heat exchanger that superheats the fluid in the vapor phase passing through it.
この高温過熱域の流出口３６が、追加的な過熱域Ｓ２（低温過熱域と呼ぶ）と好ましくは予熱域Ｐとを含む筐体Ｅに上部で連通する。低温過熱域Ｓ２は、少なくとも１つの対流型熱交換器３８（低温過熱器と呼ぶ）を含む。予熱域Ｐも少なくとも１つの対流型熱交換器４０（エコノマイザと呼ぶ）を含む。これらの対流型熱交換器３８および４０は、当業で知られているように、回収器に連結された管束からなる。 This high temperature superheat zone outlet 36 communicates at the top with a casing E which includes an additional superheat zone S2 (referred to as a low temperature superheat zone) and preferably a preheat zone P. Cold overheating zone S2 is at least one convective heat exchanger 38 (referred to as a low temperature superheater). The preheating zone P also includes at least one convective heat exchanger 40 (referred to as an economizer). These convective heat exchangers 38 and 40 consist of a bundle of tubes connected to a collector, as is known in the art.
このように、蒸気発生器は２つの連続する燃焼炉、すなわち、主燃焼炉Ｆ１と、この主燃焼炉と直列に副燃焼炉Ｆ２とを備える。主炉Ｆ１は燃焼器１２および蒸発器２０を備えるのに対して、副炉Ｆ２は、燃焼器２４、高温過熱器３０を備え、さらにその後に低温過熱器３８およびエコノマイザ４０からなる筐体Ｅが続く。 Thus, the steam generator includes two successive combustion furnaces, that is, a main combustion furnace F1, and a sub-combustion furnace F2 in series with the main combustion furnace. The main furnace F1 includes the combustor 12 and the evaporator 20, whereas the sub-furnace F2 includes the combustor 24 and the high temperature superheater 30, and then a casing E including the low temperature superheater 38 and the economizer 40 is provided. Continue.
予熱域の流出口４２が、この筐体Ｅの下部で任意の知られた燃焼ガス処理手段またはスタック（図示せず）に連通する燃焼ガス排出域Ｆに通じる。 A preheating zone outlet 42 leads to a combustion gas discharge zone F which communicates with any known combustion gas treatment means or stack (not shown) at the bottom of the housing E.
エコノマイザ４０は、給水口４４と、この種の発生器で一般に使用されるドラムなどの流体回収手段５０の中へ管路４８を介して終端する予熱水流出口４６とを備える。低温過熱器３８は、管路５４を介してドラム５０から来る蒸気のための流入口５２と、この蒸気を高温過熱器３０まで送出するための流出口５６とを備える。高温過熱器３０は、管路６０によって運ばれる、低温過熱器３８から来る蒸気のための流入口５８と、火力発電所のタービンなど、このような過熱蒸気を利用する任意の手段に管路６４を介して送出される好ましくは過熱蒸気のための流出口６２とを備える。有利なことに、エコノマイザおよび低温過熱器には、それを通過する燃焼ガスがそれほど大量の塵埃を含んでいなければ、フィンなどの熱伝達促進装置を設けることができる。蒸発器２０は流入口６６および流出口７０を備え、この流入口には、それにドラム５０を連結する管路６８を介して予熱水が供給され、またこの流出口は、管路７２によって２相形態（液水蒸気）にある水の混濁液をドラム５０に送出する。 The economizer 40 includes a water inlet 44 and a preheated water outlet 46 that terminates via a conduit 48 into a fluid recovery means 50 such as a drum that is commonly used with this type of generator. The low temperature superheater 38 includes an inlet 52 for steam coming from the drum 50 via a conduit 54 and an outlet 56 for delivering this steam to the high temperature superheater 30. The hot superheater 30 is line 64 to any means utilizing such superheated steam, such as an inlet 58 for steam coming from the low temperature superheater 38 carried by line 60, and a turbine in a thermal power plant. And an outlet 62 for preferably superheated steam. Advantageously, the economizer and low temperature superheater can be provided with heat transfer enhancing devices such as fins if the combustion gas passing therethrough does not contain a significant amount of dust. The evaporator 20 includes an inlet 66 and an outlet 70, which is supplied with preheated water via a pipe 68 connecting the drum 50 thereto, and this outlet is two-phased by a pipe 72. A turbid liquid of water in the form (liquid water vapor) is delivered to the drum 50.
したがって、この発生器の動作時には、水が流入口４４を介してエコノマイザ４０の中に送り込まれ、それはこのエコノマイザの中を循環し、他方では予熱され、それは次いで、エコノマイザの流出口４６にドラム５０を連結する管路４８によって、このドラムの中に回収される。次に、この熱水は、少なくとも一部を流出口７０で２相の水混濁液に変換するために、管路６８を介してドラム５０から蒸発器２０の流入口６６まで送出される。この蒸発器を退出する混濁液は、管路７２を介して、それが気相と液相とに分離されるドラム５０に送出される。次いで、このドラムの中に収容された蒸気は、流出口５６で第１の温度水準の乾燥蒸気を得るために、管路５４を介して、この蒸気の温度を上昇させる低温過熱器３８の流入口５２に送出される。乾燥蒸気とは、しかるべき圧力において水の飽和温度を超える高温の蒸気であると理解される。高温過熱器３０の流入口５８は、管路６０によって低温過熱器３８から蒸気を受け取り、この蒸気は、過熱蒸気の形態で、すなわち、低温過熱器３８からの蒸気の温度を超える高温で、流出口６２を通って流出する。 Thus, during operation of the generator, water is fed into the economizer 40 via the inlet 44, which circulates through the economizer and on the other hand is preheated, which is then drummed 50 at the economizer outlet 46. Is collected in this drum by a pipe line 48 connecting the two. This hot water is then delivered from the drum 50 to the inlet 66 of the evaporator 20 via line 68 in order to at least partially convert it into a two-phase water turbid liquid at the outlet 70. The turbid liquid leaving the evaporator is sent via a line 72 to a drum 50 where it is separated into a gas phase and a liquid phase. The steam contained in the drum is then flowed through a superheater 38 that raises the temperature of the steam via line 54 to obtain dry steam at a first temperature level at outlet 56. It is delivered to the inlet 52. Dry steam is understood to be hot steam that exceeds the saturation temperature of water at the appropriate pressure. The inlet 58 of the hot superheater 30 receives steam from the cold superheater 38 via line 60 and this steam is in the form of superheated steam, i.e. at a high temperature above the temperature of the steam from the cold superheater 38. It flows out through the outlet 62.
これらの異なる温度上昇および／または様々な熱交換器の中で循環する流体の相変化を実現するために、燃焼によって発生した熱エネルギーを適切に利用することが必要である。したがって、気体、液体、または固体燃料の総量の一部（典型的には、このような総量の２０％と８０％の間の範囲）および高酸素含有率酸化剤の総量の一部（典型的には、２０％と８０％の間の範囲）が、管路１４および１６を介して主燃焼炉Ｆ１の燃焼器１２の中に注入される。このように少なくとも２基の炉にわたる出力分布によって、緩和された運転条件下で動作させ、かつ発生器のより高い融通性を実現することができる。燃焼によって発生した燃焼ガスは、蒸発器２０の流出口７０で２相の液水蒸気形態にある流体を得るために、蒸発域Ｖを通過しかつこの蒸発器の管中を循環する予熱水とその熱エネルギーの一部を交換する。 In order to achieve these different temperature rises and / or phase changes of the fluid circulating in the various heat exchangers, it is necessary to properly utilize the thermal energy generated by the combustion. Thus, part of the total amount of gas, liquid, or solid fuel (typically in the range between 20% and 80% of such total amount) and part of the total amount of high oxygen content oxidant (typically In the range between 20% and 80%) is injected into the combustor 12 of the main combustion furnace F1 via lines 14 and 16. In this way, the power distribution across at least two furnaces allows operation under relaxed operating conditions and higher generator flexibility. The combustion gas generated by the combustion passes through the evaporation zone V and circulates in the evaporator pipe and the preheated water to obtain a fluid in the form of two-phase liquid water vapor at the outlet 70 of the evaporator 20. Exchange some of the heat energy.
燃焼ガスは、主炉Ｆ１の流出口２２で副炉Ｆ２に送出され、そこでは燃料と酸化剤との合計量の残留分の燃焼が、管路２６および２８を介して燃料および酸化剤が供給される燃焼器２４によって行われる。次いで、この燃焼ガスの温度が高められ、さらにこの燃焼ガスは高温過熱器３０を含む高温過熱域Ｓ１を通過する。次いで、この過熱器の管中を循環する蒸気の温度が高められ、次に、この過熱蒸気は管路６４を介して放出され、タービンなどの知られた手段または任意の過程によって利用される。流出口３６を通って高温過熱域Ｓ１を退出する燃焼ガスは、低温過熱器３８を含む低温過熱域Ｓ２に送られ、そこでは温度上昇を受ける蒸気が循環する。別法として、図３に関連してさらに詳細に説明するように、燃焼ガスは、低温過熱器３８に流入する前に、吸収剤が注入される燃焼ガス処理域に送られる。次いで、この燃焼ガスは予熱域Ｐを通過し、そこではエコノマイザ４０の中を循環する水が燃焼ガスとの熱交換によって温度が高められ、他方ではこの燃焼ガスを一般には約２５０℃の適切な温度まで冷却する。 The combustion gas is sent to the sub-furnace F2 at the outlet 22 of the main furnace F1, where the remaining amount of combustion of fuel and oxidant is supplied by the fuel and oxidant via lines 26 and 28. Performed by the combustor 24. Next, the temperature of the combustion gas is increased, and the combustion gas further passes through the high temperature superheat zone S <b> 1 including the high temperature superheater 30. The temperature of the steam circulating in the superheater tube is then increased, and the superheated steam is then discharged via line 64 and utilized by known means such as a turbine or any process. The combustion gas leaving the high temperature superheat zone S1 through the outlet 36 is sent to the low temperature superheat zone S2 including the low temperature superheater 38, where steam undergoing temperature rise circulates. Alternatively, as described in more detail in connection with FIG. 3, the combustion gases, before entering the low temperature superheater 38, is fed to the combustion gas treatment zone of absorption agent is injected. The combustion gas then passes through a preheating zone P where the water circulating in the economizer 40 is heated by heat exchange with the combustion gas , while the combustion gas is generally brought to a suitable temperature of about 250 ° C. Cool to temperature.
次いで、この燃焼ガスは流出口４２を介して領域Ｆに排出され、さらに任意適切な処理手段または当業で知られているスタックに送出される。 This combustion gas is then discharged to the region F via the outlet 42 and further delivered to any suitable processing means or stack known in the art.
実施例として、燃焼器１２は、炉Ｆ１の流出口２２で温度が約１３００℃の燃焼ガスを発生させる。次いで、この燃焼ガスは副燃焼炉Ｆ２に流入する。この燃焼ガスは、燃焼器２４によって温度が高められ、炉Ｆ２における熱交換の後で、領域Ｓ１の流出口３６で約１０００℃の温度に達する。このように熱せられたこの燃焼ガスは、その熱エネルギーを低温過熱器３８と交換することによって副過熱域Ｓ２に流入し、それはこの領域を約６００℃の温度で退出する。次いで、それは予熱域Ｐの中に存在するエコノマイザ４０を一気に通過し、流出口４２を介して約２５０℃の温度で領域Ｆに排出される。 As an example, the combustor 12 generates combustion gas having a temperature of about 1300 ° C. at the outlet 22 of the furnace F1. Next, this combustion gas flows into the auxiliary combustion furnace F2. This combustion gas is raised in temperature by the combustor 24 and reaches a temperature of about 1000 ° C. at the outlet 36 in the region S1 after heat exchange in the furnace F2. The combustion gas thus heated flows into the sub-superheat zone S2 by exchanging its thermal energy with the cold superheater 38, which exits this zone at a temperature of about 600 ° C. Then, it passes through the economizer 40 existing in the preheating zone P at a stretch, and is discharged to the region F through the outlet 42 at a temperature of about 250 ° C.
並行して、水が約１５０℃の温度でエコノマイザ４０の中に導入され、それは約２９０℃で流出する。次いで、この予熱水は、ドラム５０を通過した後に一部が蒸発器２０の中で蒸発し、それは、ドラム５０に送出される前に約３０５℃の温度で流出する。このドラムを同じ温度で退出する蒸気が低温過熱器３８に注入され、この過熱器によってその温度が流出口５６で約３７５℃まで高められ、それはこの低温過熱器から高温過熱器３０に送られ、さらにそれはこの高温過熱器から約４８０℃で退出する。 In parallel, water is introduced into the economizer 40 at a temperature of about 150 ° C., which flows out at about 290 ° C. This preheated water then partially evaporates in the evaporator 20 after passing through the drum 50 and flows out at a temperature of about 305 ° C. before being sent to the drum 50. Steam exiting the drum at the same temperature is injected into the cold superheater 38, which raises the temperature at the outlet 56 to about 375 ° C., which is sent from the cold superheater to the hot superheater 30; In addition, it exits this hot superheater at about 480 ° C.
本発明の範囲から逸脱することなく、多数の燃焼炉を相前後して設置しかつ相互に対して直列に配置可能である。さらには、他の燃焼炉の後に配置された熱交換器に直列に連結された、蒸発器および／または過熱器および／またはエコノマイザなどの少なくとも１つの熱交換器を含む蒸発域および／または過熱域および／または予熱域をそれぞれの燃焼炉の中に配置することが可能である。 A number of combustion furnaces can be installed one after the other and in series with each other without departing from the scope of the present invention. Furthermore, an evaporation zone and / or a superheat zone comprising at least one heat exchanger, such as an evaporator and / or a superheater and / or an economizer, connected in series to a heat exchanger arranged after another combustion furnace And / or a preheating zone can be arranged in each combustion furnace.
図２の変形を示し、したがって同じ参照符号を有する図３の実施例では、「メンブレン壁」型の副燃焼炉Ｆ２が使用され、かつ高温過熱域が主燃焼炉Ｆ１の中に配置される。 In the embodiment of FIG. 3 which shows a variant of FIG. 2 and therefore has the same reference numerals, a “membrane wall” type sub-combustion furnace F2 is used and a high temperature superheat zone is arranged in the main combustion furnace F1.
有利なことに、この変形では、発生器全体が、主炉Ｆ１から流出口４２まで循環する燃焼ガス中に含まれる熱エネルギーを役立てるように「メンブレン壁」型の壁を備える。 Advantageously, in this variant, the entire generator is provided with a “membrane wall” type wall to make use of the thermal energy contained in the combustion gas circulating from the main furnace F 1 to the outlet 42.
この発生器は、主燃焼炉Ｆ１と低温過熱域Ｓ２を含む副燃焼炉Ｆ２とを備える。この領域は、燃焼ガス排出域Ｆによって終端する予熱域Ｐに通じる。上で説明したように、「メンブレン壁」型の主燃焼炉Ｆ１は、燃焼器１２と、蒸発器２０および燃焼ガス流出口７４を含む蒸発域Ｖとを備え、この流出口は、筐体Ｅ１の中に内蔵された高温過熱域Ｓ１に通じる。この実質的に垂直で細長い筐体も「メンブレン壁」型であり、それは蒸気流入口５８および過熱蒸気流出口６２を備える伝導型の高温過熱器３０を内蔵する。この過熱域の流出口２２は、図２に関連して説明した燃焼器２４を備え、かつ同様にメンブレン壁からなる副燃焼炉Ｆ２に通じる。燃焼ガス流出口３６は、上で説明したように、蒸気流入口５２および蒸気流出口５６を備える低温過熱器３８を含む低温過熱域Ｓ２に通じ、前記領域は、給水口４４および予熱水流出口４６が設けられたエコノマイザ４０を含む予熱域Ｐに連通し、この予熱域は流出口４２を介して燃焼ガス排出域Ｆに連通する。 This generator includes a main combustion furnace F1 and a sub-combustion furnace F2 including a low-temperature superheat zone S2. This region leads to a preheating region P that terminates with a combustion gas discharge region F. As described above, the “membrane wall” type main combustion furnace F1 includes the combustor 12 and the evaporation zone V including the evaporator 20 and the combustion gas outlet 74, which outlet is the housing E1. It leads to the high temperature superheat zone S1 built in. This substantially vertical and elongated housing is also of the “membrane wall” type, which incorporates a conductive high temperature superheater 30 with a steam inlet 58 and a superheated steam outlet 62. The outlet 22 in this superheated area is equipped with the combustor 24 described in relation to FIG. 2 and leads to the sub-combustion furnace F2 which is also made of a membrane wall. The combustion gas outlet 36 leads to a low temperature superheat zone S2, which includes a low temperature superheater 38 with a steam inlet 52 and a steam outlet 56, as described above, said areas comprising a water inlet 44 and a preheated water outlet 46. Is connected to a preheating region P including the economizer 40 provided with the, and this preheating region is connected to the combustion gas discharge region F through the outlet 42.
低温過熱域Ｓ２および予熱域Ｐは「メンブレン壁」型の壁を備えることが好ましい。この構成では、蒸発器中の予熱水の取り込みと、２相流体（液水蒸気）の流出とが異なる水準で生じ得る。とりわけ、メンブレン壁中には幾つかの予熱水流入口が存在し、かつドラム中には幾つかの２相流体流出口の開口が存在し得る。 The low temperature superheat zone S2 and the preheat zone P preferably comprise “membrane wall” type walls. In this configuration, the intake of preheated water in the evaporator and the outflow of the two-phase fluid (liquid water vapor) can occur at different levels. In particular, there may be several preheated water inlets in the membrane wall and several two-phase fluid outlet openings in the drum.
実施例として、図３に示すように、蒸発器２０は、主炉Ｆ１に予熱水流入口６６と、予熱域の流出口４２に配置されて管路７２によってドラム５０に連結された２相流体（液水蒸気）流出口７０とを備える。したがって、燃焼炉Ｆ１およびＦ２、高温過熱域Ｓ１、低温過熱域Ｓ２、ならびに予熱域Ｐはそれぞれ、図中の参照符号Ｖ、Ｖ１、Ｖ２、およびＶ３を有する蒸発域の中に分散された蒸発器２０の一部を含む。炉Ｆ１およびＦ２のみがメンブレン壁を有する場合は、２相流体流出口７０は副炉Ｆ２の流出口に配置されることになり、この流出口には、図中の点線で示したように、管路７２によってドラム５０に連結され、蒸発域Ｖ、Ｖ１、およびＶ２のみが残ることになる。 As an example, as shown in FIG. 3, the evaporator 20 includes a two-phase fluid (mainly connected to the drum 50 by a pipe 72, which is disposed in the preheating water inlet 66 and the preheating area outlet 42 in the main furnace F <b> 1. Liquid vapor) outlet 70. Therefore, the combustion furnaces F1 and F2, the high-temperature superheat zone S1, the low-temperature superheat zone S2, and the preheat zone P, respectively, are evaporators distributed in the evaporation zones having the reference signs V, V1, V2, and V3 in the figure. Including 20 parts. When only the furnaces F1 and F2 have a membrane wall, the two-phase fluid outlet 70 is disposed at the outlet of the sub-furnace F2, and as shown by the dotted line in the figure, Only the evaporation zones V, V1, and V2 remain, connected to the drum 50 by the conduit 72.
すべての壁が「メンブレン壁」型である変形では、主炉が、燃焼器１２と、蒸発器２０を含む蒸発域Ｖと、高温過熱器３０を含む高温過熱域Ｓ１と、筐体Ｅ１のメンブレン壁の管を含む蒸発域Ｖ１とを備えるのに対して、副炉Ｆ２は、燃焼器２４と、低温過熱器３８を含む低温過熱域Ｓ２と、エコノマイザ４０を含む予熱域Ｐと、メンブレン壁の管を含む蒸発域Ｖ２およびＶ３とを備える。 In a variant in which all walls are of the “membrane wall” type, the main furnace has a combustor 12, an evaporation zone V including an evaporator 20, a high temperature superheat zone S1 including a high temperature superheater 30, and a membrane of the casing E1. In contrast to the evaporation zone V1 including the wall tube, the auxiliary furnace F2 includes the combustor 24, the low-temperature superheat zone S2 including the low-temperature superheater 38, the preheat zone P including the economizer 40, and the membrane wall. Evaporation zones V2 and V3 including tubes are provided.
したがって、上で図２に関連して説明したように、主炉Ｆ１の燃焼器１２は、気体、液体、または固体燃料の総量の一部および高酸素量酸化剤の総量の一部によって供給される。炉Ｆ１の燃焼ガスは、蒸発域Ｖを通過し、蒸発器２０の流出口で第１の２相の液水蒸気形態にある流体を得るように、この熱交換器の管の中を循環する予熱水とその熱エネルギーを交換する。燃焼ガスは、蒸発域Ｖの流出口７４で高温過熱域Ｓ１を通過するが、この過熱域で、燃焼ガスは高温過熱器３０の流出口で第１の温度水準にある蒸気を得るように、一方でその熱エネルギーをこの過熱器に伝達し、他方で蒸発域Ｖ１の管の中を循環する流体に伝達する。 Thus, as described above in connection with FIG. 2, the combustor 12 of the main furnace F1 is supplied by a portion of the total amount of gas, liquid, or solid fuel and a portion of the total amount of high oxygen oxidant. The The combustion gas in the furnace F1 passes through the evaporation zone V and is preheated to circulate in the tubes of this heat exchanger so as to obtain a fluid in the form of a first two-phase liquid water vapor at the outlet of the evaporator 20. Exchange water and its heat energy. The combustion gas passes through the high temperature superheat zone S1 at the outlet 74 of the evaporation zone V. In this superheat zone, the combustion gas obtains steam at the first temperature level at the outlet of the high temperature superheater 30. On the one hand, the thermal energy is transmitted to the superheater, and on the other hand, it is transmitted to the fluid circulating in the tube of the evaporation zone V1.
過熱域Ｓ１を退出する燃焼ガスは流出口２２を介して副燃焼炉Ｆ２に送られ、この炉で燃料と酸化剤との合計量の残留分の燃焼が燃焼器２４によって行われる。次いで、この燃焼ガスの温度が高められて、その燃焼ガスは流出口３６を介して副過熱域Ｓ２に排出されると共に、その熱エネルギーを低温過熱器３８と交換する。この燃焼ガスはまた、それが副炉および高温過熱域を通過するとき、そのエネルギーの一部を蒸発域Ｖ２の管に伝達する。低温過熱域Ｓ２を退出する燃焼ガスは予熱域Ｐを通過するが、その域内では、エコノマイザ４０の中を循環する水が燃焼ガスとの熱交換によって温度が高められ、他方では燃焼ガスは適切な温度まで冷却される。同様に、燃焼ガスは、蒸発域Ｖ３を形成するメンブレン壁の管にその熱エネルギーを伝達する。次いで、この燃焼ガスは流出口４２を介して領域Ｆの中に排出され、それは任意適切な処理手段または当業で知られているスタックに送出される。 The combustion gas exiting the superheat zone S1 is sent to the sub-combustion furnace F2 through the outlet port 22, and the combustor 24 burns the remaining amount of the total amount of fuel and oxidant in this furnace. Next, the temperature of the combustion gas is increased, and the combustion gas is discharged to the sub superheat zone S2 through the outlet 36, and the thermal energy is exchanged with the low temperature superheater 38. This combustion gas also transfers some of its energy to the tubes in the evaporation zone V2 as it passes through the secondary furnace and the hot superheat zone. Combustion gas leaving the low temperature superheated region S2 passes through the preheating region P, and in that region, the temperature of water circulating in the economizer 40 is increased by heat exchange with the combustion gas, and on the other hand, the combustion gas is appropriate. Cool to temperature. Similarly, the combustion gas transfers its thermal energy to a tube on the membrane wall that forms the evaporation zone V3. This combustion gas is then discharged into region F via outlet 42, which is delivered to any suitable processing means or stack known in the art.
動作の間に、流入口４４を介してエコノマイザ４０の中に流入する水が、このエコノマイザを通過することによって熱せられた後で、管路４８を介してドラム５０に送出される。次いで、この熱水は、管路６８を介してこのドラムから蒸発器２０の流入口６６に送出される。流出口７０から流出する２相の液水蒸気流体は、発生器を通過する流れ全体にわたって、すなわち、燃焼器１２から流出口４２まで燃焼ガスの熱量を吸収して、管路７２を介してドラム５０に送出される。このドラムでは、２相流体は蒸気相と液相との間で分離され、蒸気は管路５４を介して低温過熱器３８の流入口５２に送られ、その過熱器でこの蒸気の温度が第１の水準まで高められる。蒸気は、この過熱器の流出口５６で管路６０を介して高温過熱器３０の流入口５８に送られ、その高温過熱器で蒸気の温度は、流出口６２を介して上で説明した任意の装置に排出される前に、低温過熱器３８の水準を超える高い水準まで再び高められる。 During operation, water flowing into the economizer 40 via the inlet 44 is heated by passing through the economizer and then delivered to the drum 50 via line 48. This hot water is then delivered from this drum to the inlet 66 of the evaporator 20 via line 68. The two-phase liquid steam fluid flowing out from the outlet 70 absorbs the heat quantity of the combustion gas throughout the flow passing through the generator, that is, from the combustor 12 to the outlet 42, and the drum 50 through the pipe 72. Is sent out. In this drum, the two-phase fluid is separated between the vapor phase and the liquid phase, and the vapor is sent via line 54 to the inlet 52 of the low temperature superheater 38 where the temperature of this vapor is the first. Increased to 1 level. Steam is sent at this superheater outlet 56 via line 60 to the inlet 58 of the hot superheater 30 where the temperature of the steam is optional via the outlet 62 described above. It is raised again to a high level that exceeds the level of the low temperature superheater 38 before being discharged into the device.
当然のことであるが、こうしたすべての動作の間、燃焼器１２および２４には図２に関連して説明したように燃料が供給される。 Of course, during all these operations, the combustors 12 and 24 are supplied with fuel as described in connection with FIG.
さらに実施例として、燃焼ガスの温度は、蒸発域Ｖの流出口で約１３００℃、高温過熱域Ｓ１の流出口で約５００℃、低温過熱域Ｓ２の流入口で約１３００℃、この領域の流出口で約３５０℃、さらに燃焼ガス排出域Ｆへの流出口４２で約２００℃である。様々な熱交換器中の流体の温度は、エコノマイザ４０の流入口４４で約１５０℃、このエコノマイザの流出口４６で約１６５℃、蒸発器の流出口７０および低温過熱器３８の流入口５２で約３０４℃、この過熱器の流出口５６および高温過熱器３０の流入口５８で約３６０℃、さらにこの高温過熱器の流出口６２で約４８０℃である。 Further, as an example, the temperature of the combustion gas is about 1300 ° C. at the outlet of the evaporation zone V, about 500 ° C. at the outlet of the high temperature superheat zone S1, and about 1300 ° C. at the inlet of the low temperature superheat zone S2. About 350 ° C. at the outlet and about 200 ° C. at the outlet 42 to the combustion gas discharge zone F. The temperature of the fluid in the various heat exchangers is about 150 ° C. at the inlet 44 of the economizer 40, about 165 ° C. at the outlet 46 of this economizer, the outlet 70 of the evaporator and the inlet 52 of the cold superheater 38. About 304 ° C., about 360 ° C. at the superheater outlet 56 and high temperature superheater 30 inlet 58, and about 480 ° C. at the high temperature superheater outlet 62.
図４は、図３による本発明の実施形態の変形を示し、したがってそれは同じ参照符号を有する。 FIG. 4 shows a variant of the embodiment of the invention according to FIG. 3, so that it has the same reference numerals.
この変形は、燃焼ガス浄化室７６および中温過熱域Ｓ３を内蔵する筐体Ｅ２が存在する点が図３と基本的に異なる。 This modification is fundamentally different from FIG. 3 in that there is a housing E2 in which the combustion gas purification chamber 76 and the medium-temperature superheat zone S3 are built.
実際に、発生器における燃焼は一般に、環境に悪影響を有する硫黄酸化物（ＳＯｘ）および窒素酸化物（ＮＯｘ）などの大気汚染物質を含む燃焼ガスを発生させることを本出願人は観察した。 In fact, Applicants have observed that combustion in the generator generally generates combustion gases containing atmospheric pollutants such as sulfur oxides (SOx) and nitrogen oxides (NOx) that have a negative impact on the environment.
これらの汚染物質を処理する数多くの方法が知られているが、それらのほとんどは、一般に予熱域を退出する燃焼ガスに対して低温で行うものである。しかし、窒素酸化物処理を簡素化するために、または硫黄酸化物から硫酸が凝縮するのを防止するために、これらの汚染物質は約１０００℃の高温で処理されることが好ましい。 Many methods are known for treating these contaminants, most of which are generally performed at low temperatures on the combustion gases exiting the preheat zone. However, to simplify the nitrogen oxide treatment or to prevent the sulfuric acid from condensing from the sulfur oxide, these contaminants are preferably treated at a high temperature of about 1000 ° C.
したがって、図４の変形の場合では、この副炉の作用を考慮して高水準にある燃焼ガス温度を役立てるように、脱硫室のような燃焼ガス浄化室７６が、燃焼器２４によって生成された燃焼ガスの流出口３６の後に配置される。 Therefore, in the case of the modification of FIG. 4, a combustion gas purification chamber 76 such as a desulfurization chamber is generated by the combustor 24 so as to make use of the combustion gas temperature that is at a high level in consideration of the action of the sub-furnace. It is arranged after the combustion gas outlet 36.
図３に関連して既に説明したように、「メンブレン壁」型の主炉Ｆ１が、燃焼器１２と、蒸発器２０を含む蒸発域Ｖと、高温過熱器３０および燃焼ガス流出口２２を含む高温過熱域Ｓ１とを備える。この過熱域の流出口２２は副燃焼炉Ｆ２に通じる。炉Ｆ２の燃焼器２４によって生成された燃焼ガスの流出口３６は中温過熱器７８を備える中温過熱域Ｓ３に通じ、中温過熱器７８が、管路８２によって低温過熱器３８の流出口５６に連結された流入口８０と、管路８６によって高温過熱器３０の流入口５８に連結された蒸気流出口８４とを備える。 As already described in connection with FIG. 3, the “membrane wall” type main furnace F <b> 1 includes the combustor 12, the evaporation zone V including the evaporator 20, the high temperature superheater 30 and the combustion gas outlet 22. And a high-temperature superheat zone S1. The outlet 22 in this superheated area leads to the auxiliary combustion furnace F2. The combustor 24 outlet 36 of the combustion gases produced by the furnace F2 Through the medium-temperature superheat region S3, equipped with a medium-temperature superheater 78, intermediate temperature superheater 78, connecting the outlet 56 of the low temperature superheater 38 by conduit 82 And a steam outlet 84 connected to the inlet 58 of the hot superheater 30 by a conduit 86.
この領域の流出口は、図示の実施例では脱硫室である浄化室７６と連通する。 The outlet in this region communicates with a purification chamber 76 which is a desulfurization chamber in the illustrated embodiment.
この室には少なくとも１つの吸収剤噴射器８８が装備されており、その噴射器は、この室を通過する燃焼ガスの中に吸収剤の噴流を迅速かつ均一に散布することが可能である。噴射された吸収剤は、硫黄酸化物の形成を制限するように、カルシウム類もしくはマグネシウム類、または燃焼ガス中に含まれた硫黄酸化物と反応可能な任意の他の種類でよい。噴射される吸収剤の粒径および量は、現行規則に準拠する脱硫率を実現するように当業者によって決定される。 This is the chamber has at least Tsuno吸yield agent injector 88 is equipped, the injector can be quickly and uniformly sprayed jet of absorption agent into the combustion gas passing through the chamber is there. It injected absorption agent, so as to limit the formation of sulfur oxides, calcium compounds or magnesium compounds, or sulfur oxides and may be of any other type capable of reacting contained in the combustion gases. The particle size and amount of absorption agent injected is determined by one of ordinary skill in the art to achieve a desulfurization rate that complies with current regulations.
有利なことに、この浄化室はまた、尿素またはアンモニアなどの還元剤を噴射することによって、この室を通過する燃焼ガスを脱窒するために役立つことになる。この還元剤は、吸収剤噴射器８８と同様の手段によって浄化室中に均一に散布される。 Advantageously, this purification chamber will also serve to denitrify the combustion gases passing through this chamber by injecting a reducing agent such as urea or ammonia. The reducing agent is uniformly sprayed into the clean room by the same means as the absorption agent injector 88.
吸収剤の、および／または還元剤の噴射器の数ならびに配置は、浄化室中に吸収剤および／または還元剤が適切に散布されるように当業者によって決定されよう。 The absorption agent, and / or the number and arrangement of the injector of the reducing agent will be determined by those skilled in the art as absorbed and / or reducing agents are suitably sprayed into the cleaning chamber.
この浄化室の壁は有利なことに「メンブレン壁」型の壁からなり、それらはまた、蒸発域Ｖ４を形成することによって蒸発器の中を循環する水を蒸発させる役割も果たす。 The walls of this purification chamber advantageously consist of “membrane wall” type walls, which also serve to evaporate the water circulating in the evaporator by forming an evaporation zone V4.
図３に関連して既に説明したように、浄化室の流出口９０は、低温過熱域Ｓ２と流出口４２を介して燃焼ガス処理域Ｆに通じる予熱域Ｐとに連通する。 As already explained in connection with FIG. 3, the outlet 90 of the purification chamber communicates with the low temperature superheat zone S <b> 2 and the preheating zone P that leads to the combustion gas treatment zone F via the outlet 42.
動作の間に、主炉Ｆ１によって生成された燃焼ガスは、主蒸発域Ｖを連続的に通過し、次いで高温過熱域Ｓ１を通過する。次いで、燃焼ガスの温度は、この過熱域の流出口で燃焼器２４によって高められる。この燃焼ガスは、次に中温過熱域Ｓ３を通過して浄化室７６に達し、そこで燃焼ガスは吸収剤および／または還元剤の噴射によって脱硫および／または脱窒される。このように処理された燃焼ガスは流出口９０に達し、そこから燃焼ガスは、燃焼ガス排出域Ｆに到達する前に、低温過熱域Ｓ２および予熱域Ｐに流入する。 During operation, the combustion gas produced by the main furnace F1 passes continuously through the main evaporation zone V and then passes through the hot superheat zone S1. The temperature of the combustion gas is then raised by the combustor 24 at the outlet of this superheated area. The combustion gases then pass through the medium-temperature superheat region S3, reached purifying chamber 76, where combustion gases are desulfurized and / or denitrification by injection absorption and / or reducing agents. The combustion gas processed in this way reaches the outlet 90, from which the combustion gas flows into the low temperature superheat zone S2 and the preheating zone P before reaching the combustion gas discharge zone F.
並行して、エコノマイザ４０の中に導入された水はこのエコノマイザを通過することによって加熱され、次いでそれはドラム５０に送出される。このドラム中に存在する熱水は蒸発器２０に送出され、次いでこの蒸発器からの２相の液水蒸気流体は管路７２を介してドラム５０に送出される。ドラム中に存在する蒸気は低温過熱器３８に送出され、そこから蒸気は管路８２を介して中温過熱器７８に送出される。次いで、この中温過熱器から来る蒸気は管路８６を介して高温過熱器に送出され、そこから蒸気は流出口６２および管路６４を介して退出する。 In parallel, the water introduced into the economizer 40 is heated pressurized by passing through this economizer, then it is sent to the drum 50. The hot water present in this drum is sent to the evaporator 20, and then the two-phase liquid water vapor fluid from this evaporator is sent to the drum 50 via the line 72. The steam present in the drum is sent to the low-temperature superheater 38, from which the steam is sent to the intermediate-temperature superheater 78 via the line 82. The steam coming from this intermediate temperature superheater is then delivered to the high temperature superheater via line 86 from which the steam exits via outlet 62 and line 64.
浄化室７６を通過する燃焼ガスは、この浄化室における燃焼ガスの滞留在時間にしたがって必要な脱硫率が得られるように、好ましくは６００℃と１１００℃の間の範囲の温度にある。この温度域は、この室に上で説明した還元剤噴出器が装備されていれば、燃焼ガスの脱窒も可能であることが確認できよう。 The combustion gas passing through the purification chamber 76 is preferably at a temperature in the range between 600 ° C. and 1100 ° C. so that the required desulfurization rate is obtained according to the residence time of the combustion gas in the purification chamber . This temperature range is long as the reducing agent ejector as described above is equipped in the chamber, it could ensure that it is possible also denitrification of combustion gases.
さらには、図３に関連して既に説明したように、燃焼ガスはその熱エネルギーを様々な蒸発域Ｖ、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、およびＶ４の管に伝達する。 Furthermore, as already explained in connection with FIG. 3, the combustion gas transfers its thermal energy to the tubes of the various evaporation zones V, V1, V2, V3 and V4.
この変形を示す実施例では、酸素燃焼下で動作し、かつ１２４トン／時の約４８０℃の温度まで過熱された蒸気を送出する１００ＭＷの発生器を検討する。使用された燃料は、質量パーセントで、約８４％の炭素、約９％の水素、約６％の硫黄、および約１％の窒素からなる。酸化剤の体積による組成は、約９５％の酸素、約３％の窒素、および約２％のアルゴンからなる。燃料および酸化剤の流量はそれぞれ、主燃焼炉Ｆ１では約１．２９ｋｇ／秒および４．２４ｋｇ／秒であるのに対し、副燃焼炉Ｆ２では、それらは約１．３９ｋｇ／秒および４．５６ｋｇ／秒である。 In an example illustrating this variant, consider a 100 MW generator operating under oxyfuel combustion and delivering superheated steam to a temperature of about 480 ° C. at 124 tons / hour. The fuel used consists of about 84% carbon, about 9% hydrogen, about 6% sulfur, and about 1% nitrogen by weight. The composition by volume of oxidant consists of about 95% oxygen, about 3% nitrogen, and about 2% argon. The fuel and oxidant flow rates are about 1.29 kg / sec and 4.24 kg / sec, respectively, in the main combustion furnace F1, whereas in the secondary combustion furnace F2, they are about 1.39 kg / sec and 4.56 kg. / Sec.
このような条件から、エコノマイザ４０の流入口で水の温度は１５０℃であり、エコノマイザの流出口で熱水の温度は約１８０℃であるのに対して、予熱域Ｐから上流では燃焼ガスの温度は約４５０℃であり、この領域から下流では約２５０℃である。２相の液体水蒸気流体の温度は、蒸発器２０を通過した後で、蒸発器の流出口７０で約３０５℃である。低温過熱器３８の流入口で蒸気の温度は約３０５℃であり、その流出口では３３０℃であるのに対して、低温過熱域Ｓ２から上流では燃焼ガスの温度は約７５０℃であり、この領域から下流では約４５０℃である。中温過熱器７８の流入口８０で蒸気の温度は約３３０℃であり、その流出口８４では約４２０℃であるのに対して、中温過熱域Ｓ３から上流では燃焼ガスの温度は約１３００℃であり、この領域から下流および浄化室７６の流入口では約１０００℃である。高温過熱器３０の流入口で蒸気の温度は約４２０℃であり、その流出口６２では約４８０℃であるのに対して、高温過熱域Ｓ１から上流では燃焼ガスの温度は約１３００℃であり、この過熱域から下流では約５００℃である。 From such conditions, the temperature of the water at the inlet of the economizer 40 is 0.99 ° C., while the temperature of the hot water is about 180 ° C. at the outlet of the economizer, from the preheating zone P of the combustion gas in the upstream The temperature is about 450 ° C. and about 250 ° C. downstream from this region. The temperature of the two-phase liquid steam fluid is about 305 ° C. at the evaporator outlet 70 after passing through the evaporator 20. The temperature of the steam at the inlet of the low-temperature superheater 38 is about 305 ° C. and the outlet thereof is 330 ° C., whereas the temperature of the combustion gas is about 750 ° C. upstream from the low-temperature superheat zone S2, Downstream from the region is about 450 ° C. The temperature of the steam at the inlet 80 of the intermediate temperature superheater 78 is about 330 ° C., and the temperature at the outlet 84 is about 420 ° C., whereas the temperature of the combustion gas is about 1300 ° C. upstream from the intermediate temperature superheat zone S3. There is about 1000 ° C. downstream from this region and at the inlet of the purification chamber 76. The temperature of the steam at the inlet of the high-temperature superheater 30 is about 420 ° C., and the outlet 62 thereof is about 480 ° C., whereas the temperature of the combustion gas is about 1300 ° C. upstream from the high-temperature superheat zone S1. The temperature is about 500 ° C. downstream from the superheated region.
本発明は上に説明した実施形態の実施例に限定されるものではなく、本発明はすべての変形を包含する。 The present invention is not limited to the examples of the embodiment described above, and the present invention includes all modifications.
有利なことに、窒素酸化物の排出を制限するように、酸化剤に対して過剰量の燃料で化学量論条件より下で主燃焼炉Ｆ１を動作させることが考慮可能である。 Advantageously, it is possible to consider operating the main combustion furnace F1 under stoichiometric conditions with an excess of fuel relative to the oxidant so as to limit the emission of nitrogen oxides.
このような条件下で、適切な燃焼効率を実現するために、副燃焼炉Ｆ２は、燃料に対して過剰量の酸化剤で化学量論的条件より上で動作可能である。 Under such conditions, in order to achieve adequate combustion efficiency, the secondary combustion furnace F2 can operate above stoichiometric conditions with an excess of oxidant relative to the fuel.
さらには、燃焼炉中で利用可能な熱エネルギーを考慮すると、エコノマイザなしで済ますことが可能であり、さらに現場の温度で水を受け取る蒸発器によって水を予め熱することが有利であり得る。この水は、循環する間に蒸発器の先頭部分で予熱され、次いで蒸発器の残りの部分で蒸発することになる。 Furthermore, considering the thermal energy available in the combustion furnace, it is possible to dispense with an economizer, and it may be advantageous to preheat the water by an evaporator that receives the water at the site temperature. This water will be preheated at the beginning of the evaporator during circulation and then evaporated at the rest of the evaporator.
Claims (15)
それぞれの炉が少なくとも１つの蒸発熱交換器（２０）を備え、
前記蒸気発生器は、燃焼炉（Ｆ１、Ｆ２）から来る燃焼ガスのための燃焼ガス浄化室（７６）を備え、
前記燃焼ガス浄化室（７６）は少なくとも１つの蒸発域（Ｖ４）を備える
ことを特徴とする蒸気発生器。 Having at least one combustor fuel and oxidant that is supplied, the evaporation region having a vaporization heat exchanger, a superheat region comprising overheating heat exchanger, a preheating zone comprising a preheating heat exchanger, and a recovery drum A steam generator comprising at least two continuous combustion furnaces (F1, F2),
Each furnace comprises at least one evaporative heat exchanger (20) ,
The steam generator comprises a combustion gas purification chamber (76) for the combustion gas coming from the combustion furnace (F1, F2),
The steam generator, wherein the combustion gas purification chamber (76) includes at least one evaporation zone (V4) .
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