再生和导热式传热系统技术方案

一种再生和导热式传热系统（１０，１０′），该传热系统在操作上实现了在传热系统（１０，１０′）的第二部分（２０，２０′）内对流经传热表面（３２，３２′）的“工作流体”进行加热，这是由于热量从大量的再生固体（２４，２４′）通过传导传递给该工作流体。在传热系统（１０，１０′）的第一部分（１２，１２′）中，大量的再生固体（２４，２４′）从内部产生的热源或者外部产生的热源（２２，２２′）中以再生方式获取热量。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术涉及传热系统，尤其是涉及再生和导热式传热系统，该系统在操作上通过将热量从热的再生固体传递给“工作流体”以实现对“工作流体”的加热。如这里所采用的术语“工作流体”指的是热力循环的“工作流体”，如蒸汽或氨，以及指的是过程原料。将热的再生固体本身加热的热源可以有很多形式，这些最普通广为流行的热源是内热源，如当燃料和空气在某些类型的燃烧室中燃烧时产生的热的气体。但是这个热源也可以是外热源的形式，如从透平机或其它类似设备中排出的热的气体，或者可以是热的过程物流的形式，作为某些类型化学反应的结果而生成出的过程物流。进一步参考内热源的情况，用来燃烧矿物燃料的炉子已经长期应用以作为产生有用功的可控热量的装置。因此，功的应用可以是直接做功的形式，如用转窑，或者可以是间接做功的形式，如利用工业上或船舶使用的或用于发电的蒸汽发生器。在所涉及的这种锅炉范围内，其它的差别在于炉子的外壳是否被冷却，如用水壁，或者不冷却，如用耐火衬料。人们相信，这样的炉子的开发起源于约在公元前4000年烧制陶器的需要，或约公元前3000年为了熔化铜的需要。相信通过使用风箱将空气鼓入到炉子中来加快和改进燃烧，发生在约公元前2000年。与这样的炉子紧密相联的是对应的蒸汽锅炉。这样的锅炉起源于希腊和罗马并应用于家庭设施。结合水管原理的Pompeiian(庞培)水锅炉是最早记录的例子，即在约公元前130年，是做机械功的锅炉。因此，Pompeiian水锅炉将蒸汽送到Hero的引擎，中空的球安装在耳轴上并在上面旋转，耳轴中一个允许蒸汽通过，蒸汽通过两个相交成直角的喷嘴排出，引起球转动。大多数人认为这是世界上第一个反作用力式的透平机。实际上在接着的1600年内，整体上锅炉特别是水管锅炉基本上是被忽略的技术。这可能部分归因于这个事实，即蒸汽作为工作流体没有应用的地方，直到Thomas Savery在1698年专利技术第一个商业上成功的蒸汽发动机。1705年Newcomen的发动机诞生和到1771年为止，这个发动机通常的用途是从煤矿中泵抽出水。相信自调节的蒸汽阀第一次出现是在1713年。在18世纪的下半叶专利技术了火管锅炉的许多变型，以所谓的苏格兰船舶锅炉达到顶点。如火管锅炉名字所暗示的那样，在火管锅炉中可以认为管子是炉子的组成部分，在管束内发生燃烧过程。但是在当时因为当时可用的钢板厚较薄，这样的装置限制在操作压力约150psig。接着开发了现代的水管锅炉用来产生高压蒸汽和其尺寸也大于现有的火管锅炉。今天，这样产生蒸汽的现代水管锅炉包括下面的所有锅炉中心站的蒸汽发生器、工业锅炉、流化床锅炉、和船舶锅炉。对所有这些不同类型的锅炉，如果需要将本申请涉及的再生和导热式传热系统分类到这些类型锅炉中的一种，就与这样的再生和导热式传热系统相连的所采用的内热源来说，本申请涉及的再生和导热式传热系统可能被认为是，更类似于流化床锅炉而不是上述的任何其它各种类型的锅炉。因此，下面在涉及的现有技术的范围内讨论的重点将主要集中在流化床锅炉这一类型。所以，流化床反应器在无燃烧的反应中已经使用了几十年，在流化床中各反应剂的彻底混合和密切接触产生高的生产量并提高时间和能量的经济效益。虽然燃烧固体燃料的其它方法可以以高效率产生能量，但是流化床燃烧可以在足够低的温度下有效地燃烧固体燃料，以避免在其它模式中燃烧的许多问题。对本领域普通技术人员来说，众所周知在术语“流化床锅炉”中所用的词“流态化”指的是，使得固体物料具有象流体自由流动的特性。即当气体通过固体颗粒的床时，气体流动产生的力使颗粒互相分离。在低的气体流量时，各颗粒保持与其它的固体颗粒接触并阻止运动。这种条件一般称为固定床。另一方面，当气体流量增加时，达到某一点这时作用在颗粒的力刚好足够使其分离。从而使床流态化，也就是说，在固体之间的气垫允许颗粒自由运动，使得该床具有类似液体的特征。在流化床锅炉燃烧器中流态化的状态主要取决于床颗粒的直径和流态化速度。因此，主要有两个基本的流化床燃烧系统，每个系统在流化的不同状态下运行。这两个基本的流化床燃烧系统中的一个其特征是，相对低的速度和有粗的床颗粒尺寸、流化床是稠密的，有均匀的固体浓度，并有很好限定的表面。这个系统被工业界最通常称为成泡流化床，因为比使床流态化所需量大的空气以气泡的形式通过该床。成泡流化床进一步的特征在于，合适的床固体混合率，和相对低的在燃料气中的固体夹带。尽管几乎不需要将夹带的材料回收到床中以便维持床的总量，但可以使用相当大的回收率以便提高性能。这两个基本的流化床燃烧系统中的另一个其特征在于，较高的速度和有更细的床颗粒尺寸，由于固体夹带增加使流化床的表面变成发散，从而不再有限定的床表面。还有，为了维持床的总量需要高速将夹带材料回收到床。随着燃烧器的高度增加，床的大宗密度降低。有这些特征的流化床被工业界最普通称为循环流化床，因为材料高速从燃烧器循环到颗粒回收系统，接着回到燃烧器。循环流化床进一步的特征在于非常高的固体混合率。在各种形式流化床燃烧系统的现有技术中已经找到许多实例，在时间的进程中已经构思出它们。回到早至50年代的晚期，它的最早例子是1957年12月31日颁发的美国专利2,818,049，其名称是“加热的方法”，在这方面是通过示范而不是限制的方式引入作为参考。按照美国专利2,818,049号的教示，它提供从燃烧的流体传热的一种方法，包括使用离散材料流态化伪液体床，该材料是氧化的催化剂和通过预定路径由重力连续循环，该路径包括上游柱和下游柱。继续，该方法包括如下各步，维持该床在流态化伪液体状态和在上游柱中通过引入和燃烧燃料，产生燃烧气体使上游柱的密度基本上低于下游柱的密度，使燃烧气体向上流过上游柱，在上游柱的上端从上游柱分离出部分燃烧气体，在上游柱中高于引入和燃烧燃料的位置使一种液体以与该床进行间接热交换的方式通过，以便把热量传给流体和维持该床的循环率，从而使在紧挨上述位置的下游该床的温度和夹带气体的温度大体上低于紧靠上述位置的上游的温度。它的第2个例子是1961年5月9日颁发的美国专利2,983,259，其名称是“产生蒸汽的方法和设备”，在这方面是通过示范而不是限制的方式引入作为参考。按照美国专利2,983,259号的教示，装设最低的热交换区。在这个最低的热交换区中材料最好至少部分是由活性的氧化催化剂组成，以便使这个区有足够高的催化活性，从而可以直接往其中引入燃料空气混合物并在该处显著和有效地氧化，释放出热量和因此产生热的气流，气流向上通过该材料使这个热量的一部分被这个区和在这个区上面的热交换区吸收。为了在实际高度的流化床内有有效的和完全的燃烧和氧化和使燃烧支承气体被预热到合理的程度，采用活性的氧化催化剂是很重要的，从而使材料有足够的催化活性来实现燃料的完全氧化，使燃料能提供的基本上所有的热含量与这个床的材料接触也是很重要的，以便从流态化材料吸收相当大的热量，为了使材料的温度将不会上升到所有催化剂的去活化温度之上，即，高于该温度时催化剂受到永久性的损害，从而使它丧失它的催化活性的全部或绝大部分。它的第3个例子是1961年8月22日颁发的美国专利2,997,031，其名称是“加热和产生蒸汽的方法”，在这方面是通过示范而不是限制的方式引入作为参考。按照美国专利本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种借助于将热量从热的再生固体传递给工作流体以便在操作上实现该工作流体的加热的传热系统，其包括： ａ）具有上区和下区的第一部分； ｂ）设置在所述第一部分的所述下区内的热源，所述热源在所述第一部分内可从该第一部分的所述下区向上移动到该第一部分的所述上区； ｃ）设置在所述第一部分的所述上区内的大量的再生固体，所述大量的再生固体均具有足够大的密度和颗粒尺寸，以使在所述第一部分内所述大量的再生固体的每一个的终端速度大于在所述第一部分内所述热源最大的向上速度，所述大量的再生固体可在所述第一部分内从该第一部分的所述上区向下移动到该第一部分的所述下区，以便当所述热源在所述第一部分内从该第一部分的所述下区向上移动到该第一部分的所述上区，同时伴随着所述大量的再生固体在所述第一部分内从该第一部分的所述上区向下移动到该第一部分的所述下区时，通过以再生方式获得到所述热源所具有的热量，从而使所述大量的再生固体被加热； ｄ）与所述第一部分机械地互相连接的第二部分； ｅ）床排放管装置，该床排放管装置从所述第一部分的所述下区内延伸到所述第二部分内，并具有位于其一端处的入口和位于其另一端处的出口，所述床排放管装置具有的所述一端突伸到所述第一部分的所述下区内，以便使其所述入口位于所述第一部分的所述下区内，所述床排放管装置具有的所述另一端突伸到所述第二部分内，以便使其所述出口位于所述第二部分内，从而使所述大量的再生固体从所述第一部分的所述下区进入所述床排放管装置并向下流过所述床排放管装置，由此所述大量的再生固体从所述床排放管装置流出并以移动床的方式向下流经所述第二部分；和 ｆ）以安装关系支承在所述第二部分内的热交换器装置，所述热交换器装置具有流过该热交换器装置的工作流体，所述热交换器装置这样操作，即，当所述工作流体流过时所述大量的再生固体以流动床的方式向下流过与所述热交换器成包围的关系的所述第二部分，从而使所述工作流体被加热，同时在所述第一部分内被加热的所述大量的再生固体与流过所述热交换器装置的所述工作流体之间传导传热，从而使所述大量的再生固体被冷却。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：MS麦克卡特尼，PR蒂贝奥尔特，GD朱科拉，
申请(专利权)人：阿尔斯托姆科技有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]