CN1011535B

CN1011535B - 采用流化床内燃烧燃料的发电设备

Info

Publication number: CN1011535B
Application number: CN 87108288
Authority: CN
Inventors: 卡尔·约翰·尼尔逊; 克里斯纳·皮拉伊
Original assignee: Asea Stal AB
Current assignee: ABB Stal AB
Priority date: 1986-10-29
Filing date: 1987-12-30
Publication date: 1991-02-06
Also published as: CN87108288A

Abstract

一种在燃烧室的流化颗粒料的流化床中燃烧燃料的压力流化床燃烧发电设备，包括多级透平和在各级透平之间供蒸汽过热加热的中间过热器，燃烧室用隔墙隔成两部分，隔墙有一个或多个开口，只占流化床截面积的小部分，提供物料的交换。第一部分有产生蒸汽的锅炉管组。第二部分有在各级透平之间进行蒸汽的中间过热加热的锅炉管组。两个燃烧室部分与各自的燃料供给系统连接。控制装置控制供给第二部分的燃料来控制流化床温度以便控制过热加热。

Description

本发明涉及一种在颗粒料的流化床中燃烧燃料的发电设备，特别是涉及一种在同一个流化床容器中带有锅炉管组来产生蒸汽和在各级透平之间进行蒸汽的中间过热加热的压力流化床燃烧室（PFBC）发电设备。

专用名词“PEBC”是根据压力流化床燃烧（Presurized Fluidized Bed Combustion）四个英文字的第一个字母组成的。

这里所指的这种类型的发电设备，在对两级透平之间或高压透平与低压透平之间的蒸汽的过热方面没有经过实际考验的成熟技术。在以下两个原理中选择其一是可能的：

1.将一个用于蒸汽的中间加热的分离式锅炉管组设置在共用的流化床容器中，这种实施方案对获得最佳蒸汽数据不能提供足够的可能性。该过热管组的结构尺寸要能够在全负载状态下获得最佳蒸汽数据。在管组中的管子可以在水平方向分布为若干层，使得分别处于流化床上边部位上的管子和流化床中的管子的面积值能够尽可能适合于在部分负载条件下获得过热加热。但是，管子的尺寸和分布使它不可能获得最佳的蒸汽中间过热加热，特别是部分负载时更是如此。在蒸汽流和管子面积之间的不匹配意味着既需要注入水以防止管组中不能容许的温度升高，又必须接受不能够获得最佳过热加热这种事实。在这两种情况下发电设备的效率是很低的。

2.蒸汽中间过热加热的管子组设置在分离的流化床容器中。这一实施方案有可能以一种理想的方式分别控制中间过热加热和在所有工作状态下使不同的透平级都获得最佳蒸汽数据。由于每一个流化床都要设置有用于空气供给、燃料供给和流化床深度控制的一整套控制系统，即双倍的控制系统而使设备复杂化。

GB-A-2072524公开了一种流化床燃烧装置，其燃烧室的内部空间由一隔墙分隔成两个燃烧室部分，每个部分具有一个单独的用于收集气体的缘高。其中一个燃烧室部分是专用燃烧室，而另一个燃烧室部分的作用是将由专用燃烧室转移到还原室的已用尽的脱硫剂进行还原。因为用尽的脱硫剂（CaSO₄）的比重比未用尽的脱硫剂（CaO）大，前者聚集在流化床底部，然后通过燃烧室部分的倾斜底部和隔墙底端的开口转移至还原室。在还原室，物料由将CaSO₄还原成较轻的CaO的还原气流动化，然后再通过位于专用燃烧室中的流化床高度上方的隔墙上的第二开口转移回专用燃烧室。

本发明的目的在于提供一种在流化床中燃烧燃料的发电设备，该设备无需采用两个单独的流化床容器，而能够同时产生两种最佳状态的蒸汽。

根据本发明，一种在燃烧室内的颗粒料的流化床中燃烧燃料的发电设备，该燃烧室设有一个隔墙，将燃烧室分隔成第一和第二部分，每一部分具有一个用于收集气体的缘高，所述隔墙设有至少一个开口，所述两个燃烧室部分通过该开口相互连通，流化床中排列有锅炉管组，其特征在于：

隔墙的配置应使所述燃烧室的第一和第二部分联合形成一个公共的缘高，用以收集在所述两个燃烧室部分中产生的燃气，所述隔墙上的至少一个开口的总面积大小，应使两个燃烧室部分之间能进行充分的物料交换，以便使两个燃烧室部分获得相同的流化床水平高度，同时，所述两个燃烧室部分之间的物料交换速度又要低，使得在同一时间内可以维持不同的温度值，在第一燃烧室部分中，具有发生蒸汽的第一管组，在第二燃烧室中具有对蒸汽进行过热的第二管组，设有分别控制所述第一和第二燃烧室部分中的温度的装置。

在第一燃烧室部分内有一个第一管组，用于为高压透平或第一级透平产生和过热加热蒸汽，而在第二燃烧室部分内有一个第二管组，它与第一管组相分离，用于进行蒸汽的中间过热加热以供给低压透平或第二级透平。除了用于发电量、流化床深度、床的温度和空气量等的正常测量和控制装置外，该设备还配备有检测中间过热蒸汽温度的温度传感器，检测第二燃烧部分温度的温度传感器和一个信号处理和控制装置用于接受由这些传感器发出的输出信号和控制第二燃烧室部分的独立燃料供应系统的燃烧供应。中间过热蒸汽的温度是通过调节燃料供给来控制流化床的最高和最低温度来进行控制的。

由于带有一个或更多的开口的隔墙将燃烧室分隔成两部分，它可以使流化床物料进行有限的交换，而且两个燃烧室部分可有分开控制的燃料供给系统，因此，当两个燃烧室部分的流化床深度和单位空气流量基本相同时，则可在它们当中得到不同的流化床温度。对于中间过热蒸汽的温度控制，仅仅需要一个附加的，独立的燃料供给系统和一个用于燃料供给的独立的控制系统。用这种简单的方法就足以对中间过热加热蒸汽加以控制，只不过是稍微增加一点投资和运行费用。

下面将参考附图对本发明进行更详细地描述，其中：

图1是显示本发明用于压力流化床燃烧的发电设备中，该设备带有一个燃烧室和一个包封在压力容器中的净化装置;

图2是显示通过一个燃烧室的纵向截面图;和

图3是显示沿图2的燃烧室A-A线切取的一个横截面示图。

图中，标号1表示一个压力容器。它含有一个燃烧室2和一个以旋流器3代表的气体净化设备。烧烧室2如在图2中的纵向截面图中所示，通过一个隔墙4分离成两部分2a和2b。该燃烧室2设置有底部5，其上的若干空气喷嘴6和燃料喷嘴7位于部分2a内，而若干喷嘴8位于部分2b内。燃烧室2容纳有一个含有或由硫的吸收剂如石灰或大理石的颗粒材料组成的流化床10。如图2中所示，第一燃烧室部分2a包括一个管组，该管组被分隔成第一管组11a和第二管组11b，分别为驱动发电机14的透平13产生蒸汽和过热加热蒸汽。透平13包括一个高压部分13a，该部分由过热管组11b供给过热蒸汽，和一个低压部分13b，对该部分所供应的蒸汽是经过透平13的高压部分13a并在作为中间过热器的第二管组12中经过热加热的。离开透平13的低压部分13b的蒸汽通过管道15进入冷凝器16中。冷凝气通过一个由电动机19驱动的给水泵18泵出，经过管道17返回管组11a。燃料由燃料贮存器20经过一个旋转叶轮供料器21、输送管22和喷嘴7向着燃烧室部分2a供给。向着燃烧室部分2b供给的燃料是由燃料贮存器23经过旋转叶轮供料器24、输送管25和喷嘴8完成的。流化床10的流动化和供给的燃料的燃烧所用的空气经压力容器1和燃烧室2（图1）之间的空间26，由位于燃烧室底部5上的喷嘴6向燃烧室2供给。供给流化床10的流化床物料经过管道27供应，经过管道28排出去。输送气体分别经过压缩机30和31进行压缩。

燃烧气体被收集在流化床10上方的燃烧室2的两部分2a，2b所共用的缘高32内，并通过管道33进入旋流器3，在旋流器中尘埃被由气体中分离出来。这种分离出来的尘埃通过管道34被输送到收集器39中。在管道部分34a和34b之间有一个用于尘埃及其输送气体的降压冷却器35。经净化的燃烧气体经过管道36被输送到燃气涡轮37，该涡轮驱动压气机38，该压气机用以压缩供给压力容器1中的空间26的燃烧空气。涡轮37还驱动一个发电机40。离开涡轮37的气体被输送到一个给水预热器（未显示）。

如图3所示，隔墙4是水冷的。它不是将燃烧室两部分2a，2b完全相互分隔开。它的高度稍超过流化床最大深度。在缘高32内，在两部分2a，2b之间，通过隔墙4上方的开口41形成自由的连通。此外，在所示的实施例中，在燃烧室2的底部5和隔墙4之间有一个开口42，在隔墙4和燃烧室2的侧壁44之间有一个间隙43。开口42和间隙43的总面积的选择要能满足在两部分2a和2b之间能进行充足的物料交换，以便得到同一个流化床水平高度，与此同时，在两部分2a，2b之间的交换速度又要低，使得可以维持不同的温度值。通过开口42和间隙43，燃烧室两部分2a，2b在流化床区域内如同两个连通的容器在工作。因此，在燃烧室两部分2a，2b的流化床高度是相同的。在稳定工作状态下，在两部分2a和2b之间的流化床物料可以得到非常有限的交换。因此，可以以一种简单的方式在一定程度上控制第二燃烧室部分2b的流化床温度，使得该温度仅通过控制燃料供给量便可与第一燃烧室部分2a的温度有所不同，这样来控制来自高压透平13a的蒸汽的过热加热，其在管组12中进行中间过热加热然后供给低压透平13b。因为两部分2a和2b相互连通，而且因为流化床10像液体似的，因此，整个床的水平高度可以利用一个单一的硫化床的控制系统改变。通过一靠近开口42，43水平方向设置的喷嘴喷射气体，在两部分2a和2b之间的物料交换就可以增加，以此，例如来迅速地降低温度差。

合适的流化床温度在某种程度上取决于燃料及其形成大量熔渣堆的趋势。约为850℃的流化床温度通常是合适的，并且有可能将流化床控制在750℃至900℃范围内。假如温度降低到某一温度以下，燃烧就不能维持。假如温度上升到某一温度以上，则形成的熔渣将使连续地工作成为不可能。为了控制过热加热;能够作到使在第二燃烧室部分2b内的流化床温度比第一燃烧室部分2a内的流化床温度高25℃或者低50℃是完全足够的。

第一燃烧室部分2a含有一个温度传感器50。它与一个信号处理和控制装置51相联接，该装置接受传感器50的输出信号并将实际值与要求值相比较，并依此来控制驱动旋转供料器21的电动机52的速度，这样来确定向燃烧室部分2a的燃料供给。此外还有一些测量床的深度，空气余量等方面的测量装置（未显示）以及控制床的深度和空气供给量与电量需要的依赖关系方面的信号处理和控制装置。

第二燃烧室部分2b含有一个温度传感器60。由管组12中分离出来的一个导管12a内有一个温度传感器61，用于测量向外流出的蒸汽温度。这两个传感器60，61都联接在一个信号处理和控制装置62上，该装置对供给的实际值与要求值进行比较，并控制驱动旋转供料器24的电动机63的速度，这样来控制向燃烧室部分2b的燃料供给量。通过控制装置62，使至燃烧室部分26的燃料供给量得到控制，以此保持流化床内的温度，以便获得要求的蒸汽温度。就形成熔渣的危险性和维持燃烧的可能性而论，控制的可能性受到在流化床内最高和最低允许温度的限制。当管组12具有合适的结构尺寸时，在流化床内的允许温度范围内，可以对蒸汽温度进行充分控制。

Claims

1、一种在燃烧室(2)内的颗粒料的流化床(10)中燃烧燃料的发电设备，该燃烧室(2)设有一个隔墙(4)，将燃烧室分隔成第一和第二部分(2a，2b)，每一部分具有一个用于收集气体的缘高，所述隔墙(4)设有至少一个开口(42，43)，所述两个燃烧室部分(2a，2b)通过该开口相互连通，流化床中排列有锅炉管组，

其特征在于：

隔墙的配置应使所述燃烧室的第一和第二部分联合形成一个公共的缘高(32)，用以收集在所述两个燃烧室部分中产生的燃气，所述隔墙上的至少一个开口的总面积大小，应使两个燃烧室部分之间能进行充分的物料交换，以便使两个燃烧室部分获得相同的流化床水平高度，同时，所述两个燃烧室部分之间的物料交换速度又要低，使得在同一时间内可以维持不同的温度值，在第一燃烧室部分(2a)中，具有发生蒸汽的第一管组(11)，在第二燃烧室中具有对蒸汽进行过热的第二管组(12)，设有分别控制所述第一和第二燃烧室部分中的温度的装置。

2、如权利要求1所述的发电设备，其特征在于该发电设备还包括一个蒸汽透平（13），它具有一个高压部分（13a）和一个低压部分（13b），而且上述第二管组（12）是联接在透平（13）的高压部分（13a）和低压部分（13b）之间并形成一个中间过热器。

3、如权利要求1或2所述的发电设备，其特征在于：该设备还包括一个第一燃料供给系统（20，21，22），该系统对第一燃烧室部分（2a）供给燃料，和一个第二燃料供给系统（23，24，25），该系统对第二燃烧室部分（2b）供给燃料。

4、如权利要求3所述的发电设备，其特征在于：该设备还包括一个温度测量装置（61），用以测量在第二管组（12）中的过热蒸汽的温度，和一个温度测量装置（60）用以测量在第二燃烧室部分（2b）中的流化床（10）温度，以及一个信号处理和控制装置（62）用以接受由测量装置（60，61）发出的输出信号，对蒸汽温度的实际值与一个给定的要求值进行比较，并对流化床温度的实际值与流化床温度的最大和最小允许值进行比较，它根据与给定的要求值的差值，向供给系统（23，24）发出一个控制信号以便向第二燃烧室部分（2b）供给燃料。

5、如权利要求1或2所述的发电设备，其特征在于：该燃烧室（2）是包封在一个压力容器（1）内，并由压缩的燃烧空气包围着。

6、如权利要求3所述的发电设备，其特征在于：该燃烧室（2）是包封在一个压力容器（1）内，并由压缩的燃烧空气包围着。

7、如权利要求4所述的发电设备，其特征在于：该燃烧室（2）是包封在一个压力容器（1）内，并由压缩的燃烧空气包围着。