FI88429B

FI88429B - Bed vessel in a power station with combustion in a fluidized bed

Info

Publication number: FI88429B
Application number: FI870755A
Authority: FI
Inventors: Bert Kaellman
Original assignee: Asea Stal Ab
Priority date: 1987-02-23
Filing date: 1987-02-23
Publication date: 1993-01-29
Also published as: FI870755A; FI88429C; FI870755A0

Description

1 884291 88429

Leijukerrosastia voimalaitokseen, jossa polttaminen tapahtuu leijukerroksessaFluidized bed vessel for a power plant where combustion takes place in a fluidized bed

Keksinnön kohteena on voimalan leijukerrosastia, jossa polttoaine poltetaan hiukkasmaista ainetta olevassa leijukerroksessa, missä leijukerrosaine tavallisesti on samanaikaisesti rikin absorboi ja. Poltto voi tapahtua lähellä ilmakehän painetta olevassa paineessa tai huomattavasti korotetussa paineessa. Jälkimmäisessä tapauksessa paine voi nousta 2 MPa:n tai suuremmaksi. Silloin käytetään leijukerrosastiassa tuotettuja kaasuja hyväksi yhdessä tai useammassa turbiinissa käyttämään kompressoria lei-jukerrosastian varustamiseksi polttoilmalla, ja generaattoria, joka toimittaa virtaa sähköverkkoon. Korotetussa paineessa polttamisen suorittavaa voimalaa kutsutaan kansainvälisesti tavallisesti PFBC-voimalaksi, jossa PFBC ovat alkukirjaimet englantilaisesta ilmauksesta Pressurised Fluidised Bed Combustion. Tällaisessa laitoksessa on leijukerrosastia ja tavallisesti myös palamiskaasujen puhdistuslaitos suljettuna paineastiaan.The invention relates to a fluidized bed vessel for a power plant, in which the fuel is burned in a fluidized bed of particulate matter, where the fluidized bed material is usually simultaneously absorbed by sulfur. Combustion can take place at a pressure close to atmospheric pressure or at a significantly elevated pressure. In the latter case, the pressure may rise to 2 MPa or more. The gases produced in the fluidized bed vessel are then utilized in one or more turbines to use a compressor to supply the Lei fluidized bed vessel with combustion air, and a generator that supplies power to the electrical grid. A power plant that performs combustion at elevated pressure is commonly referred to internationally as a PFBC power plant, where PFBC are the initials of the English term Pressurized Fluidized Bed Combustion. Such a plant has a fluidized bed vessel and usually also a combustion gas cleaning plant enclosed in a pressure vessel.

Tämän lajisissä voimaloissa joutuvat leijukerrosastian seinät : alttiiksi suurille voimille. Paineastian leijukerrosastiaa ym- • · : päröivän tilan ja leijukerrosastian sisäpuolisen tilan välille syntyy käytön aikana paine-ero, mikä johtuu osaksi leijuaineen leijuttamiseen tuodun ilman vastuksesta suuttimissa leijuker-rosastian alaosassa, osaksi leijukerroksen sisällä olevasta vas-tuksesta. Tämä paine-ero voi nousta suuruusluokkaan 0,1 MPa (1,0 baaria). Sivuseinien koko voi olla 10 x 20 m, minkä vuoksi . . leijukerrosastian seiniin vaikuttamaan tulevat voimat tulevat hyvin suuriksi, asia, joka merkitsee vaikeasti hallittavia suunnitteluongelmia. Sen lisäksi on leijukerroksen paino suuri : ja lämpötila on korkea, 750 - 950°C. Leijukerrosastian sisä- ja ulkopuolien välille syntyvät voimat voidaan ottaa vastaan ] kehysrakennelmalla. Leijukerrosastian eristys ja kehyksen jääh- . . dyttäminen polttoilmalla saavat aikaan sen, että kehyksen läm- "· pötila voidaan pitää niin alhaisena, alle noin 300°C, ettei sen lujuus vaarannu.In power plants of this type, the walls of a fluidized bed vessel are exposed to high forces. During operation, a pressure difference is created between the space surrounding the fluidized bed vessel and the space inside the fluidized bed vessel, due in part to the resistance of the fluid introduced to fluidize the fluid in the nozzles at the bottom of the fluidized bed vessel and in part to the fluidized bed. This pressure difference can be in the order of 0.1 MPa (1.0 bar). The size of the side walls can be 10 x 20 m, which is why. . the forces acting on the walls of the fluidized bed vessel become very large, a matter of difficult design problems to control. In addition, the fluidized bed has a high weight: and the temperature is high, 750 to 950 ° C. The forces generated between the inside and outside of the fluidized bed vessel can be received by the frame structure. Fluidized bed insulation and frame cooling. . Combustion with combustion air ensures that the temperature of the frame can be kept so low, below about 300 ° C, that its strength is not compromised.

Keksinnön mukaan varustetaan leijukerrosastia sisäpuolisella 2 88429 eristyksellä. Tämän, ja seinien ilmalla ja/tai vedellä jäähdyttämisen avulla voidaan seinän lämpötila pitää niin alhaisena, että voidaan käyttää yksinkertaisia rakennusaineita ja pientä ainepaksuutta huolimatta siitä, että seinät joutuvat alttiiksi huomattaville voimille sisä- ja ulkopuolisen paine-eron vuoksi. Leijukerrosainetta estetään tulemasta suoraan kosketukseen lei-jukerrosastian kaasutiiviiden seinien kanssa, minkä vuoksi syö-pymisvaara poistuu. Vaikeasti vaihdettavan leijukerrosastian elinikä kasvaa. Jotta estettäisiin leijuainetta syövyttämästä pois eristysainetta, peitetään sisäpuolinen eristys helposti vaihdettavilla peitelevyillä, jotka on järjestetty siten, että lämpölaajenemisliike voidaan ottaa vastaan eri levyjen välisillä saumoilla. Koska eristys suojataan, voidaan käyttää hyvän lämmöneristysominaisuuden omaavia epäorgaanisia kuituaineita. Eristyskerroksen läpi kulkevien kiinnityselinten väliin laitetaan poikkileikkaukseltaan U:n muotoisia palkkeja, joiden laipat on suunnattu leijukerrosastian sisäpuolta kohti. Nämä palkit muodostavat ruutuverkon, ja voivat rajoittaa kolmansia, neliömäisiä, suorakulmaisia tai kuusikulmaisia alueita. Laipoilla varustetut peitelevyt sijoitetaan näiden alueiden päälle laipat U-palkkien laippojen väliin laitettuina.According to the invention, the fluidized bed vessel is provided with internal insulation 2 88429. By means of this, and by cooling the walls with air and / or water, the wall temperature can be kept so low that simple building materials and a small material thickness can be used, despite the walls being exposed to considerable forces due to internal and external pressure differences. The fluidized bed material is prevented from coming into direct contact with the gas-tight walls of the fluidized bed container, thereby eliminating the risk of corrosion. The service life of a fluidized bed container that is difficult to replace increases. In order to prevent the fluidizing material from corroding away the insulating material, the inner insulation is covered with easily replaceable cover plates arranged so that the thermal expansion movement can be received by the seams between the different plates. Because the insulation is protected, inorganic fibrous materials having good thermal insulation properties can be used. Between the fastening members passing through the insulating layer, U-shaped beams are placed in cross section, the flanges of which are directed towards the inside of the fluidized bed container. These bars form a grid, and can delimit third, square, rectangular, or hexagonal areas. Cover plates with flanges are placed on top of these areas with flanges placed between the flanges of the U-beams.

Peitelevyt pidetään kiinni levyiksi muotoilluilla kiinnityseli-millä, jotka peittävät peitelvyjen nurkat ja ovat yhteydessä leijukerrosastian seiniin. Seinä voi olla kiinnityskohdista varustettu tangoilla tai holkeilla, jotka menevät eristyskerroksen läpi. Kiinnityselimet voidaan liittää tankoihin kiilalla. Vaihtoehtoisesti voi kiinnityselimeen liitetty tanko työntyä hoikin läpi ja olla lukittavissa ulkopuolelta mutterilla tai kiilalla. Mainitun mutterin tai kiilan ja leijukerrosastian seinän väliin voi olla sijoitettuna joustava elin. Keksintö tekee mahdolliseksi peitelevyjen ja U-palkkien väliset liikkeet lämpötilan vaihteluissa. Edelleen se tekee mahdolliseksi kuluneiden peitelevyjen ja palkkien ja vahingoittuneen eristyksen yksinkertaisen ja nopean vaihtamisen tarkistuksen yhteydessä.The cover plates are held in place by fastening members shaped into plates which cover the corners of the cover plates and communicate with the walls of the fluidized bed container. The wall may be provided with rods or sleeves at the attachment points, which pass through the insulation layer. The fasteners can be attached to the rods with a wedge. Alternatively, the rod connected to the fastening member may protrude through the sleeve and be lockable from the outside with a nut or wedge. A resilient member may be placed between said nut or wedge and the wall of the fluidized bed container. The invention enables movements between the cover plates and the U-beams in temperature variations. It further allows for simple and quick replacement of worn cover plates and beams and damaged insulation during inspection.

Keksintöä kuvataan lähemmin oheisiin kuvioihin viitaten.The invention will be described in more detail with reference to the accompanying figures.

3 884293 88429

Kuvio 1 esittää kaaviollisesti PFBC-voimalan, kuvio 2 kuvion 1 A-A:n suuntaisen leikkauksen leijukerrosastian ulkoseinästä ja sitä ympäröivästä ja tukevasta kehysrakenteesta, kuvio 3 näkymän leijukerrosastian seinästä sisältäpäin nähtynä, kuvio 4 vastaavan näkymän, kun peitelevyjä ei ole asennettu paikoilleen, kuvio 5 kuvion 3 B-B:n suuntaisen läpileikkauksen leijukerrosastian seinästä, ja kuvio 6 kuvion 3 C-C:n suuntaisen läpileikkauksen leijukerrosastian seinästä.Fig. 1 schematically shows a section of the PFBC power plant, Fig. 2 in the AA direction of the outer wall of the fluidized bed vessel and the surrounding and supporting frame structure, Fig. 3 a view of the fluidized bed wall seen from the inside, Fig. 4 A cross-section of the fluidized bed vessel in the direction of BB, and Fig. 6 a cross-section of the fluidized bed vessel in the direction of CC of Fig. 3.

Kuvioissa tarkoittaa 1 paineastiaa, 3 leijukerrosastiaa ja 5 syklonityyppistä puhdistuslaitosta, joka on sijoitettu paineastian 1 sisäpuolelle. Vain yksi sykloni on esitetty, mutta todellisuudessa puhdistuslaitoksessa on useita rinnakkaisia sarjaan kytkettyjä sykloneja. Leijukerrosastiassa kehitetyt pala-miskaasut johdetaan johtoa 7 myöten sykloniin 5 ja siitä johdon 9 läpi turbiiniin 11. Se käyttää kompressoria 13, joka johdon 15 kautta syöttää paineastiassa 1 olevaan kammioon 17 puristettua polttoilmaa paineella, joka voi nousta jopa 2 MPa:n tai sen yli. Turbiini 11 käyttää myös generaattoria 19, joka syöttää sähköverkkoon energiaa.In the figures, 1 pressure vessel, 3 fluidized bed vessel and 5 cyclone-type cleaning plants are located inside the pressure vessel 1. Only one cyclone is shown, but in reality the treatment plant has several parallel cyclones connected in series. The combustion gases generated in the fluidized bed vessel are led down line 7 to cyclone 5 and from there through line 9 to turbine 11. It drives a compressor 13 which supplies compressed combustion air to chamber 17 in pressure vessel 1 via line 15 at a pressure of up to 2 MPa or more. The turbine 11 also drives a generator 19 which supplies energy to the mains.

; ·.. Generaattoria 19 voidaan käyttää myös käynnistysmoottorina.; · .. Generator 19 can also be used as a starter motor.

Turbiini-kompressoriosa 11, 13 voi tunnetun tekniikan mukaan olla rakennettu monella eri tavalla. Voimalaan sisältyy poltto-• aineen syöttöjärjestelmä, jota ei ole esitetty, ja tuhkan pois to järjestelmä, esimerkiksi sen tyyppinen, joka esitetään SE-patenttihakemuksessa n:o 8502301-8 sekä vastaavasti SE-patentis-sa n:o 8205748-0, jonka julkaisunumero on 433 740, sekä muita tavanomaisia apulaitteita.According to the prior art, the turbine-compressor section 11, 13 can be constructed in many different ways. The power plant includes a fuel supply system • not shown and an ash removal system, for example of the type disclosed in SE Patent Application No. 8502301-8 and SE Patent No. 8205748-0, respectively. is 433,740, as well as other conventional auxiliary equipment.

·' : Leijukerrosastia 3 on pystysuorista ja vaakasuorista palkeista, 23 sekä 25 rakennetun kehysrakenteen 21 ympäröimä. Leijukerros-'11.* astia 3 ja kehysrakenne 21 on kumpikin ripustettu pitkittäin ; ja poikittain kulkevista palkeista 27 ja 29 tehtyyn palkkijär- '·· jestelmään. Palkit 27 on kiinnitetty paineastian seinään tai \ ovat pilarien kannattamia, joita ei ole kuvattu. Kehysrakenne 21 4 88429 ja leijukerrosastia 3 on ripustettu palkkeihin 27 ja 29 erillisiin heilureihin niin, että niiden välinen liikkuminen on mahdollista. Leijukerrosastiassa 3 on pohja 31 ilmasuuttimineen. Niiden kautta johdetaan leijukerrosastiaan 33 ilmaa hiukkas-maisen leijukerroksen leijuttamista ja siihen tuodun polttoaineen polttamista varten. Pohja 31 on niin harva, että käytetty leijukerrosaine voi pudota tilaan 35 ja voidaan poistaa sieltä poistojohtoa 37 myöten. Tilassa 35 oleva putkikierukka 39 on varustettu aukoilla, joiden kautta tilaan 35 tuodaan jäähdy-tysilmaa ulosotettavan leijuaineen jäähdyttämiseksi.· ': The fluidized bed container 3 is surrounded by vertical and horizontal beams, 23 and a frame structure 21 built 25. The fluidized bed-'11. * Vessel 3 and the frame structure 21 are each suspended longitudinally; and a beam system made of transverse beams 27 and 29. The beams 27 are attached to the wall of the pressure vessel or are supported by pillars not described. The frame structure 21 4 88429 and the fluidized bed container 3 are suspended on beams 27 and 29 on separate pendulums so that movement between them is possible. The fluidized bed vessel 3 has a base 31 with air nozzles. Through them, air is introduced into the fluidized bed vessel 33 for fluidizing the particulate fluidized bed and burning the fuel introduced into it. The base 31 is so sparse that the used fluidized bed material can fall into the space 35 and can be removed from there down the discharge line 37. The tubular coil 39 in the space 35 is provided with openings through which cooling air is introduced into the space 35 to cool the fluid to be discharged.

Leijukerrosastiaan kuuluu kaasutiivis levyseinä 41, kuten kuvioista 2, 5 ja 6 ilmenee. Pohjan 31 suuttimien ja leijukerroksen vaikutuksesta syntyy leijukerrosastian 3 sisäpuolen 33 ja astiaa ympäröivän tilan 17 välille paine-ero. Paine-ero voi kohota 0,1 MPariin. Leijukerrosastian seinä, jonka pituus voi olla 10 m ja korkeus 10 m tai enemmän, joutuu alttiiksi erittäin suurille voimille. Näiden voimien vastaanottamiseksi on itse leijukerrosastia 3 keksinnön mukaisesti ympäröity siitä erillään olevalla kehysrakenteella 21. Kehysrakenne 21 ja leijukerrosas-tia 3 on yhdistetty joukolla voimia vastaanottavia tankoja 43, jotka välittävät paine-erosta syntyvät voimat leijukerrosastian 3 seinistä kehysrakenteeseen 21. Huolimatta siitä, että leijukerrosastian seinää 41 jäähdytetään ympäröivällä polttoilmalla, ja että se on sisäpuolelta varustettu eristyskerroksella 45, tulee se lämpiämään huomattavasti enemmän kuin kehysrakenne 21 ja laajenemaan tätä enemmän. Että leijukerrosastian ja kehys-rakenteen väliset liikkeet sekä sivusuunnassa että korkeussuunnassa voitaisiin ottaa vastaan, on tangot 43 kiinnitetty kehys-rakenteeseen 21 ja seinään 41 päistään taipuvasti, niin että kaikensuuntaiset kulmaliikkeet ovat mahdollisia. Kuvion 2 mukaisessa rakenteessa on kehysrakennepalkki 25 varustettu korvak-keilla 49 varustetulla kannakkeella 47 ja seinä 49 on varustettu korvakkeilla 51 ja tangot 43 on varustettu haarukkamaisilla päätekappaleilla 53. Päätekappaleet 53 ja korvakkeet 49 sekä 51 on yhdistetty ankkuriristillä 55 siten, että syntyy kardaa-niniveliä, jotka sallivat kulmaliikkeitä kaikkiin suuntiin. Monet muunlaiset nivelliitokset ovat myös ajateltavissa, esimerkiksi pallonivelet.The fluidized bed vessel includes a gas-tight plate wall 41, as shown in Figures 2, 5 and 6. The nozzles 31 and the effect of the base of the fluidized bed 33 and the vessel arises space surrounding the bed vessel 3 the inner side 17 of the differential pressure. The pressure difference can rise to 0.1 MPar. The wall of a fluidized bed vessel, which can be 10 m long and 10 m or more high, is subjected to very high forces. To receive these forces, according to the invention, the fluidized bed vessel 3 itself is surrounded by a frame structure 21 separate from it. The frame structure 21 and the fluidized bed vessel 3 are connected by a plurality of force receiving rods 43 transmitting pressure difference forces 41 is cooled by the surrounding combustion air, and that it is provided with an insulating layer 45 on the inside, it will heat considerably more than the frame structure 21 and expand more than this. In order to be able to receive the movements between the fluidized bed container and the frame structure both laterally and vertically, the rods 43 are fixedly attached to the frame structure 21 and the wall 41 at their ends, so that angular movements in all directions are possible. In the structure according to Figure 2, the frame structure beam 25 is provided with a bracket 47 with lugs 49 and the wall 49 is provided with lugs 51 and the rods 43 are provided with fork-shaped end pieces 53. The end pieces 53 and lugs 49 and 51 are connected by an anchor cross 55 to form a cardan joint, which allow angular movements in all directions. Many other types of joints are also conceivable, such as ball joints.

5 884295 88429

Leijukerrosastian seinä 41 on sisäpuolelta vuorattu levyillä, jotka suojaavat eristystä 45, mikä voi koostua epäorgaanisesta kuituaineesta. Tämä levypinta 57 voi olla rakennettu joukosta levyelementtejä, jotka liikkuvat toistensa suhteen niin, että lämpölaajeneminen on mahdollista ilman että se aiheuttaa le-vyelementeissä lommoja ja mainittavia jännityksiä.The wall 41 of the fluidized bed vessel is lined on the inside with plates that protect the insulation 45, which may consist of inorganic fibrous material. This plate surface 57 can be constructed of a number of plate elements which move relative to each other so that thermal expansion is possible without causing dents and notable stresses in the plate elements.

Kuten kuvioista ilmenee, voi levypinta olla rakennettu joukosta levyjä 61, jotka on liitetty leijukerrosastian seinään 41 tangoilla 63. Levyt 61 on mieluimmin sijoitettu suorakaiteen muotoisesti tai neliömäisesti. Levyt 61 on varustettu neljällä päälle hitsatulla U:n muotoisella ohjaimella 65 palkkeja 67 varten, joiden poikkileikkaus on U:n muotoinen (kuvio 4), jotka yhdistävät kaksi vierekkäistä levyä 61. Palkkien laipat on suunnattu leijukerrosastian sisäpuolta kohti. Nämä palkit on hitsattu toisesta päästään levyyn 61, ja ne ovat vapaasti liikkuvia viereisen levyn U:n muotoisessa ohjauksessa 65 siten, että ne voivat vapaasti pienentyä. Levyjen 61 välissä voi olla ristin muotoinen pidäke 69, joka pitää eristyksen 45 paikoillaan. Neliön (suorakaiteen) muotoiset peitelevyt 71 laippoineen 73 on sijoitettu laippojen 73 kanssa niihin kouruihin, jotka pal-: kit 67 muodostavat siten, että koko pinta tulee levyjen peittä- l mäksi. Kuvion 6 mukaisessa rakenteessa pitää levyjä 71 kiinni kiinnityslevyt 75 tangon 63 päälle työntyvän hoikin 77 avulla. Tangossa 63 ja hoikissa 77 on leikkaukset 79 sekä 81 lukkokii- laa 83 varten. Seinä 41 voi, kuten kuviossa 6 esitetään, olla rakennettu kuten jäähdytetty paneliseinä, joka koostuu yhteen hitsatuista levyistä 41a ja jäähdytysputkista 41b.As can be seen from the figures, the plate surface may be constructed of a plurality of plates 61 connected to the wall 41 of the fluidized bed vessel by rods 63. The plates 61 are preferably arranged rectangularly or squarely. The plates 61 are provided with four welded U-shaped guides 65 for beams 67 with a U-shaped cross-section (Fig. 4) connecting two adjacent plates 61. The flanges of the beams are directed towards the inside of the fluidized bed vessel. These beams are welded at one end to the plate 61 and are freely movable in the U-shaped guide 65 of the adjacent plate so that they can be freely reduced. Between the plates 61 there may be a cross-shaped retainer 69 which holds the insulation 45 in place. The square (rectangular) cover plates 71 with their flanges 73 are placed with the flanges 73 in the troughs formed by the beams 67 so that the entire surface becomes covered by the plates. In the structure according to Fig. 6, the plates 71 are held by the fastening plates 75 by means of a sleeve 77 projecting on the rod 63. The bar 63 and the sleeve 77 have cuts 79 and 81 for the locking wedge 83. As shown in Fig. 6, the wall 41 may be constructed as a cooled panel wall consisting of welded plates 41a and cooling pipes 41b.

» ·»·

Claims

6 88429

A fluidized bed vessel (3) for a power plant, wherein the fuel is burned as particles in a fluidized bed layer, characterized in that the wall (41) of the fluidized bed vessel is provided with a layer of insulating material (45) on the inside with U-shaped beams (67); forming a square pattern and having flanges directed towards the inside of the fluidized bed vessel, with plates (71) covering the areas formed between the U-beams (67), with parts (73) on the plates (71) projecting from the U-beams (67) between the flanges, with a fastening member (75) covering the corners of the plates (71), and with parts (63, 63) connecting the fastening wedge (75) to the fluidized bed vessel wall (41) and holding the plates (71) against the U-beams.

Fluidized bed container according to Claim 1, characterized in that the edges of the cover plates (71) form flanges (73) which penetrate between the flanges of the U-beams (67).

Fluidized bed container according to claim 1, characterized in that the U-beams (67) are connected at one end to a plate with a hole for a rod (63) or beam projecting outwards from the wall of the fluidized bed container.

A fluidized bed container according to claim 3, characterized in that the fastening member (75), which covers the corners of the plates (71) and holds the plates (71) in place, is connected to a sleeve (81) and a wedge (63) arranged against the rod (63). 83) which goes through the cuts in the sleeve (81) and the rod (63). through and attach them to each other.

A fluidized bed container according to claim 3, characterized in that the fastening member (75) is connected to the rod (86) passing through the sleeve (87) by a locking member such as a nut or a wedge on the outside of the fluidized bed container wall (41).

Fluidized bed container according to Claim 5, characterized in that a flexible element is provided between the wall (41) of the fluidized bed container and the nut or wedge.

7 88429