SE446121B

SE446121B - Power station with combustion of a fuel in a fluidised bed

Info

Publication number: SE446121B
Application number: SE8304558A
Authority: SE
Inventors: R Brennstrom
Original assignee: Stal Laval Turbin Ab
Priority date: 1983-05-05
Filing date: 1983-08-23
Publication date: 1986-08-11
Also published as: SE8304558D0; SE8304558L; SE8302572D0

Abstract

A pressurized combustion chamber with fluidised bed (8) is equipped with a silo (15) for extra bed material. The fluidised bed and silo are connected with infeed and outfeed tubes (16, 17) for the transport of material between the bed and silo to regulate bed height during varying load. The infeed tube (16) is bent like a so-called L-valve. In order to blow material in through this tube, it is connected to a pressure vessel (9) that surrounds the bed by means of a valve (18). The outfeed tube (17) is connected to the silo via a whirler (23) for the separation of material from the bed to the silo. This whirler is connected the output side of the combustion chamber via a valve (19) for the evacuation of material from the bed to the silo through the outfeed tube. To ensure equilibrium in the silo at constant load, the infeed and outfeed tubes (16, 17) discharge at the same level in the bed, preferably at the bottom. Different chokes (22, 24, 29) can be introduced in the air tubes to control airflow during infeed and outfeed.<IMAGE>

Description

20 25 30 35 8304558-3 för reglering av bäddhöjden i virvelbädden vid varierande belastning anläggningen är försedd med en silo för förvaring av bäddmaterial, vilken silo är ansluten till brännkammarens virvelbäddsdel med ett rör för ut- matning av bäddmaterial från brännkammaren och ett rör för återmatning av i silon lagrat bäddmaterial till brännkammaren. Silon står via en eva- kueringsledning med en första ventil i förbindelse med ett utrymme med lägre tryck än i brännkammaren för sänkning av trycket i silon för trans- port av bäddmaterial från brännkammaren till silon. Utmatningsröret står via en ledning med en andra ventil i förbindelse med en tryckgaskälla för tillförsel av transportgas för pneumatisk återmatning av bäddmassa från silon till brännkammaren. Vad som i övrigt är karakteristiskt för uppfinningen anges i bifogade patentkrav. 8 2545 358304558-3 for adjusting the bed height in the fluidized bed at varying loads the plant is provided with a silo for storing bed material, which silo is connected to the fluidized bed part of the combustion chamber with a tube for discharging bed material from the combustion chamber and a tube for feedback. of bed material stored in the silo to the combustion chamber. The silo is connected via an evacuation line with a first valve to a space with a lower pressure than in the combustion chamber for lowering the pressure in the silo for transporting bed material from the combustion chamber to the silo. The discharge pipe is connected via a line with a second valve to a pressurized gas source for supplying transport gas for pneumatic return of bed mass from the silo to the combustion chamber. What is otherwise characteristic of the invention is stated in the appended claims.

Det har visat sig praktiskt att innesluta virvelbâdden med tillhörande cykloner på avgångssidan och andra hjälporgan i ett tryckkärl varvid förbränningsluften till bädden blåses in genom detta tryckkärl. I detta fall bör även silon placeras inne i tryckkärlet så att den endast behöver dimensioneras för den lilla tryckskillnaden mellan tryckkärl och bädd vilket i praktiken innebär att silons dimensioner dikteras av andra hänsyn såsom slitage och vikten av det material den skall rymma.It has been found practical to enclose the fluidized bed with associated cyclones on the outlet side and other auxiliary means in a pressure vessel, the combustion air to the bed being blown in through this pressure vessel. In this case, the silo should also be placed inside the pressure vessel so that it only needs to be dimensioned for the small pressure difference between pressure vessel and bed, which in practice means that the dimensions of the silo are dictated by other considerations such as wear and weight of the material it should hold.

Uppfinningen skall för övrigt närmare beskrivas under hänvisning till bi- fogade ritningar där fig 1 och 2 visar olika varianter av en gasturbinan- läggning med tryckbrännkammare enligt uppfinningen medan fig 3 visar en detalj.The invention will moreover be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which Figures 1 and 2 show different variants of a gas turbine plant with a pressure combustion chamber according to the invention, while Figure 3 shows a detail.

Gasturbinanläggningen enligt fig 1 omfattar en lågtryckskompressor 1, en högtryckskompressor 2, en högtrycksturbin 3, en lågtrycksturbin 4 och en kraftturbin 5 som drar en generator 6. Som vanligt är låg- och högtrycks- delarna anordnade på var sin axel i ett så kallat treaxligt utförande vilket dock bara är ett exempel och inte berör själva uppfinningen. Energin till turbinanläggningen fås från brännkammaranläggningen 7 men som nämnts skall detta ses som ett exempel på användningen av en tryckbrännkammare enligt uppfinningen.The gas turbine plant according to Fig. 1 comprises a low-pressure compressor 1, a high-pressure compressor 2, a high-pressure turbine 3, a low-pressure turbine 4 and a power turbine 5 which pulls a generator 6. As usual, the low and high pressure parts are arranged on each shaft in a so-called three-axis design. which, however, is only an example and does not concern the invention itself. The energy for the turbine plant is obtained from the combustion chamber plant 7, but as mentioned, this should be seen as an example of the use of a pressure combustion chamber according to the invention.

Brännkammaranläggningen 7 består av en virvelbäddbrännkammare 8 inne- sluten i ett tryckkärl 9. Tryckluften kommer från högtryckskompressorn 2 in i tryckkärlet och går genom fördelningsplåten 10 i bottnen på virvel- bädden upp genom bädden. De heta förbränningsgaserna härifrån går genom cyklonerna 11, 12, 13 och röret 1ü till högtrycksturbinen 3. I cyklonerna 10 15 20 25 30 35 8304558-3 avskiljs aska och stoft från bädden och matas ut från bottnen av cyklonerna på känt sätt. Från ledningar och oykloner avgiven värme, värmer|förbrännings- luften i tryckkärlet 9 och tillvaratages således.The combustion chamber plant 7 consists of a fluidized bed combustion chamber 8 enclosed in a pressure vessel 9. The compressed air comes from the high-pressure compressor 2 into the pressure vessel and passes through the distribution plate 10 in the bottom of the fluidized bed up through the bed. The hot combustion gases from here pass through the cyclones 11, 12, 13 and the pipe 1ü to the high-pressure turbine 3. In the cyclones 10, ash and dust are separated from the bed and discharged from the bottom of the cyclones in a known manner. Heat emitted from pipes and oyclones heats the combustion air in the pressure vessel 9 and is thus recovered.

För reglering av bäddhöjden vid varierande belastning har anordnats en silo 15 bredvid bädden för magasinering av överflödigt bäddmaterial.To control the bed height at varying loads, a silo 15 has been arranged next to the bed for storing excess bed material.

Denna silo är förbunden med bädden genom rör 16, 17 för in- och utmatning av material till och från bädden vid varierande belastning. För att säkra jämvikt vid konstant belastning måste dessa två rör mynna i samma nivå i bädden varvid man får tänka på att bäddmaterialet under drift uppför sig som ett kontinuerligt medium med en given specifik vikt. Varje nivå i bädden har därför sitt väldefinierade tryck och när rören 16 och 17 mynnar í samma nivå kommer det att vara jämvikt i silon 15.This silo is connected to the bed through pipes 16, 17 for feeding and discharging material to and from the bed at varying loads. In order to ensure balance at constant load, these two pipes must open at the same level in the bed, it being borne in mind that the bed material during operation behaves as a continuous medium with a given specific weight. Each level in the bed therefore has its well-defined pressure and when the pipes 16 and 17 open at the same level, there will be equilibrium in the silo 15.

Styrning av materialtransporten mellan bädden 8 och silon sker med hjälp av två ventiler 18 och 19 med tillhörande styrorgan 20, 21.Control of the material transport between the bed 8 and the silo takes place by means of two valves 18 and 19 with associated control means 20, 21.

Inmatning av material till bädden sker genom röret 16 som visas mera tydligt i fig 3. I fig 3 har ventilen 18 med styrorganet 20 placerats utanför tryckkärlet medan den i fig 1 är placerad inne i tryckkärlet.Material is fed to the bed through the tube 16, which is shown more clearly in Fig. 3. In Fig. 3, the valve 18 with the control member 20 is placed outside the pressure vessel while in Fig. 1 it is placed inside the pressure vessel.

Detta är endast en fråga om åtkomlighet utan betydelse för uppfinninge- tanken. Röret 16 är vinkelbockat så att det bildar en så kallad L-ventil och som framgår innebär detta att materialet från silon under jämvikt lägger sig i vinkeln varefter inget materialflöde förekommer.Vid utformningen av inmatningsröret, vinkelbockat såsom visas, erhålles en ventilfunktion utan att en ventil med rörliga delar och manöverorgan behöver användas. Med hän- syn till den höga temperaturen hos bäddmaterialet som skall matas in vid upptill 800 å 900°C är frånvaron av rörlig ventilorgan av stort värde. Dock är det tänkbart att använda en sådan ventil men kostnaden blir högre och risken för driftsstörningar ökar.çOm man däremot öppnar ventilen 18 kommer luft från tryckkärlet att blåsas in i röret 16 och riva med sig materialet i böjningen in i bädden och nytt material från silon strömmar till så att bäddhöjden ökar. På ingången till ventilen 18 har visats en strypning 22.This is only a matter of accessibility without significance for the inventive idea. The tube 16 is angled so that it forms a so-called L-valve and as can be seen, this means that the material from the silo settles in equilibrium at an angle after which there is no material flow. In the design of the feed tube, angled as shown, a valve function is obtained without a valve with moving parts and controls need to be used. In view of the high temperature of the bed material to be fed at up to 800 to 900 ° C, the absence of movable valve means is of great value. However, it is conceivable to use such a valve, but the cost will be higher and the risk of malfunctions increases. flows in so that the bed height increases. A throttle 22 is shown at the entrance to the valve 18.

Meningen med denna är att få ett väldefinierat flöde genom ventilen 18 svarande mot önskad inmatningshastighet från silon till bädden varvid styr- organet 20 endast behöver styra ventilen 18 enligt till-från principen.The purpose of this is to obtain a well-defined flow through the valve 18 corresponding to the desired feed rate from the silo to the bed, the control means 20 only having to control the valve 18 according to the on-off principle.

Eventuellt kan styrorganet 20 för ventilen 18 vara kontinuerligt styrt för att uppnå styrning av flödet genom röret 16. 10 15¿ 20 25 30 35 8304558-3 Utmatning av material från bädden till silon sker genom röret 17 som är anslutet till silon via en cyklon 23. Utmatningen sker genom att styrorganet 21 öppnar ventilen 19 varvid silon och cyklonen 23 genom röret 25 anslutes till brännkammarens avgångssida. På grund av trycksänkningen i cyklon och silo kommer då material att sugas upp genom röret 17 till cyklonen 23 där det avskiljes och rinner ned i silon. Den renade gasen från cyklonen går genom röret 25. Med streckade linjer 26, 27, 28 har antytts olika möjlig- heter för anslutning av detta rör.Optionally, the control means 20 for the valve 18 can be continuously controlled to achieve control of the flow through the tube 16. Discharge of material from the bed to the silo takes place through the tube 17 which is connected to the silo via a cyclone 23. The discharge takes place by the control means 21 opening the valve 19, the silo and the cyclone 23 being connected through the pipe 25 to the outlet side of the combustion chamber. Due to the pressure drop in the cyclone and silo, material will then be sucked up through the pipe 17 to the cyclone 23 where it is separated and flows down into the silo. The purified gas from the cyclone passes through the pipe 25. Dashed lines 26, 27, 28 indicate various possibilities for connecting this pipe.

Röret 25 kan som visas i fig 1 anslutas direkt till högtrycksturbinen 3 genom en ledning 26 eller det kan anslutas till någon av cyklonerna 11, 12, 13 genom en ledning 27 eller det kan anslutas mellan hög- och lågtrycks- turbin genom en ledning 28. I det senare fallet bör ledningen 28 vara för- sedd med någon form av strypning 29 för att begränsa gasflödet denna väg.As shown in Fig. 1, the tube 25 can be connected directly to the high pressure turbine 3 through a line 26 or it can be connected to one of the cyclones 11, 12, 13 through a line 27 or it can be connected between the high and low pressure turbine through a line 28. In the latter case, the line 28 should be provided with some form of restriction 29 in order to limit the gas flow this way.

Vilken anslutning av röret 25 man väljer beror på vilket materialflöde man önskar.Which connection of the pipe 25 you choose depends on which material flow you want.

Eventuellt kan den renade gasen ledas till atmosfären utanför tryckkärlet 9 antingen direkt eller, som visas i fig 2, via en strypning H0. Gasen föres genom ledningen 25 till strypningen H0 och från denna genom ledningen H1 som mynnar utanför tryckkärlet 9. Denna ledning är försedd med en första ventil Ä2 med ett manöverdon H3 och en andra ventil ÄH med ett manöverdon H5. Även denna andra ventil HH kan placeras utanför tryokkärlet 9. Vid två ventiler H2, 44 i serie bör ledningen N1 stå i förbindelse med rummet i tryckkärlet 9 eller direkt med högtryckskompressorn 2 via en strypníng H6.Optionally, the purified gas can be led to the atmosphere outside the pressure vessel 9 either directly or, as shown in Fig. 2, via a choke H0. The gas is passed through the line 25 to the choke H0 and from there through the line H1 which opens outside the pressure vessel 9. This line is provided with a first valve Ä2 with an actuator H3 and a second valve ÄH with an actuator H5. This second valve HH can also be placed outside the pressure vessel 9. In the case of two valves H2, 44 in series, the line N1 should be connected to the space in the pressure vessel 9 or directly to the high-pressure compressor 2 via a throttle H6.

Genom denna tillföres ledningen H1 ren luft med ett tryck högre än trycket hos förbränningsgaserna i brännkammaren 8. Insättning av ventilen UU och strypningen H6 utgör en extra säkerhet mot att het gas med eroderande mate- rial strömmar ut genom ventilen Ä2 om denna skulle bli otät. På grund av den svåra miljön är sannolikheten för att ventilen H2 blir otät och att gas läcker ut stor. Genom att strypningen 46 finns består läokgasen då av ren luft av låg temperatur som ej åstadkommer förslitning genom erosion. Vidare erhålles tryokutjämning mellan ledningen H1 och rummet i tryckkärlet 9.Through this, the line H1 is supplied with clean air with a pressure higher than the pressure of the combustion gases in the combustion chamber 8. Insertion of the valve UU and the throttle H6 constitutes an extra safety against hot gas with erosive material flowing out through the valve Ä2 if it becomes leaky. Due to the difficult environment, the probability of valve H2 becoming leaky and gas leaking is high. Because the throttle 46 is present, the leakage gas then consists of clean air of low temperature which does not cause wear by erosion. Furthermore, pressure equalization is obtained between the line H1 and the space in the pressure vessel 9.

Strypningen 40 kan bestå av ett antal seriekopplade rördelar mellan vilka gasströmmen omlänkas så att en tryckförlust erhålles. Strypningen H0 är ut- förd enligt samma principer som den i det svenska patentet 82057H8-0 (publi- ceringsnummer 433 7U0) beskrivna askutmataren. Genom att placera rördelarna i ett hölje 48 och låta luften från högtryckskompressorn passera detta er- hålles en effektiv kylning av gaserna från cyklonen 23 innan dessa når ven- 10 20 8304558-3 tilerna UH och H2. Påfrestningarna på ventilerna minskas, varigenom till- fredsställande täthet kan erhållas med enkla och relativt billiga ventil- konstruktioner.The throttle 40 may consist of a number of series-connected pipe sections between which the gas flow is diverted so that a pressure loss is obtained. The choke H0 is made according to the same principles as the ash dispenser described in Swedish patent 82057H8-0 (publication number 433 7U0). By placing the pipe parts in a housing 48 and allowing the air from the high-pressure compressor to pass through this, an efficient cooling of the gases from the cyclone 23 is obtained before these reach the valves UH and H2. The stresses on the valves are reduced, whereby satisfactory tightness can be obtained with simple and relatively inexpensive valve designs.

Mellan cyklonen 23 och ventilen 19 resp UH har placerats ett luftíntag från tryokkärlet 9 med en strypning 2H. Denna strypning avser att under konstant drift släppa in lite luft till röret 17 för att undvika igen- sättning i detta. Dessutom kommer vid utförandet enligt fig 1 vid even- tuell läckníng i ventilen 19 endast ren luft från tryckkärlet att blåsas genom denna ventil till turbinerna 3 och H varvid erosion undvikes. Denna effekt beror på att trycket i tryckkärlet under drift ständigt är högre än trycket i bädden.Between the cyclone 23 and the valve 19 and UH, respectively, an air intake from the pressure vessel 9 with a throttle 2H has been placed. This throttling is intended to let some air into the pipe 17 during constant operation in order to avoid clogging in it. In addition, in the embodiment according to Fig. 1, in the event of a leak in the valve 19, only clean air from the pressure vessel will be blown through this valve to the turbines 3 and H, whereby erosion is avoided. This effect is due to the fact that the pressure in the pressure vessel during operation is constantly higher than the pressure in the bed.

Liksom ventilen 18 i fig 3 kan ventilen 19 placeras utanför kärlet 9.Like the valve 18 in Fig. 3, the valve 19 can be placed outside the vessel 9.

I figurerna 1 och 2 har silon 15 och cyklonen 23 placerats inne i tryck- kärlet 9 varför tryckskillnaden mellan in- och utsida på dessa två be- hållare blir liten. Det är dock principiellt inget hinder för att dessa behållare kan placeras utanför tryckkärlet varvid de dock måste dimen- sioneras för samma tryck som tryckkärlet. I båda fallen är det lämpligt att både cyklon och silo omges av isolerande höljen H9 och 50 så att mate- Pialﬂﬁ i silon hålls varmt. Det kan vara lämpligt att förse silon 15 med en värmespiral för varmhållning av bäddmaterialet i silon för att undvika allt för stor temperatursänkning vid längre tids stabil drift utan över- föring av bäddmaterial mellan bädden och silon 15. I fig 1 har vidare visats en silo 30 med slussventil 31 för inmatning av supplerande bädd- material till silon 15 vid svinn i den i drift använda mängden material.In Figures 1 and 2, the silo 15 and the cyclone 23 have been placed inside the pressure vessel 9, so that the pressure difference between the inside and outside of these two containers becomes small. In principle, however, there is no obstacle to these containers being placed outside the pressure vessel, whereby they must, however, be dimensioned for the same pressure as the pressure vessel. In both cases, it is advisable that both the cyclone and the silo are surrounded by insulating housings H9 and 50 so that the material in the silo is kept warm. It may be convenient to provide the silo 15 with a heating coil for keeping the bed material warm in the silo in order to avoid excessive temperature lowering during prolonged stable operation without transferring the bed material between the bed and the silo 15. In Fig. 1 a silo 30 is further shown. with lock valve 31 for feeding supplementary bed material to the silo 15 in case of loss of the amount of material used in operation.

Claims

8304558-3 6 PATENT CLAIMS

Power plant with combustion of a fuel in a fluidized bed of particulate matter in a combustion chamber at a pressure significantly exceeding the atmospheric pressure, characterized in that for regulating the bed height in the fluidized bed at varying loads the plant is equipped with a silo ( 15) for storing bed material, which silo (15) is connected to the fluidized bed part of the combustion chamber (8) with a tube (17) for discharging bed material from the combustion chamber (8) and a tube (16) for feeding back into the silo (15) bed material for the combustion chamber (8), the silo (15) communicating via a evacuation line (25) with a first valve (19; ÄH) with a space with a lower pressure than in the combustion chamber (8) for lowering the pressure in the silo (15). ) for transporting bed material from the combustion chamber (8) to the silo (15) and the discharge pipe (16) via a line with a second valve (18) is connected to a pressurized gas source (1; 2; 9) for supplying transport gas for pneumatic return feeding of bed mass from the silo (15) to the combustion chamber (8).

Power plant according to claim 1, characterized in that the combustion chamber (8) and the silo (15) are enclosed in a common pressure vessel (9).

Power plant according to Claim 1 or 2, characterized in that the pipes (16, 17) for feeding bed mass back to the respective discharge of bed mass from the combustion chamber (8) open at the same level into the combustion chamber (8), preferably at its bottom part.

Power plant according to claim 1 or 2, characterized in that the feed pipe (16) is curved and forms a so-called L-valve which blocks the flow from the silo (15) as long as the second valve (18) is closed , this valve being connected to the feed pipe in the upper part of the L-valve.

Power plant according to claim 2, characterized in that the pressure medium source for supplying transport gas to the feed pipe (16) consists of the pressure vessel (9), wherein the combustion air enclosed in the pressure vessel (9) is used as transport gas. 8304558-3

Power plant according to claim 1 or 2, characterized in that the discharge pipe (17) is connected to the silo (15) via a dust separator (23).

Power plant according to claim 6, characterized in that the silo (15) and the dust collector (23) are heat-insulated.

Power plant according to claim 6, characterized in that the silo (15) is provided with a heating device (51).

Power plant according to claim 1, characterized in that the cyclone (23) for separating bed material from evacuation gas from silon (15) via lines (25, H1), a choke device (Ä0) designed as a cooler and valves (HU , Ä2) can be connected to the atmosphere outside the pressure vessel (9).

Power plant according to claim 5, characterized in that a line for transport gas from the pressure vessel (9) is provided with a choke (22) for adapting the air flow to the first valve (16) which is designed as an L- valve.