SE464715B - Saett att reglera en pfbc-anlaeggning vid driftstoerning i gasturbinaggregat och en pfbc-anlaeggning med utrustning foer saadan reglering - Google Patents

Description

464 715 2' Det har föreslagits att blåsa av de heta förbränningsgaserna från anlägg- ningens bäddkärl till atmosfären. Gaserna har en temperatur av 800-900 OC 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. Det är dessutom mycket svårt 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 sam- tidigt blåsa av den komprimerade förbränningsluften i ett tryckkärl som omger bäddkärlet på sätt som anges i den svenska patentskriften 8203664-1 med publiceringsnummer H31 359. Förbränningsgaserna blandas då med luft och kyles så att en ventil i tryckkärlsväggen ej utsättes för gaser av extremt hög temperatur. En nackdel är att komprimerad förbränningsluft till stor del förbrukas för kylning av förbränningsgaserna som lämnar bäddkärlet och ej passerar bädden. Detta kan innebära att bränslet i bädden ej blir fullständigt förbränt och att bäddmaterialet ej kommer att kylas i önskvärd grad. De brännbara gaserna kan medföra explosionsfara.

Hög bäddtemperatur efter avblåsning kan medföra att bäddmaterialet sint- rar. I en ventil i bäddkärlsväggen kan visst inläckage till bäddkärlet tolereras. Metoden är dock inte helt tillfredsställande.

I svensk patentansökan 8604034-2 beskrivs ett sätt att behärska problemen genom att vid avstängningen av turbinen tillföra bäddkärlet en inert gas, lämpligen kväve, så att syretillförseln till bädden avbrytes och därmed förbränningen så att bildning av kolmonoxid förhindras och därmed explo- sionsrisken elimineras.

UPPFINNINGEN Vid en driftstörning som medför lastbortfall isoleras i anläggningen in- gående gasturbin eller gasturbin och förbränningsluftskompressor på känt sätt från bäddkärlet respektive tryckkärlet som omger bäddkärlet genom att ventilen i hetgasledningen mellan bäddkärlet och turbinen eller turbinerna och i luftledningen mellan kompressorn och tryckkärlet stänges. Samtidigt öppnas en by-passledning i en kortslutningsledning mellan luftledningen och hetgasledningen så att luft från kompressorn ledes direkt till turbi- nen. Ett visst restflöde genom ventilen i hetgasledningen erhålles på grund av att fullständig tätning ej kan erhållas i en ventil som utsättes för het gas med en temperatur av 800-950 OC. För att vid ett driftavbrott ¿ 464 715 avställa kraftanläggningen måste kvarvarande bränsle i bädden förbrännas och bädden kylas. Gas från bäddkärlet dumpas till atmosfären via en direkt från bäddkärlet eller via en från bäddkärlet till turbinen utgående ledning med en avblåsningsventil. I ledningen från bäddkärlet resp i den sist nämnda ledningen finns en insprutningsanordning för kylmedel, genom vilken vid dumpningen av förbränningsgaserna kylmedel insprutas i sådan mängd att gaserna kyles effektivt innan de når avblåsningsventilen.

Lämpligen insprutas kylmedel i sådan mängd att gaserna kyles till en temperatur under H00 OC. Vid kylning till under 400 OC kan ventiler med tillfredsställande tätning, funktion och livslängd erhållas till rimliga kostnader. Kylmedlet kan även insprutas i andra delar av anläggningen, exempelvis i ledningar omedelbart efter cykloner eller i bäddkärlets fribord.

Kylvatten för insprutning i avblåsnings- eller dumpledningen förvaras lämpligen i en av gas trycksatt behållare. Denna står i förbindelse med insprutningsanordningen via en ledning med en ventil som manövreras medelst ett manöverdon, som är anslutet till kraftanläggningens regler- utrustning. Lämpligen användes vatten som kylmedel men även andra vätskor, t ex flytande kväve, är tänkbara.

FIGURER Uppfinningen beskrives närmare under hänvisning till bifogade schematiska figurer.

Fig 1 visar en anläggning med vatteninsprutningsanordningar i bäddkärlets fribord och i gasledningar efter cykloner.

Fig 2 visar en anläggning med en vatteninsprutningsanordning i en direkt från bäddkärlet utgående avblåsningsledning.

FIGURBESKRIVNING I figurerna betecknar 10 ett tryckkärl. I detta finns ett bäddkärl 12 och en reningsanläggning, som symboliseras av två seriekopplade cykloner 14 och 15. I verkligheten består reningsanläggningen av ett antal parallell- kopplade grupper av seriekopplade cykloner. Rummet 16 mellan tryckkärlet 464 715 10 och bäddkärlet 12 innehåller komprimerad förbränningsluft. Trycket kan uppgå till 2 MPa eller mer. Förbränningsluft tillföres bäddkärlet 12 via munstycken 18 i bottnen 20. Denna luft fluidiserar bädden 22 i bäddkärlets 12 nedre del och förbränner ett bränsle, vanligen kol, som tillföres bädden 22 från ett icke visat bränsleförråd via ledningen 24. I bädden 22 finns tuber 26 som alstrar ånga till en icke visade ângturbin som driver en generator. Förbränningsgaserna samlas i fribordet 28 och föres i ledningarna 30 och 31 till cyklonerna 14 och 15. Ett flertal parallell- kopplade grupper av cykloner 14, 15 finnes. Från cyklonen 15 föres de heta gaserna i ledningen 32 till en högtrycksturbin 34, från denna i en ledning 36 till en lågtrycksturbin 38 och härifrån vidare i ledningen 40 till ekonomisern 42, filtret 44 och genom skorstenen 46 vidare till atmosfären.

Högtrycksturbinen 34 driver kompressorn 48. Via ledningen 50 tillföres rummet 16 komprimerad förbränningsluft. Lågtrycksturbinen 38 driver en generator 52. I hetgasledningen 32 finns en avstängningsventil 54 med ett manöverdon 56. I ledningen 50 från kompressorn 48 finns en avstängnings- ventil 58 med ett manöverdon 60. Mellan ledningarna 32 och 50 finns en kortslutningsledning 62 med en by-passventil 64 som manövreras med ett manöverdon 66.

I utförandet enligt fig 1 utgår en ledning 68 för dumpning av förbrän- ningsgaser från bäddkärlet 12, hetgasledningen 32 mellan cyklonen 15 och turbinen 34 och mynnar i ekonomisern 42. I ledningen 68 finnes minst en dumpventil 72 med ett manöverdon 74. Vanligen är två ventiler anordnade i serie av säkerhetsskäl. I dumpledningen 68 finnes en anordning 70 med munstycken 71 för insprutning av kylvatten. Dessutom finnes en vatten- insprutningsanordning 70' med munstycken 71' i ledningen 31 mellan cyklo- nerna 14 och 15 och en vatteninsprutningsanordning 83 med munstycken 87 i bäddkärlets 12 fribord 28. Insprutning av kylvatten i bäddkärlets 12 fri- bord 28 innebär lång uppehållstid av insprutat vatten i de heta gaserna för förångning och god omblandning i cykloner. Insprutning av kylvatten i insprutningsanordningen 70 kan därvid begränsas. En anläggning kan utföras med en eller flera av de visade vatteninsprutningsanordningarna 70, 70' och 83.

Vatteninsprutningsanordningarna 70, 70' och 83 är via ledningen 80, ven- tilen 82 med manöverdonet 84 och ledningarna 81, 81' och 85 anslutna till en trycksatt kylvattentank 78. Vattentanken står via ledningen 86 i för- 5* 464 715 bindelse med en tryckgaskälla 88. Lämpligen användes kvävgas. I ledningen 86 finns en ventil 90 med ett manöverdon 92. Ventilernas 54, 58, 64, 72, 82, 90 manöverdon 56, 60, 66, 74, 84, 92 är med ledningarna 100-105 anslutna till en manöverenhet 110 utgörande del av den centrala kontroll- utrustningen för anläggningen. En temperaturgivare 112 i dumpledningen 68 är ansluten till manöverenheten 110 via ledningen 114.

Vid utförandet enligt fig 2 är dumpledningen 68 direkt ansluten till bädd- kärlets 12 fribord 28. Mellan dumpventilen 72 och ekonomisern 42 finns en gasrenare 76 för avskiljning av stoft.

Vid driftstörning, exempelvis ett lastbortfall med gasturbintrip, stoppas bränsletillförseln till bädden och stänges ventilerna 54 och 58 i hetgas- ledningen 32 resp i luftledningen 50 så att turbinerna 34 och 38 och kompressorn 48 isoleras från bäddkärlet 12 resp från tryckkärlet 10.

Samtidigt öppnas by-passventilen 64 i kortslutningsledningen 62 så att luften frå: kompressorn 48 strömmar direkt till turbinen 34. Genom att energitillförseln från bäddkärlet 12 avbrytes förhindras kraftturbinen 38 att rusa. Därefter öppnas ventilen 72 och dumpas_förbränningsgaserna från bäddkärlet 12. Ventilen 82 öppnas samtidigt och kylvatten sprutas in i hetgasströmmen genom munstycken 71, 71', 87 i vatteninsprutningsanord- ningen 70, 70', 83 i det i fig 1 visade utförandet. Vattnet förångas och sänker temperaturen hos gaserna innan dessa når avblåsningsventilen 72.

Stoft avskiljes i cyklonerna 14, 15 eller i renaren 76. Gaserna kylesf ekonomisern 42 till en för filtret 44 tolerabel temperatur, varefter d ledes till skorstenen 46.

Om samma mängd vatten insprutas per tidsenhet under hela trycksänknings- förloppet sjunker gastemperaturen vid det successivt minskande gasflödet.

Därför bör kylvattenflödet regleras. Lämpligen regleras vatteninsprut- ningen med ventilen 82 så att gasernas temperatur vid inträdet i ekono- misern 42 är lika med eller något understiger temperaturen hos avgaserna frå: :urbinen vid normal drift, cirka 400 OC. Då erhålles minsta tempe- raturpåfrestningen på ekonomisern 42 vid en avblåsning av förbrännings- gaserna från bäddkärlet 12.

Kapa. :sten i dumpningsledningen 68 väljes så att tillräcklig fluidisering av bädden 22 erhålles. Under första delen av dumpningen förbrännes i bädden 22 kvarvarande bränsle. När bränslet förbrukats kyler den genom

Claims (9)

464 715 bädden 22 strömmande luften bäddmaterialet. Även tuberna 26, genom vilka vatten och ånga strömmar, bidrager samtidigt till att kyla bäddmaterialet. När den komprimerade förbränningsluften i rummet 16 förbrukats har bädd- materialet kylts i sådan grad att risken för sammansintring eliminerats. Det är lätt att inse att utförandet i fig 1 och fig 2 även kan kombineras på många sätt. PATENTKRAV

1. Sätt att vid driftstörning i ett turbinaggregat, t ex vid lastbort- fall, reglera en PFBC-kraftanläggning med i ett tryckkärl (10) inneslutet och av komprimerad förbränningsluft omslutet bäddkärl (12) med en bädd (22) av fluidiserbart partikulärt material och med ett av förbrännings- gaser från bäddkärlet (12) drivet gasturbin-kompressoraggregat (34, 38, 48), samt med en första avstängningsventil (54) i en tilledning (32) för drivgas till en turbin (34), en andra avstängningsventil (58) i ledningen (50) från en kompressor (48) och en tredje avstängningsventil (64) i en by-passledning (62) mellan turbinen (34) och kompressorn (48), k ä n n e- t e c k n a t därav, att kompressor-turbinaggregatet (34, 38, 48) isole- ras från bäddkärlet (12) och kortslutes genom stängning av ventilerna (54, 58) i tilledningen (32) resp ledningen (50) och öppning av ventilen (64) i by-passledningen (62), att förbränningsgaser dumpas till atmosfären via en avblåsningsventil (72) och att dessa förbränningsgaser kyles genom insprutning av kylvätska uppströms den nämnda avblåsningsventilen (72).

2. Sätt enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att sådan mängd kylmedium tillföres att förbränningsgaserna kyles till en temperatur understigande hoo °c.

3. Sätt enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att kyl- medieflödet regleras så att gaserna nedströms kylmedieinsprutningen erhåller konstant temperatur under avblåsningsförloppet.

4. Sätt enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att kyl- medieflödet regleras så att gaserna nedströms kylmedieinsprutningen erhåller en temperatur understigande cirka 400 OC men överstigande syra- aaggpunkten (120-180 °c). 7' 464 715

5. Sätt enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t därav, att kylmediet utgöres av vatten.

6. Sätt enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att kyl- mediet tillföres från en ständigt trycksatt kylmediebehållare.

7. En PFBC-kraftanläggning innefattande ett tryckkärl (10), ett i tryck- kärlet (10) inneslutet bäddkärl (12), minst en gasturbin (34), en ledning (32) mellan bäddkärlet (12) och turbinen (34) med en första ventil (54), en av turbinen driven kompressor (48), en ledning (50) mellan kompressorn (48) och tryckkärlet (10) med en andra ventil (58) och en kortslutnings- ledning (62) mellan kompressorn (48) och turbinen (34) med en tredje ventil (64), k ä n n e t e c k n a d därav, att den innefattar en från bäddkärlet (12) eller från en ledning (32) mellan bäddkärlet (12) och turbinen (34) utgående ledning (68) med en avblåsningsventil (72) för dumpning av förbränningsgaser vid en driftstörning, en anordning (70, 71) i den nämnda ledningen (68) för insprutning av kylvätska i gasströmmen vid dumpningen av förbränningsgaser och en anordning (78) för att tillföra insprutningsanordningen (70, 70') kylvätska med högt tryck.

8. En PFBC-kraftanläggning enligt patentkrav 7, k ä n n e t e c k - n a d därav, att den innehåller en anordning (83) för insprutning av kyl- medium i bäddkärlets (12) fribord (28).

9.~' En PFBC-kraftanläggning enligt patentkrav 7, k ä n n e t e c k n a d därav, att en vatteninsprutningsanordning (70, 70') för kylvatten via en ledning (80) med en ventil (82) är ansluten till en med gas trycksatt vattenbehållare (78).