DK167256B1 - Kraftanlaeg med forbraending i fluidiseret leje - Google Patents

Description

i DK 167256 B1

Den foreliggende opfindelse angår et kraftanlæg til forbrænding af et brændsel i et fluidiseret leje af et parti kel formet materiale omfattende en lejebeholder med en luftfordeler med mundstykker, hvilken luftfordeler opdeler lejebeholderen i et øvre forbrændingsrum og et 5 nedre askerum og er indrettet til at lede luften til fluidisering af lejematerialet i det øvre forbrændingsrum og til at brænde det brændsel, som er tilført til forbrændingsrummet, åbninger i luftfordeleren, der tillader lejematerialet at strømme fra forbrændingsrummet til askerummet, varmeafledningsrør, som er anbragt i askerummet, en pneuma-10 tisk transportindretning til transport af lejemateriale fra askerummet til forbrændingsrummet, og et temperaturmålingselement til styring af den materiale, der transporteres i transportindretningen. Sådan et kraftanlæg er kendt fra DE-A-2.935.542.

15 Det parti kel formede materiale kan bestå af kalksten og dolomit, der tillige fungere som et svovlabsorberingsmiddel. Lejet befinder sig i en lejebeholder, og damp frembringes i rør, der er anbragt i lejet. Opfindelsen kan anvendes i et anlæg, der arbejder tilnærmelsesvis ved atmosfæretryk, og som frembringer damp til opvarmning, eller til drift 20 af en dampturbine. Imidlertid er opfindelsen primært beregnet til et kraftanlæg, der arbejder ved et tryk, som betydeligt overstiger atmosfæretrykket, et såkaldt PFBC-kraftanlæg. PFBC er begyndelsesbogstaverne i det engelske udtryk Pressurized Fluidized Bed Combustion.

25 I et PFBC-kraftanlæg er lejebeholderen og et rensningsanlæg almindeligvis indesluttet i en trykbeholder. Forbrændingsgasser fra lejebeholderen driver en eller flere gasturbiner, og i rør i lejebeholderens leje frembringes damp, som driver en eller flere dampturbiner.

30 I DE-A-2.935.542 beskrives et kraftanlæg med forbrændingsrum til forbrænding af en brændbar substans, såsom affaldsmateriale. Der er ingen dampfrembringende rør i forbrændingsrummets fluidiserede leje. For at undgå, at det fluidiserede leje bliver for varmt, er der anbragt en varmeveksler i askerummet under luftfordeleren. Denne varmevekslers 35 eneste formål er at udtage varme fra lejematerialet. Det lejemateriale, der nedkøles af denne varmeveksler, recirkuleres ind i det flu-idiserede leje eller i forbrændingsrummets fribord, og således stiger temperaturen i disse områder.

2 DK 167256 B1

Fra SE-B-441.698 er det velkendt at forsyne forbrændingsrummets flu-idiserede leje med dampfrembringende rør.

Det er formålet med denne opfindelse at reducere de termiske påvirk-5 ninger af de overhedede rør i et kraftanlæg af den ovennævnte slags, og på denne måde gøre det muligt at overhede dampen til ekstremt høje temperaturer på omkring 550-600eC. Et yderligere formål ifølge opfindelsen er at opnå forbedret styreegenskaber, specielt ved del belastning.

10

For at opnå dette formål angår opfindelsen et kraftanlæg ifølge den indledende del af krav 1, der er særpræget ved, at dampfrembringnings-rør er anbragt i forbrændingsrummet, at varmeafledningsrørene er anbragt i askerummet, og er indrettet til at overhede eller genopvarme 15 den damp, der er frembragt i rørene i forbrændingsrummet, at temperaturmålingselementet er indrettet til at måle temperaturen i den overhedede damp i rørene i askerummet, og at styreudstyret for transportindretningen er indrettet til at blive styret i afhængighed af den målte temperatur på en sådan måde, at temperaturen i rørene holdes 20 under en værdi, der er uskadelig for disse rør.

Yderligere fordele ved opfindelsen er kendetegnet ved særprægene i underkravene.

25 Ifølge den foreliggende opfindelse anbringes i det mindste den sidste del af en overheder eller en mellemoverheder mellem to turbinetrin i et askerum under lejebeholderens luftfordeler. Transportindretningen giver en cirkulation af lejemateriale i en sådan udstrækning, at damptemperaturen i de overhedede rør er forhindret i at opnå en værdi, der 30 kunne være skyld i beskadigelse af disse rør. På denne måde er også varmetilførselen til overhedningsrørene reguleret. Idet lejematerialet omkring overhedningsrørene ikke befinder sig i fluidiseret tilstand, bliver varmeovergangstallet væsentligt lavere end i fluidiseret lejemateriale. Overfladetemperaturen på rørene i askerummet bliver lavere, 35 og dermed mindskes også de termiske påvirkninger. Dette er særlig værdifuldt ved overhedning til høje temperaturer. Med høj overhedning menes overhedning til 550-600°C.

Opfindelsen beskrives herefter nærmere under henvisning til den med- 3 DK 167256 B1 følgende tegning, der skematisk viser opfindelsen anvendt i et PFBC-kraftanlæg.

På tegningen betegner 10 en trykbeholder. I denne trykbeholder er der 5 arrangeret en lejebeholder 12 samt et gasrensningsanlæg, som symboliseres af en cyklon 14. I virkeligheden består rensningsanlægget af parallel koblede grupper af seriekoblede cykloner. I lejebeholderen 12's nedre del er der anbragt en fordeler 16 for fordeling af luft til fluidi sering af et leje 18 af et parti kel formet materiale og forbræn-10 ding af et brændsel, som tilføres lejet 18 gennem en brændsel sti 1 før-selsledning 20. Luftfordelerne opdeler lejebeholderen 12 i et øvre forbrændingsrum 22 og et nedre askerum 24. Forbrændingsrummet 22's øvre del danner et fribord 22a, hvor der samles forbrændingsgasser fra lejet 18. Fra fribordet 22a føres gasserne via en ledning 26 til cyk-15 Ionen 14. I cyklonen 14 fjernes udskilt støv gennnem en ledning 50 og en trykreducerende støvudtager 52 og samles i en beholder uden for trykbeholderen. Den rensede gas føres gennem en ledning 28 til en gasturbine 30, som driver en generator 32 og en kompressor 34. Denne kompressor komprimerer forbrændingsluft, som via en ledning 36 tilføres 20 et rum 38 mellem trykbeholderen 10 og lejebeholderen 12. Luftfordele-ren 16 er opbygget af langstrakte fordelingskamre 40 med luftmundstykker 42. Luft til fluidi sering og forbrænding tilføres disse fordelingskamre 40 fra rummet 38 via ikke viste ventilorganer eller spjæld, som bestemmer luftstrømmen. Fordelingskamrene 40 danner spalter 44, 25 gennem hvilke lejemateriale kan strømme fra lejet 18 i forbrændingsrummet 22 til askerummet 24. Lejemateriale, svovl absorberingsmiddel og restprodukter fra forbrændingen fjernes fra askerummet via en cellefø-der 46 i en aftapningsledning 48.

30 I forbrændingsrummet 22's leje 18 er der anbragt rør 54 for frembring-ning af damp og for afkøling af lejet, og i askerummet 24 er der anbragt rør 56 for overhedning af denne damp. Denne damp driver en dampturbine 58 og en med denne sammenkoblet generator 60. Dampen, som forlader turbinen 58, kondenseres i en kondensator 62.

Kondensatet tilbageføres til rørene 54 i lejet 18 med en fødevands-pumpe 64. Alternativt kan rørene 56 danne en mellemoverheder mellem to trin i turbinen 58.

35 4 DK 167256 B1 I anlægget findes der en pneumatisk indretning 66 for transport af lejemateriale fra askerummet 24 til forbrændingsrummet 22, således at materiale kan cirkuleres mellem disse rum. Denne transportindretning 66 omfatter et indsugningsmundstykke 68, en ejektor 70, en transport-5 ledning 72 og et indfødningsmundstykke 74, som udmunder i lejet 18 eller i fribordet 22a, således som vist med stiplede linier. Trykket i rummet 38 er på grund af trykfaldet i mundstykkerne 42 og i lejet 18 højere end ved indfødningsmundstykket 74's udmunding.

10 Ejektormundstykket 76 kan derfor bibringe transportluft via en reguleringsventil direkte fra rummet 38, eller som figurerne angiver via en af en motor 78 drevet boosterkompressor 80. I en ledning 82, som forbinder kompressoren 80 med ejektormundstykket 76, findes der en regulatorventil 84 for regulering af gasstrømmen og transporten af materi-15 ale. Alternativt kan strømmen reguleres ved at regulere kompressoren 80's omdrejningstal. Ventilen 84 betjenes ved hjælp af et betjeningsorgan 86.

I dampledningen 88 findes der et termoelement 90, som måler tempera-20 turen i den damp, som tilføres turbinen 58. Dette termoelement er med en ledning 92 forbundet med et kontrol udstyr 94, hvor det fra termoelementet afgivne signals løbende værdi sammenlignes med en bør-værdi. Kontrol udstyret er enten forbundet med ventilen 84's betjeningsorgan 86 med en ledning 96a eller med et i motoren 78 tilvejebragt hastig-25 hedsreguleringsudstyr ved hjælp af en ledning 96b. Transportgasstrømmen til transportindretningen 66 reguleres enten ved at variere ventilen 84's gennemløbsareal eller ved at variere motoren 78's og kompressoren 80's omdrejningstal.

30 I et flui di seret leje er en almindelig temperatur Tg 800-900°C. Den damp, som genereres i rørene 54 i lejet, kan bibringes en temperatur på op til cirka 500°C. I et flui di seret leje er varmeovergangstallet 2 ttj mellem leje og rør meget højt, a = 300-500 W/m K. Dette medfører en meget høj overfladetemperatur på rørene, høj varmestrømning i rørvæg-35 gen og høj specifik effekt, men samtidig en høj termisk påvirkning i rørene og visse reguleringsproblemer. Dette medfører, at damptemperaturen bør begrænses til under 500°C. En ønskværdig overhedning til 550-600°C medfører derfor specielle problemer. Problemerne er særlig store ved del belastning.

DK 167256 B1 5 I askerummet 24 er lejematerialet ikke tilvejebragt i fluidiseret tilstand. Varmeovergangstallet a2 mellem lejematerialet og rørene 56 er derfor betydeligt lavere end overgangstallet i det fluidiserede leje 18 i forbrændingsrummet 22 oven for luftfordeleren 16. Varmeover- 7 7 5 gangstallet =300-500 W/m K og 30-100 W/m K. Denne lavere værdi for ag medfører lavere termiske påvirkninger i rørene 56. Reguleringen af damptemperaturen kan enkelt reguleres ved at regulere cirkulationen af lejemateriale mellem forbrændingsrummet 22 og askerummet 24. Lejemateriale, som tilføres til askerummet 24, har temperaturen Τβ = 800-10 900°C. Lejematerialestrømmen forbi rørene 56 bestemmer varmetilførslen til overhedningsdelen i askerummet. Lejemateriale, som har passeret rørene 56, afkøles til temperaturen T . Afkøling til cirka 600°C eller α lavere er mulig. I askerummet kan der findes kølere for yderligere afkøling af det materiale, som skal fjernes via celleføderen 46.

15 20 25 30 35

Claims (7)

1. Kraftanlæg til forbrænding af et brændsel i et fluidi seret leje (18) af et parti kel formet materiale omfattende 5 en lejebeholder (12) med en luftfordeler (16) med mundstykker (42), hvilken luftfordeler opdeler lejebeholderen i et øvre forbrændingsrum (22) og et nedre askerum (24) og er indrettet til at lede luften til fluidisering af lejematerialet i det øvre forbrændingsrum (22) og til at brænde det brændsel, som er tilført til forbrændingsrummet, 10 åbninger (44) i luftfordeleren (16), der tillader lejematerialet at strømme fra forbrændingsrummet (22) til askerummet (24), varmeafledningsrør (56), som er anbragt i askerummet (24), en pneumatisk transportindretning (66) til transport af lejemateriale fra askerummet (24) til forbrændingsrummet (22), og 15 et temperaturmålingselement (90) til styring af den materiale, der transporteres i transportindretningen (66), kendetegnet ved, at dampfrembringningsrør (54) er anbragt i forbrændingsrummet (22), at varmeafledningsrørene (56) er anbragt i askerummet (24), og er ind rettet til at overhede eller genopvarme den damp, der er frembragt i 20 rørene (54) i forbrændingsrummet (22), at temperaturmålingselementet (90) er indrettet til at måle temperaturen i den overhedede damp i rørene (56) i askerummet, og at styreudstyret for transportindretningen (66) er indrettet til at blive styret i afhængighed af den målte temperatur på en sådan måde, 25 at temperaturen i rørene (56) holdes under en værdi, der er uskadelig for disse rør.

2. Kraftanlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at lejebeholderen (12) er indesluttet i en trykbeholder (10), og at forbrændingen 30 sker ved et tryk, der betydeligt overstiger atmosfæretrykket.

3. Kraftanlæg ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at indretningen (66) for overføring af materiale fra askerummet til forbrændingsrummet omfatter en ejektor (70), som suger lejemateriale fra 35 askerummet (24), og en ledning (72), som fører til forbrændingsrummet (22).

4. Kraftanlæg ifølge krav 3, kendetegnet ved, at transportledningen (72) udmunder i lejebeholderen (12), i niveau med lejet (18). DK 167256 B1 7

5. Kraftanlæg ifølge krav 3, kendetegnet ved, at transport-ledningen (72) udmunder i lejebeholderen (12) over lejet (18), i niveau med fribordet (22a).

6. Kraftanlæg ifølge et hvilket som helst af kravene 2-5, kende tegnet ved, at komprimeret forbrændingsluft fra rummet (38) mellem trykbeholderen (12) og lejebeholderen (10) anvendes som transportgas i et pneumatisk transportarrangement (66) for overføring af lejemateriale fra askerummmet (24) til forbrændingsrummet (22). 10

6 DK 167256 B1

7. Kraftanlæg ifølge krav 6, kendetegnet ved, at det omfatter en boosterkompressor (80), som forøger trykket i transportgassen. 15 20 25 30 35