CN1161076A

CN1161076A - 发电设备

Info

Publication number: CN1161076A
Application number: CN 96190901
Authority: CN
Inventors: R·布朗斯特伦; A·洛夫格兰; D·费恩维兹恩
Original assignee: ABB Carbon AB
Current assignee: Alstom Power Carbon AB
Priority date: 1995-12-11
Filing date: 1996-12-11
Publication date: 1997-10-01

Abstract

发电设备包括供燃料燃烧，同时产生热烟道气的燃烧室(1)、向该燃烧室下游烟道气通路中或紧靠该烟道气通路的场所(8，25)输送第一可燃气体的装置(9，10，36)、和至少一个适合于使第一可燃气体在上述场所燃烧的燃烧器(42，43)，燃烧产生的气体与烟道气混合，以提高烟道气温度。该发电设备还包括与上述设备隔开的附加装置(34，35)，它们用于向上述场所输送附加的第二可燃气体，上述附加装置包括可任选调节输送附加的第二可燃气体的构件(35)。

Description

发电设备

发明领域和现有技术

本发明涉及发电设备，它包括供燃料燃烧，同时产生热烟道气的燃烧室、向该燃烧室下游烟道气的通路中或紧靠该烟道气通路的场所输送第一可燃气体的装置、和至少一个为使第一可燃气体在上述场所中燃烧而配置的燃烧器，燃烧产生的气体与上述烟道气混合，以提高烟气温度。

在这种发电设备中，向上述烟道气通路或紧靠该烟道气通路输送可燃气体以及燃烧可燃气体，主要是为提高烟道气温度，以便能提高发电设备的效率，或仅仅提高其可能的输出功率。在燃料燃烧时产生烟道气的各种类型的发电设备都可涉及到，例如具有如鼓泡型或循环型供微粒状燃料燃烧的流化床、燃油锅炉和碱槽等的发电设备。如上所述，在本公开中，“发电设备”定义不仅包括产生电的设备，而且包括各种类型产生热或产生热和电的设备。

为例示说明本发明的根本问题(但不因此以任何方式限制本发明的范围)，将在下文说明PFBC-发电设备，即在高压流化床中燃烧微粒状燃料的发电设备。通过例如本申请人的SE公开号458955和瑞典专利申请9501097-1，这种类型的发电设备已为人们所了解，在这种发电设备中，可燃气体输入上燃烧室(topping combutor)，并在其中燃烧，燃烧产生的热气与烟道气混合，使烟道气在到达发电设备的气体涡轮机之前提高温度。实际上，在上述发电设备中，所述燃烧室中的燃料床化学过程不可能获得温度高于约950℃的烟道气，但是，随推进气(即烟道气)温度提高到这一温度以上，气体涡轮机可产生的功率将急剧增长，这就要求将烟道气温度提高到1200-1500℃，以获得更高的发电设备总效率。

当上述发电设备在部分负荷下运行时，即当从发电设备获得的功率低于它能产生的功率时，在发电设备压力容器和烟道气通路中的压力低于最大负荷时的压力。当从部分负荷运行起动时，需要使负荷增长，迄今为止，在这种类型的已知发电设备中，上述负荷增长已导致在短时间内整个发电设备的功率开始下降，因为压缩机由气体涡轮机驱动，而给压力容器加压立即需要更大功率，以便能将增大的气流压入压力容器中。最初，在气体涡轮机中不能实现上述功率的增长，因为燃烧过程在长时间内是恒定的。为此，压缩机所需增加的功率由进入发电机的那部分气体涡轮机的功率获得，由此降低有效功率。通常，但并非必需，在由气体涡轮机驱动的压缩机输送空气的条件下，由气化燃料的气化器产生可燃气体，这导致在负荷增长时，由气化器向上述燃烧场所输送的气体流量最初也下降，且这种流量下降所需时间比希望的要长。

发明概述

本发明的目的是获得改善现有技术发电设备中上述不便之处的方法，这些发电设备的类型在序言中已说明，上述方法包括提供一种发电设备，它具有更高的适应于发电设备所需输出功率的机动性，并主要具有更高的迅速适应于需要增长的输出功率的能力。

本发明目的的获得包括提供这样一种发电设备，它具有可与上述设备隔离的附加设备，它们用于向上述燃烧场所输送附加的第二可燃气体，所述附加设备包括可任选调节输送附加的第二可燃气体的构件。由于该构件可以调节向燃烧场所输送附加的第二可燃气体，当突然要求从部分负荷运行增加负荷时，用这种方式可使负荷非常快地增长，因此在负荷增长时，如果发电设备具有气体涡轮机，输入该气体涡轮机中的气体流量可立即增长，从而可加速功率的提高。这样，通过在燃烧场所中增加燃烧获得功率增长，在发电设备具有气体涡轮机时，上述增长的功率转移到气体涡轮机，因此气体涡轮机可更快地产生更多空气和更大功率。

根据本发明的一个优选实施方案，所述构件适合于在发电设备以基本恒定的输出功率正常运行时，使第二可燃气体的输送停止。因此，第二可燃气体只在发电设备的输出功率改变时才利用。随后当然是提高输出功率的问题，由于可以向燃烧场所输送第二可燃气体，以增加该场所产生的烟道气流量，以及可能提高烟道气温度，因此可以更迅速地提高输出功率。

根据本发明的另一个优选实施方案，发电设备包括提供第一可燃气体的装置，该装置也适合于提供第二可燃气体，并适合于通过气化液体或固体燃料提供气体。通过设计这种也可提供第二可燃气体的气化器，可以简化发电厂的结构。

根据本发明的又一个优选实施方案，发电设备包括贮存第二可燃气体的容器，该容器通过可任选打开的连接部件与燃烧场所相连。通过以这种方式在容器中贮存第二可燃气体，可将该可燃气体通过打开连接部件很快输入燃烧场所。其特别有利之处在于把本实施方案与上一实施方案结合起来。因此，当气化器能气化的燃料比当时需要向燃烧场所输送的多时，它可以向贮存容器提供可燃气体，而当气化器不能产生当时需要向燃烧场所输送的可燃气体时，即主要在要求迅速增加发电设备的负荷时，可将贮存容器中这些第二可燃气体再输入燃烧场所。本发明的再一个优选实施方案针对的正是这种可能性，该实施方案涉及一种发电设备，它包括适合于在停止向燃烧场所输送附加的第二可燃气体时，向贮存容器提供该可燃气体的设备。这样，当不需要向燃烧场所输送第二可燃气体时，即向贮存容器提供该可燃气体。

根据本发明的另外一个优选实施方案，发电设备包括一些构件，它们用于调节向燃烧场所输送第二可燃气体的装置，以便在需要提高发电厂的输出功率时，向燃烧场所输送该可燃气体。由此可保证为上文另述原因而非常迅速地提高输出功率。

根据本发明再另一个优选实施方案，发电设备包括由烟道气驱动的气体涡轮机。尽管本发明的问题根本不仅适用于具有气体涡轮机的发电设备，但在序言所说明类型的发电设备具有这种气体涡轮机时，本发明的问题尤其强调，在这种情况下，输送第二可燃气体的优越性特别明显。

本发明中特别涉及具有高压燃烧室及其下游烟道气通路的发电设备，尤其是PFBC-发电设备的其他优选实施方案，将是一些从属权利要求中叙述的主题。

根据本发明再一个优选实施方案，发电设备包括至少一个室，第一和第二可燃气体在其中燃烧，燃烧产生的气体与烟道气混合，使烟道气的温度提高，该室位于燃烧室下游烟道气通路中。根据本发明其他优选实施方案，上述室可以称之谓上燃烧室(topping combustor)，它位于气体涡轮机上游烟道气通路中，根据本发明再一个其他的优选实施方案，上述室也可以是所谓预热燃烧室或预热燃烧间，在发电设备具有至少两台气体涡轮机时，该预热燃烧室位于两台气体涡轮机之间的烟道气通路中，以使在第一气体涡轮机中降温的烟道气在输入其后的气体涡轮机之前提高温度，因此，通过给烟气补充第二可燃气体，可使第二气体涡轮机的功率迅速提高，这极有助于发电厂负荷快速增长。另外，输送附加的第二可燃气体的装置也能适合于向所谓上燃烧室和所谓预热燃烧室都输送该可燃气体，以提供非常迅速地提高这种发电厂负荷的可能性。

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来体现。

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PFBC-发电设备，它具有混合气体和蒸汽的循环(后者未标明)。

发明优选实施方案详述

如已提及，本发明不以任何方式局限于对PFBC-发电设备，即不局限在高压流化床中燃烧微粒状燃料的发电设备的应用，然而，由于本发明的基本问题对这类发电设备特别明显，在下文中将以在这类发电设备中的应用说明本发明，以解释本发明的基本思想。因此，在单页附图中表示了这种发电设备的一部分，所述发电设备包括位于容器2中的燃烧室1，该容器的体积通常可为10⁴m³，并可加压至例如约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输入上述压力容器中。该压缩空气通过图解标明的燃烧室底部的流态化喷嘴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)组成，该微粒状燃料在输入上述床中的流态化空气中燃烧。然后，燃烧气(下文称烟道气)由上述床经过纯化设备6(在本实施例中由用于高压的高温过滤器组成)和截流阀7进入上燃烧室形式的第一室8。可燃气体由已知类型的气化器10到高温过滤器11、单向阀12和构件13(可任选调节管道9中的流量的阀)，通过管道9也输入上燃烧室8。在上燃烧室8中，通过燃烧器42的作用，上述可燃气体(本文称第一可燃气体)与从高压压缩机15通过管道14输入的压缩空气共同燃烧，然后与来自燃烧室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℃，使该气体完全适合用作推动高压涡轮机形式的第一涡轮机16的推进气。通过上燃烧室，上述燃烧气的温度从约850-950℃升至1200-1500℃。

高压涡轮机和高压压缩机与发电机17位于同轴，由该发电机可获得有效能量。高压压缩机15通过管道18也向PFBC中燃烧室1输送压缩空气，从管道18分出管道14。截流阀19位于高压压缩机和燃烧室1之间。高压压缩机还通过管道20输送空气，供在气化器10中进行气化，在管道20中装有压缩机21，以进一步提高气化器中气体的压力，因为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。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，它们在亚化学计量过程中以已知方式产生可燃气体。由气化器10所剩燃料可通过燃料管道22输入燃烧室1中的床4。

附图所示PFBC-发电设备为改进型，因为它有另一个中压涡轮机形式的气体涡轮机23，该涡轮机与高压涡轮机16位于同轴39。在高压涡轮机16中膨胀并降温的气体通过管道24进入称为预热燃烧室或预热燃烧间的第二室25。预热燃烧室25以与上燃烧室8相同的方式(图示)，分别通过管道26和27得到由气化器10产生的第一可燃气流和由高压压缩机15输出的压缩空气，由此，这些可燃气体通过燃烧器43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，使烟道气在通过管道28输入中压涡轮机23之前再次提高温度。用这种方式可显著提高中压涡轮机的输出功率。

在中压涡轮机23中膨胀的烟道气导入低压涡轮机29。该低压涡轮机排出的气体仍含能量，该气体可由节热器30处理。低压压缩机31也位于低压涡轮机29的轴40上，空气通过过滤器32输入该低压压缩机中。另外，低压压缩机由低压涡轮机驱动，由低压压缩机出口向高压压缩机15提供初步压缩的空气。中间冷却器33位于低压压缩机和高压压缩机之间，以降低输入高压压缩机15入口空气的温度。

上述发电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38指出了该蒸汽涡轮机，水在管38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。

到目前为止，除了在已知发电设备中没有过滤器11、单向阀12和调节构件13这一事实之外，所述发电厂大体上已经了解。现在将介绍本发明的新特征。

本发明的发电设备包括贮存易燃气体的容器或贮罐34。贮罐34通过可闭阀构件35与管道36相连，气化器10通过管道36向上燃烧室和预热燃烧室输送可燃气体。此外，在管道36到预热燃烧室之间的管道26上装有可闭阀构件37。阀构件35优选在最大负荷时，即在发电厂以最大输出功率运行时，至少打开一段时间，以便向贮罐34提供由气化器10输出的可燃气体，在最大负荷时，由于高压压缩机25的压力比部分负荷时高，因此可燃气体的压力也更高，从而使贮罐34中的压力更高。然后关闭阀构件35。当发电厂以其基本恒定的输出功率正常运行时，除所述向贮罐34供气外，关闭阀构件35，同时两个阀构件13和37保持打开，以便从气化器10分别向上燃烧室8和预热燃烧室25输送第一可燃气体。通过调节这些构件13和37的截流度，可调节可燃气体流量在两个燃烧室8和25中的分配。当然也可以完全关闭任何上述阀，尽管这种情况很少发生。此外，该发电设备具有设备41(优选电热器)，以使容器保温，更确切说使容器保持在800-1000℃，以便保证第二可燃气体不会冷凝。

在发电设备部分负荷运行时，由压缩机31和15给容器2、和通过容器2给燃烧室1以及烟道气通路所施加的压力比最大负荷运行时低。在这种部分负荷运行中突然提出要求提高发电厂的输出功率，即增加其负荷，可能增至最大负荷运行时，对完成负荷增长的速度来讲，能如何迅速地提高系统压力是极其重要的。必须提高气体涡轮机的功率，以提高由压缩机输出的空气流量，这在现有技术发电设备中导致气体涡轮机转数最初下降，以及由此压缩机的空气压力最初下降，以致系统中压力增加将推迟，因此气化器10输出气流的压力也下降，这使负荷可能增长得更慢。然而，本发明通过配置调节构件35解决了这一问题，该调节构件在需要增加负荷时可以打开，从而把在高压下贮存的可燃气体由贮罐34输入最高温燃烧室8和/或预热燃烧室25。在这些场所中以这种方式提高烟道气的流量，从而在各涡轮机16和23，以及间接在涡轮机29中获得增加的功率，因此气体涡轮机可立即输出更大功率，从而提高给系统加压的压缩机31和15的功率。由此，负荷可很快增长，毫无必要因气体涡轮机压缩机立即需要更大功率以能将增大的空气流压入压力容器，而使发电设备的功率在最初下降。一旦提高到所需负荷，优选关闭调节构件35，以后当需要从该负荷水平或负荷降低后建立的更低水平增加新负荷时，再打开该调节构件。

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思想的情况下，将为本领域的熟练人员展示更改上述优选实施方案的几种可能性。

本专利权利要求书中定义“可任选”也包括正在讨论的对上述调节构件的自动调整，该自动调整取决于任何特别的运行参数。

在停止向燃烧场所输送第二可燃气体时，向贮存容器提供该可燃气体，这一事实完全不说明，仿佛在停止向燃烧场所输送第二可燃气体时，这种向贮存容器供气过程一直进行或自动进行。

在具有上燃烧室和预热燃烧室的发电设备中，完全可能按排使第二可燃气流只与这两个燃烧室中的一个相连。

此外，尽管气化器及其与贮存容器连接部件的结合对通过气化器向贮存容器供气确实特别有利，并因此令人关注，但也可能通过气化器以外的其他设备(当存在这种设备时)，例如通过煤气制造厂，向贮存容器提供第二可燃气体。

象以上情况一样，第一和第二可燃气体可以，但非必须，是相同类型。

Claims

1.一套发电设备，它包括供燃料燃烧，同时产生热烟道气的燃烧室(1)、向该燃烧室下游烟道气通路中或紧靠该烟道气通路的场所(8，25)输送第一可燃气体的装置(9，10，36)、和至少一个为使第一可燃气体在上述场所燃烧而配置的燃烧器(42，43)，燃烧产生的气体与所述烟道气混合，以提高烟道气温度，其特征在于，该发电设备还包括可与上述装置隔开的附加装置(34，35)它们用于向上述场所(8，25)输送附加的第二可燃气体，所述附加装置包括可任选调节输送附加的第二可燃气体的构件(13，35，37)。

2.权利要求1的发电设备，其特征在于，所述构件(35)适合于在发电设备以其基本恒定的输出功率正常运行时，使向所述场所(8，25)输送第二可燃气体停止。

3.权利要求1或2的发电设备，其特征在于，它包括提供第一可燃气体的设备(10)，该设备也适合提供第二可燃气体。

4.权利要求3的发电设备，其特征在于，所述设备(10)适合于通过气化液体或固体燃料提供气体。

5.权利要求1～4中任一项的发电设备，其特征在于，它包括贮存第二可燃气体的容器(34)，该容器通过可任选打开的连接部件与所述场所(8，25)相连。

6.权利要求5的发电设备，其特征在于，它包括装置(41)，该装置使容器(34)在高温下持续加热，以使该容器所含第二可燃气体不会在其中冷凝。

7.权利要求2和3、以及可能其他前述权利要求中任一项的发电设备，其特征在于，它包括装置(10，35)，该装置适合于在停止向所述场所(8，25)输送附加的第二可燃气体时，向上述容器提供第二可燃气体。

8.权利要求2、以及可能其他前述权利要求中任一项的发电设备，其特征在于，它包括构件(13，35，37)，该构件用于调节输送第二可燃气体的装置，以便在需要提高发电设备的输出功率时，向所述场所(8，25)输送该可燃气体。

9.权利要求5、以及可能其他前述权利要求中任一项的发电设备，其特征在于，它包括向容器(34)供气的设备(10)。该设备适合于向上述容器提供第二可燃气体，直到该容器获得的压力超过场所(8，25)中烟道气的压力。

10.权利要求1～9中任一项的发电设备，其特征在于，它包括内含燃烧室(1)的压力容器(2)，该压力容器被加压，以便在燃烧室及其下游烟道气通路中产生超压。

11.权利要求1～10中任一项的发电设备，其特征在于，它包括由烟道气驱动的气体涡轮机(16，23，29)。

12.权利要求10和11的发电设备，其特征在于，它包括一台或几台适合由气体涡轮机(16，23，29)驱动的压缩机(15，31)，以便在压力容器(2)中产生超压。

13.权利要求4和11、以及可能权利要求12的发电设备，其特征在于，它包括由气体涡轮机(16，23)驱动的压缩机(15)，该压缩机适合于向气化器(10)提供压缩空气，以气化所述添加的燃料。

14.权利要求1～13中任一项的发电设备，其特征在于，它是PFBC-发电设备，即在高压流化床中燃烧微粒状燃料的发电设备。

15.权利要求11～13中任一项、以及可能权利要求14的发电设备，其特征在于，它包括室(8，25)，在该室中，第一和第二可燃气体燃烧，燃烧产生的气体与烟道气混合，以提高烟道气温度，上述室位于燃烧室(1)的下游烟道气通路中。

16.权利要求15的发电设备，其特征在于，所述室(8)位于气体涡轮机(16)的下游烟道气通路中，以使烟道气温度适合于推动该气体涡轮机。

17.权利要求15或16的发电设备，该发电设备包括至少两台依次排列在烟道气通路中的气体涡轮机(16，23)，其特征在于，所述类型的室(25)位于两台气体涡轮机之间的烟道气通路中，以使在第一气体涡轮机(16)中降温的烟道气在输入其后的气体涡轮机(23)之前提高温度。

18.权利要求16和17的发电设备，其特征在于，它包括适合于向两个室(8，25)分配第二可燃气体流量的构件(13，37)。