CN1016084B - 燃气透平失灵时控制加压流化床燃烧装置的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种因负荷下降等引起操作失灵时控制加压流化床燃烧动力装置的方法。透平一压气机组(34、38、48)通过相应切断流化床(12)和透平(34)间及压气机(48)和压力容器(10)间的导管(32，50)中的第一和第二阀(54，58)分别跟流化床容器和压力容器分离，同时，短路导管(62)中旁通阀(64)打开。长时间失灵需关闭动力装置时，流化床容器中的燃气被排气管(68)和排气阀(72)排入大气中，冷却水喷入排气阀上游的排气管，使气体在排气阀前冷却。本发明还涉及相应的装置。

Description

本发明涉及一种在燃气透平失灵时控制加压流化床燃烧（PFBC）装置的方法。

可能出现几种操作失灵的形式，如在负荷下降时的超速、振动、压气机中的泵吸、辅助装置中的故障或导致燃气透平停机，即位于通至透平的燃气导管和从压气机引出的空气导管之间的旁道阀打开以及燃气和空气导管中的阀关闭的其它稳定性问题。

若所述装置的燃气透平不能迅速恢复正常的运转工况，如在使动力透平的发电机重新同步时，在热床中，在包围的压力容器中和在床内未燃燃料中极大的能量引起了特殊和难以解决的问题。如果动力透平的发电机和电力网不能迅速连接，在流化床中的未燃燃料中的能量不得不被排除。当透平关闭时，经流化床容器和透平的燃气流减少到这样一个数值，它是由在流化床容器和透平间的热燃气导管内的阀中的不可避免的漏气量所决定的。供给流化床的空气便不足以使流化床流化，从而不能使床中燃料完全燃烧。这意味着流化床的消失，面临床材料烧结在一起和生成一氧化碳（CO）引起爆炸的危险，同时意味着漏气气流包含富能的可燃气体。截流阀下游这种气体的燃烧引起燃气透平所不容许的高燃气温度，而且这一能量可使装置内的透平产生所不容许的高速。

业已提出将热燃气从装置的流化床容器排到大气中。这些气体的温度为800-900℃，并混有约200千分率的塵埃。很难-不是说不可能-使阀在这样高的温度下，并在如此恶劣的环境下工 作。此外，在这样高温下，很难使大量燃气流净化。一种合适的阀将是昂贵的，其工作寿命是短的。在从流化床容器内排走燃气的过程中减少漏气的建议是按美国专利NO.4，498，285（Kreij）公开的方法，同时在包围流化床容器的压力容器中排走压力燃烧空气。该燃气然后和空气混合，并被冷却，使压力容器壁中的阀不承受这一极高温气体。一个缺点是压力燃烧空气在很大程度上消耗于燃气的冷却，它离开流化床容器而不流经流化床。这可能意味着床中的燃料并不完全燃烧，并意味着床材料并不被冷却所到希望的程度。可燃气体可引起爆炸的危险。排气后高的流化床温度可导致床材料烧结。在流化床壁内的阀中，漏入流化床容器一定的漏气是允许的。然而，该方法不完全满意。

美国专利NO.4，744，212（Andersson等人）公开了当透平正在关闭时借助于向流化床容器供给惰性气体、适量氮气来克服这些问题的一种方法。这便中断了对流化床氧气供应，从而中断了燃烧，于是防止了一氧化碳的生成，并免除了爆炸的危险。

本发明的目的提供一种方法与装置，当透平机组万一失灵时，通过迅速降低转速、压力和温度到无损值的水平并控制加压流化床燃烧动力装置中的床容器内的能量使其能完成必要的操作来安全保靠地保护燃气透平与压气机。

按照本发明，在负荷下降引起操作失灵的情况下，装置的燃气透平或燃气透平和燃烧空气压缩机按已知的方法通过关闭流化床容器和透平或各透平间的热燃气导管内的阀以及压气机和压力容器间的空气导管内的阀跟流化床容器或包围流化床容器的压力容器隔离。与此同时，在空气导管和热燃气导管间的短路导管内的旁通阀打开，这样，来自压气机的空气直接通过透平。由于在承受800-950℃的热燃气的阀中不能 达到完全密封，经热燃气导管内阀的一定量剩余气流是存在的。为了在操作失灵的情况下关闭动力装置，床中的剩余燃料必须被烧尽，床必须被冷却。来自流化床容器的燃气经直接从流化床容器延伸的一根导管，或经从热燃气导管延伸至透平并备有排出阀的一根导管被排至大气中。最后提到的导管备有冷却剂通过的喷射装置，当燃气排出时，以一定量的冷却剂喷射，使燃气在到达排气阀之前得到充分的冷却。以适量的冷却剂喷射，使燃气冷至400℃。当燃气被冷至400℃以下时，具有密封、功能和工作寿命均满意的阀可以合理的价格获得。水是一种适当的冷却剂，但也可用其它的液体，如液氮。

喷入排气管的冷却水被适当地贮存在由气体加压的容器内。该容器经具有阀的导管和喷射装置连通，阀由连接于动力装置控制设备的操作装置操作。

参照所附简图，详细叙述本发明，其中：

图1表示在流化床容器的净空和在配置于旋风分离器下游的气体导管中设置喷水装置的设备;

图1表示在从流化床容器直接延伸的排气导管中设置喷水装置的设备。

在这些图中，数码10表示压力容器。该压力容器容纳一流化床12和一个由两串联的旋风分离器14和15所代表的净化设备。实际上，该净化设备包括一些并联的串联旋风分离器组。压力容器10和流化床12之间的空间16包含压缩燃烧空气。压力可达2兆帕或更大些。燃烧空气经底部20的喷咀18供给流化床容器12。该空气使流化床容器12底部的床22流化，并燃烧通常是煤的燃料，后者是经导管24从燃料仓（未示出）输送到床22的。床22包含管 子26，它产生蒸汽通往蒸汽透平（未示出）以驱动发电机。燃烧气体聚集在净空28中，并沿导管30和31输送到旋风分离器14和15。有若干并联的旋风分离器组14、15。热燃气从旋风分离器15经导管32被输送到高压透平34，从那里经导管36到低压透平38，并从那里再经导管40输送到省煤器42、过滤器44，并再经烟囱46排入大气。

高压透平34驱动压气机48。经导管50，以压缩燃烧空气供给空间16。低压透平38驱动发电机52。热燃气导管32包括一个带操作装置的打气阀54。来自压气机48的导管设有一个带操作装置60的停气阀58。在导管32和50之间有一短路导管62，它带有旁通阀64，由操作装置66进行操作。

在按图1的实施方案里，用以排出燃烧气体的导管68从流化床12，容器旋风分离器15和透平34之间的热燃气导管32中延伸出来，并到省煤器42内膨胀。导管68至少备有一个带操作装置74的排出阀72。为了安全起见，两个阀通常串联。排气导管68包括一个带有喷射冷却水的喷咀71的装置70。此外，在旋风分离器14和15之间的导管31中装有带喷咀71′的喷水装置，在流化床容器12的净空中装有喷水装置83。喷入流化床容器12的净空28中的冷却水需要长的延续时间，使喷入热燃气中的水蒸发和在旋风分离器中良好的混合。从而在喷射装置70中冷却水的喷射可以减少。一个设备可以被建造成带有一个或多个喷水装置70、70′和83，如图所示。

喷水装置70、70′和83经导管80、带操作装置84的阀82以及导管81，81′和85被连接到一个加压冷却水罐78。 适当应用氮气。导管86包括一个带操作装置92的阀90。阀54、58、64、72、82、90的操作装置56、60、66、74、84、92经导管100-105被连接到操作单元110，它成为该设备的中央控制装置的一部分。排气导管68中的温度传感器112经导管114连接于操作单元110。

在按图2的实施方案里，排气导管68是直接连于流化床容器12的净空28的。在排气阀72和省煤器42之间有一分离塵埃的燃气净化器76。

在操作失灵情况下，例如随着负荷降低燃气透平停机，输送到流化床22的燃料停止，分别在热燃气导管32和空气导管50中的阀54和58关闭，这样透平34和38以及压气机48便和流化床容器12及压力容器10分别隔开。同时，在短路导管62内的旁通阀64打开，因此来自压气机48的空气直接流入透平34。由于切断了流化床容器12的能量供给，防止了动力透平38猛转。此后，阀72打开，来自流化床12的燃气排出。同时阀82打开，冷却水经图1所示实施例的喷水装置70、70′、83内的喷咀71、71′和87喷入到热燃气流内。水蒸发，在燃气达到排气阀72之前降低了温度。塵埃在旋风分离器14、15内或在净化器76内被分离。燃气在省煤器42内被冷却到为过滤器44所允许的某一温度，随后通到烟囱46。

在整个压力降低的过程中，如果在单位时间内喷射相同量的水，则燃气温度随着燃气流陆续减少而下降。出于这一理由，冷却水流应受控制。借助于阀82喷水适当受到控制，这样当燃气进入省煤器42内时，其温度等于或略低于正常运转时透平的废气温度，即大约 400℃。在从流化床容器12中排出燃气时，在省煤器42内产生的温差应力最小。

排气导管68的通过率要选得使流化床22获得充分的流化。处在排气操作第一部分时，剩留在流化床22内的燃料被烧掉。当燃料消耗后，流经流化床22的空气冷却流化床材料。同时流经管子26的水和蒸汽流，有助于冷却流化床材料。当空间16内的压缩燃烧空气消耗后，流化床材料被冷却到某一温度范围，免除烧结在一起的危险。

和现有技术相比，本发明的优点在于使来自流化床容器的燃气能直接经自流化床容器延伸的导管或经自热燃气导管延伸至透平并设有冷却剂喷射装置与排出阀的导管排至大气中，从而安全可靠地保护透平机组。

很容易理解，图1和图2的实施例还可用许多方法组合在一起。

Claims (11)

1、一种在万一透平机组，例如因负荷下降引起的操作失灵时，控制加压流化床燃烧动力装置的方法，所述装置包括一个被包封在压力容器(10)内并被加压燃烧空气包围的流化床容器(12)，所述流化床容器包含一可流化颗粒材料的床(22)；一个由来自流化床容器(12)的燃气驱动的燃气透平一压气机组(34，38，48)；在把有推动力的燃气输送到透平(34)的输送导管(32)内的第一关闭阀(54)；在来自压气机(48)的导管(50)内的第二关闭阀(58)；在透平(34)和压气机(48)之间的旁通导管(62)内的第三关闭阀(64)；在用以从流化床容器排出燃气的导管(68)内的排气阀(72)，其特征在于该压缩机一透平机组(34，38，48)与流化床容器(12)隔开，并通过分别关闭输送导管(32)和导管(50)中的阀(54，58)以及通过打开旁通导管(62)中的阀(64)来短路；经所述排气阀(72)排入大气中的燃气在所述排气阀(72)的上游备有冷却剂。

2、一种按权利要求1所述的方法，其特征在于供给冷却剂的量使燃气被冷却到低于400℃。

3、一种按权利要求1所述的方法，其特征在于所述冷却剂的流量要控制得在排气过程中在冷却剂喷射点下游的燃气达到恒温。

4、一种按权利要求1所述的方式，其特征在于所述冷却剂流量要控制得使在冷却剂喷射点下游的燃气温度低于400℃左右，但超过酸露点（120-180℃）。

5、一种按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于所述冷却剂为水。

6、一种按权利要求1所述的方法，其特征在于所述冷却剂是由持久加压冷却剂容器中供给的。

7、一种加压流化床燃烧动力装置，它包括一个压力容器（10）;一个被包封在压力容器（10）内的流化床容器（12）;至少一台燃气透平（34）;一根在流化床容器（12）和透平（34）之间的导管（32）;其内有第一阀（54）;一台由透平驱动的压气机（48）;一根在压气机（48）和压力容器（10）之间的导管（50），其内有第二阀（58）;一根在压气机（48）和透平（34）之间的短路导管（62），其内有第三阀（64），其特征在于它包括一排气阀（72），在操作失灵的情况下，用以排出来自流化床容器（10）的燃气;一个装置（70，70′），在燃气排出时，把冷却剂喷入到排气阀（72）上游的燃气流中去;一个装置（78），用于将高压冷却剂输送到喷射装置（70，70′）。

8、一种按权利要求7所述的加压流化床燃烧动力装置，其特征在于排气阀（72）配置在直接连接于流化床容器的导管内。

9、一种按权利要求7所述的加压流化床燃烧动力装置，其特征在于排气阀（72）配置在连接于输送燃气到燃气透平（34，38）的导管（32）的导管（68）内。

10、一种按权利要求7所述的加压流化床燃烧动力装置，其特征在于它包括一个将冷却剂喷入到流化床容器（12）的净空（28）中去的装置（83）。

11、一种按权利要求7所述的加压流化床燃烧动力装置，其特征在于冷却喷水装置（70，70′）致带阀（82）的导管（80）连接到由燃气加压的水容器（78）。

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