SE451390B - Sett att reglera en pfbc-anleggning vid driftstorning i turbinaggregatet samt en pfbc-anleggning med utrustning for sadan reglering - Google Patents

Description

15 20 25 30 451 5900 till gasturbinen avbrytes eller minskar till en sådan nivå att turbinens' varvtal sjunker till ett ofarligt värde.

Det har föreslagits att blåsa av de heta förbränningsgaserna från anlägg- ningens bäddkärl till atmosfären. Gäserna har en temperatur av 800-900 °C och är bemängda med cirka 200 ppm stoft. Det är svårt, näst intill omöj- ligt, att få en ventil som arbetar vid så hög temperatur och i en så svår miljö att täta och att tillfredsställande rena ett stort flöde av gas med hög temperatur. En ventil blir dyr. Ventilens livslängd blir kort. Ett förslag att minska olägenheterna med läckage i en ventil för avblåsning av förbränningsgaser från bäddkärlet är att samtidigt blåsa av den kompri- merade förbränningsluften i ett tryckkärl som omger bäddkärlet på sätt som anges i den svenska patentskriften 8203663-1 med publiceringsnummer H31 359.

Förbränningsgaserna blandas då med luft och kyles så att en ventil i tryck- kärlsväggen ej utsåttes för gaser av extremt hög temperatur. I en ventil i bäddkärlsväggen kan visst inläckage till bäddkärlet tolereras. Metoden är dock inte helt tillfredsställande.

Problemet är som nämnts att avstängningsventilen i hetgasledniñgen före turbinen ej kan göras helt tät, varför gas läcker genom ventilen. Luft- mängden genom bäddkärlets bädd minskar och räcker ej till för fullständig förbränning av det i bådden befintliga bränslet. Koloxid CO bildas. Denna kantkomma att brinna nedströms gasledningens avstängningsventil och med- föra otillåtet hög gastemperatur och otillåtet högt varvtal hos gasturbi- nen.

UPPFINNINGEN Enligt uppfinningen isoleras gasturbin och kompressor genom att ventiler i hetgasledningen mellan anläggningens bäddkärl och turbin och i luftled- ningen mellan kompressorn och tryckkärlet, som omsluter bäddkärlet, stänges.

Samtidigt öppnas en by-passventil i en kortslutningsledning mellan luftled- ningen från kompressorn och hetgasledningen till turbinen. Hetgasflödet till turbinen består då endast av ett läckflöde genom ventilen i hetgasled- ningen. Bäddkärlet och/eller tryckkärlet tillföres en inert gas, lämpligen kvävgas, och en eller flera till tryckkärlet anslutna avblåsningsventiler öppnas. Under avblâsningen av tryckkärlet tillföres bäddkärlet och/eller luftrummet mellan tryckkârlet och bäddkärlet inert gas, som nämnts lämpli- 20 25 30 ..,_,.- 451 390 gen kvävgas, på sådant sätt att en obetydlig, positiv tryckdifferens upp- rätthålles mellan tryckkärlets luftrum och bäddkärlet. Med ínert gas avses här sådan gas som ej underhåller förbränning.

FÖRDELAR Genom uppfinningen vinnes att endast ren gas med låg temperatur passerar genom avblåsningsventilerna. Relativt enkla ventiler kan användas, som är billiga att anskaffa och kräver_litet underhåll. Inget stoft finns i ut- blåsningsgasen, som kan skada ventilen. Inga renare behövs.

Kvävgasen som tillför-es bäddkärlet och tryckkärlet bildar en spärr som hindrar tillförsel av förbränningsluft till bädden. CO-bildning förhind- ras. Ingen oönskad förbränning i rörledningen uppströms gasturbinen ris- keras. Kvävgasen har låg temperatur, ungefär rumstemperatur, varför gas- temperaturen i fribordet över bädden sänkes och därmed energiinnehållet i läckgasen som passerar ventilen uppströms gasturbinen.

FIGURER t.

Figur 1 visar schematiskt en PFBC-kraftanläggning. Figur 2 visar ett önskat samband mellan trycksänkning i tryckkärlet vid avblåsning av förbrännings- luft och trycksänkning i bäddkärlet på grund av läckflödet genom ventilen i hetgasledningen till turbinen. 1 FIGUHBESKRIVNING I figurerna betecknar 1 och 2 byggnader som innesluter ett tryckkärl 3 med ett bäddkärl Ä resp en turbin-kompressoranläggning 5. Bäddkärlet är försett med en botten 6 med munstycken 9, genom vilka bäddkärlet Ä tillföres förbränningsluft från rummet 7 mellan bäddkärlet Å och tryckkärlet 3 som pilarna 8 visar. I bäddkärlet Ä finns en bädd 10 av partikulärt material.

Luft som strömmar in genom munstyckena 9 fluidiserar materialet i bädden 10 och förbränner bränsle som tillföres bädden genom bränsleledningen 11.

I bäddkärlet 11 finns en tubsats 12 som kyler bädden 10 så att tempera- I turen hålles på en för förbränningen lämplig nivå, vanligen inom omrâdet 800-950 °C, och alstrar ånga för drift av en icke visad ångturbin. För- bränningsgaserna samlas i fribordet 13 ovanför bädden 10 och ledes genom 10 15 20 25 30 35 451 39u ledningen 1U till en reningsanläggning som symboliseras av en cyklon 15.

I reningsanläggningen avskilt stoft matas ut genom den tryckreducerande ut- matningsanordningen 16, som är utformad som en kylare och placerad i ett schakt 17 under bäddkärlets Ä botten 6. Förbränningsluften utgör kyl- medium och värmen nyttiggöres genom att värma förbrånningsluften.

Förbränningsgaserna föres i ledningen 20 till en gasturbin 21 som driver en kompressor 22 och en generator 23. I kompressorn 22 komprimerad luft föres i ledningen 2ü till rummet 7. I ledningarna 20 och 24 finns avstäng- ningsventiler 25 resp 26 som manövreras med manöverdon 27 resp 28. Mellan ledningarna 20 och 2U finns en by-pass- eller kortslutningsledning 30 med en ventil 31 som manövreras med ett manöverdon 32. Ledningen 30 är anslu- ten till ledningarna 20 och 23 mellan ventilen 25 och gasturbinen 21 resp mellan ventilen 26 och kompressorn 22. Till luftledningen 24 är anslutna ett antal avblåsningsventiler 33, 3H och 35 och i serie med dessa provven- tiler 36, 37 och 38. Dessa ventiler manövreras med ett gemensamt manöver- don H0 resp H1 eller med separata manöverdon. På byggnaden 2 finns en ljud- dämpare för avblåsningsluft. å I anläggningen finns ett inertgassystem med kväve som den inerta gasen.

Utanför byggnaden 1 finns en förrådstank 50 för flytande kväve, en för- gasare 51 och en bufferttank 52 med komprimerad kvävgas. I bäddkärlets 4 fribord 13 finns ett munstycke 53 och i rummet 7 mellan tryckkärlet 3 och bäddkärlet U finns två munstycken SN och 55, genom vilka fribordet 13 resp rummet 7 kan tillföras kvävgas. Munstycket 53 står via ledningen 56, ventilen 57 med manöverdonet SQ och ledningen 60 i förbindelse med bufferttanken 52. Munstyckena 5% och 55 står via ledningarna 61 resp 62, ventilen 63 med manöverdonet 6U och ledningen 58 i förbindelse med buffert- tanken 52. En differentialtryckgivare 65 är ansluten till rummet 7 och till fribordet 13 och via en ledning 66 till en reglercentral 67. Manöverdonen 58 och óü styr öppningen av ventilerna 57 och 63 i beroende av tryckdiffe- rensen mellan fribordet 13 och rummet 7.

Vid en driftstörning i anläggningens gasturbin-kompressordel, exempelvis vid en gasturbintrip vid lastbortfall, stänges ventilerna 25 och 25>i led- ningarna 20 och ZH och samtidigt öppnas ventilen 31 i by-passledningen 30 så att en kortslutning erhålles mellan kompressonn 22 och gasturbinen 21.

Ett läckageflöde av het gas genom ventilen 25 kan inte förhindras. Turbi- nen 21 tillföres således fortfarande viss drivenergi. 10 20 25 30 35 451 390 Bädden 10 innehåller bränsle. När ventilen 25 stänges minskar lufttill- förseln till bädden 10, något som innebär luftunderskott och bildning av koloxid i förbränningsgaserna. Denna koloxid i läckgas som passerar venti- len 25 kan antändas och förbrännas med luft från kompressorn 22. Gastempe- raturen och energitillförseln till turbinen 21 kan bli otillåtet hög.

Genom att tillföra bäddkärlet Ä och/eller rummet 7 mellan tryckkärlet 3 och bäddkärlet U kvävgas i lämplig mängd och på lämpligt sätt kan koloxidalst- ring minskas till ofarlig nivå eller elimineras helt. Kvävgas som till- föres bäddkärlet H genom munstycket 53 i fribordet späder ut förbränninge- gaserna såa tt koloxidhalten och temperaturen sjunker. Kvävgas som till- föres rummet 7 i schaktet 17 hindrar eller minskar syretillförseln till bädden och reducerar förbränningen. Tillförseln av kvävgas regleras så att ett obetydligt högre tryck upprätthålles i rummet 7 än 1 bäddkärlet H. För- bränningsgaser hindras då från att strömma ut i rummet 7.

Om inte störningen kan upphävas och om normal drift inte kan återupptagas inom kort tid måste hela anläggningen tagas ur drift. Luften i rummet 7 avblåses genom att en eller flera av ventilerna 33-35 öppnas. Provventi- lerna 36-38 är normalt öppna och stänges endast när ventilerna 33-35 funk- tionsprovas eller vid fel på en sådan ventil. Rummet 7 och/eller bäddkär- let H tillföres under avblåsningen sådan mängd kvävgas att önskad tryck- differens mellan rummet 7 och brännkammaren upprätthålles.

Ventilerna 33-35 kan dimensioneras så att avblåsning av förbränningsluft genom dessa ventiler 33-35 ger en något långsammare trycksänkning i rummet 7 än läckflödet i ventilen 25 ger i bäddkärlet H såsom fig 2 visar. Här representerar övre kurvan P sambandet mellan tid och tryck i rummet 7 1 vid avblåsning av luft från tryckkärlet 3 och undre kurvan P sambandet mellan tid och tryck i bäddkärlet U på grund av läckflödet gšnom ventilen 25. Differensen P1 - P2 skall vara positiv, dvs större än noll, så att man inte får utströmning av förbränningsgaser från bäddkärlet U i rummet 7.

Vidare vill man minska luftflödet till bäddkärlet H så att förbränning av restbränsle i bädden 10 avbrytes. Differensen P1 - P2 kan regleras till ett positivt värde nära noll genom att fribordet 13 i bäddkärlet Ä till- föras kvävgas genom munstycket 53. Man vinner dels att tillförseln av för- bränningsluft till bädden 10 i det närmaste upphör och därmed förbränningen av restbränslet och dels att förbränningsgaserna i fribordet utspädes och

Claims (9)

451 390 6 kyles så att energiinnehållet i gasen i läckflödet som når turbinen snabbt minskar. Om för stor mängd luft från rummet 7 avblåses i förhållande till läckflödet av förbränningsgasen genom ventilen 25 så att differensen P1 - P2 tenderar att få ett negativt värde öppnas ventilen 63 och tillföres rummet 7 kvävgas genom de båda munstyckena 54, 55 i sådan mängd att önskat diffe- rentialtryck P1 - P2 upprätthålles. PATENTKRAV

1. Sätt att vid driftstörning i ett turbinaggregat (5), t ex vid last- bortfall, reglera en PFBC-anläggning med i ett tryckkärl (3) och av kompri- merad förtränningsluft omslutet bäddkärl (U), med av förbränningsgaserna från bäddkärlet (U) drivet gasturbin-kompressoraggregat (5), samt med en första avstängningsventil (25) i en tilledning (20) för drivgas till en turbin (21), en andra avstängningsventil (26) i frånledningen (2U) från kompressorn (22) och en tredje avstängningsventil (31) i en by-passledning (30) mellan turbinen (21) och kompressorn (22), k ä n n e t e c k n a t därav, att vid driftstörning i kompressor-turbinaggregatet (5) detta iso- leras från bäddkärlet (U) och tryckkärlet (3) genom stängning“av,den första och andra ventilen (25, 26) och förbindelse öppnas mellan kompres- sorn (22) och turbinen (21) genom att den tredje ventilen (31) i by-pass- ledningen (30) öppnas, trycket 1 bäddkariet (4) och 1 cryexkärlet (3) ned- tages genom ett läckflöde genom den första avstängningsventilen (25) och avblåsning-av luft från tryckkärlet (3) via en eller flera ventiler (33-35), samt att bäddkärlet (4) och/eller tryckkärlet (3) tillföras en inert gas, företrädesvis kväve, från en tryckmediekälla (52).

2. Sätt enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att luft- blåsningen regleras så att trycket i rummet (7) i tryckkärlet (3) utanför bäddkärlet (4) aldrig understiger trycket i bäddkärlet (U).

3. Sätt enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att inert gas tillföres bäddkärlet (H) i sådan_mängd att trycket i bäddkärlet (N) hålles lika med eller obetydligt lägre än i rummet (7) utanför bäddkärlet.

4. H. Sätt enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k n a t därav, att såväl bäddkärlet (U) som rummet (7) i tryckkärlet (3) utanför bäddkärlet till- föras inert gas på sådant sätt att trycket 1 rummet (7) alltid äverstiger trycket 1 bäddkarlet (H). 451 390

5. Sätt enligt något av patentkraven 1-4, k ä n n e t e c k n a t därav, att signalbehandlings- och regleringsutrustningen (65) tillföres en av tryckskillnaden mellan bäddkärlet (U) och rummet (7) beroende ut- signal, signalens är-värde jämföres med ett bör-värde och en manöver- signal tillföres ett manöverdon (59, 64) för manövrering för inställning av en ventil (57, 63) i en tillförselledning för inert gas från tryck-. meaíekälian.

6.' En PFBC-anläggning innefattande ett tryckkärl (3), ett i tryckkärlet inneslutet bäddkärl (4), en gasturbin (21), en ledning mellan bäddkärlet (H) och turbinen (21) med en första ventil (25), en av turbinen (21) dri- ven kompressor (22), en ledning (24) mellan kompressorn (22) och tryck- kärlet (3) med en andra ventil (26) och en kortslutningsledning (30) mellan kompressorn (22) och turhinen (21) med en tredje ventil (31), k ä n n e t e c k n a d därav, att den även innefattar minst en till tryckkärlet (3) ansluten avblåsningsventil (33-35) för nedtagning av trycket i tryckkärlet (3), en tryckmediekälla (52) innehållande inert gas, en förbindelseledning (58, 56) mellan denna tryckmediekälla (52) och bädd- kärlet (Ä), en ventil (57) i denna förbindelseledning (58, 56)y en eller flera givare (65) för mätning av differentialtrycket mellan ett rum (7) 1 tryckkärlet (3) och bäddkärlet (Ä), en till givaren eller givarna (65) ansluten signalbehandlings- och regleranordning (67) och ett till denna anslutet manöverdon (59) för ventilen (57) i förbindelseledningen (58, 56) mellan tryckmediekällan (52) för inert gas och bäddkärlet (H). ,f1 1

7. En PFBC-anläggning enligt patentkrav 6, k ä n n e t e c k n a d därav, att den innehåller en andra förbindelseledning (58, 61) mellan tryckmediekällan (52) och rummet (7) i tryckkärlet (3) och en ventil (63) i denna ledning (58, 61) med ett manöverdon (63) som är anslutet till signalbehandlings- och regleranordningen (65).

8. En PFBC-anläggning enligt patentkrav 7, k ä n n e t e c k n a d därav, att den innehåller en till bäddkärlet (U) och rummet (7) ansluten differentialtryckgivare för mätning av tryckskillnad mellan bäddkärlet (U) och rummet (7).

9. En PFBC-anläggning enligt något av patentkraven 6-8, k ä n n e - t e c k n a d därav, att tryckmediekällan (52) innehåller gasformigt kväve och är ansluten till en behållare (50) med flytande kväve via en förgasare (51).