[发明专利]降低来自矿物燃料的燃烧的二氧化碳(CO2)排放

说明书

相关申请：

本发明要求序列号为No.61/029,395、名称为《降低来自矿物燃料的燃烧的二氧化碳(CO₂)排放》(REDUCING CARBON DIOXIDE(CO₂)EMISSION FROM THE BURNING OF A FOSSIL FUEL)的共同未决的美国临时专利申请的权益，该申请通过引用以其整体结合在本文中。

技术领域

本发明涉及热传递系统，且更具体而言，涉及一种用于降低来自矿物燃料的燃烧的二氧化碳(CO₂)排放的技术。

背景技术

用于燃烧矿物燃料的炉长期以来被用于产生受控制的热量，目的是做有用功。该功可能呈直接功的形式，如对于窑炉而言，或可能呈间接功的形式，如对于用于工业或船舶业的应用或用于驱动产生电功率的涡轮机的蒸汽发生器而言。

现代的水管炉可产生大量的处于较高压力的蒸汽。这种用于蒸汽发生的现代的水管炉包括中央站蒸汽发生器、工业锅炉、流化床锅炉和船舶用锅炉。然而，严格来说，本申请所指的回热式及传导式热传递系统不属于这些炉类型分类中的任何一种，其可被认为相比于上面提到的现代的水管炉的其它各种类型中的任何一种更类似于流化床锅炉。就这点而论，下面的讨论将包括关于流化床锅炉的背景。

流化床锅炉几十年来被用于以非常高的效率、在足够低以至于可避免其它固体燃料燃烧技术的问题中的许多问题的温度下燃烧固体燃料。如对于那些本领域的普通技术人员而言众所周知的那样，术语“流化床锅炉”中所使用的词汇“流化”指的是在其中固体材料被赋予自由流动的类似液体的性状的情况。更具体而言，当气体穿过固体颗粒床时，气流产生倾向于使颗粒彼此分离的力。

在低速气流时，颗粒保持与其他固体接触，且倾向于阻止移动。该情况通常被称为固定床。另一方面，当气流增大时，达到颗粒上的力正好足够引起分离的点。然后该床就变成流化的，即，在固体之间的气垫允许颗粒自由移动，从而赋予该床类似液体的特性。流体床锅炉燃烧器中的流化状态主要依赖于床颗粒直径和流化的速度。

实质上，存在两种基本的流体床燃烧系统，其各以不同的流化状态运转。这两种基本的流体床燃烧系统中的其中一种的特征在于以下事实：在相对低的速度且带有粗糙的床颗粒尺寸时，流体床是致密的，带有统一的固体浓度，且具有轮廓分明的表面。该系统最常见地被行业中的人士称为鼓泡(bubbling)流体床，因为超出流化该床所需要空气的空气以气泡形式穿过该床。鼓泡流体床进一步特征在于适度的床固体混合率和烟气中的相对低的固体夹带。需要所夹带的材料到该床的少量的循环来维持床存量，而很大的循环率可用来提高性能。

这两种基本流体床燃烧系统中的另一种的特征在于以下事实：在较高的速度且带有精细的床颗粒尺寸时，当固体夹带增加时流体床的表面变得散开，从而不再存在轮廓分明的床表面。此外，需要高速率下的、所夹带的材料到该床的循环，以便维持床存量。床的容积密度随着燃烧器中的高度的增加而减小。因为从燃烧器到颗粒循环系统且回到燃烧器进行循环的材料的高速率，具有这些特征的流化床最常见地被行业中的人士称为循环流体床。循环流体床的进一步特征在于非常高的固体混合率。

不管是应用鼓泡类型的运转模式还是应用循环流化床类型的运转模式，都存在如下要求，即，流化空气必须在预先选定的速度下喷射，该速度主要取决于特定的流化床意图以鼓泡床类型模式还是以循环流化床类型模式来运转。

通常，在大型的循环流化床锅炉中，剩余的灰烬/吸附剂颗粒与烟气(其为循环的或鼓泡的精细固体燃料颗粒的燃烧副产物)彼此分离，且致使剩余的灰烬/吸附剂颗粒流向且穿过流体床热交换器。不尝试分类或选分被致使流回且穿过流体床热交换器的剩余的灰烬/吸附剂颗粒。而是，致使所有已产生的剩余的灰烬/吸附剂颗粒的混合物流向且穿过流体床热交换器。

在其中应用了流体床灰烬冷却器来冷却剩余的灰烬/吸附剂颗粒(当这些颗粒离开大型的循环流化床单元时)的那些实施方式中，流体床灰烬冷却器可在分离出的细粒返回到大型的循环流化床单元之前运转以用于将大的灰烬颗粒从与其夹带在一起的细粒中分离。然而，被这样的流体床灰烬冷却器的运转所分离的颗粒将包括所有作为固体燃料在存在空气的情况下燃烧的结果产生的剩余的灰烬/吸附剂颗粒的混合物。此外，尽管可能存在颗粒的一些选分，此处也不会进行尝试来分类包含在灰烬中的颗粒的类型。