DE3906593C2 - Druckentlastungsvorrichtung in einer PFBC-Kraftwerksanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckentlastungsvorrichtung in einer PFBC-Kraftwerksanlage gemäß dem Oberbegriff des An­ spruches 1. Die Verbrennungskammer enthält ein fluidisierba­ res Bett mit Rohren zur Dampferzeugung und kann beispiels­ weise einem Druckanstieg als Folge eines Rohrbruches ausge­ setzt sein. "PFBC" ist abgeleitet von dem englischen Begriff "Pressurized Fluidized Bed Combustion".

Ein Rohrbruch, der zu einem Ausfließen von Wasser in einer Verbrennungskammer mit einem fluidisierten Bett führt, er­ zeugt Probleme ganz anderen Ausmaßes und anderer Schwierig­ keit als ein Rohrbruch in einem herkömmlichen Kessel, bei welchem ausströmender Dampf mit den Verbrennungsgasen über den Schornstein abgeführt wird. Eine fluidisiertes Bett ent­ hält eine große Wärmemenge, und wenn infolge eines Rohr­ bruches Wasser in das Bett fließt, kommt es zu einer lebhaf­ ten Dampferzeugung. Eine an die Verbrennungskammer ange­ schlossene Dampfturbine drosselt das Abströmen von Gas aus der Verbrennungskammer so stark, daß sich ein Druckanstieg aufbauen kann, der zu einer unzulässig hohen Druckdifferenz zwischen der Verbrennungskammer und dem sie umgebenden Raum führen kann. Aus Sicherheitsgründen ist es wichtig, daß der infolge eines Rohrbruches entstehende Druck in der Verbren­ nungskammer durch eine Druckentlastungsvorrichtung begrenzt wird. Da die Verbrennungskammer in einem Druckgefäß einge­ schlossen ist und die Druckdifferenz zwischen dem Innenraum der Verbrennungskammer und dem sie umgebenden Druckgefäßin­ nenraum lastabhängig ist, treten spezielle Probleme auf, die beim Entwurf einer Druckentlastungsvorrichtung berücksich­ tigt werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Druckentla­ stungsvorrichtung bei einer PFBC-Kraftwerksanlage zu ent­ wickeln, durch welche der Druck zwischen dem Innenraum der Ver­ brennungskammer und dem sie umgebenden Raum des Druckgefäßes begrenzt wird und durch die eine Druckentlastung des Druck­ gefäßes in die Atmosphäre herbeigeführt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Druckentlastungsvorrich­ tung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welche erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des An­ spruches 1 genannten Merkmale hat.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den wei­ teren Ansprüchen genannt.

Gemäß der Erfindung ist die Verbrennungskammer an eine Lei­ tung angeschlossen, die mit Ablaßventilen ausgerüstet ist, über welche Gas aus der Verbrennungskammer in die Atmosphäre abgelassen werden kann. In dieser Leitung ist eine Bruch­ scheibe angeordnet, die so beschaffen ist, daß sie bei einer definierten Druckdifferenz zwischen der Verbrennungskammer und dem sie umgebenden Raum des Druckgefäßes bricht. Um einen genau definierten Bruchdruck zu erhalten, ist zwischen der Verbrennungskammer und der Bruchscheibe Isoliermaterial angeordnet, so daß die Bruchscheibe auf eine recht genau de­ finierte Temperatur gehalten werden kann und der Bruch bei der vorgegebenen Druckdifferenz eintritt. Mit Rücksicht auf eine Beschädigung oder Verstopfung der Ventile wird ein par­ tikelförmiges, leichtes und glattes wärmeisolierendes Mate­ rial verwendet. Um eine gute Isolierung zwischen dem Inneren der Verbrennungskammer und der Bruchscheibe mit einer gerin­ gen Dicke des Isoliermaterials zu erhalten, müssen die Par­ tikelgrößen sich über einen weiten Bereich erstrecken. Die Gefahr, daß ein solches Material bei einem Bruch der Bruch­ scheibe zu Problemen führt, ist gering. Im Falle eines Bruches der Bruchscheibe müssen die Ablaßventile oder die an die oben genannte Leitung angrenzenden Ventile schnell ge­ öffnet werden. In Verbindung mit der Bruchscheibe oder der stromabwärts der Bruchscheibe liegenden Leitung ist ein Ge­ rät zur Anzeige eines Bruches der Bruchscheibe und zur Öff­ nung der Ablaßventile über eine Signalverarbeitungs- und Be­ tätigungsausrüstung angeordnet.

Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 schematisch eine PFBC-Kraftwerksanlage mit einer Druckentlastungsvorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 und 3 detaillierte Ausführungsformen von Druckent­ lastungsvorrichtungen nach der Erfindung.

In den Figuren sind ein Druckgefäß 10, eine Ver­ brennungskammer 12 und eine Reinigungsanlage 14 zur Entfer­ nung von Staub aus den Verbrennungsgasen dargestellt. Die Verbrennungskammer 12 und die Reinigungsanlage 14 sind in dem Druckgefäß 10 angeordnet. Die Reinigungsanlage 14 wird durch einen Zyklon symbolisiert. Die Verbrennungskammer 12 hat einen luftverteilenden Boden 18 mit Düsen 16, durch wel­ che der Verbrennungsraum 20 mit komprimierter Verbrennungs­ luft aus dem Raum 22 zwischen der Verbrennungskammer 12 und der Innenwand des Druckgefäßes 10 versorgt wird. Diese Luft fluidisiert ein Bett 24 aus partikelförmigem Material, wel­ ches zum Teil aus einem schwefelabsorbierenden Material be­ steht und in welchem ein Brennstoff verbrannt wird, welcher dem Bett 24 durch die Leitung 26 zugeführt wird. In der Ver­ brennungskammer 12 sind Rohre 28 angeordnet, welche das Bett 24 kühlen und in denen Dampf für eine nicht dargestellte Dampfturbine erzeugt wird. Die Verbrennungsgase werden in dem Freiraum 30 über dem Bett 24 in dem Verbrennungsraum 20 gesammelt, in der Reinigungsanlage 14 gereinigt und über die Leitung 34 der Gasturbine 32 zugeführt. Die Gasturbine 32 treibt einen Kompressor 36 und einen Generator 38, welcher Strom in ein nicht dargestelltes elektrisches Netz liefert. Die vom Kompressor 36 komprimierte Luft wird über die Lei­ tung 40 dem Raum 22 zugeführt.

Außerhalb des Druckgefäßes 10 sind drei Ventilgruppen 42 an­ geordnet, von denen jede aus zwei in Reihe geschalteten Ven­ tilen 42a und 42b besteht, über die im Falle bestimmter Be­ triebsstörungen Luft aus dem Raum 22 abgelassen wird. Auf der Abströmseite der Ventilgruppen 42 befindet sich ein Schalldämpfer 44. Die Ventilgruppen 42 sind über die Leitung 46 an den Schacht 48 angeschlossen, und zwar stromabwärts der im Schacht 48 angeordneten druckreduzierenden Staubab­ führvorrichtung 50, die als Kühler ausgebildet ist und mit Kühlluft aus dem Raum 22 gekühlt wird. Die Ventilgruppen 42 sind über eine Leitung 54 auch an den Freiraum 30 der Ver­ brennungskammer 12 angeschlossen. In der Leitung 54 ist eine Bruchscheibe 56 angeordnet ist. Die Bruchscheibe 56 ist ge­ genüber der Hitze in der Verbrennungskammer 12 durch parti­ kelförmiges wärmeisolierendes Material 58 geschützt, welches von einer gasdurchlässigen oder perforierten Membran oder einem Netz 60 getragen wird. Das wärmeisolierende Material besteht aus einem granulierten Material. Die Bruchscheibe 56, die Membran oder das Netz 60 sind so beschaffen, daß sie keine nennenswerte Behinderung des Gasflusses darstellen. Eine Vorrichtung zum Einfangen einer Bruchscheibe 56 ist zweckmäßigerweise stromaufwärts der Ventile 42 angeordnet. An der Bruchscheibe 56 ist ein Sensor 62 zur Anzeige des Bruches angeordnet. Dieser Sensor 62 und die Betä­ tigungsvorrichtungen 66a und 66b für die Ventile 42a und 42b sind über Leitungen 66 beziehungsweise 68 und 70 an eine Si­ gnal- und Betätigungsausrüstung 64 angeschlossen. Beim Bruch der Bruchscheibe 56 sorgt die Betätigungsausrüstung 64 da­ für, daß die Ventile 42a und 42b geöffnet werden.

Die Fig. 2 und 3 zeigen alternative Ausführungsformen der Druckentlastungsvorrichtung und ihre Verbindung mit der obe­ ren Wand 72 der Verbrennungskammer. Die Wand 72 besteht aus einer gekühlten gasdichten Frontplatte 74, einer inneren Iso­ lierung aus Isoliermaterial 76 und Schutzplatten 78.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist eine Hülse 80 mit einem Durchmesser, der größer als der der Leitung 54 ist, gasdicht mit der Wand 74 verbunden. Die Hülse 80, die Lei­ tung 54 und die Bruchscheibe 56 sind über Flansche 82 und 84 und Verbindungsbolzen 86 miteinander verbunden. Eine Schutz­ platte 78 ist an eine Öffnung 90 angeschlossen. Eine Hülse 92 erstreckt sich in die Hülse 80 und ist mit der Platte 78 über die Flansche 88 und 94 mittels Bolzen 96 verbunden. Die perforierte Membran 60 überdeckt die Öffnung 90 und wird zwischen den Flanschen 88 und 94 gehalten. Der Raum in der Hülse 92 zwischen der Membran 60 und der Bruchscheibe 56 so­ wie der ringförmige Raum 81 zwischen den Hülsen 80 und 92 ist mit dem wärmeisolierenden partikelförmigen Material 58 gefüllt. Bei einer Temperatur von 850°C bis 900°C im Freiraum 30 kann die Temperatur der Bruchscheibe 56 auf 300°C bis 350°C gehalten werden.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist eine Hülse 100 mit Flanschen 102 und 104 zwischen der Leitung 54 und einer Hülse 106, die mit einer Schutzplatte 78 verbunden ist, ein­ gefügt. Die Hülse 106 ist gasdicht mit dem Balgen 108 und der gekühlten Frontwand 74 verbunden. Die Hülse 100, die Hülse 106 und die perforierte Membran 60 sind über die Flan­ sche 104 und 110 mittels Verbindungsbolzen 112 miteinander verbunden. Das Rohr 54, die Hülse 100 und die Bruchscheibe 56 sind über die Flansche 102 und 114 und die Verbindungs­ bolzen 116 miteinander verbunden.

Claims (5)

1. Druckentlastungsvorrichtung in einer PFBC-Kraftwerksan­ lage mit einer in einem Druckgefäß (10) angeordneten Ver­ brennungskammer (12) zur Begrenzung der Druckdifferenz zwi­ schen dem Inneren der Verbrennungskammer (12) und dem die Verbrennungskammer umgebenden Innenraum (22) des Druckge­ fäßes (10), dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Verbrennungskammer (12) über eine Leitung (54) mit mindestens einem Ablaßventil (42) zum Ablassen von Gas aus der Verbrennungskammer (12) in die Atmosphäre versehen ist,
• - daß in der Leitung (54) eine gasdurchlässige oder perfo­ rierte Membran oder ein Netz (60) angeordnet ist und un­ terhalb der Membran oder des Netzes (60) eine Bruchscheibe (56) angeordnet ist und
• - daß ein Sensor (62) vorhanden ist zur Anzeige des Bruches der Bruchscheibe (56) und zur Erzeugung eines Betäti­ gungssignals zum Öffnen des Ablaßventils (42).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Öffnungen in der perforier­ ten Membran oder dem Netz (60) kleiner als 2 mm, vorzugs­ weise kleiner als 0,1 mm, sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Leitung (54) und dem Ablaßventil (42) eine offene Verbindung zu dem Raum (22) zwischen dem Druckgefäß (10) und der Verbrennungskammer (12) vorhanden ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablaß­ leitung (54) an der Verbindung mit der Verbrennungskammer (12) mit einer inneren Isolation (76) versehen ist und mit­ tels eines Balgens (108) gasdicht mit der gasdichten Wand (74) der Verbrennungskammer (12) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Ablaßleitung (54) mit einem erweiterten Abschnitt (80) direkt mit der gasdichten Wand (74) der Verbren­ nungskammer (12) verbunden ist,
• - daß eine mit der inneren Isolation (76, 78) in der Ver­ brennungskammer verbundene Hülse (92) in den erweiteren Teil (80) der Ablaßleitung (54) hineinragt und
• - daß der zwischen der Hülse (92) und dem erweiterten Teil (80) der Ablaßleitung (54) gebildete ringförmige Raum (81) vollständig oder teilweise mit wärmeisolierendem Ma­ terial ausgefüllt ist.