FI99045C - Tapa PFBC-laitoksen säätämiseksi kaasuturpiinin käyttöhäiriötapauksessa ja PFBC-laitos, jossa on laitteet tällaista säätöä varten - Google Patents

Description

99045

Tapa PFBC-laitoksen säätämiseksi kaasuturpiinin käyttö-häiriötapauksessa ja PFBC-laitos, jossa on laitteet tällaista säätöä varten

Keksintö tarkoittaa tapaa PFBC-laitoksen säätämiseksi kaasuturpiinin käyttöhäiriötapauksissa. Näitä käyttöhäiriöi-tä voi olla useammanlaisia, esimerkiksi liian suuri kier-10 rosluku kuorman pudotessa pois, värähtelyt, pumppaus kompressorissa, viat apujärjestelmissä tai muut tasapaino-ongelmat, jotka johtavat GT-laukaisuun (kaasuturpiinin sulkeminen), ts. turpiinin kaasuputken ja kompressorista tulevan ilmaputken välisen ohitusventtiilin avaamiseen se-15 kä kaasu- ja ilmaputkessa olevien venttiilien sulkemiseen. Tarkoituksena on suojata kaasuturpiinia ja kompressoria, ts. laskea kierrosluku, paine- ja lämpötilatasot mahdollisimman nopeasti vaarattomiin arvoihin.

20 Ellei laitoksen kaasuturpiini nopeasti voi palata normaaleihin käyttöoloihinsa, esimerkiksi kaasuturpiinin generaattorin uudelleen vaiheistamisella, johtaa PFBC- laitoksen hyvin suuri lämpösisältö kuumassa petissä, ympäröivässä paineastiassa ja pedin polttamattomassa polttoaineessa 25 erityisiin ja vaikeasti hallittaviin ongelmiin. Kun voi-; maturpiinin generaattoria ei voi nopeasti uudelleen kyt keä voimaverkkoonsa, on pedin ja polttamattoman polttoaineen energiasisältö johdettava pois. Kaasuturpiinia suljettaessa kaasun virtaus petiastian ja turpiinin läpi . . 30 pienenee tasolle, jonka väistämätön vuotovirtaus petias- tian ja turpiinin välisessä kuumakaasuputkessa oleva vent-tiili määrää. Ilman syöttö petiin tulee riittämättömäksi sen leijuttamiseksi ja pedissä olevan polttoaineen täydel-·;··) listä palamista varten. Tämä johtaa siihen, että peti ro- 35 mahtaa, jolloin esiintyy riski petimateriaalin yhteensint-[ Taantumisesta ja hiilimonoksidin CO muodostumisesta, mikä ’··' toisaalta merkitsee räjähdysvaaraa ja toisaalta merkitsee 2 99045 sitä, että vuotovirtaus sisältää palamiskelpoista energiapitoista kaasua. Tämän kaasun polttaminen sulkuventtii-lin alavirran puolella voi johtaa kaasuturpiinille liian suureen kaasun lämpötilaan ja siihen, että energiasisältö 5 kehittää liian suuren kierrosluvun laitoksen turpiineissa.

On ehdotettu kuumien palokaasujen puhaltamista laitoksen petiastiasta ilmakehään. Kaasujenlämmpötila on 800 - 900°C, 10 ja niissä on noin 200 ppm pölyä. On vaikeata, jopa melkein mahdotonta, saada niin suuressa lämpötilassa ja niin vaikeissa oloissa toimivaa venttiiliä sulkemaan tiiviisti. Sitäpaitsi kuuman suuren kaasuvirtauksen tyydyttävä puhdistaminen on erittäin vaikeata. Venttiili tulee kalliik-15 si. Venttiilin käyttöikä jää lyhyeksi. Eräs ehdotus vuodon aiheuttamien epäkohtien pienentämiseksi palokaasujen poispuhaltamisessa petiastiasta käytetyn venttiilin yhteydessä käsittää petiastiaa ympäröivän paineastian ahdetun palamisilman samanaikaisen poispuhaltamisen tavalla, 20 joka esitetään ruotsalaisessa patenttijulkaisussa 8203664-1, jonka julkaisunumero on 431 359. Palokaasut sekoittuvat tällöin ilman kanssa ja jäähtyvät niin, että paineastian seinämän venttiili ei altistu äärimmäisen kuumille kaasuille. Haittapuolena on se, että ahdettu palamisilma 25 suureksi osaksi käytetään petiastian jättävien palo-kaasujen jäähdyttämiseen, jotka kaasut eivät kulje pedin kautta. Tämä saattaa merkitä sitä, että pedin polttoaine ei pala täydellisesti ja että petimateriaali ei jäähdy toivotulla tavalla. Palamiskelpoiset kaasut voivat merkitä . . 30 räjähdysvaaraa. Suuri pedin lämpötila poispuhalluksen jäl- [ ; keen voi johtaa petimateriaalin sintraantumiseen. Petias- ' ·' ·[ tian seinämässä olevassa venttiilissä voidaan sallia tiet- ty vuoto sisäänpäin petiastiaan. Menetelmä ei kuitenkaan ole täysin tyydyttävä.

Ruotsalaisessa patenttihakemuksessa 8604034-2 kuvataan tapaa, jolla ongelmat turpiinin sulkemisen yhteydessä hai- 35 3 99045

Iitaan syöttämällä petiastiaan inerttiä kaasua, sopivammin typpeä, niin että hapen syötö petiin ja siten palaminen keskeytetään, niin että hiilimonoksidin kehittyminen estetään ja räjähdysvaara siten poistetaan.

5

Kuorman pois putoamiseen johtavassa käyttöhäiriössä lai-tokseeen sisältyvä kaasuturpiini tai kaasuturpiini ja pa-lamisilman kompressori eristetään tunnetulla tavalla pe-tiastiasta tai vastaavasti petiastian ympäröivästä 10 paineastiasta sulkemalla petiastian ja turpiinin tai turpiinien välisessä kuumakaasujohdossa oleva venttiili sekä kompressorin ja paineastian välisessä ilmajohdossa oleva venttiili. Samanaikaisesti avataan ohitusjohto ilmajohdon ja kuumakaasujohdon välisessä oikosulkujohdossa siten, et-15 tä ilma kompressorissa johdetaan suoraan turpiiniin. Kuu-makaasuventtiilissä olevan venttiilin läpi saadaan tietty jäännösvirtaus siitä johtuen, ettei täydellistä tiivistämistä voida saavuttaa venttiilillä, johon kohdistuu kuumaa kaasua, jonka lämpötila on 800 - 950eC. Jotta käyttö-20 keskeytyksen yhteydessä laitos voitaisiin sulkea, on petiin jäävä polttoaine poltettava ja peti jäähdytettävä. Petiastian kaasu poistetaan puhallusventtiilillä ilmakehään suoraan petiastiasta tai petiastiasta turpiiniin johtavan johdon kautta. Petiastiasta tulevassa johdossa tai 25 viimeksimainitussa johdossa on jäähdytysaineen ruiskutus-laite, jonka kautta palokaasuja poistettaessa jäähdy-tysainetta ruiskutetaan niin paljon, että kaasut tehokkaasti jäähtyvät ennenkuin ne saavuttavat puhallusventtiilin. Sopivasti jäähdytysainetta ruiskute-30 taan sellaisena määränä, että kaasut jäähtyvät alle 400eC i ^ lämpötilaan. Jäähdytettäessä 400°C lämpötilaan voidaan kohtuullisin kustannuksin saada venttiilejä, joilla on tyy-dyttävä tiiveys, toiminta ja käyttöikä. Jäähdytysaine voidaan myös ruiskuttaa laitoksin muihin osiin, esimerkiksi 35 johtoihin sykloneiden jälkeen tai petiastian vapaaseen tilaan.

4 99045

Puhallus- tai poistoputkeen ruiskutettavaa jäähdytysvettä pidetään sopivasti kaasulla paineistetussa säiliössä. Se on yhteydessä ruiskutuslaitteistoon johdolla, jossa on to-milaitteen käyttämä venttiili, joka toimilaite on kytket-5 ty voimalaitoksen säätölaitteistoon. Sopivimmin jäähdytys-aineena käytetään vettä, mutta ajateltavissa ovat myös muut nesteet, kuten nestemäinen typpi.

Keksintöä selitetään seuraavassa viitaten oheisiin kaa-10 viollisiin kuvioihin.

Kuvio 1 esittää laitosta, jossa on veden ruiskutuslait-teet petiastian vapaassa tilassa ja syklonin jälkeisissä kaasujohdoissa.

15

Kuvio 2 esittää laitosta, jossa on veden ruiskutuslait-teet suoraan petiastiasta lähtevässä puhallus-johdossa.

20 Kuvioissa viitenumero 10 kuvaa paineastiaa. Siinä on pe-tiastia 12 ja puhdistuslaitos, jota kuvaa kaksi sarjaan kytkettyä syklonia 14 ja 15. Todellisuudessa puhdistuslaitos käsittää joukon sarjaan kytkettyjen syklonien rinnankytkettyjä ryhmiä. Paineastian 10 ja petiastian 12 väli-25 nen tila 16 sisältää ahdettua palamisilmaa. Paine voi • ;'. nousta jopa 2 MPa:iin tai sen yli. Palamisilmaa syötetään petiastiaan 12 pohjassa 20 olevilla suuttimilla 18. Tämä ilma leijuttaa pedin 22 petiastian 12 alaosassa ja polttaa polttoainetta, tavallisesti hiiltä, jota syötetään pe-30 tiin 22 esittämättä olevasta polttoainevarastosta johtoa 24 pitkin. Pedissä 22 on putkia 26, jotka kehittävät höy-’·*·' ryä esittämättä olevaa höyryturpiinia varten, joka puoles- r taa käyttää generaattoria. Palokaasut kerääntyvät vapaa seen tilaan 28 ja johdetaan johdoilla 30 ja 31 sykloneihin 35 14 ja 15. On olemassa useita rinnankytkettyjä sykloneja 14, 15. Syklonista 15 kuumat kaasut johdetaan johdolla 32 korkeapaineturpiiniin 34, siitä edelleen johdolla 36 ma- li 5 99045 talapaineturpiiniin 38, ja siitä edelleen johdolla 40 esi-lämmittimeen 42, suodattimeen 44 ja savupiipusta 46 edelleen ilmakehään.

5 Korkeapaineturpiini 34 käyttää kompressoria 48. Johdon 50 kautta syötetään tilaan 16 ahdettua palamisilmaa. Matala-paineturpiini 38 käyttää generaattoria 52. Kuuman kaasun johdossa 32 on sulkuventtiili 54 toimilaittein 56. Kompressorista 48 tulevassa johdossa 50 on sulkuventtiili 58 10 toimilaitteella 60. Johtojen 32 ja 50 välillä on oikosulku johto 62, jossa on ohitusventtiili 64, jota käytetään toimilaitteella 66.

Kuvion 1 mukaisessa toteutuksessa palokaasujen poistami-15 seksi petiastiasta 12 syklonin 15 ja turpiinin 34 välisestä kuumakaasujohdosta 32 lähtee johto 68, joka päättyy esi-lämmittimeen 42. Johdossa 68 on ainakin yksi puhallusventtiili 72, jolla on toimilaite 74. Tavallisesti varmuussyistä on järjestetty ainakin kaksi venttiiliä 20 sarjaan. Puhallusjohdossa 68 on laite 70 suuttimin 71 jäähdytysveden ruiskuttamista varten. Sen lisäksi syklonien 14 ja 15 välisessä johdossa 31 on veden ruiskutuslaite 70' suuttimin 71', ja petiastian 12 vapaassa tilassa 28 veden ruiskutuslaite 83 suuttimin 87. Veden ruiskuttaminen pe-25 tiastian 12 vapaaseen tilaan 28 merkitsee sisään ruisku-. . . tetun veden pitkää viipymistä kuumissa kaasuissa höyrys tymistä varten ja hyvää sykloneissa tapahtuvaa sekoittumista varten. Jäähdytysveden ruiskuttamista ruis-kutuslaitteella 70 voidaan siten rajoittaa. Laitos voidaan . . 30 toteuttaa yhdellä tai useammalla esitetyllä veden ruisku- I * tuslaitteella 70, 70' ja 83.

• · · • ·

Veden ruiskutus laitteet 70, 70' ja 83 ovat johdon 80, toimilaitteella 84 varustetun venttiilin 82 ja johtojen 81, 35 81' ja 85 kautta yhteydessä paineistettuun jäähdytys- vesisäiliöön 78. Vesisäiliö on johdon 86 kautta yhteydessä painekaasun lähteeseen 88. Sopivasti käytetään typpi- 6 99045 kaasua, johdossa 86 on venttiili 90 toimilaitten 92. Venttiilien 54, 58, 64, 72, 82, 90 toimilaitteet 56, 60, 66, 74, 84, 92 on johdoilla 100 - 105 liitetty käyttöyksikköön 110, joka muodostaa osan laitoksen keskeisestä säätölait-5 teistosta. Lämpötila-anturi 112 puhallusjohdossa 68 on liitetty käyttöyksikköön 110 johdolla 114.

Kuvion 2 mukaisessa toteutuksessa on puhallusjohto 68 liitetty suoraan petiastian 12 vapaaseen tilaan 28. Puhallus-10 venttiilin 72 ja esilämmittimen 42 välissä on kaasun puhdistin 76 pölyn erottamiseksi.

Käyttöhäiriän tapauksessa, esimerkiksi kuorman pudotessa pois siitä seuraavalla kaasuturpiinin laukeamisella, py-15 säytetään polttoaineen syöttäminen petiin ja suljetaan kuu-makaasujohdoissa 32 ja 50 olevat venttiilit 54 ja vastaavasti 58, niin että turpiinit 34 ja 38 sekä kompressori 48 eristetään petiastiasta 12 ja vastaavasti paineastiasta 10. Samanaikaisesti avataan ohitusventtiili 64 oikosulku-20 johdossa 62 siten, että kompressorista 48 ilma virtaa suoraan turpiinille 34. Petiastiasta 12 tulevan energiasyötön keskeytyessä estetään kaasuturpiinin 38 ryntääminen. Sen jälkeen avataan venttiili 72 ja palokaasut puhalletaan pois petiastiasta 12. Venttiili 82 avataan samanaikaisesti ja 25 jäähdytysvettä ruiskutetaan kuuman kaasun virtaukseen : suuttimilla 71, 71', 87 veden ruiskutuslaitteissa 70, 70', 83 kuviossa 1 esitetyssä tapauksessa. Vesi höyrystyy ja alentaa kaasujen lämpötilaa ennkuin ne saavuttavat puhal-lusventtiilin 72. Pöly erotetaan sykloneissa 14, 15 tai .. 30 puhdistimessa 76. Kaasut jäähdytetään esilämmittimessä 42 ’·*!* suodattimen 44 sallimaan lämpötilaan, minkä jälkeen ne joh- • · · ’·*·' detaan savupiippuun 46.

Mikäli aikayksikköä kohti ruiskutetaan sama määrä vettä 35 koko paineen alennusjakson aikana, laskee kaasun lämpötila asteittain pienenevässä kaasun virtauksessa. Sen vuoksi jäähdytysveden virtausta on säädettävä. Edullisesti ve- li 7 99045 den ruiskuttamista säädetään venttiilillä 82 siten, että kaasujen lämpötila niiden saavuttaessa esilämmittimen 42 on sama tai jonkin verran alempi kuin turpiinista tulevien poistokaasujen lämpötila normaalissa käytössä, noin 5 4001C. Siten saavutetaan pienin lämpörasitus esilämmitti- messä 42 puhallettaessa pois palokaasuja petiastiasta 12.

Puhallusjohdon 68 kapasiteetti valitaan sellaiseksi, että pedissä 22 saavutetaan riittävä leijuminen. Puhalluksen 10 ensimmäisen osan aikana petiin 22 jäävä polttoaine palaa.

Kun polttoaine on käytetty loppuun, pedin 22 läpi virtaa-va ilma jäähdyttää petimateriaalin. Myös putket, joiden läpi virtaa vettä ja höyryä, osallistuvat samalla petimateriaalin jäähdyttämiseen. Kun ahdettu palamisilma tilas-15 sa 16 on käytetty loppuun, on petimateriaali jäähtynyt niin paljon, että yhteensintrautumisen riski on poistunut. On helppoa oivaltaa, että kuvioiden 1 ja 2 mukaisia toteutuksia myös voidaan yhdistellä monin tavoin.

' · » • · • « • · ·

Claims (9)

1. Tapa PFBC-laitoksen säätämiseksi kaasuturpiinin käyt-töhäiriötapauksessa, esimerkiksi kuorman pudotessa pois, jossa laitoksessa on paineastiaan (10) suljettu ja ahde- 5 tun palamisilman ympäröimä petiastia (12), jossa on lei-jumiskelpoisen hiukkasmaisen aineen peti (22), ja jossa on petiastian (12) palokaasuilla käytetty kaasuturpiini-kompressorilaitteisto (34, 38, 48), ja jossa lisäksi on ensimmäinen sulkuventtiili (54) turpiinin (34) käyttö-10 kaasun syöttöjohdossa (32), toinen sulkuventtiili (58) kompressorista (48) tulevassa johdossa (50) ja kolmas sulkuventtiili (64) turpiinin (34) ja kompressorin (48) välisessä ohitusjohdossa (62), tunnettu siitä, että kompres-sori-turpiinilaitteisto (34, 38, 48) eristetään 15 petiastiasta (12) ja oikosuljetaan sulkemalla venttiilit (54, 58) syöttöjohdossa (32) ja vastaavasti johdossa (50) ja avaamalla venttiili (64) ohitusjohdossa (30), ja että ilmakehään puhallusventtiilin (72) kautta puhallettaviin palokaasuihin syötetään jäähdytysväliainetta mainitun pu-20 hallusventtiilin (72) ylävirtauksen puolella.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että syötetään sellainen määrä jäähdytysvällainetta, että palokaasut jäähtyvät lämpötilaan, joka on alle 400eC. 25 .

: ; 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että jäähdytysväliaineen virtausta säädetään niin, että jäähdytysväliaineen ruiskutuksen alavirtauksen puolella olevat kaasut saavat vakiolämpötilan puhalluksen aikana. 30 r t · ♦ · ·

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, • ( I V, että jäähdytysväliaineen virtausta säädetään niin, että • · ' '* jäähdytysväliaineen ruiskutuksen alavirtauksen puolella olevat kaasut saavat lämpötilan, joka alittaa lämpötilan 35 noin 400eC, mutta joka ylittää happokastepisteen (120 -180 °C). li 9 99045

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen tapa, tunnettu siitä, että jäähdytysväliaine on vettä.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, 5 että jäähdytysväliainetta syötetään jatkuvasti paineistetusta jäähdytysväliaineen säiliöstä.

7. PFBC-voimalaitos, joka käsittää paineastian (10), paineastiaan (10) suljetun petiastian (12), ainakin yhden kaa- 10 suturpiinin (34), petiastian (12) ja turpiinin (34) välisen, ensimmäisellä venttiilillä (54) varustetun johdon (32), turpiinin käyttämän kompressorin (48), kompressorin (48) ja paineastian (10) välisen, toisella venttiilillä (58) varustetun johdon (50), ja kompressorin (48) ja tur-15 piinin (32) välisen, kolmannella venttiilillä (64) varustetun oikosulkujohdon (62), tunnettu siitä, että siihen sisältyy petiastiasta (12) tai petiastian (12) ja turpiinin (34) välisestä johdosta (32) lähtevän puhallusventtii-lillä (72) varustetun johdon (68) palokaasujen poispuhal-20 tamiseksi käyttöhäiriön tapauksessa, mainitussa johdossa (68) oleva laite (70, 71) jäähytysväliaineen ruiskuttani! -seksi kaasuvirtaukseen palokaasuja poispuhallettaessa, sekä laitteen (78) jäähdytysväliaineen syöttämiseksi suurella paineella ruiskutuslaitteeseen (70, 70'). 25 : 8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen PFBC-voimalaitos, tun- ‘ '·/· nettu siitä, että siihen sisältyy laite (83) jäähdytysvä- liaineen ruiskuttamiseksi petiastian (12) vapaaseen tilaan (28). 30

8 99045

9. Patenttivaatimuksen 7 mukainen PFBC-voimalaitos, tun-nettu siitä, että jäähdytysveden ruiskutuslaite (70, 70') ! ! on liitetty venttiilillä (82) varustetulla johdolla (80) kaasulla paineistettuun vesisäiliöön (78). 35 10 99045