專利名稱：具有水冷壁爐膛管屏的城市固體廢物燃料蒸汽產(chǎn)生器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種城市固體廢物燃料蒸汽產(chǎn)生器。特定來說，本發(fā)明針對具有水冷壁爐膛管屏的城市固體廢物燃料蒸汽產(chǎn)生器。此申請案主張2007年10月1日申請的美國臨時專利申請案第60/976，709號及 2007年10月20日申請的美國專利申請案第11/961，654號的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，這些專利的全 部內(nèi)容以引用方式并入本文中。
背景技術(shù)：
變廢為能轉(zhuǎn)廢為能設備通過燃燒廢物材料而在鍋爐中產(chǎn)生高能蒸汽。城市固體廢 物燃料蒸汽產(chǎn)生器使用固體城市廢物(例如垃圾)作為燃料來產(chǎn)生蒸汽。所述蒸汽通常用 于驅(qū)動高壓蒸汽汽輪機以便產(chǎn)生電或?qū)⒄羝峁┑秸羝脩簟爸鳈C”或區(qū)域供熱系統(tǒng)。當 以環(huán)境友好方式操作時，固體廢物燃料蒸汽產(chǎn)生器可同時解決兩個問題其通過減少對用 于處置處置固體廢物的垃圾填埋法的要求而有益于環(huán)境且其產(chǎn)生很需要的動力。許多蒸汽產(chǎn)生器(包含適于焚燒化石燃料、城市固體廢物及其它燃料的那些蒸汽 產(chǎn)生器)從燃燒區(qū)向下游包含過熱器。當經(jīng)過的燃燒煙氣將熱釋放到過熱器中時，所述過 熱器內(nèi)的蒸汽達到過熱狀態(tài)。此過熱蒸汽通常用于給高壓汽輪機提供動力。在這些極端溫 度中對過熱器的材料要求很高。增加煤動力蒸汽產(chǎn)生器中過熱器的壽命的一種方式是從所 述過熱器向上游包含水冷壁爐膛管屏管束。所述水冷壁爐膛管屏使相對冷的流體循環(huán)，且 借此在熱煙氣到達過熱器之前吸收來自燃燒煙氣的一些熱。此具有降低過熱器前方的爐膛 煙氣出口溫度的效應，從而延長其可用壽命。此布置最終減少腐蝕速率且顯著延長過熱器 的有用壽命并可以大致不影響總體熱效率的方式操作。然而，在城市固體廢物燃料蒸汽產(chǎn)生器中，過熱器處的燃燒煙氣比使用煤及其它 燃料的蒸汽產(chǎn)生器中的燃燒煙氣更具腐蝕性。此導致需要頻繁地修復或替換過熱器，此造 成停機時間。高度腐蝕性環(huán)境已防止了在使用城市固體廢物燃料的蒸汽產(chǎn)生器中使用水冷 壁爐膛管屏。替代地，已進行其它方法來保護過熱器，例如將成本高的合金管子及/或屏蔽 放置于燃燒煙氣的路徑中或使爐膛的總體高度更高以便減少爐膛煙道煙氣出口溫度。然 而，為在現(xiàn)有設施中減少過熱器的腐蝕，因空間限制充分增加爐膛的大小很不切實際且極 其困難。且屏蔽過熱器并不減少過熱器附近的爐膛煙道煙氣出口溫度。一般來說，認為這些常規(guī)方法及系統(tǒng)滿足其既定目的。然而，在此技術(shù)中仍保持繼 續(xù)需要適合于保護城市固體廢物燃料蒸汽產(chǎn)生器內(nèi)的過熱器的水冷壁爐膛管屏。在此技術(shù) 中還保持需要供在城市固體廢物燃料蒸汽產(chǎn)生器中使用的耐用且制造及使用成本有效的 水冷壁爐膛管屏本發(fā)明為這些問題提供解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
將在以下說明中闡明本發(fā)明的目的及優(yōu)點且本發(fā)明的目的及優(yōu)點從以下說明變 得顯而易見。將通過在本發(fā)明的書面說明及權(quán)利要求書中特別地指出的方法及系統(tǒng)并根據(jù)所述圖式來實現(xiàn)及獲得本發(fā)明的額外優(yōu)點。 為實現(xiàn)這些及其它優(yōu)點且根據(jù)本發(fā)明的目的，如本文中所體現(xiàn)，本發(fā)明包含一種 蒸汽產(chǎn)生器，其包含經(jīng)配置且適于從城市固體廢物燃料的燃燒產(chǎn)生燃燒煙氣流的爐膛。所 述蒸汽產(chǎn)生器還包含至少一個過熱器，所述過熱器安置于所述爐膛的上部部分內(nèi)、安置于 燃燒區(qū)的下游處或接近所述爐膛的后煙道安置。所述過熱器經(jīng)配置且適于通過促進所述過 熱器內(nèi)的流體與所述過熱器外的爐膛出口煙氣之間的熱傳遞來使所述過熱器內(nèi)的流體過 熱。至少一個水冷壁爐膛管屏從所述過熱器向上游安置于所述爐膛內(nèi)。所述水冷壁爐膛管 屏經(jīng)配置且適于通過促進所述水冷壁爐膛管屏內(nèi)的流體與所述水冷壁爐膛管屏外的爐膛 出口煙氣之間的熱傳遞來降低所述過熱器處的爐膛出口煙氣溫度。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，至少一個過熱器與水冷壁爐膛管屏優(yōu)選地作為熱力液力 回路的一部分而彼此流體連通。在另一優(yōu)選實施例中，水冷壁爐膛管屏定位于所述爐膛內(nèi) 以允許到達所述過熱器的維修通路。所述水冷壁爐膛管屏可進一步包含機械構(gòu)件，所述機 械構(gòu)件以可操作方式連接到所述水冷壁爐膛管屏以使所述管屏在操作期間振動并減少所 述管屏的外部表面上的殘留物堆積。本發(fā)明還涵蓋，所述水冷壁爐膛管屏可包含經(jīng)配置且 適于容納外部供應集管箱的熱膨脹及撓曲的管道集管箱膨脹環(huán)。本發(fā)明還包含一種供在城市固體廢物燃料蒸汽產(chǎn)生器中使用的水冷壁爐膛管屏。 所述水冷壁爐膛管屏優(yōu)選地包含管子管束，所述管子管束配置有隔膜構(gòu)造且適于促進在所 述管子內(nèi)循環(huán)的流體與在所述管子外經(jīng)過的爐膛出口煙氣流之間的熱傳遞。所述管子管束 包含抗腐蝕材料。所述抗腐蝕材料可包含安置于所述管子管束的外部表面上的覆蓋層。所述覆蓋層 優(yōu)選地包含Inconel 合金。所述覆蓋層可包含Inconel 625。在優(yōu)選實施例中，所述水冷壁 爐膛管屏可經(jīng)配置且適于定位于所述爐膛內(nèi)以允許到達所述過熱器的維修通路。不像典型 水冷壁管屏那樣直接放置在過熱器前方，遠離過熱器放置水冷壁爐膛管屏也是此發(fā)明的意 圖。尤其當過熱器性能與來自爐膛燃燒過程的輻射熱及明亮光無關(guān)時，在數(shù)英尺遠處定位 水冷壁爐膛管屏很重要。水冷壁爐膛管屏打算適合供在新的蒸汽產(chǎn)生設備中使用。根據(jù)本發(fā)明的一種蒸汽 產(chǎn)生設備包含經(jīng)配置且適于從城市固體廢物燃料的燃燒產(chǎn)生燃燒煙氣流的爐膛。至少一個 過熱器安置于所述爐膛的上部部分或后煙道內(nèi)或接近所述爐膛的上部部分或后煙道安置。 所述過熱器經(jīng)配置且適于促進所述過熱器內(nèi)的流體與所述過熱器外的爐膛出口煙氣之間 的熱傳遞。至少一個水冷壁爐膛管屏從所述過熱器向上游安置于所述爐膛內(nèi)。所述水冷壁 爐膛管屏經(jīng)配置且適于通過促進所述水冷壁爐膛管屏內(nèi)的流體與所述過熱器及水冷壁爐 膛管屏外的爐膛出口煙氣之間的熱傳遞來降低所述過熱器處的爐膛出口煙氣溫度。蒸汽動 力系統(tǒng)與所述過熱器流體連通。本發(fā)明涵蓋，所述蒸汽動力系統(tǒng)可包含高壓汽輪機。本發(fā)明還涵蓋，所述蒸汽動力 系統(tǒng)可包含蒸汽主機或區(qū)域供熱系統(tǒng)。所述至少一個過熱器與水冷壁爐膛管屏可作為熱力 液力回路的一部分而彼此流體連通。本發(fā)明進一步包含一種用于在城市固體廢物燃料蒸汽產(chǎn)生器的熱力液力回路中 產(chǎn)生蒸汽的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包含至少一個過熱器，所述過熱器經(jīng)配置且適于促進所述過熱 器內(nèi)的流體與所述過熱器外的爐膛出口煙氣之間的熱傳遞。汽包與所述過熱器流體連通以用于將水蒸氣與液體分開以將飽和蒸汽供應到所述過熱器。至少一個水冷壁爐膛管屏與所述汽包流體連通。所述水冷壁爐膛管屏經(jīng)配置且適于通過促進所述水冷壁爐膛管屏內(nèi)的流 體與所述過熱器外的爐膛出口煙氣之間的熱傳遞來降低所述過熱器處的爐膛出口煙氣溫 度。所述水冷壁爐膛管屏包含安置于所述水冷壁爐膛管屏的外表面上的抗腐蝕覆蓋層。本發(fā)明進一步涵蓋，本發(fā)明還包含一種減少城市固體廢物燃料蒸汽產(chǎn)生器中過熱 器的腐蝕的方法。所述方法包含在過熱器的上游處提供水冷壁爐膛管屏，其中所述水冷壁 爐膛管屏經(jīng)配置且適于通過促進所述水冷壁爐膛管屏內(nèi)的流體與所述水冷壁爐膛管屏外 的爐膛出口煙氣之間的熱傳遞來降低所述過熱器處的爐膛出口煙氣溫度。所述方法還包含 使流體循環(huán)穿過所述水冷壁爐膛管屏中的管子管束以冷卻所述過熱器外的爐膛出口煙氣 流。根據(jù)本發(fā)明還涵蓋一種改裝城市固體廢物燃料蒸汽產(chǎn)生器以減少過熱器的腐蝕 的方法。所述方法包含提供水冷壁爐膛管屏，所述水冷壁爐膛管屏經(jīng)配置且適于通過促進 所述水冷壁爐膛管屏內(nèi)的流體與所述過熱器外的爐膛出口煙氣之間的熱傳遞來降低城市 固體廢物燃料蒸汽產(chǎn)生器中過熱器處的爐膛出口煙氣溫度。開辟穿過所述蒸汽產(chǎn)生器的上 部爐膛頂及至少一個爐膛壁的通路。穿過所述上部爐膛頂及至少一個爐膛壁安裝所述水冷 壁爐膛管屏。所述方法還包含將所述水冷壁爐膛管屏以可操作方式連接到所述蒸汽產(chǎn)生器 的汽包。所述改裝方法可進一步包含測量現(xiàn)有城市固體廢物燃料蒸汽產(chǎn)生器內(nèi)的溫度，其 中所述提供水冷壁爐膛管屏的步驟包含基于在所述現(xiàn)有城市固體廢物燃料蒸汽產(chǎn)生器中 所測量的溫度來配置所述水冷壁爐膛管屏以減少所述過熱器的腐蝕。根據(jù)本發(fā)明，還存在一種增強城市固體廢物燃料蒸汽產(chǎn)生器中的NOx控制的方法。 所述方法包含提供爐膛，所述爐膛經(jīng)配置且適于從城市固體廢物燃料的燃燒產(chǎn)生爐膛出口 煙氣流，所述爐膛具有接近后煙道安置或安置于燃燒區(qū)的下游處的至少一個過熱器，且至 少一個水冷壁爐膛管屏從所述過熱器向上游安置于所述爐膛內(nèi)。操作所述爐膛以從所述過 熱器產(chǎn)生蒸汽。所述方法進一步包含通過使流體循環(huán)穿過所述至少一個水冷壁爐膛管屏以 降低所述過熱器處的爐膛出口煙氣溫度來增強NOx還原。一種降低對城市固體廢物燃料蒸汽產(chǎn)生器中的NOx的選擇性非催化還原(SNCR) 的反應物要求的方法也涵蓋為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。此方法包含提供爐膛，所述爐膛經(jīng)配置 且適于從城市固體廢物燃料的燃燒產(chǎn)生爐膛出口煙氣流，其在所述爐膛內(nèi)為SNCR提供增 強的及穩(wěn)定的溫度環(huán)境，所述爐膛具有接近后煙道安置或安置于燃燒區(qū)的下游處的至少一 個過熱器，且至少一個水冷壁爐膛管屏從所述過熱器向上游安置于所述爐膛內(nèi)。提供選擇 性非催化還原系統(tǒng)，其以可操作方式連接以減少來自爐膛出口煙氣的NOx排放。所述方法 包含操作所述爐膛以從所述過熱器產(chǎn)生蒸汽且通過使所述爐膛出口煙氣與所需量的反應 物起反應來操作所述選擇性非催化還原系統(tǒng)以將NOx排放減少到可接受的限制內(nèi)。所述方 法還包含通過使流體循環(huán)穿過所述至少一個水冷壁爐膛管屏以降低所述過熱器處的爐膛 出口煙氣溫度來減少所述所需量的反應物的步驟。本發(fā)明涵蓋，所述反應物可以是尿素、氨 或任何其它適合的反應物。還可將所述方法與選擇性催化還原系統(tǒng)(SCR) —起使用。應理解，前述一般說明及以下具體實施方式
兩者均為實例性說明，且均打算提供 對所主張的發(fā)明的進一步解釋。包含并入到此說明書中并構(gòu)成其一部分的所附圖式以圖解說明本發(fā)明的方法及系統(tǒng)并提供對本發(fā)明的方法及裝置的進一步理解。所述圖式連同說明 一起用于解釋本發(fā)明的原理。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的蒸汽產(chǎn)生器的第一代表性實施例的一部分的橫截面?zhèn)让嬲?視圖，其顯示爐膛、水冷壁爐膛管屏、過熱器及鍋爐管束。圖2是根據(jù)本發(fā)明的圖1的蒸汽產(chǎn)生器的橫截面平面圖，其顯示水冷壁爐膛管屏 及過熱器相對于汽包的位置。圖3是根據(jù)本發(fā)明的圖1的蒸汽產(chǎn)生器的橫截面平面圖，其顯示水冷壁爐膛管屏、 過熱器及鍋爐管束相對于鍋爐后煙道的位置。圖4是根據(jù)本發(fā)明的圖1的蒸汽產(chǎn)生器的橫截面前面正視圖，其顯示管道中用于 容納熱膨脹及壓縮的彎曲。
具體實施例方式現(xiàn)將詳細地參考本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其實例圖解說明于所附圖式中。將結(jié)合對 所述系統(tǒng)的詳細說明來描述本發(fā)明的方法及對應步驟。本文中所提出的裝置及方法可用于 減少城市固體廢物燃料蒸汽產(chǎn)生器中過熱器的腐蝕。本發(fā)明極適合于降低爐膛出口煙氣溫 度并改善爐膛煙氣流動分布。大體參考這些圖，其中在所有這數(shù)個圖中，相同編號表示相同元件，圖1顯示根據(jù) 本發(fā)明的用于從燃燒城市固體廢物作為燃料來產(chǎn)生蒸汽的蒸汽產(chǎn)生器的實例性實施例的 橫截面?zhèn)让嬲晥D，將其表示為100。如將描述，在圖2到4中提供根據(jù)本發(fā)明的蒸汽產(chǎn)生 器的其它實施例或其若干方面。根據(jù)本發(fā)明，蒸汽產(chǎn)生器包含經(jīng)配置且適于從城市固體廢物燃料的燃燒產(chǎn)生燃燒 煙氣流的爐膛。至少一個過熱器安置于所述爐膛的上部部分內(nèi)、安置于燃燒區(qū)的下游處或 接近其后煙道安置。所屬領域的技術(shù)人員將易于了解所述過熱器的其它適合的位置。所述 過熱器經(jīng)配置且適于通過促進所述過熱器內(nèi)的流體與所述過熱器外的爐膛出口煙氣之間 的熱傳遞來使所述過熱器內(nèi)的流體過熱。至少一個水冷壁爐膛管屏從所述過熱器向上游安 置于所述爐膛內(nèi)。所述水冷壁爐膛管屏經(jīng)配置且適于通過促進所述水冷壁爐膛管屏內(nèi)的流 體與所述水冷壁爐膛管屏外的爐膛出口煙氣之間的熱傳遞來降低所述過熱器處的爐膛出 口煙氣溫度。出于圖解說明而非限制目的，如本文中所體現(xiàn)且如圖1中所描繪，城市固體廢物 燃料爐膛102通過燃燒固體廢物作為燃料來產(chǎn)生燃燒煙氣流。舉例來說，所述固體廢物可 以是垃圾或其它廢物材料。所述燃燒煙氣向上流動到上部爐膛104中，在所述上部爐膛中 其穿過過熱器108而轉(zhuǎn)向。從后煙道114向下游，鍋爐管束110包含納含水/蒸汽混合物的管子。當經(jīng)過的 燃燒煙氣與穿過鍋爐管束110的管子壁的水交換熱時，進入鍋爐管束110的水被轉(zhuǎn)變成飽 和蒸汽。所述飽和蒸汽經(jīng)過汽包112且進入到過熱器108中。過熱器108從鍋爐管束110 向上游定位，且因此位于上部爐膛104的較熱部分中。進入過熱器108飽和蒸汽通過穿過 過熱器108的管子壁與退出爐膛的燃燒煙氣交換熱而過熱。舉例來說，所述過熱蒸汽可然后通過經(jīng)過高壓蒸汽汽輪機或通過被分布到蒸汽主機或區(qū)域供熱系統(tǒng)而被用作動力源。上部爐膛104內(nèi)的燃燒煙氣因使用城市固體廢物作為燃料而尤其具有腐蝕性。在典型城市固體廢物燃料蒸汽產(chǎn)生器中，腐蝕性環(huán)境可快速地使過熱器的金屬管子腐蝕。然 而，本文中所提供的過熱器108比已知城市固體廢物蒸汽產(chǎn)生器中的過熱器經(jīng)歷顯著較少 的腐蝕。此腐蝕降低可歸因于水冷壁爐膛管屏106，所述水冷壁爐膛管屏從過熱器108向 上游定位。水冷壁爐膛管屏106包含具有流動水的管子。隨著燃燒煙氣在水冷壁爐膛管屏 106外經(jīng)過，一些熱與水冷壁爐膛管屏106的管子中的水進行交換。此預加熱水，且甚至可 將一些或全部水轉(zhuǎn)變成蒸汽，所述蒸汽經(jīng)過汽包112。同時，爐膛出口煙氣的溫度降低以使 得過熱器108的外部溫度顯著低于在不具有水冷壁爐膛管屏106的情況下過熱器108的外 部溫度。過熱器108的管子周圍的較低溫度大致降低燃燒煙氣對過熱器108的腐蝕作用， 此顯著增加過熱器108的可用壽命。水冷壁管屏106優(yōu)選地在每一對鄰近管子之間包含隔膜。所述隔膜優(yōu)選地為鋼， 然而也可使用任何適合的材料。所述隔膜在對流動或管屏106的熱傳遞特性無顯著的負面 效應的情況下給予管屏106額外剛性?？赏ㄟ^使用抗腐蝕材料來防止水冷壁爐膛管屏106免遭上部爐膛104的腐蝕性環(huán) 境。可在水冷壁爐膛管屏106的管子上使用保護性覆蓋層來減少腐蝕磨損。在本文中所 述的應用中，鎳合金極尤其適合于用作覆蓋層?？稍诟采w層中用于水冷壁爐膛管屏106的 商業(yè)合金包含可從美國西佛吉尼亞州(West Virginia)漢廷頓(Huntington)的金屬公司 (Metals Corporation)購得的Inconel 合金。Inconel 625為極尤其適合的覆蓋層材料。 然而，所屬領域的技術(shù)人員將易于了解，可在不背離本發(fā)明的精神及范圍的情況下使用任 何其它適合的覆蓋層材料。此外，所屬領域的技術(shù)人員將易于了解，可在不背離本發(fā)明的精 神及范圍的情況下全部從抗腐蝕材料制造水冷壁爐膛管屏106的管子管束。水冷壁爐膛管屏106、過熱器108及鍋爐管束110為單個熱力液力回路的全部部 分。液態(tài)水自然地(或借助任何其它適合的構(gòu)件)循環(huán)穿過水冷壁爐膛管屏106，如上所 述，在所述水冷壁爐膛管屏處將熱添加到水。水還經(jīng)過鍋爐管束110，在所述鍋爐管束處添 加熱以將液態(tài)水轉(zhuǎn)變成飽和蒸汽。來自水冷壁爐膛管屏106及鍋爐管束110的蒸汽及/或 水在汽包112中混合，所述汽包將蒸汽與液態(tài)水分開并以此技術(shù)中所已知的方式將蒸汽傳 遞到過熱器108中。在過熱器108中，如上所述，添加額外熱以使所述蒸汽過熱。如上所述， 所述蒸汽然后(例如)在高壓蒸汽汽輪機中用于產(chǎn)生機械動力或用于分布到蒸汽主機或區(qū) 域供熱系統(tǒng)。所述汽輪機或供熱系統(tǒng)耗盡來自所述蒸汽的相當大量的能量，所述蒸汽然后 被液化回成液態(tài)水。所述液態(tài)水被泵送或以其它方式循環(huán)回到鍋爐汽包112、水冷壁爐膛管 屏106及鍋爐管束110中以繼續(xù)所述循環(huán)。雖然在上文已將蒸汽產(chǎn)生器100描述為包含單個閉合熱力液力回路，但所屬領域 的技術(shù)人員將易于了解水冷壁爐膛管屏106可為單獨回路的一部分。蒸汽產(chǎn)生器100也可 操作為開放回路而非閉合回路，在此情況下，液態(tài)水可從外部源供應到水冷壁爐膛管屏106 及/或鍋爐管束110，且可在用于汽輪機或供熱系統(tǒng)中之后返回到環(huán)境。此外，雖然在上文 已將水冷壁爐膛管屏106及鍋爐管束110描述為并列操作，但所屬領域的技術(shù)人員將易于 了解怎樣將其串列操作。所屬領域的技術(shù)人員將易于了解，可在不背離本發(fā)明的精神及范 圍的情況下實踐對熱力液力回路的這些及其它適合的變化。
圖2及3顯示蒸汽產(chǎn)生器100的不同橫截面的平面圖。圖2顯示包含汽包112的 橫截面。圖3顯示穿過后煙道114的橫截面。兩個視圖均顯示水冷壁爐膛管屏106之間的 間距。此配置允許在不需要移除水冷壁爐膛管屏106的情況下(例如穿過過熱器108與水 冷壁爐膛管屏106之間的空間)到達過熱器108及水冷壁爐膛管屏106的維修通路。所屬 領域的技術(shù)人員將易于了解，可在不背離本發(fā)明的精神及范圍的情況下使用任何適合的配 置來允許進入過熱器。圖4顯示蒸汽產(chǎn)生器100的正面正視圖。水冷壁爐膛管屏106連接到共用供應集 管箱管布置118，所述共用供應集管箱管布置包含管子彎頭及集管箱管道膨脹環(huán)，所述膨脹 環(huán)用于使每一水冷壁爐膛管屏容納水冷壁爐膛管屏106內(nèi)的熱膨脹及收縮。所屬領域的技 術(shù)人員將易于了解，可在不背離本發(fā)明的精神及范圍的情況下使用用于容納熱膨脹及收縮 的任何適合的配置。
另外，機械裝置116可放置于水冷壁爐膛管屏106的外部表面上。在操作中，振動 助卷機(vibrating wrapper)或其它適合的裝置可移除水冷壁爐膛管屏106的外部表面上 的殘留物堆積或防止水冷壁爐膛管屏106的外部表面上的殘留物堆積的形成。所屬領域的 技術(shù)人員將易于了解，振動構(gòu)件為任選構(gòu)件且可在不背離本發(fā)明的精神及范圍的情況下使 用任何適合的機械或振動構(gòu)件。進一步根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于減少城市固體廢物燃料蒸汽產(chǎn)生器中過熱器的 腐蝕的方法。所述方法包含在過熱器的上游處提供水冷壁爐膛管屏。所述水冷壁爐膛管屏 經(jīng)配置且適于通過促進所述水冷壁爐膛管屏內(nèi)的流體與所述過熱器外的爐膛出口煙氣之 間的熱傳遞來降低所述過熱器處的爐膛出口煙氣溫度。所述方法還包含使流體循環(huán)穿過所 述水冷壁爐膛管屏中的管子管束以冷卻所述管子外的爐膛出口煙氣流。出于圖解說明而非限制目的，如本文中所體現(xiàn)且如圖1到4中所描繪，可如下減少 城市固體廢物燃料蒸汽產(chǎn)生器中過熱器管子的腐蝕。在從城市固體廢物的燃燒產(chǎn)生燃燒煙 氣流的蒸汽產(chǎn)生器(例如，100)的上部爐膛(例如，104)中的過熱器(例如，108)的上游處 提供水冷壁爐膛管屏(例如，106)。如上所述，所述水冷壁爐膛管屏經(jīng)配置且適于降低爐膛 出口煙氣溫度。所述方法進一步包含使流體循環(huán)穿過所述水冷壁爐膛管屏中的管子管束以 冷卻在所述水冷壁爐膛管屏外經(jīng)過的所述爐膛出口煙氣流。因此，當爐膛出口煙氣到達過 熱器時，溫度被降低且對所述過熱器的外表面的腐蝕作用顯著減少。本發(fā)明還包含一種改裝城市固體廢物燃料蒸汽產(chǎn)生器以減少過熱器的腐蝕的方 法。所述方法包含提供水冷壁爐膛管屏，所述水冷壁爐膛管屏經(jīng)配置且適于通過促進所述 水冷壁爐膛管屏內(nèi)的流體與在所述過熱器外退出爐膛的燃燒煙氣之間的熱傳遞來降低城 市固體廢物燃料蒸汽產(chǎn)生器中過熱器處的爐膛出口煙氣溫度。所述方法進一步包含開辟穿 過所述蒸汽產(chǎn)生器的上部爐膛的頂及至少一個爐膛壁的通路，穿過所述上部爐膛頂及爐膛 壁安裝所述水冷壁爐膛管屏且將所述水冷壁爐膛管屏以可操作方式連接到所述蒸汽產(chǎn)生 器的汽包。出于圖解說明而非限制目的，且如圖1到4中所示，可改裝具有至少一個水冷壁爐 膛管屏(例如，管屏106)的現(xiàn)有城市固體廢物燃料蒸汽產(chǎn)生器以便減少對過熱器的腐蝕。 現(xiàn)有城市固體廢物燃料蒸汽產(chǎn)生器的大小及配置視設備而不同，因此常常需要測量現(xiàn)有蒸 汽產(chǎn)生器內(nèi)的操作溫度以提供在配置供在改裝中使用的水冷壁爐膛管屏中有用的數(shù)據(jù)。所屬領域的技術(shù)人員將易于了解怎樣取得這些測量結(jié)果并應用所述測量結(jié)果來配置根據(jù)本發(fā)明的水冷壁爐膛管屏。如上所述，一旦制備了所述水冷壁爐膛管屏，便必須在所述上部爐膛頂及至少一 個爐膛壁位置上開辟通路以允許所述水冷壁爐膛管屏在所述上部爐膛中被安裝于適合于 減少對過熱器的腐蝕的位置中。必須將所述水冷壁爐膛管屏的流體通道連接到所述蒸汽產(chǎn) 生器的熱力/液力回路。通常，如上所述，此涉及將所述水冷壁爐膛管屏連接到所述上部爐 膛中的汽包。所屬領域的技術(shù)人員將易于了解，可在不背離本發(fā)明的精神及范圍的情況下 基于個別蒸汽產(chǎn)生器設計來實踐所述改裝過程的其它適合的變化。當與已知城市固體廢物燃料蒸汽產(chǎn)生器相比較時，上述回路在大致不影響蒸汽產(chǎn) 生器100的熱效率的情況下減少過熱器108的腐蝕。此外，具有水冷壁爐膛管屏106的蒸 汽產(chǎn)生器100的所述配置提供勝于已知城市固體廢物燃料蒸汽產(chǎn)生器的經(jīng)減少的爐膛出 口煙氣溫度及經(jīng)改善的爐膛出口煙氣流動分布。上文已提及，對城市固體廢物燃料蒸汽產(chǎn)生器中過熱器的腐蝕問題的一個傳統(tǒng)方 式是僅增加上部爐膛的高度以減少過熱器處的溫度。替代增加爐膛高度可使用蒸汽產(chǎn)生器 100。因此，如果根據(jù)本發(fā)明改裝現(xiàn)有爐膛，那么便產(chǎn)生顯著的空間節(jié)省。在其中增加爐膛 的大小因空間限制而不可能或不切實際的情況下，根據(jù)本發(fā)明改裝爐膛仍然是可能的。除減少過熱器腐蝕的既定結(jié)果外，本發(fā)明已提供了多種未預見到的有益結(jié)果。已 證明，根據(jù)本發(fā)明的水冷壁爐膛管屏改善爐膛的熱性能。在將尿素用于NOx還原(如此技 術(shù)中所已知，借助例如選擇性非催化還原(SNCR)等方法)的城市固體廢物燃料爐膛中，使 用水冷壁爐膛管屏已在無損于NOx排放的情況下將尿素要求減少了多達40%。所屬領域的 技術(shù)人員將了解此量視地點而不同。本發(fā)明還可有益地用于借助選擇性催化還原(SCR)的 系統(tǒng)中。此外，所屬領域的技術(shù)人員還將了解，隨著對尿素要求的減少，可使用高于所述要 求的額外尿素來進一步將NOx減少到低于所需含量。額外未預見到的結(jié)果是使用根據(jù)本發(fā)明的水冷壁爐膛管屏的城市固體廢物燃料 蒸汽產(chǎn)生單元在兩次清潔之間的操作周期可長于普通周期高達33%，所述清潔周期視地點 而不同。這是顯著的益處，因為城市固體廢物燃料蒸汽產(chǎn)生器的清潔過程很昂貴且因各種 所燃燒的材料而很棘手。另外，已證明，蒸汽產(chǎn)生器的清潔更容易且因使用根據(jù)本發(fā)明的水 冷壁爐膛管屏而使得清潔速度比以往快高達50%。容易清潔是因為灰燼及殘留物因存在水 冷壁爐膛管屏而導致的組成改變。如上所述且如這些圖式中所示，本發(fā)明的方法及系統(tǒng)實現(xiàn)對過熱器具有減少的腐 蝕作用的城市固體廢物燃料蒸汽產(chǎn)生器。所屬領域的技術(shù)人員將顯而易見，可在不背離本 發(fā)明的精神及范圍的情況下對本發(fā)明的裝置及方法做出各種修改及變化。因此，本發(fā)明打 算包含屬于所述權(quán)利要求書及其等效內(nèi)容的范圍內(nèi)的修改及變化。
權(quán)利要求
一種蒸汽產(chǎn)生器，其包括a)爐膛，其經(jīng)配置且適于從城市固體廢物燃料的燃燒產(chǎn)生爐膛出口煙氣流；b)至少一個過熱器，其安置于所述爐膛的燃燒區(qū)的下游處，所述過熱器經(jīng)配置且適于通過促進所述過熱器內(nèi)的流體與所述過熱器外的爐膛出口煙氣之間的熱傳遞來使所述過熱器內(nèi)的流體過熱；及c)至少一個水冷壁爐膛管屏，其從所述過熱器向上游安置于所述爐膛內(nèi)，所述水冷壁爐膛管屏經(jīng)配置且適于通過促進所述水冷壁爐膛管屏內(nèi)的流體與所述水冷壁爐膛管屏外的爐膛出口煙氣之間的熱傳遞來降低所述過熱器處的爐膛出口煙氣溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽產(chǎn)生器，其中至少一個過熱器與水冷壁爐膛管屏作為熱 力液力回路的一部分而彼此流體連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽產(chǎn)生器，其進一步包括安置于所述水冷壁爐膛管屏的外 表面上的抗腐蝕覆蓋層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的蒸汽產(chǎn)生器，其中所述覆蓋層包含Inconel 合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的蒸汽產(chǎn)生器，其中所述覆蓋層包含Inconel 625。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽產(chǎn)生器，其中所述至少一個水冷壁爐膛管屏定位于所述 爐膛內(nèi)以允許到達所述過熱器的維修通路。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽產(chǎn)生器，其進一步包括機械構(gòu)件，所述機械構(gòu)件以可操 作方式連接到所述至少一個水冷壁爐膛管屏以使所述管屏在操作期間振動并減少所述管 屏的外部表面上的殘留物堆積。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽產(chǎn)生器，其中所述至少一個水冷壁爐膛管屏集管箱管道 包含經(jīng)配置且適于通過撓曲來容納熱膨脹的膨脹環(huán)。
9.一種供在城市固體廢物燃料蒸汽產(chǎn)生器中使用的水冷壁爐膛管屏，所述水冷壁爐膛 管屏包括a)管子管束，其配置有隔膜構(gòu)造且適于促進在所述管子內(nèi)循環(huán)的流體與在所述管子外 經(jīng)過的爐膛出口煙氣流之間的熱傳遞，其中所述管子管束包含抗腐蝕材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的水冷壁爐膛管屏，其中所述抗腐蝕材料包含安置于所述管 子管束的外部表面上的覆蓋層，所述覆蓋層包含Inconel 合金。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的水冷壁爐膛管屏，其中所述覆蓋層包含Inconel 625。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的水冷壁爐膛管屏，其中所述水冷壁爐膛管屏經(jīng)配置且適于 被定位于所述爐膛內(nèi)以允許到達所述過熱器的維修通路。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的水冷壁爐膛管屏，其中所述水冷壁爐膛管屏包含經(jīng)配置且 適于通過撓曲來容納熱膨脹的集管箱管道膨脹環(huán)。
14.一種蒸汽產(chǎn)生設備，其包括a)爐膛，其經(jīng)配置且適于從城市固體廢物燃料的燃燒產(chǎn)生爐膛出口煙氣流；b)至少一個過熱器，其安置于所述爐膛的燃燒區(qū)的下游處，所述過熱器經(jīng)配置且適于 促進所述過熱器內(nèi)的流體與所述過熱器外的爐膛出口煙氣之間的熱傳遞；c)至少一個水冷壁爐膛管屏，其從所述過熱器向上游安置于所述爐膛內(nèi)，所述水冷壁 爐膛管屏經(jīng)配置且適于通過促進所述水冷壁爐膛管屏內(nèi)的流體與所述過熱器外的爐膛出 口煙氣之間的熱傳遞來降低所述過熱器處的爐膛出口煙氣溫度；及d)蒸汽動力系統(tǒng)，其與所述過熱器流體連通。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的蒸汽產(chǎn)生設備，其中所述蒸汽動力系統(tǒng)包含高壓汽輪機。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的蒸汽產(chǎn)生設備，其中所述蒸汽動力系統(tǒng)包含蒸汽主機。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的蒸汽產(chǎn)生設備，其中所述蒸汽動力系統(tǒng)包含區(qū)域供熱系統(tǒng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的蒸汽產(chǎn)生設備，其中至少一個過熱器與水冷壁爐膛管屏作 為熱力液力回路的一部分而彼此流體連通。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的蒸汽產(chǎn)生設備，其進一步包括安置于所述至少一個水冷壁 爐膛管屏的外表面上的抗腐蝕覆蓋層。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的蒸汽產(chǎn)生設備，其中所述覆蓋層包括Inconel 合金。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的蒸汽產(chǎn)生設備，其中所述覆蓋層包括InCOnel 625。
22.根據(jù)權(quán)利要求14所述的蒸汽產(chǎn)生設備，其中所述至少一個水冷壁爐膛管屏定位于 所述爐膛內(nèi)以允許到達所述過熱器的維修通路。
23.根據(jù)權(quán)利要求14所述的蒸汽產(chǎn)生設備，其中所述至少一個水冷壁爐膛管屏包含經(jīng) 配置且適于通過撓曲來容納熱膨脹的集管箱管道膨脹環(huán)。
24.根據(jù)權(quán)利要求14所述的蒸汽產(chǎn)生設備，其進一步包括機械構(gòu)件，所述機械構(gòu)件以 可操作方式連接到所述至少一個水冷壁爐膛管屏以使所述管屏在操作期間振動并減少所 述管屏的外部表面上的殘留物堆積。
25.一種用于在城市固體廢物燃料蒸汽產(chǎn)生器的熱力液力回路中產(chǎn)生蒸汽的系統(tǒng)，所 述系統(tǒng)包括a)至少一個過熱器，其經(jīng)配置且適于促進所述過熱器內(nèi)的流體與所述過熱器外的爐膛 出口煙氣之間的熱傳遞；b)汽包，其與所述過熱器流體連通以用于將水蒸氣與液體分開以將飽和蒸汽供應到所 述過熱器；及c)至少一個水冷壁爐膛管屏，其與所述汽包流體連通，所述水冷壁爐膛管屏經(jīng)配置且 適于通過促進所述水冷壁爐膛管屏內(nèi)的流體與所述過熱器外的爐膛出口煙氣之間的熱傳 遞來降低所述過熱器處的爐膛出口煙氣溫度，所述水冷壁爐膛管屏包含安置于所述水冷壁 爐膛管屏的外表面上的抗腐蝕覆蓋層。
26.一種改裝城市固體廢物燃料蒸汽產(chǎn)生器以減少過熱器的腐蝕的方法，所述方法包括a)提供水冷壁爐膛管屏，所述水冷壁爐膛管屏經(jīng)配置且適于通過促進所述水冷壁爐膛 管屏內(nèi)的流體與所述過熱器外的爐膛出口煙氣之間的熱傳遞來降低城市固體廢物燃料蒸 汽產(chǎn)生器中的過熱器處的爐膛出口煙氣溫度；b)開辟穿過所述蒸汽產(chǎn)生器的上部爐膛頂及至少一個爐膛壁的通路；c)穿過所述上部爐膛頂及至少一個爐膛壁安裝所述水冷壁爐膛管屏；及d)將所述水冷壁爐膛管屏以可操作方式連接到所述蒸汽產(chǎn)生器的汽包。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的改裝城市固體廢物燃料蒸汽產(chǎn)生器的方法，其中所述提供 水冷壁爐膛管屏的步驟包含提供在其外表面上安置有Inconel 625覆蓋層的水冷壁爐膛管 屏。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的改裝城市固體廢物燃料蒸汽產(chǎn)生器的方法，其進一步包括a)測量現(xiàn)有城市固體廢物燃料蒸汽產(chǎn)生器內(nèi)的溫度；b)其中所述提供水冷壁爐膛管屏的步驟包含基于在所述現(xiàn)有城市固體廢物燃料蒸汽 產(chǎn)生器中所測量的所述溫度來配置所述水冷壁爐膛管屏以減少所述過熱器的腐蝕。
29.一種增強城市固體廢物燃料蒸汽產(chǎn)生器中的NOx控制的方法，其包括如下步驟a)提供爐膛，所述爐膛經(jīng)配置且適于從城市固體廢物燃料的燃燒產(chǎn)生爐膛出口煙氣 流，所述爐膛具有安置于所述爐膛的燃燒區(qū)的下游處的至少一個過熱器及從所述過熱器向 上游安置于所述爐膛內(nèi)的至少一個水冷壁爐膛管屏；b)操作所述爐膛以從所述過熱器產(chǎn)生蒸汽；及c)通過使流體循環(huán)穿過所述至少一個水冷壁爐膛管屏以降低所述過熱器處的爐膛出 口煙氣溫度來增強NOx還原。
30.一種降低對城市固體廢物燃料蒸汽產(chǎn)生器中的NOx的選擇性非催化還原的反應物 要求的方法，其包括如下步驟a)提供爐膛，所述爐膛經(jīng)配置且適于從城市固體廢物燃料的燃燒產(chǎn)生爐膛出口煙氣 流，所述爐膛具有安置于所述爐膛的燃燒區(qū)的下游處的至少一個過熱器及從所述過熱器向 上游安置于所述爐膛內(nèi)的至少一個水冷壁爐膛管屏；b)提供以可操作方式連接以減少來自爐膛出口煙氣的NOx排放的選擇性非催化還原系統(tǒng)；c)操作所述爐膛以從所述過熱器產(chǎn)生蒸汽；d)通過使所述爐膛出口煙氣與所需量的反應物起反應來操作所述選擇性非催化還原 系統(tǒng)以將NOx控制增強到可接受的限制內(nèi)；及e)通過使流體循環(huán)穿過所述至少一個水冷壁爐膛管屏以降低所述過熱器處的爐膛出 口煙氣溫度來減少所述所需量的反應物。
31.如權(quán)利要求30所述的降低反應物要求的方法，其中所述反應物包含尿素。
32.如權(quán)利要求30所述的降低反應物要求的方法，其中所述反應物包含氨。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種蒸汽產(chǎn)生器，其包含經(jīng)配置且適于從城市固體廢物燃料的燃燒產(chǎn)生爐膛出口煙氣流的爐膛。至少一個過熱器安置于所述爐膛的上部部分或后煙道內(nèi)。所述過熱器經(jīng)配置且適于通過促進所述過熱器內(nèi)的流體與所述過熱器外的爐膛出口煙氣之間的熱傳遞來使所述過熱器內(nèi)的流體過熱。至少一個水冷壁爐膛管屏從所述過熱器向上游安置于所述爐膛內(nèi)，所述水冷壁爐膛管屏經(jīng)配置且適于通過促進所述水冷壁爐膛管屏內(nèi)的流體與所述水冷壁爐膛管屏外的爐膛出口煙氣之間的熱傳遞來降低所述過熱器處的爐膛出口煙氣溫度。
文檔編號F22B1/02GK101815902SQ200880109906
公開日2010年8月25日 申請日期2008年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月1日
發(fā)明者弗蘭克·J·小佐內(nèi), 托馬斯·凱利, 約翰·佩爾松, 羅伯特·法亞, 阿瑟·W·科爾 申請人:萊利電力公司;維爾貝萊特科技公司