SE457560B - Saett att taenda en braennkammare med en fluidiserad baedd och kraftanlaeggning foer utnyttjande av saettet - Google Patents

Description

457 560 Enligt uppfinningen tändes en brännkammare i en kraftanläggning med för- bränning av ett bränsle i en fluídiserad bädd, som tillföres luft för fluidisering av bäddmaterialet och för förbränning av tillfört bränsle med hjälp av till bränslets tändtemperatur upphettad bäddmassa, som för- varas i en från brännkammaren skild, isolerad behållare vid en nivå över brännkammarens botten. Det upphettade bäddmaterialet bör snabbt överföras till brännkammaren och bränsle tillföras det upphettade bäddmaterialet.

Den varma bäddmassan överförs till brännkammaren via en vertikal eller starkt lutande störtledníng med en avstängningsanordning. Startbränslet tíllföres denna bäddmassa i samband med eller omedelbart efter över- föringen till brännkammaren. Vid en temperatur hos det överförda bädd- materialet motsvarande drifttemperaturen i brännkammaren vid normal drift är det möjligt att som startbränsle använda det vid normaldrift använda bränslet. Dock är det lämpligt att använda ett särskilt startbränsle med låg antändningstemperatur. Temperaturen på startbäddmassan i lagrings- kärlet kan då vara lägre och man kan tillåta större nedkylning av bädd- massan i samband med att den tillföras brännkammaren. Temperaturen pâ- verkar valet av startbränsle. En säkrare tändning och start av brännkamma- ren kan erhållas om ett särskilt och lämpligt valt startbränsle användes.

Bäddmassan upphettas då med detta startbränsle till normal dr tur ifttempera- , vanligen 750-950 OC. Under denna upphettníng övergår man successivt till normalbränsle. lämpligen munstycken temporärt, varefter ett till ett bränsles tändtemperatur upp- hettat bäddmaterial införes i brännkammaren. Nedkylning av bäddmassan i samband med överföringen till brännkammaren begränsas härigenom. Därefter ökas åter luftflödet genom bottenmunstyckena så att den varma bäddmassan fluidiseras. Samtidigt tillföres ett bränsle, lämpligen ett särskilt start- bränsle med låg antändningstemperatur. Bäddmassan uppvärmes till normal 950 °C, och vid lämplig tidpunkt under uppvärm- , lämpligen successivt, med normalbränslet för I en trycksatt fluídiserad bädd med en brännkammare inneslu- drifttemperatur, ofta ca 750- ningen ersättes startbränslet anläggningen. ten i ett tryckkärl kan reduceringen av flödet genom brännkammarbgttnen åstadkommas genom att en ventil i en förbindelse mellan tryckkärlsrummet och brännkammarens fribord öppnas, så att tryckdifferen sen mellan dessa rum minskas. 15 20 25 30 457 560 Kraftanläggningen enligt uppfinningen innehåller minst en men lämpligen ett flertal isolerade förrådsbehållare för bäddmassa med uppvärmnings- anordning för uppvärmning och/eller varmhållning av bäddmassa. Från behål- laren till brännkammaren finnes en ledning som tillåter snabb överföring av det varma bäddmaterialet till brännkammaren. Vidare finnes i en före- dragen utföringsform anordningar för temporär minskning av luftflödet ge- nom brännkammarens botten samt anordningar för tillförsel av bränsle till bäddmaterial när detta genom ökning av luftflödet fluidiseras.

I en anläggning med en trycksatt fluidiserad bädd i en brännkammare i ett tryckkärl innehållande komprímerad förbränningsluft finnes lämpligen minst en ventilförsedd förbindelse mellan tryckkärlsrummet och fribordet. Vidare finnes styrorgan för samordning av öppning av denna ventil, överföring av bäddmassa från behållarna med uppvärmd bäddmassa, stängning av ventilen och start av tändbränsletillförsel.

Uppfinningen beskrives närmare under hänvisning till bifogade figurer.

Fig 1 visar schematiskt en kraftanläggning och fig 2 ett alternativt ut- förande av förrådsbehållaren för uppvärmd bäddmassa och behållarens anslut- ning till brännkammaren.

I kraftanläggningen enligt uppfinningen ingår en lågtryckskompressor 1, en högtryckskompressor 2, en högtrycksturbin 3, en lågtrycksturbin 4 och en kraftturbin 5 som driver en_generator 6. Utförandet är på känt sätt treaxligt med låg- och högtrycksdelarna och kraftturbinen_och generatorn på var sina axlar och visar bara ett av flera möjliga arrangemang och utgör endast ett exempel.

Turbinerna 3, H och 5 får sin energi från en brännkammaranläggning 7 med en brännkammare 8 i ett tryokkärl 10, en s k PFBC-anläggning. Kompresso- rerna 1 och 2 matar rummet 11 med förbränningsluft. Trycket kan vid full effekt uppgå till 0,5-3,0 MPa. Brännkammaren 8 är försedd med en botten 12 med munstycken 13, genom vilka brännkammaren 8 tillföres luft för fluidi- sering av bädden 1H och förbränning av till bädden 1U tillfört bränsle.

Bäddmaterialet är kornformigt och kan utgöras av en svavelabsorbent, exem- pelvis kalksten eller dolomit. Bäddens höjd varierar med belastningen.

Lägsta bäddytan betecknas 15 och högsta bäddytan 16. Bäddhöjden kan varie- ras genom att bäddmaterial överföras från brännkammaren 8 till förrâds- 10 15 20 25 30 35 457 560 behållare och återföres till brännkammaren 8 på sätt och med utrustning som beskrivas 1 europeisk patentansökan nr 8H10U821.8.

Bränslet inmatas i bädden IH medelst ett bränslesystem 17. I bädden IU bil- dade, heta förbränningsgaser samlas i brännkammarens fribord 18 och lämnar brännkammaren 8 genom ledningen 20 och renas i cyklonerna 21, 22 och 23 och ledes via ledningen ZÄ till högtrycksturbinen 3. Figuren visar en grupp seriekopplade cykloner, i verkligheten finnes ett antal parallellkopplade sådana grupper. I cyklonerna 21, 22 och 23 avskiljd aska och annat stoft från bädden matas ut från bädden på känt sätt exempelvis genom en askutmatare 25 av det slag som närmare beskrives i svenskt patent 8205748-0 (H33 YUO).

Denna askutmatare kan vara placerad i en eller flera luftfördelningskammare 26 under brännkammarbottnen 12. I inloppet 19 mellan kammaren 26 och rummet 11 kan finnas ett spjäll 27, medelst vilket luftflödet kan pâverkas. Vid ett flertal luftfördelningskammare kan fördelningen av luftflödet mellan kam- rarna påverkas. Askutmataren 25 är lämpligen placerad i luftströmmen i kammaren 26 och bildar då samtidigt en askkylare. Från askutmataren 25 le- des askan till en uppsamlingsbehållare 28, där askan separeras från trans- portgasen. Denna renas i filtret 29 innan den lämnar behållaren 23.

Bränslesystemet innefattar en första behållare 30 för normalbränsle, krossat kol t ex , som användes vid normal drift av anläggningen, och en andra be- hållare för tändbränsle, t ex kokosnötskal, sågspån, träflis eller dylikt som har låg antändningstemperatur. Vidare innefattar brânslesystemet cell- matare 32, 33 för utmatning av bränsle från behållarna 30 och 31 till bränsletransportledningen 34- Transportgas erhålles från kompressorn 35, som lämpligen tar sin luft från rummet 11. Cellmatarna 32, 33 drives av motorer 36 respektive 37, vars varvtal regleras medelst kontrollutrust- ningen 38, som står i förbindelse med icke visade givare i anläggningen- Bränslet införes i bädden IH via ett antal icke visade munstycken.

I tryckkärlet invid brännkammaren 8 finnes minst en behållare NO omgiven av värmeisolering H1 för förvaring av varm bäddmassa. Behållaren H1 är för- sedd med en värmare H2, lämpligen ett elektriskt motståndselement för varm- hållning av bäddmassa eller uppvärmning av bäddmassa till minst antänd; ningstemperaturen för bränslet som kan vara ett speciellt startbränsle.

Behållaren NO står i förbindelse med brännkammaren 8 med'en första ledning H3 med en mekanisk ventil Hüa eller en L-ventil Hüb för överföring av varm 10 20 25 30 457 560 bäddmassa till brännkammaren och en andra ledning H5 för överföring av bäddmassa från brännkammaren 8 till behållaren 40. I utförandet med L-ventil enligt fig 2 finnes en ledning 39 med en ventil H9, genom vil- ken L-ventilen kan tillföras luft från rummet 11 i och för fluidisering av materialet i L-ventilen Hflb och upphörande av denna ventils spärrfunk- tion. Eventuellt kan i ledningen 39 finnas en boosterkompressor. Led- ningen U3 bör ha sådan transportkapacitet att bäddmaterialet i behållaren H0 mycket snabbt, helst på mindre än 30 sekunder, kan överföras till bränn- kammaren. Behållaren Ä0 kan via ledningen H6 med ventilen H7, som manövre- ras med manöverdonet H8, sättas i förbindelse med ett utrymme med lägre tryck än i den fluidiserade bädden 14. Härigenom kan trycket i behållaren U0 sänkas så att transport av bäddmassa från brännkammaren 8 till behåla- ren DO genom ledningen H5 erhålles. Ledningen H6 står lämpligen i förbin- delse med rummet 11 via en strypning 50 så att ett luftflöde ständigt er- hålles. Detta luftflöde förhindrar vid eventuellt läckande ventil H7 ut- strömning av het gas från brännkammaren 8 genom denna ventil. En liknande förrådsbehâllare och sättet att överföra bäddmaterial mellan behållare och brännkammare men enbart för reglering av bäddnivån beskrives närmare i europapatentansökan nr 8H10U821.8.

I anläggningen ingår en ångturbin 51 som driver en generator 52. Ånga för denna turbin 51 alstras i en rörslinga 53 i brännkammaren 8. Denna rör- slinga befinner sig helt i den fluidiserade bädden 1H vid full brännkam- mareffekt och maximal bäddhöjde-Rörslingan 53 tillföras matarvatten genom en matarvattenpump 54 från en icke visad matarvattentank.~ Brännkammarens 8 fribord 18 kan genom en ventil 55 (kortslutningsventil) med ett manöverdon 56 sättas i förbindelse med rummet 11 i tryckkärlet 10, varigenom tryckdifferensen mellan dessa tvâ utrymmen minskar. Luftflödet genom bottnens 12 munstycken 13 minskar eller upphör helt när ventilen 55 öppnar.

Lågtryckskompressorn 1 och högtryckskompressorn 2 är anslutbara till start- motorer 57 respektive 58 medelst kopplingar 59 respektive 60.

Vid start av anläggningen kopplas startmotorerna 57 och 58 samman med kom- pressorerna 1 och 2 och pumpas luft in i tryckkärlsrummet 11. Ett visst luftflöde erhålles genom brännkammaren. Strömningsmotståndet i spjäll- öppningen 19, fördelníngskammaren 26, munstyckena 13 samt eventuell bädd- 15 20 25 30 35 457 560 massa i bädden IN ger ett tryckfall så att en tryckdifferens uppstår mellan rummet 11 i tryckkärlet 10 och fribordet 18. När valt lämpligt tryck er- hållits i rummet 11 öppnas ventilen 55 så att en tryckutjämning erhålles mellan rummet 11 och fribordet 18. Strömningsmotståndet i ventilen 55 bestämmer kvarstående tryckdifferens och det fortsatta luftflödet genom bottnen 12. Detta senare flöde bör vara lågt, varför ventilen 55 bör ha stor area och ge litet motstånd. Ventilarean bör vara större än sammanlagda arean hos munstyckena 13, lämpligen bör den vara flera gånger större. Större delen av luftflödet till brännkammaren 8 går genom ventilen 55. Lämpligen bör ventilen 55 dimensioneras så att huvudparten av luftflödet, 70-90 %, passerar genom ventilen 55 och endast en mindre del genom munstyckena 13.

I behållaren eller behållarna H0 finnes till lämplig tändtemperatur, 600- -900 OC, uppvärmd bäddmassa 61. ventilen Hfla i ledningen öppnas eller L-ven- tilen Uüb tillföras transportluft och bäddmassan 61 störtar ned i brännkamma- ren 8 genom ledningen H3. Denna ledning H3 bör ha stor area så att snabb inmatning av bäddmassa 1 brännkammaren uppnås. Man eftersträvar att åstad- komma en minimibäddhöjd för stabil fluidisering och förbränning inom ca 30-60 sekunder. För att åstadkomma så snabb inmatning kan det vara nödvän- digt att använda ett flertal behållare NO. Nödvändig bäddmaterialtemperatur beror bl a på hur snabb inmatning av bäddmassa man kan åstadkomma, det kyl- ande luftflödet genom munstyckena 13 under inmatningen och tändtemperaturen hos det bränsle man använder vid start av brännkammaren.

När minimibädd uppnåtts stänges ventilen 55, tryckdifferensen mellan rummet 11 och fribordet 18 ökar och hela luftflödet passerar munstyckena 13 och materialet i minímibädden IN fluidiseras. Fluidiseringen blir nästan momen- tan. Samtidigt startas bränsleinmatningen. Bäddens 1U temperatur måste över- stiga antändningstemperaturen hos det inmatade bränslet. Vid mycket hög bädd- temperatur är det tänkbart att använda det ordinarie bränslet, t ex krossat kol, vid tändning av brännkammaren. För att minska påkänningar på grund av hastiga temperaturändringar är viss förvärmning av brännkammaren före tänd- ningen önskvärd och relativt låg bäddmassetemperatur. Det kan därför vara lämpligt att använda ett speciellt startbränsle som antändes vid låg tempe- ratur. Krossade nötskal, särskilt från kokosnötter, sågspån eller träflis utgör lämpliga startbränslen. Även flytande och gasformiga tändbränslen är tänkbara.

Claims (10)

457 560 För att möjliggöra flera startförsök i den händelse det första startförsöket skulle misslyckas är anläggningen lämpligen utrustad med ett flertal behål- lare H0. En eller flera kan utnyttjas vid varje startförsök. Som anges i fig 1 har en behållare HO ej utnyttjats och är således fylld med bäddmassa 61 även efter start av brännkammaren 8. Fig 2 illustrerar en släckt brännkammare 8, som är tömd på bäddmassa. PATENTKRAV

1. Sätt att tända en brännkammare (8) i en kraftanläggning för förbränning av bränsle i en fluidiserad bädd (1U) av partikulär bäddmassa, som tillföres luft vid brännkammarens (8) botten (12) för fluídisering av bädden (1H) och för förbränning av till bädden tillfört bränsle, k ä n n e t e c k n a t därav, att till ett bränsles tändtemperatur upphettad bäddmassa (61), som förvaras i en från brännkammaren skild isolerad behållare (UD) vid en nivå över brännkammarens (8) botten (12), överföres från behållaren (H0) till brännkammaren (8) via en vertikal eller starkt lutande störtledning (#3) med en avstängningsanordning (üüa, Uüb) och att ett startbränsle tillföres denna bäddmassa i samband med eller omedelbart efter överföringen till bränn- a kammaren (16)- ' .

2. Sätt enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att luft- flödet till brännkammarbottnens (12) luftmunstycken (13) reduceras, att det till ett bränsles tändtemperaturupphettade bäddmaterialet (61) införes i brännkammaren (8), varefter luftflödet genom luftmunstyckena (13) i bränn- kammarens botten (12) ökas så att bäddmaterialet fluidiseras och ett vid aktuell bäddmaterialtemperatur tändbart bränsle tillföres bädden (14).

3. Sätt enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att i en kraftanläggning med en trycksatt fluidiserad bädd (1H) i en i ett tryckkärl (10) innesluten brännkammare (8) reduceringen av luftflödet genom bränn- kammarbottnens (12) munstycken (13) âstadkommes genom öppning av en för- bindelse mellan tryckkärlet (10) och brännkammarens fribord (18).

4. H. Sätt enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att i en kraftanläggníng med en trycksatt fluidiserad bädd (1ü) i en i ett tryck- kärl (10) innesluten brännkammare (8) reducering av luftflödet genom bränn- kammarbottnens (12) munstycken åstadkommes genom en strypanordning (27) uppströms brënnkammarbottnen (12). 457 560 '

5. Sätt enligt något av patentkraven 1-U, k äran e t e c k n a t därav, att bädden (IH) tillföres ett särskilt, lättantändligt startbränsle.

6. Sätt enligt något av patentkraven 1-U, k ä n n e t e c k n a t därav, att bädden (1H) tillföres ett lättantändligt flytande eller gasformigt start- bränsle.

7. Sätt enligt något av patentkraven 1-2, k ä n n e t e c k n a t (därav, att det för normaldrift använda bränslet även användes som startbränsle.

8. Sätt enligt patentkrav S, k ä n n e t e c k n a t därav, att start- bränslet utgöres av krossade nötskal från exempelvis kokosnötter, träflis eller sågspån.

9. Kraftanläggning för förbränning av bränsle i en fluidiserad bädd (1U) av partikulär bäddmassa, som tillföres luft vid brännkammarens (B) botten (12) för fluidisering av bädden (1U) och förbränning av till bädden (1h) tillfört bränsle, vilken brännkammare (8) är avsedd att tändas enligt för- farandet enligt patentkraven 1-8, k ä n n e t e c k n a d därav, att den innefattar minst en från brännkammaren skild isolerad förrådsbehållare (HO) för förvaring av till ett bränsles antändningstemperatur upphettad bäddmassa (61), anordningar (H2) för uppvärmning och/eller varmhållning 1 denna bädd- massa (61), en vertikal eller starkt lutande ledning (H3) mellan denna be- hållare och brännkammaren (8) för överföring av bäddmassan (61) från be- hållaren (H0) till brännkammaren (8), en avstängningsanordning (üüa, Uüb) i denna ledning (Ä3) och anordningar för att tillföra bädden (1U) av till brännkammaren överförd bäddmassa bränsle i samband med eller omedelbart efter överföringen av bäddmassan till brännkammaren (8).

10. Kraftanlâggning enligt patentkrav 9, k ä n n e t e c k n a d därav, att i en anläggning med en trycksatt fluidiserad bädd (1U) 1 en brännkammare (8) innesluten 1 ett tryckkärl (10) med förbränningsluft under tryck är förrådsbehållaren placerad inuti tryckkärlet (10) och är en öppningsbar förbindelse (55) anordnad mellan brännkammarens (8) fribord (18) och om- givande utrymme (11) i tryckkärlet (10), avsedd att hållas öppen vid över- föring av uppvärmd bäddmassa från behållaren (H0) till brännkammaren (8) så att luftflödet genom bädden minskas i avsikt att minska kylningen av bäddmassa (61) Överförd till brännkammaren (8).