DK168244B1 - Kraftanlæg med renser af centrifugaltype for forbrændingsgasser - Google Patents

Description

DK 168244 Bl i

Den foreliggende opfindelse angår et kraftanlæg med renser for fjernelse af faste partikler fra forbrændingsgasser fra et forbrændingsrum.

Den er især beregnet til at rense gasser, som forlader en lejebeholder i et anlæg med forbrænding i et fluidiseret leje, navnlig et sådant 5 anlæg, hvor forbrændingen sker ved et tryk, der i betydeligt omfang overstiger atmosfæretrykket. Et sådant anlæg, der også kaldes PFBC-an-læg (hvor PFBC er begyndelsesbogstaverne i Pressurised Fluidized Bed Combustion), kan arbejde ved et tryk op til ca. 2MPa (20 bar) og levere drivgas til en gasturbine. Adskillelse af fast materiale fra for-10 brændingsgasserne må dels ske under hensyn til miljøet og dels under hensyn til erosion i gasturbinen. I et PFBC-anlæg, hvor forbrændings gasserne anvendes til at drive en gasturbine, må adskillelsen ske ved høj temperatur, hvilket indebærer særlige problemer.

15 Ved rensning af forbrændingsgasser i et PFBC-anlæg stræber man efter: 1. Tilstrækkelig god rensning under hensyn til gasturbine og omgivelser.

20 2. Lille størrelse for trykbeholderen, som omgiver lejebeholderen un der hensyn til trykket, og lille volumen for rensningsanlægget, der skal anbringes i det begrænsede rum mellem trykbeholderen og lejebeholderen.

25 3. Så lille trykfald som muligt for høj gasturbineeffekt.

4. Så lille tabsstrøm som muligt for asketransport m.m.

5. Så lave omkostninger som muligt.

30 6. Tilstrækkelig levetid på trods af, at rensningsanlægget udsættes for høje termiske påvirkninger på grund af høj temperatur i gasserne, der skal renses.

35 På grund af stor volumen, høje omkostninger og utilstrækkelig levetid anvendes der ikke rensningsanlæg med filtre i PFBC-anlæg.

Hidtil har rensningsanlæg af cyklontype været anvendt i PFBC-anlæg.

DK 168244 B1 2

Positive egenskaber er:

Adskillelsen er tilstrækkelig god for drivgas til en gasturbine.

5 Ingen tabsstrøm.

Moderate omkostninger.

Lang levetid.

10

Negative egenskaber: Højt trykfald.

15 I forbindelse med et PFBC-anlæg er det et problem at tilvejebringe et rensningsanlæg, som er et rensningsanlæg af cyklontypen overlegen.

Ifølge den foreliggende opfindelse udnyttes centrifugaladskiliere med et retlinet gennemløb med ledeskovle ved indløbet, hvilket giver den 20 gennemstrømmende gas en rotationsbevægelse. AdskiTieren indeholder en føste cylindrisk del og en anden cylindrisk del, der forløber ind i den første del, og som sammen med den første del danner en spalte. Gennem denne spalte udtages den støvforurenede strøm nærmest den cylindriske væg og bortledes. Hovedstrømmen med ren gas føres til en turbi -25 ne. Et antal parallel koblede centrifugaladskiliere kan sammenbygges til et panel, som forbindes med åbninger i en lejebeholders væg.

En tilstrækkelig god adskillelse for såvel gasturbine som omgivelser opnås. Der bliver et lille volumen. Den direkte forbindelse af en pa-30 nel enhed til en lejebeholders væg indebærer et særligt ubetydeligt volumenbehov, der gør det muligt at mindske volumenet for en trykbeholder, der omslutter lejebeholderen og renseren. Trykfaldet er lille. Omkostningerne bliver lave. Centrifuga!rensere kan fremstilles af var-mebestandigt materiale, som giver en tilfredsstillende levetid.

35

Ulempen ved denne type stofadskiller, nemlig den ca. 10-procent store tabsstrøm i hvert trin ved tilfredsstillende adskil!el sesgrad, kan stort set elimineres ved, at tabsstrømmen fra en gruppe centrifugaladski liere føres sammen og ledes gennem en med denne gruppe seriekopi et DK 168244 B1 3 centrifugal adskil!er. I denne sidste adskiller adskilles støvet i tabsstrømmen. Den rensede gas fra denne sidste adskiller føres sammen med hovedstrømmen af gas fra de øvrige centrifugaladskiliere. Med 10% tabsstrøm i såvel den parallel koblede gruppe som i den efterfølgende cen-S trifugal renser for tabsstrømmen fra nævnte gruppe, bliver den endelige tabsstrøm 10% af 10%, det vil sige kun 1%. For at opnå en nødvendig strøm i den seriekoblede centrifugal renser for tabsstrømmen må hovedstrømmen reguleres noget, men trods dette kan der opnås et lavt totalt trykfald.

10

Af rationelle årsager kan det være hensigtsmæssigt at udforme en rensergruppe på en sådan måde, at samtlige centrifugal rensere har en identisk udførelsesform. Såfremt tabsstrømmen er 10%, kan en rensegruppe bestå af 10 parallel koblede enheder og en enhed for tabsstrømmen i 15 serie med disse eller 10 · x parallel koblede enheder og x med disse serikoblede enheder.

Flere centrifugaladskiliere kan kobles i serie for såvel hovedstrømmen som for tabsstrømmen.

20 I et kraftanlæg ifølge opfindelsen er det nødvendige volumen for renseanlægget, således som tidligere nævnt, lille, kun nogle få procent af volumenbehovet for et renseanlæg med cykloner. Herved bliver det muligt at mindske størrelsen af en omgivende trykbeholder og dermed 25 anlæggets omkostninger.

Trykfaldet er kun ca. 1% af trykfaldet i et rensningsanlæg med cyklo ner.

30 Tabsstrømmen af forbrændingsgas er acceptabel og af en passende størrelse for borttransport af støv.

Da rensningsanlægget er kompakt og er direkte forbundet med lejebeholderens væg, bliver varmetabene mindre end i et rensningsanlæg med cy-35 kloner.

Den meget korte gennemløbstid for gasser, ca. 10 ms, mindsker problemerne med kemiske reaktioner mellem gas og materialet i renserne.

DK 168244 B1 4

Opfindelsen vil herefter beskrives nærmere under henvisning til den medfølgende tegning, hvor figur 1 skematisk viser et PFBC-kraftanlæg, hvor opfindelsen 5 anvendes, figur 2 et skematisk snit gennem et panel, som udgør en del af en væg i en lejebeholder, og som indeholder et antal adskilier-enheder af centrifugal typen, figur 3 skematisk et snit gennem en alternativ udførelsesform for et 10 sådant panel, og figur 4 et snit gennem et udførelsesform for en centrifugaladski11 er i det i figur 2 viste panel.

I figurerne betegner 10 en trykbeholder, der omslutter en lejebeholder 15 11, og et antal med lejebeholderen 11 forbundne gasrensningsenheder 12 for adskillelse af støv i forbrændingsgasser, som forlader lejebeholderen 11. Lejebeholderen 11 er forsynet med en bund 13, med luftmundstykker 14, der understøtter et leje 15 af fluidiseret parti kel formet materiale, hvor et brændstof, som tilføres gennem en brændstof!edning 16 20 fra et ikke vist brændstofforråd, forbrændes. I lejebeholderen ll's lejedel findes en rørindsats 17, som bortleder varme fra lejet 15, og som opvarmer vand eller frembringer damp for drift af en ikke vist dampturbine. Luft til fluidisering af lejet 15 og forbrænding af tilført brændstof tilføres lejebeholderen 11 fra rummet 18 mellem trykbe-25 holderen 10 og lejebeholderen 11. Forbrændingsgasser samles i det frie rum 20 oven for lejet 15, herefter passerer de gennem gasrenserne 12, hvor medrevne faste partikler, som består af forbrugt normalt lejemateriale og aske fra brændstoffet, adskilles. Fra gasrenserne 12 føres gassen via ledningerne 21 til en samleledning 22 og i denne til en 30 gasturbine 23. Denne driver en generator 24, som leverer strøm til et ikke vist net, og en kompressor 25, som via en ledning 26 leverer komprimeret forbrændingsluft til rummet 18 inden i trykbeholderen.

I en eller flere af lejebeholderen ll's vægge findes åbninger 27. Gas^ 35 renserne 12 er udført som paneler eller enheder, der kan forbindes med disse åbninger 27, og danner en del af lejebeholderens væg. Gasrenserne 12 kan hensigtsmæssigt forbindes til lejekammerets væg med en boltforbindelse 42. Materiale, der er adskilt i gasrenserne 12, bortledes via ledninger 32a, 32b, 32, en køler 33 i en skakt 34 og en ledning 35 DK 168244 B1 5 til en cyklon 36, hvor det faste materiale adskilles fra transportgas. Denne transportgas renses i filtret 36. Støv aftappes via en ventil 37. Køleren 33 forvarmer forbrændingsluften, hvorved varme i støv og transportgas indvindes.

5

Figur 2 og 3 viser et skematisk snit gennem to forskellige udførelsesformer for en renser 12.

I den i figur 2 viste udførelsesform indeholder renseren 12 et antal 10 parallelt arrangerede centrifugaladskiliere 40, som ved sin opstrømsside er forbundet med en plade 41, der er forsynet med åbninger, som er afpasset efter adskil!erne. Pladen 41 er større end en åbning 27 og forbindes ved sin omkreds med lejebeholderens væg, for eksempel med et antal bolte 42 (figur 1). Adskilleren 40 består af en første cylin-15 drisk del 44 med ledeskovle 43 ved indløbsenden og en anden cylindrisk del 45, som forløber ind i den første del, og som sammen med denne danner en ringformet spalte 46. Adskil!erne 40 er ved sine ender forbundet med pladen 41, og med en plade 47, der er parallel med førstnævnte plade, og de danner sammen med sideplader 50,51 et lukket rum 20 52. Spalten 46 udmunder i eller står i forbindelse med dette rum 52.

Adskil lerne 40 er forbundet med en gassamlekanal 53 med rør 54 med en regulator 55, som tilvejebringer et vist trykfald. Rørene 54 er forbundet med væggen 57 i kanalerne 53. Gas, der strømmer ind i en adskiller 40, sættes i rotation af ledeskovlene 43, hvorved faste partikler sam-25 les ved væggen i delen 44 og sammen med en del af gassen, for eksempel 10%, strømmer ind i spalten 46 og videre til rummet 52. Resten af gassen, således 90%, strømmer gennem rørene 54 til gassamlekanalen 53. Rummet 52 er gennem kanalen 56 i forbindelse med indløbssiden for en gasrenser 60, hvor tabsgasser og adskilt støv fra første rensningstrin 30 separeres. Gasrenseren 60 kan have nøjagtig samme udførelsesform som akskilleren 40 og være lige så stor. De anvendte dele har fået samme henvisningsbetegnelser som i adskilleren 40. Støv og ca. 10% af gassen afledes gennem spalten 46 og føres bort gennem ledningen 32, køleren 33 og ledningen 35 til beholderen 36 (se figur 1). Størstedelen af 35 gasmængden, ca. 90%, ledes gennem den cylindriske del 45 til gassamlekanalen 53. Gastabet er i størrelsesordenen 1%.

Regulatoren 55 afpasses, således at trykfaldet i rørene 54 bliver tilnærmelsesvis lige så stort som i støvadskiTieren 60, for at samme strøm- 6 DK 168244 B1 ningsforhold skal opnås i denne, som de, der opnås i stofadskiTieren 40.

I den i figur 3 viste udførelsesform er to centri fuga!adskiliere 40a, 5 40b arrangeret i serie, og der er tilvejebragt to rum 52a og 52b for opsamling af tabsgas og støv. Disse rum dannes af væggene 41, 47a, 50a, 51a, respektivt 47a, 47b, 50b, 51b. Rummet 52a er gennem en kanal 56a i forbindelse med adskilleren 60a, og rummet 52b er i forbindelse med adskilleren 60b via en kanal 56b. Adskilt støv og en del af gassen 10 bortledes gennem ledningerne 32 henholdsvis 32b. Øvrig gas ledes til samlekanalen 53 og ledes sammen med den rensede gas ud af adskil!eren 12.

Centrifugaladski11 erne 40 i den, som et panel udformede renserenhed 15 12, kan være udformet, således som vist i figur 4. Adskillerens første cylindriske del kan bestå af et hylster 70 med flanger 71, 72 med hver sin fremspringende centreringsring 73, 74, ved hjælp af hvilke hylstret forbindes med åbninger i pladevæggene 41 henholdsvis 47. Hylstrene fastgøres i væggene ved hjælp af svejsninger 75 henholdsvis 76. Adskil -20 lerens anden del 45 består af et i hylstret 70 indskudt hylster 80, hvis indre del 80a sammen med hylstret 70 danner den ringformede spalte 46. Den ydre del 80b er udformet som en styring, der centrerer hylstret 80 i hylstret 70. I hylstret 70's væg findes en eller flere åbninger 82, gennem hvilke nedstrømsdelen af spalten 46 er i forbindelse 25 med det omgivende rum 52, alternativt gennem ledninger med et tilsvarende rum eller i serie med adski11eren forbundne efterfølgende adski1-lere.

I et større anlæg kan der findes et betydeligt antal renserenheder, og 30 totalt kan der i disse indgå tusindvis af enkelte centrifugaladskiliere.

35

Claims (6)

1. Kraftanlæg med forbrænding af et brændstof i et fluidi seret leje, som er indesluttet i en lejebeholder (11) og forsynet med en gasrenser (12) med et antal parallel koblede i og for sig kendte centri fuga!ad- 5 skillere (40) med en første cylindrisk indløbsdel (44), der har ledeskovle (43), som giver gennemstrømmende gas en roterende bevægelse, hvilke centrifugaladskiliere har en anden cylindrisk del (45), der forløber ind i den første del (44) og sammen med denne danner en ringformet spalte (46) med et udløb til et for flere centrifugaladskiliere 10 fælles rum, og som danner et panel eller en enhed (12), kendetegnet ved, at panelet eller enheden (12) udgøres af en udskiftelig del af en væg i lejebeholderen (11).

2. Kraftanlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der i pane-15 let (12) er arrangeret to eller flere adskiliere (40) i serie efter hinanden.

3. Kraftanlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at spalterne (46) i et antal parallel koblede adski liere (40) er forbundet med en 20 fælles centrifugaladski11 er (60), som udgør et andet rensningstrin for den fra spalterne (46) i adski11 erne (40) kommende strøm.

4. Kraftanlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at rummet (52), der er fælles for et antal parallel koblede adskiliere (40), og som 25 står i forbindelse med nævnte spalte (46), er forbundet med en centrifugal adski Iler (60), der er seriekoblet med adski 11 erne (40), og som udgør et andet rensningstrin for den gennem spalterne (46) kommende strøm.

5. Kraftanlæg ifølge et hvilket som helst af kravene 1-4, kende tegnet ved, at et eller flere paneler (12) udgør dele af en eller flere lejebeholdervægge.

6. Kraftanlæg ifølge krav 3, kendetegnet ved, at centrifugal-35 adskillerne (40, 60) i såvel første som andet rensningstrin på sin nedenstrømsside er forbundet med en fælles udløbskanal (53), og at der mellem det første trins renser (40) og den fælles udløbskanal findes en regulator (55), som tilvejebringer et trykfald svarende til trykfaldet i det andet trins centrifugaladski liere (40). For ASEA STAL Aktiebolagr