DK164716B - Pfbc-kraftanlaeg - Google Patents

Description

i

DK 164716B

Den foreliggende opfindelse angår et kraftanlæg med forbrænding af et brændsel i et fluidiseret leje af et parti kel formigt materiale, hvilket materiale kan udgøres af en svovl absorbent. Lejet befinder sig i en lejebeholder og forbrændingen sker ved et tryk, som overstiger at-5 mosfæretrykket. Trykket kan går op til 15-20 MPa. Forbrændingsgasserne udnyttes til drivning af en eller flere gasturbiner, der driver kompressorer og/eller generatorer, som leverer elektrisk strøm til et kraftnet. Almindeligvis er lejebeholderen og et rensningsanlæg for udskilning af faste partikler fra forbrændingsgasserne anbragt i en 10 fælles trykbeholder. Damp, som frembringes i kølerør i lejet, udnyttes i en dampturbine.

Internationalt kaldes kraftanlæg af denne art almindeligvis for PFBC-kraftanlæg. PFBC er begyndelsesbogstaverne i det engelske udtryk Pres-15 surized Fluidized Bed Combustion.

Ved forbrænding i et fluidiseret leje skal forbrændingstemperaturen holdes under det niveau, ved hvilket slaggedannelse opstår og slaggeklumper dannes, som forstyrrer fluidisering og umuliggør udledning af 20 restprodukter. Den øvre temperaturgrænse ved forbrænding af kul i et fluidiseret leje varierer med kulkvaliteten og ligger almindeligvis mellem ca. 850 og 950°C. Dette indebærer, at drivgassen til turbinerne, der indgår i et PFBC-kraftanlæg, har en temperatur, som er ca. lig med temperaturen i det fluidiserede leje. Eftersom turbineeffekten 25 stiger stærkt med drivgassens temperatur, er en betydelig højere driv-gastemperatur, op til ca. 1200°C, ønskelig for at man skal opnå et højt effektudtag i anlæggets gasturbinedel.

Ifølge EP patent nr. 0144172 er det kendt at tilvejebringe en tempera-30 tur på 1350°C af gasser, der forlader et brændkammer med forbrænding af kul i et fluidiseret leje. Brændkammeret er beregnet til at tilvejebringe gasser til en procesindustri. Lejebeholderen er opdelt i to dele. Den ene del drives som en gasgenerator, hvor gas forbrændes i et for begge dele fælles fribord. Støv i gassen synes uden betydning, 35 eftersom der ikke er vist noget rensningsanlæg.

Formålet med den foreliggende opfindelse er at øge virkningsgraden og effektudtaget i gasturbinedelen i et PFBC-kraftanlæg ved at øge temperaturen af gassen, som tilføres de indgående gasturbiner.

DK 164716B

2

Ifølge den foreliggende opfindelse tilvejebringes brændbar gas i en gasgenerator og forbrændes i et efterbrændkammer. Forbrændingsgas fra dette efterbrændkammer med høj temperatur blandes med forbrændingsgasser fra lejebeholderen med lavere temperatur. Den opnåede højere tem-5 peratur af turbinens drivgas giver en højere turbinevirkningsgrad.

I kraftanlægget er lejebeholderen opdelt i en første og en anden del ved hjælp af en vertikal skillevæg, som strækker sig helt op til lejebeholderens øvre væg, således at to adskilte fribord opnås i de to 10 dele. I væggens nedre del, d.v.s. i lejeregionen, findes åbninger, som tillader lejematerialet at cirkulere mellem de to dele. Kul tilføres begge lejebeholderdelene gennem separate brændsel indføringssystemer og indføringen reguleres gennem separate reguleringssystemer. I den første lejebeholderdel, som udgør en gasgenerator, tilvejebringes brændbar 15 gas. Denne renses i et rensningsanlæg og tilføres et efterbrændkammer, hvor den forbrændes. Forbrændingsgasser fra den anden lejebeholderdel renses og blandes med forbrændingsgasserne fra efterbrændkammeret, passende i efterbrændkammeret, og tilføres en i anlægget indgående gasturbine. Lejebeholderen, gasrensere samt efterbrændkammeret kan 20 være indesluttet i en fælles trykbeholder, men intet forhindrer, at efterbrændkammeret er anbragt uden for trykbeholderen, eksempelvis i tilslutning til gasturbinen. Ved anbringelse i trykbeholderen opnås, at trykdifferencen mellem brændkammerets inder- og yderside bliver lille, hvilket er noget som mindsker påvirkningerne og konstruktions-25 problemet. Ifølge opfindelsen opnås, at temperaturen af gasturbine-drivgasserne kan forhøjes og dermed effekten i anlæggets gasturbine-del. Den tilladte indløbstemperatur kan gå op til ca. 1200T. Førhø-jelsen af drivgastemperaturen til dette niveau kan indebære en effekt-forøgelse i gasturbinedelen på ca. 10%.

30

Lejebeholderen omfatter en bund med et mundstykke for tilførsel af luft for frembringelse af den brændbare gas og delvis forbrænding af brændslet i den første del og for fluidisering af lejematerialet og forbrænding af brændslet i den anden del. Under lejebeholderbunden 35 findes et askerum for opsamling af restprodukter fra forbrændt kul og forbrugt lejemateriale. Ved den nedre del af askerummet findes udbringermekanismer for materialet i askerummet. Bunden i den anden lejebeholderdel kan bestå af langstrakte luftfordelingskamre, mellem hvilke, der er dannet spalter. Gennem disse spalter kan lejematerialer og rest-

DK 164716B

3 produkter falde ned i askerummet. Bunden i den første lejebeholderdel er passende udført på en sådan måde, at materialet ikke kan passere gennem bunden til askerummet.

5 Cirkulation af lejemateriale mellem første og anden lejebeholderdel kan tilvejebringes ved hjælp af luft eller anden gas, som indblæses i den første lejebeholderdel gennem i det mindste et mundstykke, som er rettet mod en åbning i skillevæggen, passende mod en nedre åbning i væggen. Lejemateriale med eventuelt uforbrændt brændsel transporteres 10 herigennem fra den første lejebeholderdel til den anden lejebeholderdel. Materiale fra den anden lejebeholderdel strømmer til den første brændkammerdel gennem en anden åbning.

Kul føres ind ved en passende højde i den første lejebeholderdel. Ved 15 berøring med det varme lejemateriale forgasses flygtige bestanddele. Tilført luft giver partiel forbrænding af kul, hvorved kulilte CO dannes. I den første lejebeholderdel findes mundstykket oven for bunden for tilførelse af yderligere luft eller damp. Ved tilførelse af damp opnås spaltegas. De brændbare gasser kan da, udover flygtige kulbrinte 20 og kulilte, også indeholde brint 1^.

Opfindelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningen, hvis eneste figur skematisk viser opfindelsen tilpasset i et PFBC-kraftanlæg.

25 På tegningen betegner 10 en trykbeholder. I denne trykbeholder er der anbragt en lejebeholder 12, som er opdelt i en første del 14 og en anden del 16 af en væg 17. En bund 18 i lejebeholderen 12's første del 14 er udført som en luftfordelingskasse 20 med mundstykker 22. Fra 30 rummet 24 mellem trykbeholderen 10 og lejebeholderen 12 tilføres denne luftfordelingskasse 20 forbrændingsluft via en mængdereguleringsmekanisme, som symboliseres ved spjældet 26 i tilførelsesledningen 28.

En bund 30 i lejebeholderens anden del 16 er udført med et antal langstrakte parallelle luftfordelingskasser 32 med mundstykker 34. Luft-35 strømningen fra rummet 24 reguleres med ikke-viste reguleringsmekanismer. Mellem disse luftfordelingskasser 32 er der dannet spalter 36, gennem hvilke partikulært lejemateriale i et fluidiseret leje 38 kan passere fra lejebeholderen 12's anden del 16 til askerummet 40 under bundene 18 og 30. Materialet i rummet 40 ledes ud gennem eksempelvis

DK 164716 B

4 en celletransportør 42.

Brændsel indføres gennem en ledning 44 fra et ikke-vist brændsel forråd i den anden lejebeholderdel 16. Gennem mundstykkerne 34 tilføres luft 5 i en sådan mængde, at lejematerialet 38 fluidi seres og fuldstændig forbrænding af det tilførte brændsel opnås. Forbrændingsgasserne samles i fribordet 46 og ledes gennem ledningen 48 til cyklonen 50, som symboliserer et rensningsanlæg, som kan bestå af et antal grupper af seriekoblede cykloner. Udskilt stof bestående af aske og forbrugt 10 lejemateriale fjernes gennem ledningen 52 og en tryksænkende udbringermekanisme 54, som kan være af den type, som beskrives i EP patent nr. 0108505. Den køler også stoffet. Lejet afkøles med rør 56. Damp, der er tilvejebragt i disse rør driver en dampturbine 58 og en til denne koblet generator 60. Dampen, som forlader turbinen 58 kondense-15 res i kondensatoren 62, Kondensatet videreføres med fremføringsvandpumpen 64 til rørerne 56. Fra et ikke vist brændselsforråd indføres kul i den første lejebeholderdel 14 gennem en ledning 66. Væggen 17 er forsynet med mindst en nedre åbning 68 og mindst en øvre åbning 70, som muliggør cirkulation mellem begge lejebeholderens dele 14 og 16, 20 der er afgrænset af væggen 17. Cirkulationen kan påvirkes og reguleres gennem indblæsning af luft eller anden gas gennem et mundstykke 72 lige ud for den nedre åbning 68. Lejemateriale vil da cirkulere mellem lejebeholderdel ene 14 og 16, som vist ved pilene 74. Mundstykket 72 kan tilføres luft direkte fra rummet 24 eller som vist i figuren via 25 ledningerne 76 og 78 og boosterkompressoren 80. Ved blot at tilføre en for fuldstændig forbrænding af tilført kul utilstrækkelig mængde luft til den første lejebeholderdel 14 gennem mundstykkerne 22, dannes i denne del 14 brændbare gasser, som består af flygtige bestanddele i kullet og ved den ufuldstændige forbrænding dannet kulilte CO. Den 30 gennem mundstykkerne 22 tilførte luftmængde er som nævnt utilstrækkelig for fuldstændig forbrænding og kan ligge under den mængde som fordres for fluidisering af lejematerialet i den første lejebeholderdel 14. I den første lejebeholderdel 14 kan mundstykkerne 82 ses, hvilke er anbragt oven for mundstykkerne 22 ved lejebeholderdel en 14's bund 35 18. Disse mundstykker 82 forsynes med luft eller damp via ledningen 84. Gennem dampindsprøjtning dannes spaltegas og de i lejebeholderdel en 14 dannede brændbare gasser vil også indeholde brintgas Hg. Gasserne, som samles i fribordet 86 føres gennem ledningen 88 til cyklonen 90, som symboliserer et gasrensningsanlæg. Stof eller aske, der er 5

DK 164716 B

udskilt i cyklonen fjernes gennem ledningen 92 med en trykreducerende askeudbringer 94. Udskilt stof kan indeholde en anselig mængde ubrugt brændsel og derfor kan det alternativt være passende at videreføre det udskilte stof til den anden lejebeholderdel 16, hvor det uforbrændte 5 materiale forbrændes.

Fra gasrenseren 90 ledes den brændbare gas gennem en ledning 96 til et efterbrændkammer 98, som i det viste udførelseseksempel er anbragt inden i trykbeholderen 10. Ved denne placering er trykforskellen mel-10 lem brændkammeret 98's indre og omgivelserne lille, hvilket indebærer lav vægbelastning og enkelt konstruktion. Luft til forbrænding tages fra rummet 24, hvor trykket er højere end i efterbrændkammeret 98. Luftmængden reguleres med ventilen 100 i luftledningen 102. En styreindretning 104 for indstilling af ventilen modtager styresignaler fra 15 en ikke vist styrebehandlingsudrustning, til hvilken en ikke vist giver for måling af luftoverskud i forbrændingsgasserne er tilsluttet. Forbrændingsgasserne fra efterbrændkammeret 98 blandes med de rensede forbrændingsgasser fra den anden lejebeholderdel 16 og tilføres en gasturbine 106 gennem en ledning 108. Som vist i figuren kan gasrense-20 ren 50 være tilsluttet til efterbrændkammeret 98's nedstrømsdel og gasserne fra lejebeholderens anden del 16 blandes med brændkammergas-ser i brændkammeret 98. Intet forhindrer, at brændkammeret 98 er anbragt uden for trykbeholderen og i direkte tilslutning til turbinen 106's indløb. For at opnå den højeste turbineeffekt reguleres anlæg-25 get, således at turbinen 106's drivgasser om muligt opnår en temperatur, som er lig med eller ligger nær den for turbinen højest tilladte gastemperatur.

Gasturbinen 106 driver dels en generator 110 og dels en kompressor 30 112, som gennem en ledning 114 føder rummet 24 med trykluft for flui- disering og forbrænding.

35

Claims (10)

1. Kraftanlæg med forbrænding af et brændsel, fortrinsvis kul, i et fluidiseret leje af partikulært materiale ved et tryk, som overstiger 5 atmosfæretrykket, som i et såkaldt PFBC-kraftanlæg, hvilket kraftanlæg omfatter: en lejebeholder (12) med en bund (18, 30) med mundstykker (22,34) til at tilføre lejebeholderen (12) luft for fluidisering af lejet (38) af det partikulære materiale og forbrænding af det til lejet (38) tilfør-10 te brændsel, en gasturbine (106), som drives af forbrændingsgas fra lejebeholderen (12), en kompressor (112), der passende er drevet af denne turbine (106), hvilken kompressor komprimerer fluidiserings- og forbrændingsluft, 15 kendetegnet ved, at lejebeholderen (12) er opdelt i en første del (14) og en anden del (16) af en vertikal skillevæg (17), som når op til lejebeholderens øvre væg, således at fribord (86, 46), der er afgrænsede fra hinanden, dannes i den første del (14) og den anden del (16), 20 at lejebeholderens første del (14) danner en gasgenerator, i hvilken en brændbar gas frembringes, at der i skillevæggens (17) nedre del findes mindst en åbning (68) for overføring af lejemateriale fra lejebeholderens første del (14) til dens anden del (16), 25 at anlægget omfatter et efterbrændkammer (98) for forbrænding af den i gasgeneratoren frembragte brændbare gas, at anlægget omfatter en mekanisme for blanding af de i efterbrændkam-meret (98) og de i lejebeholderens anden del (16) frembragte forbrændingsgasser inden gasserne tilføres turbinen (106). 30

2. Kraftanlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der mellem gasgeneratoren og efterbrændkammeret er anbragt en gasrenser (90).

3. Kraftanlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der i skil -35 levæggen (17) findes åbninger (68,70) i forskellige højder for cirkulation af lejemateriale mellem lejebeholderens (12) første del (14) og dens anden del (16). 7 DK 164716 B

4. Kraftanlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at efterbrænd-kammeret (98) omfatter mekanismer for blanding af de i efterbrændkammeret og de i den anden lejebeholderdel (16) frembragte forbrændingsgasser. 5

5. Kraftanlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at lejebeholderen (12) og efterbrændkammeret (98) er anbragt inden i en fælles trykbeholder (10).

6. Kraftanlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at lejebehol derens (12) første del (14) er forsynet med mundstykker (82) for tilførelse af damp til lejet.

7. Kraftanlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at lejebehol-15 derens (12) første del (14) er forsynet med mundstykker (82) for tilførelse af luft og/eller damp oven for lejebeholderens (12) bund (18).

8. Kraftanlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der i lejebeholderen findes en mekanisme (72), som påvirker cirkulationen af 20 lejemateriale mellem lejebeholderens første og anden del (14, 16).

9. Kraftanlæg ifølge krav 8, kendetegnet ved, at den nævnte mekanisme omfatter et gasmundstykke (72), som er rettet mod en åbning (68) i skillevæggen (17) mellem lejebeholderens (12) første og anden 25 del (14, 16). 1 35 Kraftanlæg ifølge krav 8, kendetegnet ved, at lejebeholderens (12) første del (14) har et areal, som er mindre end 25% af lejebeholderens (12) totale areal, fortrinsvis ca.

10% af lejebeholde- 30 rens (12) totale areal.