CN1161075A - 高压流化床燃烧发电厂设备 - Google Patents

Abstract

PFBC-发电厂设备包括内含燃烧室(1)的压力容器(2)和至少两台气体涡轮机(14，20)，燃烧室供微粒状燃料在高压流化床中燃烧，两台气体涡轮机依次位于由燃烧产生的烟道气的通路中。该发电厂设备还包括配置设备(9-11)，这些设备把燃料输送到位于两台气体涡轮机之间烟道气通路中的燃烧室(23)和燃烧器(35)，燃料在该燃烧室中燃烧，由此产生的热气与第一台气体涡轮机(14)中膨胀的气体混合，使该气体在进入第二气体涡轮机(20)之前提高温度。

Description

高压流化床燃烧发电厂设备

               发明领域和现有技术

本发明涉及PFBC-发电厂设备，它包括内含燃烧室的压力容器和至少两台气体涡轮机，燃烧室供微粒状燃料在高压流化床中燃烧，两台气体涡轮机依次位于由燃烧产生的烟道气通路中。

通过例如本申请人的瑞典专利469039，上述发电厂设备已为人们所了解，与在常压流化床中燃烧燃料的其他类型发电厂设备相比，PFBC-发电厂设备的优点主要在于它以较小的空间创造出有效功率。此外，PFBC-发电厂设备的效率较高，从环境和经济的观点看，该发电厂设备的燃烧条件很有利。

然而，困扰PFBC-技术的问题是PFBC-发电厂设备难于调节这一事实，该技术特别取决于在上述热床中包含的巨大能量，而当需要迅速改变负荷时，上述能量可能不容易调节。

尽管PFBC-发电厂设备的效率较高，但仍需进一步提高其效率，主要是部分负荷运行的效率，还需提供提高对这种发电厂设备的调节能力的方法。

提高发电厂设备效率的建议在特别是瑞典专利公布SE 8704075-4中作了介绍，该专利涉及在向位于发电厂设备上游的气体涡轮机输送由流化床产生的烟道气之前，提高该烟道气的温度。换句话说，在获得温度超过可能约850-950℃的烟道气的同时，PFBC-发电厂设备的床化学过程不产生任何燃料燃烧，推进气，即烟道气，在到达位于上游的气体涡轮机时大体上处于上述温度。然而，该涡轮机的功率随推进气温度的升高而显著增长，这就需要获得更高的气温，最优选气温为1200-1500℃。这一温度可以通过在位于上游的气体涡轮机的上游烟道气通路中装备所谓上燃烧室(topping Combustor)来获得，燃料输入该燃烧室，并在其中燃烧，同时将由此产生的热气与烟道气混合，以使烟道气在到达上述气体涡轮机之前提高温度。

烟道气在位于上游的气体涡轮机中膨胀并降温。然后将这些烟道气输入第二气体涡轮机进一步膨胀，并从烟道气中回收更多能量。

高压气体涡轮机可以驱动产生有效能量的发电机和对流化床加压的压缩机，而第二气体涡轮机只能驱动预压缩空气的压缩机，该预压缩空气用于上面提到的对流化床加压的压缩机。

                        发明概述

本发明的目的是提供一套PFBC-发电厂设备，其类型已在序言中说明，在该发电厂设备中，在提高调节其发电功率的可能性的同时，可进一步提高其效率。

根据本发明，这一目的的实现包括提供上述发电厂设备，该发电厂的设备把燃料输送到位于两台气体涡轮机之间烟道气通路中的燃烧室和燃烧器，燃料在该燃烧室中燃烧，由此产生的热气与第一气体涡轮机中膨胀的烟气混合，使烟气在进入第二气体涡轮机之前提高温度。

由于在两台气体涡轮机之间的烟道气通路中装备上述预热燃烧室，第二气体涡轮机的发电机功率可显著提高，由此可提高整个发电厂的总效率。用这种方式也可以提高调节上述设备发电功率的可能性，因为，现在在上述发电厂中，上述设备的发电功率也可以通过调节向预热燃烧室输送燃料来进行调节。

根据本发明的一个优选实施方案，发电厂设备装有位于第一气体涡轮机上游烟道气通路中的上燃烧室，由此使调节发电厂及其效率，特别是部分负荷效率的可能性进一步提高。

根据本发明的另一个优选实施方案，所述配置设备包括适合于气化液体或固体燃料的气化器，和向供烟道气预热的所述室输送由燃料产生的可燃气体的装置。由于配置上述气化器，可容易地调节燃料，即可燃气体的输送。其优点在于，上述气化器用于产生可燃气体，该可燃气体的压力基本上超过燃烧室下游烟道气通路中烟道气、特别是预热室中烟道气的压力，由此产生最佳调节自由度，该调节不受现存负荷规模的影响。

根据本发明的又一个优选实施方案，该实施方案指向发电厂设备包括压缩机，它适合于产生对流化床加压的压缩空气，该压缩机也用于向所述预热室提供压缩空气，使输入其中的燃料燃烧，由此通过简单的方法保证预热。

根据本发明的再一个优选实施方案，发电厂设备包括配置在第一轴上的高压气体涡轮机和配置在该高压气体涡轮机下游烟道气通路中不相连的第二轴上的低压气体涡轮机，高压气体涡轮机构成上述第一涡轮机。将不同轴上的气体涡轮机这样分开，可进一步提高迅速调节发电厂输出功率的可能性，在发电厂设备中，可通过例如在低压气体涡轮机入口装备如可调导流叶片之类流量调节装置来调节输出功率。

根据本发明另一个非常优选的实施方案，第二气体涡轮机由配置在与第一气体涡轮机同轴的中压气体涡轮机构成，第一气体涡轮机称为高压气体涡轮机。由于存在本发明的预热室，第二气体涡轮机可获得中压，从而有利于能从发电厂输出更高功率，在发电厂设备中，当一台低压气体涡轮机装在中压气体涡轮机下游烟道气通路中不相连的第二轴上时，功率可进一步提高。

根据综合上述实施方案特征的优选实施方案，发电厂具有上述用于将到达第一气体涡轮机的烟道气温度提高到最佳值的上燃烧室、适合于气化液体或固体燃料的气化器、和向烟气预热室输送由燃料产生的可燃气体的装置，第一气体涡轮机为配置在第一轴上的高压气体涡轮机，该发电厂设备还包括位于高压气体涡轮机下游烟道气通路中第二轴上的低压气体涡轮机，在低压气体涡轮机入口装有流量调节装置，以便可以改变第二轴的转数，以这种方式实现了PFBC-发电厂的不受干扰性可以超过其扩大负荷范围的高功率和极好的调节能力运行。经验表明，这些特征使每分钟负荷变化高达5％成为可能。

本发明另外的优点和有利特征将由下列叙述和其他从属权利要求表明。

                         附图简述

参照下列附图，随后介绍作为实施例引用的本发明的优选实施方案。

图中：

单页图1图解说明本发明优选实施方案的一套PFBC-发电厂设备，它具有综合气体和蒸汽的循环(后者未标明)。

                本发明优选实施方案详述

一套PFBC-发电厂设备，即在高压流化床中燃烧微粒状燃料的发电厂设备，在单页附图中图解说明，该发电厂设备包括位于压力容器2中的燃烧室1，压力容器的体积通常可为10⁴m³，该压力容器可加压至例如约16巴。给燃烧室1加压并使燃烧室中床4流态化的压缩空气3输入压力容器中。该压缩空气通过图解标明的燃烧室底部的流态化喷咀5输入燃烧室，使燃烧室中的床流态化。该床由床材料、颗粒状吸收剂和微粒状燃料(优选粉碎碳)制成，微粒状燃料在输入上述床中的流态化空气中燃烧。然后，由上述流化床产生的燃烧气(下文称烟道气)经过纯化设备6(本实施例中由用于高压的高温过滤器制成)和截流阀7进入上燃烧室8。可燃气体由已知类型的气化器10经由高温过滤器11，穿过管道9也输入上燃烧室8。通过燃烧器34的作用，可燃气体和从高压压气机13经过管道12输入的压缩空气在上燃烧室8中共同燃烧，所得燃烧气与来自燃烧室1的烟道气混合，以提高烟道气温度，从而使上燃烧室的排气温度达1200-1500℃，使该烟道气完全适合用作推动高压气体涡轮机形式的第一气体涡轮机14的推进气。通过上燃烧室，上述燃烧气或烟道气的温度从约850-950℃升至约1200-1500℃。

高压涡轮机和高压压缩机与发电机15配置在同轴，由该发电机可获得有效能量。高压压缩机13通过管道16也向PFBC中燃烧室1输送压缩空气，由管道16分出管道12。截流阀17装在高压压缩机和燃烧室1之间。高压压缩机还通过管道18输送空气，供在气化器10中进行气化，在管道18中可装备未标出的压缩机，以便进一步增加气化器中气体的压力，这是由于需要使气化器输出气流的压力高于到达上燃烧室的烟道气流的压力，以使每一给定压力条件下的可燃气体能容易地输入上燃烧室和/或下述预热燃烧室。液体或固体燃料(在本实施例中为微粒状碳)在气化器中气化，通过已知方式的气化，由亚化学计量过程产生可燃气体。气化器10所剩燃料可通过燃料导管19输入燃烧室1中的床4。用这种方式装备在高于PFBC中床4的压力下运行的分离的气化设备，其原因仅仅是必需使在上燃烧室中、以及在下述预热燃烧室中的气体的压力高于燃烧室中的压力，以便能调节燃料流量，并使燃料流量在上述燃烧室中均匀分散。因此，当PFBC-床中的压力可能为16巴时，气化器10中的压力可达26巴。

附图中所示PFBC-发电厂设备为改进型，因为它还具有中压涡轮机形式的气体涡轮机20，该涡轮机与高压涡轮机14配置在同轴21。在高压涡轮机14中膨胀并降温的气体通过管道22引入称为预热燃烧室或燃烧室的第二室23。预热燃烧室23以与上燃烧室8相同的方式(图示)，分别通过管道24和25得到由气化器10产生的可燃气流和由高压压缩机13输出的压缩空气，由此，上述可燃气体通过燃烧器35在该预热燃烧室中燃烧，所产生的热气与来自高压涡轮机的烟道气混合，以使烟道气在通过管道26进入中压涡轮机20之前再次提高温度。用这种方法，可使中压涡轮机输出的功率明显提高。

在中压涡轮机20中膨胀的烟道气导入低压涡轮机27。在低压涡轮机入口优选装有流量调节装置36，例如用导轨环支撑的可调导流叶片，从而可改变第二轴转数。低压涡轮机排出的气体仍含能量，该气体可由节热器28处理。在低压涡轮机27的轴29上，还有低压压缩机30，空气通过过滤器31输入该低压压缩机。另外，低压压缩机由低压涡轮机驱动，初步压缩的空气从低压压缩机出口输入高压压缩机13。中间冷却器32连接在低压压缩机和高压压缩机之间，以降低输入高压压缩机13入口空气的温度。

此外，上述发电厂设备还具有蒸汽涡轮机部分，本文未标出，但通过浸入流化床4的一组管33指出了该蒸汽涡轮机，水在管33中循环、蒸发，并通过该管与床材料间的热交换而过热，以吸收在流化床中进行燃烧时产生的热。

这样，通过装备预热燃烧室23，可明显提高在第一气体涡轮机中膨胀并降温的烟道气的输出功率，由此可提高发电厂的效率。

本发明当然不以任何方式局限于上述优选实施方案，但在不违背本发明基本构思的情况下，将为本领域的技术人员展示更改上述优选实施方案的几种可能性。

例如，发电厂可能只有两台气体涡轮机，即省去附图所示中压气体涡轮机，于是预热燃烧室将提高来自高压气体涡轮机的烟道气的温度，该烟道气到达低压气体涡轮机，这时低压气体涡轮机将获得压力比上述实施方案中更高的气体，从而可称为中压气体涡轮机。

本发明的PFBC-发电厂设备具有上燃烧室，尽管这很有利，但也并非必要。不过应当指出，当也存在上燃烧室时，预热燃烧室或预热室的优势将被充分利用。

如果需要，当然也可以象在上述实施方案中一样，在有两台以上气体涡轮机时，如在上述烟道气的通路中所见，在第二台和第三台气体涡轮机之间设置预热燃烧室。

Claims (13)

1.一套PFBC-发电厂设备，它包括内含燃烧室(1)的压力容器(2)和至少两台气体涡轮机(14，20)，燃烧室供微粒状燃料在高压流化床中燃烧，两台涡轮机依次位于由燃烧产生的烟道气的通路中，

其特征在于，该发电厂设备包括配置设备(9-11)，这些设备把燃料输送到位于两台气体涡轮机之间烟道气通路中的室(23)和燃烧器(35)，燃料在该燃烧室中燃烧，由此产生的热气与第一台气体涡轮机(14)中膨胀的烟道气混合，使烟道气在进入第二台气体涡轮机(20)之前提高温度。

2.权利要求1的发电厂设备，

其特征在于，所述配置设备包括适合于气化液体或固体燃料的气化器(10)，和向所述室输送由燃料产生的可燃气体以预热烟道气的装置(9，11)。

3.权利要求1或2的发电厂设备，所述发电厂包括压缩机(13)，它适合于产生对床(4)加压的压缩空气，

其特征在于，上述压缩机也适合于向预热用的室(23)提供压缩空气，使输入其中的燃料燃烧。

4.权利要求2的发电厂设备，所述发电厂设备包括压缩机(13)，它适合于产生对床(4)加压的压缩空气，

其特征在于，上述压缩机也适合于向气化液体或固体燃料的气化器(10)输送压缩空气。

5.权利要求2的发电厂设备，

其特征在于，气化器(10)适合于产生可燃气体，该可燃气体的压力基本上超过燃烧室(1)下游通路中烟道气的压力。

6.前述权利要求中任一项的发电厂设备，

其特征在于，该发电厂设备还包括配置在第一台气体涡轮机(14)上游烟道气通路中的上燃烧室(8)、适合于气化液体或固体燃料的气化器(10)和向上燃烧室输送所产生的可燃气体的装置，可燃气体在上燃烧室中燃烧，由此产生的热气与烟道气混合，使烟道气的温度提高到作为第一台气体涡轮机(14)推进气的最佳温度水平。

7.权利要求6的发电厂设备，所述发电厂设备包括压缩机(13)，它适合于产生对床(4)加压的压缩空气，

其特征在于，上述压缩机也适合于向上燃烧室(8)提供压缩空气，使输入其中的可燃气体燃烧。

8.前述权利要求中任一项的发电厂设备，

其特征在于，该发电厂设备包括配置在第一轴(21)上的高压气体涡轮机(14)和配置在该高压气体涡轮机下游烟道气通路中不相连的第二轴(29)上的低压气体涡轮机(27)，高压气体涡轮机构成所述第一气体涡轮机。

9.权利要求8的发电厂设备，

其特征在于，在低压气体涡轮机(27)入口装有流量调节装置(36)，以便可以改变第二轴(29)的转数。

10.前述权利要求中任一项的发电厂设备，

其特征在于，所述第二气体涡轮机由配置在与第一气体涡轮机(14)同轴(21)的中压气体涡轮机(20)构成，第一气体涡轮机称为高压气体涡轮机。

11.权利要求3或7，和权利要求8-10中任一项的发电厂设备，

其特征在于，压缩机(13)配置在与第一气体涡轮机(14)同轴(21)，并由第一气体涡轮机驱动。

12.权利要求3或7，和权利要求8或9，以及可能权利要求10或11的发电厂设备，

其特征在于，该发电厂设备包括第二压缩机(30)，即低压压缩机，它配置在与低压气体涡轮机(27)同轴(29)，并由该低压气体涡轮机驱动，上述低压压缩机适合于向高压压缩机(13)输送预压缩空气。

13.权利要求8-12中任一项的发电厂设备，

其特征在于，产生有效能量的发电机(14)配置在第一气体涡轮机的轴(21)上。

Images