DE68902394T2

DE68902394T2 - Kraftanlage zum verbrennen von brennstoff in einer wirbelschicht bei ueberdruck.

Info

Publication number: DE68902394T2
Application number: DE8989100331T
Authority: DE
Inventors: Sven-Olov Oestmann
Original assignee: ABB Stal AB
Current assignee: ABB Stal AB
Priority date: 1988-01-18
Filing date: 1989-01-10
Publication date: 1993-03-25
Anticipated expiration: 2009-01-11
Also published as: DE68902394D1; EP0325142A3; FI91104C; ES2034402T3; FI890252A; EP0325142A2; DK7689A; SE8800140D0; US4944150A; DK7689D0; JPH01237325A; CA1304264C; FI91104B; SE462994B; DK166043B; FI890252A0; DK166043C; EP0325142B1; SE8800140L

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftwerksanlage zur Verbrennung von Brennstoff in einem Wirbelbett bei über-atmosphärischem Druck gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine solche Kraftwerksanlage ist bekannt aus der Druckschrift "ASEA Journal", Nr.1, 1984, Seite 8-13.
Die Kraftwerksanlage arbeitet mit über-atmosphärischem Druck, und die Verbrennungsgase treiben eine Gasturbine, die ihrerseits einen Kompressor antreibt, der komprimierte Verbrennungsluft erzeugt. Die Wände des Verbrennungsgefäßes sind wassergekühlt und bilden zumindest einen Teil eines Speisewasservorwärmers für einen Verdampf er und einen Überhitzer, die in dem Verbrennungsgefäß zwecks Erzeugung von Dampf angeordnet sind.
In einer PFBC-Kraftwerksanlage bereitet eine optimale Dimensionierung des Speisewasservorwärmers, des Verdampf ers und des Überhitzers bei sehr niedriger Last spezielle Probleme. (PFBC sind die Anfangsbuchstaben des englischen Ausdruckes "Pressurized Fluidized Bed Combustion"). Es ist vorteilhaft, die gekühlten Wände des Verbrennungsgefäßes zum Vorwärmen von Speisewasser zu verwenden. Diese Wände können den gesamten Speisewasservorwärmer oder einen Teil desselben bilden. Bei sehr niedriger Last kann der erforderliche Wasserstrom zur Kühlung der Wände des Verbrennungsraumes den Wasserbedarf des Verdampfers der Anlage übersteigen. Dies bedeutet, daß ein zu geringer Teil des zugeführten Wassers in dem Verdampf er verdampft wird. Der Dampfstrom durch den Überhitzer kann daher unzureichend werden, so daß seine Verdampferrohre eine zu hohe Temperatur annehmen und Schaden erleiden. Bei einem Lastabfall und einem dadurch ausgelösten Durchgehen der Gasturbine kann der große Wärmeinhalt des Bettmaterials des Verbrennungsgefäßes spezielle Probleme verursachen. Der erforderliche Wasserstrom zur Kühlung der Wände des Verbrennungsgefäßes ist so groß, daß der gleiche Fluß durch einen nachfolgenden Verdampfer zur Folge hat, daß eine sehr kleine Dampfmenge erzeugt wird und in den Rohren des Überhitzers sich nicht der erforderliche Dampfstrom einstellt, der zur Kühlung dieser Rohre notwendig ist, wodurch die Gefahr einer Beschädigung dieser Rohre besteht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftwerksanlage der eingangs genannten Art zu entwickeln, die von den vorgenannten Mängeln der bekannten Anlagen beim Betrieb mit sehr kleiner Last oder bei plötzlicher Lastverkleinerung befreit ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Kraftwerksanlage zur Verbrennung von Brennstoff in einem Wirbelbett bei über-atmosphärischem Druck gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welche erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen genannt.
Gemäß der Erfindung ist in einer Kraftwerksanlage, in welcher die Wände des Verbrennungsgefäßes zumindest einen Teil des Speisewasservorwärmers bilden, eine Nebenleitung mit einem steuerbaren Nebenleitungsventil für Speisewasser an die Verbindung zwischen dem Speisewasservorwärmer und dem Verdampfer des Verbrennungsgefäßes angeschlossen. Mit Hilfe des Ventils in der Nebenleitung kann der Wasserstrom zum Verdampf er so gesteuert werden, daß im Falle eines Lastabfalles oder einer geringen Last ein geeigneter Wasserstrom durch den Verdampf er und den Überhitzer erreicht wird.
Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen
Fig. 1 sehr schematisch eine PFBC-Kraftwerksanlage gemäß der Erfindung,
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer solchen Anlage.
In Fig. 1 bezeichnet 10 ein Druckgefäß. In dem Druckgefäß 10 ist ein Verbrennungsgefäß 12 mit gekühlten Panelwänden 14 angeordnet, die Kühlrohre 16 enthalten. Ein Verteiler 18 für Verbrennungsluft unterteilt das Verbrennungsgefäß in einen Verbrennungsraum 20 und eine Aschekammer 22. Der Raum 24 zwischen dem Druckgefäß 10 und dem Verbrennungsgefäß 12 enthält komprimierte Verbrennungsluft und steht mit den Rohren 26 und den Düsen 28 des Verteilers 18 in Verbindung. Über diese Düsen 28 wird der Verbrennungsraum 20 mit Luft versorgt zur Fluidisation des Bettmaterials 30 und zur Verbrennung des über die Leitung 32 aus einem nicht dargestellten Brennstoffbunker zugeführten Brennstoffes. Frisches Bettmaterial kann zusammen mit dem Brennstoff zugeführt werden. Zwischen den Luftverteilerrohren 26 sind Spalte 34 vorhanden, durch welche verbrauchtes Bettmaterial 30 und gebildete Asche aus dem Verbrennungsraum 20 in die Aschekammer 22 abfließen können. Aus der Aschekammer 22 wird das Material über eine Leitung 36 und den drehbaren Tellerzuteiler 38 abgeführt.
Die Verbrennungsgase, die bei der Verbrennung entstehen, werden in dem Freiraum 20a des Verbrennungsraumes 20 gesammelt und über die Leitung 40 zu einer Reinigungsanlage geleitet, die durch einen Zyklon 42 symbolisch dargestellt ist. Das gereinigte Gas wird von hier über eine Leitung 44 der Gasturbine 46 zugeführt, von deren Ausgang das Gas dann über eine Leitung 44 dem Speisewasservorwärmer 50 zugeführt wird und von dort in einen nicht dargestellten Schornstein geleitet wird. Die Gasturbine 46 treibt den Kompressor 52, der über die Leitung 54 den Raum 24 mit komprimierter Verbrennungsluft versorgt, und einen Generator 50, der auch als Startmotor verwendet werden kann. Zwischen den Leitungen 44 und 54 ist eine Kurzschlußleitung 58 vorhanden. In den Leitungen 44, 54, 58 sind Ventile 60, 62 und 64 vorhanden. Im normalen Betrieb sind die Ventile 60 und 62 geöffnet und ist das Ventil 64 geschlossen. Im Falle einer Betriebsstörung, die zu einem Lastverlust führt, der ein Durchgehen der Turbine auslösen würde, wird das Ventil 64 in der Kurzschlußleitung 58 geöffnet und die Ventile 60 und 62 werden geschlossen.
Im Verbrennungsraum 20 des Verbrennungsgefäßes 12 sind ein Verdampf er 66 und ein Überhitzer 68 angeordnet. Der Verdampfer 66 erzeugt Dampf für eine Dampfturbine 70 und kühlt das Bett 30. Der Überhitzer 68 überhitzt den Dampf. Die Turbine 70 treibt einen Generator 72. Wie das Blockschaltbild gemäß Fig. 2 zeigt, kann der Überhitzer 68 in einen ersten Teil 68a und einen zweiten Teil 68b unterteilt sein. Eine Wassereinspritzvorrichtung 75 zur Steuerung der Dampftemperatur kann zwischen den Teilen 68a und 68b vorgesehen sein.
Wasser wird von einem Speisewassertank 74 mittels einer Pumpe 76 über eine Leitung 78, den Speisewasservorwärmer 50 und über die Leitung 80 den Rohren 16 der Wand 14 des Verbrennungsgefäßes zugeführt. Die Rohre 16 bilden einen Speisewasservorwärmer. Das in den Rohren 16 der Wand 14 erhitzte Speisewasser wird über die Leitung 82 dem Verdampfer 66 zugeführt. Zwischen dem Verdampf er 66 und dem Überhitzer 68 befindet sich ein Wasserabscheider 84. Von dem Überhitzer 68 wird der Dampf über die Leitung 86 mit dem Steuerventil 88 der Turbine 70 zugeführt. Von der Turbine 70 wird der Dampf dem Kondensator 90 zugeführt. Das Kondensat wird von der Pumpe 92 über die Leitung 94 dem Speisewassertank 74 zugeführt. Zwischen der Dampfleitung 86 und dem Kondensator 90 befindet sich eine Nebenleitung 96 mit einem Ventil 98, über welches bei einem Lastabfall am Generator 72 Dampf dem Kondensator 90 zugeführt werden kann, während das Dampfsteuerventils 88 geschlossen wird. Der Wasserabscheider 84 ist mit dem Speisewassertank 74 über eine Leitung 100 mit dem Steuerventil 102 verbunden zwecks Abführung von abgeschiedenem Wasser. Eine Leitung 104 mit einem Steuerventil 106 verbindet den Speisewassertank 74 mit der Verbindungsleitung 82, die vorgewärmtes Speisewasser von den Rohren 16 in der Wand 14 des Verbrennungsgefäßes zu dem Verdampfer 66 leitet. Eine Anzahl von Meßübertragern zur Messung der Temperaturen der Wasserflüsse, der Dampfströme und so weiter sowie die Betätigungsvorrichtungen der in der Anlage vorhandenen Ventile sind an eine nicht dargestellte Signalverarbeitungs- und Steuereinrichtung angeschlossen.
Im Falle einer Betriebsstörung, die in einem Lastabfall resultiert, welcher ein Durchgehen der Turbine auslöst, werden Steuermaßnahmen zur Reduzierung der Energieerzeugung in dem Verbrennungsgefäß 12 getroffen. Die Brennstoff zufuhr wird unterbrochen, die Betthöhe gesenkt, der Luftstrom reduziert, Stickstoff kann zugeführt werden, usw. Dies hat eine reduzierte Wärmeaufnahme des Verdampfers 66 zur Folge. Der erforderliche Wasserstrom zur Kühlung der Wände 14 des Verbrennungsgefäßes wird nicht mit der gleichen Schnelligkeit und in dem gleichen Ausmaße reduziert. Ein Wasserstrom, der ein teilweises Kochen und eine Dampferzeugung in den Wänden 14 des Verbrennungsgefäßes verhindert, hat eine verminderte Dampferzeugung in dem Verdampf er 66 zur Folge. Die erforderliche Kühlung der Wände 14 des Verbrennungsgefäßes und ausreichende Dampferzeugung in dem Verdampfer 66 erhält man durch Abführung eines Teils des Speisewassers, das in den Wänden 14 erhitzt worden ist, aus der Verbindungsleitung 82 über die Nebenleitung 104 mit dem Steuerventil 106. Auch im Falle eines Betriebes mit geringer Last kann ein geeignetes Gleichgewicht zwischen dem Wasserstrom zur Kühlung der Wände 14 des Verbrennungsgefäßes und dem Wasserstrom zum Verdampfer 66 und dem Dampfstrom durch den Überhitzer 68 durch Abführung von Speisewasser über die Leitung 104 und das Ventil 106 zu dem Speisewassertank 74 erreicht werden. Bei einem Durchgehen der Gasturbine werden etwa 60% des Wasserflusses in den Wänden 14 des Verbrennungsgefäßes über die Nebenleitung 104 abgeführt.

Claims

1. Kraftwerksanlage zur Verbrennung von Brennstoff in einem Wirbelbett (30) bei über-atmosphärischem Druck mit

einem Verbrennungsgefäß (12) mit wasser-gekühlten Wänden (14), welche einen Teil eines Speisewasservorwärmers bilden,

einem Verdampfer (66), der in dem Verbrennungsgefäß angeordnet ist und Rohre hat, die dem Wirbelbett (30) Wärme entziehen und dadurch das genannte Bett kühlen, und

zumindest einem im Verbrennungsgefäß (12) angeordneten Überhitzer (68), dadurch gekennzeichnet, daß eine Nebenleitung (104) mit einem Steuerventil (106) an eine Verbindungsleitung (82) zwischen den gekühlten Wänden (14), die den Speisewasservorwärmer bilden, und dem Verdampf er (66) angeschlossen ist und daß die genannte Leitung (104) und das Ventil (106) einen solchen Teil des Speisewasserstromes abzuleiten vermögen, daß die Aufrechterhaltung der Dampferzeugung im Verdampfer (66) bei allen Betriebsbedingungen und im Falle eines Lastabfalles gewährleistet ist.

2. Kraftwerksanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende der Nebenleitung (104) an einen Speisewassertank (74) angeschlossen ist, der dem Speisewasservorwärmer (14, 16) Wasser zuführt.

3. Kraftwerksanlage nach einem der Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wasserabscheider (84) zwischen dem Verdampf er (66) und dem Überhitzer (68) angeordnet ist.

4. Kraftwerksanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbrennungsgefäß (12) an eine Gasturbine (46) angeschlossen ist, die einen Kompressor (24) treibt, der Verbrennungsluft komprimiert.

5. Kraftwerksanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbrennungsgefäß (12) in einem Druckgefäß (10) eingeschlossen ist und von komprimierter Verbrennungsluft umgeben ist, die von dem genannten Kompressor (52) erzeugt wird und dem Raum (24) zwischen dem Druckgefäß (10) und dem Verbrennungsgefäß (12) zugeführt wird.