SE505570C2

SE505570C2 - power plant

Info

Publication number: SE505570C2
Application number: SE9504428A
Authority: SE
Inventors: Roine Braennstroem; Anders Loevgren; Dirk Veenhuizen
Original assignee: Abb Carbon Ab
Priority date: 1995-12-11
Filing date: 1995-12-11
Publication date: 1997-09-15
Also published as: WO1997021917A1; SE9504428D0; SE9504428L

Abstract

A power plant comprises a combustion chamber (1) in which combustion of a combustible material is intended to take place while forming hot combustion gases, and a gas turbine device with a high pressure turbine (14) which is arranged in series with a low pressure turbine (27), and with a high pressure compressor (13) which is arranged in series with a low pressure compressor (30). To control the plant, regulation means (39, 41) are arranged in front of or in at least one of the low pressure compressor and the high pressure turbine, and arranged to affect the flow of oxygen-containing gas and combustion gas, respectively. The plant may further comprise an intermediate pressure turbine (20) which is arranged between the high pressure turbine (14) and the low pressure turbine (27) and arranged to extract heat energy from the combustion gases. Thereby, the regulation means (40) may be arranged in or in front of the intermediate pressure turbine (20) and arranged to affect the flow of combustion gas.

Description

15 20 25 30 35 505 570 driva högtryckskompressorn respektive làgtryckskom- pressorn, andra ledningsorgan som är inrättade att leda en för förbränningen nödvändig syrehaltig gas till brännkammaren via lågtryckskompressorn och där- efter högtryckskompressorn för komprimering av den syrehaltiga. gasen till önskat tryck, och. medel för reglering av anläggningen. Med brännbart material av- ses alla bränslen som kan brinna, stenkol, brunkol, torv, biobränsle, avfall, såsom. exempelvis oljeskiffer, pet coke, oljor, vätgas och andra gaser, etc. 15 20 25 30 35 505 570 drive the high-pressure compressor and the low-pressure compressor, respectively, other line means which are arranged to lead an oxygen-containing gas necessary for the combustion to the combustion chamber via the low-pressure compressor and then the high-pressure compressor for compressing the oxygen-containing. the gas to the desired pressure, and. means of regulating the facility. By combustible material is meant all fuels that can burn, coal, lignite, peat, biofuel, waste, such as. for example oil shale, pet coke, oils, hydrogen and other gases, etc.

Uppfinningen kommer nu att diskuteras och belysas i olika tillämpningar i samband med en trycksatt flui- kallad (pressurized fluidized bed combustion). diserad bädd, en så PFBC-kraftanläggning Uppfinningen är emellertid inte begränsad till sådana tillämp- ningar* utan. kan 'utnyttjas i alla tänkbara kraftan- läggningar, gasturbinanläggningar. exempelvis i samband med olika typer av I en konventionell tillföres bädden förbränningsluft i form av komprimerad luft från det tryckkärl som omger en brännkammare, ken den fluidiserade bädden förvaras, PFBC-kraftanläggning i vil- via fluidise- ringsmunstycken under bädden. De som bildas förbränningsgaser ett varefter de renas och föres vid förbränningsprocessen passerar fribord ovanför bäddytan, till en gasturbin. Förbränningsgaserna driver gastur- binen, nerator, dels en kompressor som förser tryckkärlet med komprimerad luft. I bädden förbränns bränslet vid en temperatur i storleksordningen 850°C. För alstring vilken i sin tur driver dels en elektrisk ge- av ånga är en ånggenerator i form av en tubsats pla- cerad i bädden. Energi tas ur bädden via de ångturbi- ner till vilka ångan leds i ett ángsystem. Vid fullast befinner sig hela tubsatsen inom bädden. En 10 15 20 25 30 35 505 570 PFBC-anläggning kännetecknas av liten anläggningsvo- lyun i förhållande till nyttiggjord effekt i jämfö- relse med andra typer av anläggningar där bränsle förbrännes i en fluidiserad bädd vid atmosfäriska tryckförhållanden. Verkningsgraden vid en PFBC-an- läggning är dessutom hög. Vidare sker förbränningen vid en PFBC-anläggning under ur miljömässig och eko- nomisk synpunkt gynnsamma förhållanden.The invention will now be discussed and illustrated in various applications in connection with a pressurized fluidized bed combustion. The invention is not limited to such applications *, however, but to such a PFBC power plant. can be used in all conceivable power plants, gas turbine plants. for example in connection with different types of In a conventional, the bed is supplied with combustion air in the form of compressed air from the pressure vessel surrounding a combustion chamber, where the fluidized bed is stored, PFBC power plant in which via fluidizing nozzles under the bed. Those that are formed combustion gases one after which they are purified and passed during the combustion process pass freeboard above the bed surface, to a gas turbine. The combustion gases drive the gas turbine, nerator, and a compressor that supplies the pressure vessel with compressed air. In the bed, the fuel is burned at a temperature of the order of 850 ° C. For generation, which in turn drives an electric steam generator, a steam generator in the form of a tube set is placed in the bed. Energy is taken out of the bed via the steam turbines to which the steam is led in a steam system. At full load, the entire tube set is inside the bed. A 10 15 20 25 30 35 505 570 PFBC plant is characterized by a small plant volume in relation to utilized power in comparison with other types of plants where fuel is burned in a fluidized bed under atmospheric pressure conditions. The efficiency of a PFBC plant is also high. Furthermore, combustion takes place at a PFBC plant under conditions that are favorable from an environmental and economic point of view.

Kraftanläggningar med en gasturbin för alstrande av mekanisk energi regleras traditionellt genom styrning av förbränningen, dvs tillförseln av eller mängden bränsle i. brännkammarenﬂ Detta. sätt att reglera. är emellertid ofta alltför långsamt för att möta de krav som ställs på snabba driftsanpassningar från exempel- vis det elnät till vilket anläggningen skall leverera elenergi. där det är känt att reglera förbränningen genom att justera den fluidiserade bâddens höjd.Power plants with a gas turbine for generating mechanical energy are traditionally regulated by controlling the combustion, ie the supply of or the amount of fuel in the combustion chamber ﬂ This. ways to regulate. is, however, often too slow to meet the requirements for rapid operational adaptations from, for example, the electricity grid to which the plant is to supply electricity. where it is known to control the combustion by adjusting the height of the fluidized bed.

Detta gäller i synnerhet PFBC-anläggningar Vidare är det vid sådana kraftanläggningar med en gasturbin med flera turbin-kompressorsteg känt att medelst en vridbar ledskena framför inloppet till Med en sådan reglering kan varvtalet på lågtryckskom- pressorn justeras och på så vis styrs flödet av för- SE-B-469 039 visar som uppvisar de inledningsvis nämnda särdragen hos den första kraftanläggningen och lågtrycksturbinen styra gasflödet till densamma. bränningsluft till brännkammaren. en PFBC-anläggning en sådan flödesreglering vid lågtrycksturbinen.This applies in particular to PFBC systems. Furthermore, in such power plants with a gas turbine with several turbine compressor stages it is known that by means of a rotatable guide rail in front of the inlet to such a control the speed of the low pressure compressor can be adjusted and thus the flow of SE-B-469 039, which shows the features of the first power plant mentioned at the outset and the low-pressure turbine control the gas flow to it. combustion air to the combustion chamber. a PFBC plant such a flow control at the low pressure turbine.

SE-B-452 179 visar* en. annan sådan PFBC-kraftanlägg- ning med en före lågtrycksturbinen anordnad vridbar ledskena för reglering av flödet genom lågtryckstur- binen. 10 15 20 25 30 35 505 570 Detta sätt att reglera flödet uppvisar emellertid flera nackdelar. De förbränningsgaser som tillförs lågtrycksturbinen har fortfarande en. hög temperatur och kan innehålla stoft och partiklar. Den vid rela- tivt låga tryck arbetande lågtrycksturbinen har en tämligen voluminös utformning, vilket i sig ger upp- hov till en komplicerad konstruktion av olika kompo- såsom vridbara ledskenor. nenter, Den höga temperatu- ren medför också att den likaså voluminösa reg- lerutrustningen, på grund av olika längdutvidgning hos olika utrustningskomponenter, lätt kan kärva och således bli svàrmanövrerad.SE-B-452 179 shows * en. another such PFBC power plant with a rotatable guide rail arranged before the low-pressure turbine for regulating the flow through the low-pressure turbine. 10 15 20 25 30 35 505 570 However, this way of regulating the flow has several disadvantages. The combustion gases supplied to the low pressure turbine still have one. high temperature and may contain dust and particles. The low-pressure turbine operating at relatively low pressures has a rather voluminous design, which in itself gives rise to a complicated construction of various components such as rotatable guide rails. The high temperature also means that the equally voluminous control equipment, due to different length extensions of different equipment components, can easily jam and thus become difficult to maneuver.

Eftersom lågtrycksturbinen arbetar vid relativt låga tryck men med stora volymer, fås åtminstone vid vissa driftsfall mycket höga hastigheter hos förbrännings- gasen, vid vilka även en liten mängd stoft och par- tiklar leder till en icke oväsentlig erosion av ro- torbladen. och andra. komponenter hos lågtrycksturbi- nen, vilket i sin tur resulterar i en alltför tidig förslitning av denna.Since the low-pressure turbine operates at relatively low pressures but with large volumes, at least in some operating cases very high velocities of the combustion gas are obtained, at which even a small amount of dust and particles leads to a not insignificant erosion of the rotor blades. and other. components of the low-pressure turbine, which in turn results in premature wear of this.

SAMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstad- komma en kraftanläggning som kan regleras på ett så- dant sätt att ovan nämnda nackdelar kan undvikas.SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to provide a power plant which can be regulated in such a way that the above-mentioned disadvantages can be avoided.

Detta ändamål uppnås med den inledningsvis angivna första kraftanläggningen som kännetecknas av att reg- lermedlen är anordnade i eller framför åtminstone en av lågtryckskompressorn och högtrycksturbinen och in- rättade att påverka flödet av syrehaltig gas respek- tive förbränningsgas. 10 15 20 25 30 35 505 570 Genom anordnande av reglermedlen i eller framför hög- uppnås, att att pga det höga trycket kan has- trycksturbinen förutom man undviker nämnda nackdelar, tigheten hållas på en jämförelsevis låg nivå, vilket betyder att den eventuella stoftpartiklar i förbränningsgasen blir liten. Efter- errosiva inverkan av som högtrycksturbinen arbetar vid ett högre tryck än lågtrycksturbinen är volymen hos förbränningsgasen mindre vid högtrycksturbinen. Detta nedför att hög- trycksturbinen är betydligt kompaktare och mindre än lågtrycksturbinen, dvs högtrycksturbinens diameter är Detta gör att även exempelvis Därmed. blir reglerutrustningen billigare och enklare att konstru- mindre och dess skovlar kortare. motsvarande vridbara ledskenor, reglerutrustning, blir mindre 'och kompaktare. era och applicera.This object is achieved with the initially stated first power plant, which is characterized in that the control means are arranged in or in front of at least one of the low-pressure compressor and the high-pressure turbine and arranged to influence the flow of oxygen-containing gas and combustion gas, respectively. By arranging the control means in or in front of the high achiever, it is achieved that due to the high pressure the hash pressure turbine can, in addition to avoiding the said disadvantages, the temperature be kept at a comparatively low level, which means that the dust particles in the combustion gas becomes small. After the erosive effect of which the high-pressure turbine operates at a higher pressure than the low-pressure turbine, the volume of the combustion gas is smaller at the high-pressure turbine. This means that the high-pressure turbine is considerably more compact and smaller than the low-pressure turbine, ie the diameter of the high-pressure turbine is This also means, for example. the control equipment becomes cheaper and easier to construct and its blades shorter. corresponding rotatable guide rails, control equipment, becomes smaller and more compact. era and apply.

Genom anordnande av reglermedlen i eller framför låg- tryckskompressorn uppnås pga av den låga temperaturen hos den luft som matas in i lågtryckskompressorn att man kan undvika väsentligen alla problem som hänger samman med längdutvidgning, i olika längdutvidgning för olika komponenter hos lågtrycks- kompressorn. Vidare är den luft som tas in i allt vä- sentligt ren, synnerhet dvs den innehåller inga stoftpartiklar (eventuella sådana kan enkelt filtreras bort) aggressiva, frätande eller förbrånningsprodukter, såsom Detta medför att av det transporterade mediet orsakad korrosion svavel- eller kväveföreningar. ingen eller erosion kommer att uppträda hos reglermedlen, pelvis vridbara ledskovlar.By arranging the control means in or in front of the low-pressure compressor, due to the low temperature of the air fed into the low-pressure compressor, it is achieved that essentially all problems associated with longitudinal expansion can be avoided, in different longitudinal expansion for different components of the low-pressure compressor. Furthermore, the air taken in is essentially clean, in particular ie it does not contain any dust particles (any of which can be easily filtered out), aggressive, corrosive or combustion products, such as This causes corrosion sulfur or nitrogen compounds caused by the transported medium. no or erosion will occur with the regulators, pelvic rotating vanes.

EXGITI- Enligt en utföringsform av uppfinningen kan regler- medlen innefatta organ som är inrättade att reglera flödet trycksturbinen. genom làgtryckskompressorn respektive hög- 10 15 20 25 30 35 505 570 Det ovan nämnda ändamålet uppnås också med den inled- ningsvis angivna andra. kraftanläggningen som, känne- tecknas av att reglermedlen är anordnade i eller framför mellantrycksturbinen och inrättade att pà- verka flödet av förbränningsgas.EXGITI- According to an embodiment of the invention, the control means may comprise means arranged to regulate the flow of the pressure turbine. by the low pressure compressor and high pressure 10 15 20 25 30 35 505 570 The above-mentioned object is also achieved with the second stated in the introduction. the power plant which, is characterized by the control means being arranged in or in front of the intermediate pressure turbine and arranged to influence the flow of combustion gas.

Genom anordnande av reglermedlen i eller framför mel- lantrycksturbinen uppnås väsentligen samma fördelar i syn- nerhet i det fall att det finns en före mellantrycks- som när dessa anordnas vid högtrycksturbinen, turbinen anordnad mellanupphettare som höjer tempera- turen pä förbränningsgaserna.By arranging the control means in or in front of the intermediate pressure turbine, essentially the same advantages are achieved, in particular in the case that there is a pre-intermediate pressure as when these are arranged at the high-pressure turbine, the turbine arranged intermediate heater which raises the temperature of the combustion gases.

Enligt en utföringsform av uppfinningen kan regler- medlen innefatta organ som är inrättade att reglera flödet genom mellantrycksturbinen.According to an embodiment of the invention, the control means may comprise means which are arranged to regulate the flow through the intermediate pressure turbine.

Enligt en. ytterligare 'utföringsfornx av' uppfinningen är högtrycksturbinen och högtryckskompressorn anord- nade pá en gemensam första axel och lågtrycksturbinen och làgtryckskompressorn pá en gemensam andra axel.According to a. further embodiments of the invention are the high pressure turbine and the high pressure compressor arranged on a common first shaft and the low pressure turbine and the low pressure compressor arranged on a common second shaft.

Därvid kan en generator vara anordnad pà den första I det fall att det finns en mellantrycksturbin är denna med fördel anordnad på den första axeln. axeln för uttag av elektrisk energi.In this case, a generator can be arranged on the first. In the event that there is an intermediate pressure turbine, this is advantageously arranged on the first shaft. the shaft for charging electrical energy.

Enligt en. ytterligare utföringsform innefattar reg- lermedlen åtminstone en i flödet anordnad, vridbar ledskenekrans.According to a. In a further embodiment, the control means comprise at least one rotatable guide rail ring arranged in the flow.

Fördelaktiga, ytterligare utföringsformer av den upp- finningsenliga kraftanläggningen anges i de beroende patentkraven 10 - 18. Därvid skall i synnerhet nämnas att brännkammaren kan vara av en typ som innefattar en företrädesvis trycksatt fluidiserad bädd. En ef- 10 15 20 25 30 35 5025 570 terbrännanordning kan vara anordnad för att under förbränning av ett bränsle höja temperaturen hos för- bränningsgaserna till en för lämplig nivå. Vidare kan det finnas en förgasningsre- aktor, som är inrättad att framställa en bränslet ut- görande brännbar gas, gasturbinanordningen och medel för reglering av som tillförs efterbrännanord- och/eller en behål- som är inrättad att lagra en bränslet utgörande mängden brännbar gas ningen från förgasningsreaktorn, lare, brännbar gas, och medel för reglering av mängden brännbar gas som tillförs efterbrännanordningen från behållaren.Advantageous, further embodiments of the power plant according to the invention are stated in the dependent claims 10 - 18. It should be mentioned in particular that the combustion chamber may be of a type which comprises a preferably pressurized fluidized bed. An after-combustion device may be provided for raising the temperature of the combustion gases to a suitable level during combustion of a fuel. Furthermore, there may be a gasification reactor, which is arranged to produce a fuel constituting combustible gas, the gas turbine device and means for regulating the supply of afterburner and / or a tank which is arranged to store a fuel constituting the amount of combustible gas. from the gasification reactor, clay, combustible gas, and means for controlling the amount of combustible gas supplied to the afterburning device from the container.

Efterbrännanordningen kan innefatta en efterbrännkam- mare som är anordnad mellan brännkammaren och hög- trycksturbinen och/eller en àtervärmaranordning som är anordnad nedströms om högtrycksturbinen och in- rättad att höja temperaturen hos förbränningsgaserna när de har lämnat högtrycksturbinen.The afterburning device may comprise an afterburning chamber arranged between the combustion chamber and the high-pressure turbine and / or a reheater device arranged downstream of the high-pressure turbine and arranged to raise the temperature of the combustion gases after leaving the high-pressure turbine.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGEN Uppfinningen skall nu förklaras närmare med hjälp av olika, såsom exempel angivna utföringsformer av vilka en åskädliggörs på den bifogade ritningen, vars enda Fig 1 schematiskt visar en PFBC-kraftanläggning med en kombinerad gas- och àngcykel sad). (den senare ej vi- DETALJERAD BESKRIVNING AV OLIKA UTFÖRINGSFORMER En PFBC-kraftanläggning, dvs en anläggning för för- bränning av partikulärt bränsle i en trycksatt flui- diserad bädd, visas schematiskt i Fig 1. Anläggningen innefattar en brännkammare 1, kärl 2, som är inrymd i ett vilket kan ha en volym i storleksordningen 10 15 20 25 30 35 505 570 104m3 och vilket kan trycksättas till exempelvis cirka 16 bar. exemplet luft, och för fluidisering av en bädd 4 i brännkammaren 1 tillföres tryckkärlet 2. komprimerade luften tillföres brännkammaren 1 schematiskt antydda fluidiseringsmunstycken 5 som är anordnade i botten Komprimerad syrehaltig gas, i det visade 3 för trycksättning av brännkammaren 1 Den via av brännkammaren 1 för fluidisering av den i bränn- kammaren 1 inneslutna bädden 4. Bädden 4 utgörs av bâddmaterial, kornformig absorbent och ett partiku- lärt bränsle, företrädesvis krossat kol som förbränns i den till bädden 4 förda fluidiseringsluften. För- bränningsgaserna från bädden 4 förs sedan medelst ett ledningsorgan via en reningsanlâggning 6, vilken i exemplet utgörs av ett högtemperaturfilter, som kan vara av keramisk typ och som är avsett för höga tryck, och en interceptventil 7 vidare till en efter- brännkammare 8. Till efterbrännkammaren 8 föres även en brännbar gas via en ledning 9 från en förgasnings- reaktor 10 av känd typ via ett ytterligare högtempe- raturfilter 11. Flödet av brännbar gas till efter- brännkammaren 8 regleras med hjälp av reglerventilen 9a. I efterbrännkammaren 8 förbränns de brännbara ga- serna i samband med tillförsel av komprimerad luft via ledningen 12 från en högtryckskompressor 13 genom inverkan av en icke visad brännare och blandas med förbränningsgaserna fràn brännkammaren 1 för höjande av dessas temperatur, sà att de gaser som lämnar ef- terbrännkammaren 8 uppvisar en temperatur av cirka 1200 - 1500°C, vilket gör dem väl lämpade som drivgas för drivande av en första gasturbin 14 i form av en högtrycksturbin. Genom efterbrännkammaren 8 har tem- peraturen pá nämnda förbränningsgaser således höjts från cirka 850 - 950°C till cirka 1200 - 1500°C. Hög- trycksturbinen 14 och högtryckskompressorn 13 är an- ordnade pà samma axel som en generator 15, ur vilken 10 15 20 25 30 35 505 570 Högtryckskom- levererar även komprimerad luft till PFBC-brännkammaren 1 via ledningen 16 fràn vilken ledningen 12 är avgrenad. Därvid är en interceptven- til 17 anordnad och brännkammaren 1. nyttig elektrisk energi kan uttagas. pressorn 13 mellan högtryckskompressorn Högtryckskompressorn 13 levererar även luft via ledningen 18 för förgasningen i förgas- ningsreaktorn 10. Det restbränsle som bildas i för- gasningsreaktorn 10 vid den brännbara gasens alstrande kan tillföras bäddden 4 :i brännkammaren 1 via en bränsleledning 19.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will now be explained in more detail with the aid of various, exemplary embodiments, one of which is illustrated in the accompanying drawing, the only Fig. 1 of which schematically shows a PFBC power plant with a combined gas and vapor cycle. THE LATER DETAILED DESCRIPTION OF DIFFERENT EMBODIMENTS A PFBC power plant, i.e. a particulate fuel combustion plant in a pressurized fluidized bed, is shown schematically in Fig. 1. The plant comprises a combustion chamber 1, vessel 2, which is accommodated in one which can have a volume in the order of 10 15 20 25 30 35 505 570 104m3 and which can be pressurized to, for example, about 16 bar, for example air, and for fluidizing a bed 4 in the combustion chamber 1 the pressure vessel 2 is supplied with compressed air. the combustion chamber 1 schematically indicated fluidisation nozzles 5 which are arranged in the bottom Compressed oxygen-containing gas, shown 3 for pressurizing the combustion chamber 1 The bed 4 enclosed by the combustion chamber 1 for fluidizing the bed 4 in the combustion chamber 1 and a particulate fuel, preferably crushed coal, which is combusted in the fluidizing air supplied to the bed 4. The combustion gases from the bed the 4 is then passed by means of a conduit means via a purification plant 6, which in the example consists of a high-temperature filter, which may be of the ceramic type and which is intended for high pressures, and an intercept valve 7 is passed on to an afterburner 8. The afterburner 8 is passed also a combustible gas via a line 9 from a gasification reactor 10 of known type via a further high-temperature filter 11. The flow of combustible gas to the afterburning chamber 8 is regulated by means of the control valve 9a. In the afterburning chamber 8, the combustible gases are burned in connection with the supply of compressed air via the line 12 from a high-pressure compressor 13 by the action of a burner (not shown) and mixed with the combustion gases from the combustion chamber 1 to raise their temperature so that the gases the refueling chamber 8 has a temperature of about 1200 - 1500 ° C, which makes them well suited as propellant for driving a first gas turbine 14 in the form of a high pressure turbine. Through the afterburning chamber 8, the temperature of said combustion gases has thus been raised from about 850 - 950 ° C to about 1200 - 1500 ° C. The high pressure turbine 14 and the high pressure compressor 13 are arranged on the same shaft as a generator 15, from which high pressure compressor also delivers compressed air to the PFBC combustion chamber 1 via the line 16 from which the line 12 is branched. In this case, an intercept valve 17 is arranged and the combustion chamber 1. useful electrical energy can be extracted. the compressor 13 between the high-pressure compressor The high-pressure compressor 13 also supplies air via the line 18 for the gasification in the gasification reactor 10. The residual fuel formed in the gasification reactor 10 during the combustion of the combustible gas can be supplied to bed 4: in the combustion chamber 1 via a fuel line 19.

Den i figuren visade PFBC-kraftanläggningen är av ett avancerat slag, då den uppvisar en ytterligare gas- turbin 20, anordnad. pà samma. axel 21 son1 högtrycksturbinen 14 och högtryckskompressorn 13. 14 expanderade och temperatursänkta gasen förs via en ledning 22 till en àteruppvärmningsanordning 23 som innefattar en så i form av en mellantrycksturbin, vilken är Den i. högtrycksturbinen kallad reheat-brännkammare eller Reheat-brännkammaren 23 vilket regleras med. hjälp av reglerventilen 9b och. härrör äteruppvärmningsbrännkammare. erhåller ett flöde av nämnda brännbara gaser, från förgasningsreaktorn 10, samt komprimerad luft från högtryckskompressorn 13 pà samma sätt som efter- brännkammaren 8, vilket visas i Fig 1, arna 24 respektive 25, genom ledning- varigenom dessa brännbara ga- ser förbränns där via en icke visad brännare och de sá bildade heta gaserna blandas med förbränningsga- serna från högtrycksturbinen 14 för att åter höja dessas temperatur innan de förs vidare via ledningen 26 till mellantrycksturbinen 20. Pà detta sätt kan den från mellantrycksturbinen 20 uttagna effekten hö- jas avsevärt. lO 15 20 25 30 35 505 570 10 De i mellantrycksturbinen 20 ningsgaserna föres expanderade förbrän- till en làgtrycksturbin 27. De förbränningsgaser som lämnar làgtrycksturbinen 27 in- nehàller fortfarande energi som kan tas tillvara i en economizer 28. Làgtrycksturbinen 27 är anordnad pá en axel 29 på vilken även en lågtryckskompressor 30 är anordnad. Lågtryckskompressorn 13 tillföres atmosfä- risk luft via ett filter 31. Làgtryckskompressorn 30 drivs sålunda av làgtrycksturbinen 27 och förser från sitt utlopp högtryckskompressorn 13 med luft som har komprimerats i ett första steg. Mellan làgtryckskom- pressorn 30 och högtryckskompressorn 13 är en mellan- kylare 32 inkopplad för att sänka temperaturen pà den luft som tillföres högtryckskompressorns 13 inlopp.The PFBC power plant shown in the figure is of an advanced type, as it has an additional gas turbine 20, arranged. on the same. shaft 21 son1 the high-pressure turbine 14 and the high-pressure compressor 13. 14 expanded and temperature-lowered gas is fed via a line 22 to a reheating device 23 which comprises such as in the form of an intermediate pressure turbine, which is The reheat combustion chamber or the Reheat control chamber with. using the control valve 9b and. originates from reheating combustion chambers. obtains a flow of said combustible gases, from the gasification reactor 10, and compressed air from the high pressure compressor 13 in the same manner as the afterburning chamber 8, as shown in Figs. 1, 24 and 25, respectively, through the conduit whereby these combustible gases are combusted there via a burner (not shown) and the hot gases thus formed are mixed with the combustion gases from the high pressure turbine 14 to raise their temperature again before being passed on via line 26 to the intermediate pressure turbine 20. In this way the power taken from the intermediate pressure turbine 20 can be considerably increased. The expanded gases in the intermediate pressure turbine 20 are fed expanded combustion to a low pressure turbine 27. The combustion gases leaving the low pressure turbine 27 still contain energy which can be utilized in an economizer 28. The low pressure turbine 27 is arranged on a shaft. 29 on which also a low-pressure compressor 30 is arranged. The low-pressure compressor 13 is supplied with atmospheric air via a filter 31. The low-pressure compressor 30 is thus driven by the low-pressure turbine 27 and supplies from its outlet the high-pressure compressor 13 with air which has been compressed in a first step. Between the low-pressure compressor 30 and the high-pressure compressor 13, an intermediate cooler 32 is connected to lower the temperature of the air supplied to the inlet of the high-pressure compressor 13.

Vidare uppvisar kraftanläggningen en àngturbinsida, som ej är visad här, men antydd genom en i den flui- diserade bädden 4 nedsänkt tubsats 33, ten cirkuleras, förângas och överhettas genom värme- i vilken vat- växling mellan tuberna och bäddmaterialet för uppta- gande av vid den i bädden 4 genomförda förbränningen alstrad värme.Furthermore, the power plant has a steam turbine side, which is not shown here, but indicated by a tube set 33 immersed in the fluidized bed 4, which is circulated, evaporated and overheated by heat in which water exchange between the tubes and the bed material for receiving heat generated in the combustion carried out in the bed 4.

Den från högtryckskompressorn 13 kommande ledningen 18 för tillförsel av komprimerad luft till förgas- ningsreaktorn 10 innefattar en kompressoranordning 34, som i det visade exemplet utgörs av en så kallad Denna drivs företrädesvis med en elektrisk motor 35 men kan även vara driven med hjälp booster-kompressor. av en ångturbin som tillförs ånga fràn tubsatsen 33.The line 18 coming from the high-pressure compressor 13 for supplying compressed air to the gasification reactor 10 comprises a compressor device 34, which in the example shown consists of a so-called This is preferably driven by an electric motor 35 but can also be driven by means of a booster compressor . of a steam turbine supplied with steam from the tube set 33.

Medelst denna kompressor* 34 kan. gastrycket hos den luft som tillförs förgasningsreaktorn 10 ökas ytter- ligare, då det är önskvärt att det gasflöde som för- gasningsreaktorn 10 levererar har ett högre tryck än det till efterbrännkammaren 8 och/eller äteruppvärm- ningsbrännkammaren 23 anländande flödet av förbrän- 10 15 20 25 30 35 505 570 ll ningsgas. Därigenom kan de brännbara gaserna i varje given trycksituation enkelt tillföras efterbrännkam- maren 8 och/eller återuppvärmningsbrännkammaren 23. I förgasningsreaktorn 10 förgasas ett flytande eller fast bränsle, i detta exempel partikulärt kol, som understökiometrisk process pà känt sätt Orsaken till att på detta som vid en alstrar brännbara gaser. sätt anordna en fristående förgasningsanordning, arbetar vid högre tryck än PFBC-bädden 4 är att det helt enkelt är nödvändigt att i efterbrännkammaren 8 ett högre tryck på gasen än trycket i brännkamrarna 8, 23 för att kunna reglera bränsleflödet och fördela bränsle- flödet jämnt i. dessa brännkammare. Således kan vid eventuellt 16 bars tryck i PFBC-brännkammaren 1 ett och återuppvärmningsbrännkammaren 23 ha tryck av cirka 26 bar i förgasningsreaktorn 10 åstad- kommas. luftflödet till förgasningsreaktorn 10 kan motorn 35 vara ansluten till en schematiskt visad styranordning 36 för 'varvta1sreglering' av' motorn.By means of this compressor * 34 can. the gas pressure of the air supplied to the gasification reactor 10 is further increased, as it is desirable that the gas flow supplied by the gasification reactor 10 has a higher pressure than the flow of combustion 10 arriving at the afterburning chamber 8 and / or the reheating combustion chamber 23 25 30 35 505 570 ll of gas. As a result, the combustible gases in any given pressure situation can easily be supplied to the afterburning chamber 8 and / or the reheating combustion chamber 23. In the gasification reactor 10 a liquid or solid fuel, in this example particulate coal, is gasified as a subchiometric process in a known manner. one generates flammable gases. method of arranging a stand-alone gasification device, operating at a higher pressure than the PFBC bed 4 is that it is simply necessary in the afterburner 8 to have a higher pressure of the gas than the pressure in the combustion chambers 8, 23 in order to regulate the fuel flow and these combustion chambers. Thus, at a possible pressure of 16 bar in the PFBC combustion chamber 1 and the reheating combustion chamber 23 having a pressure of about 26 bar in the gasification reactor 10 can be produced. the air flow to the gasification reactor 10, the engine 35 can be connected to a schematically shown control device 36 for 'speed control' of the engine.

För* att emellertid. mer exakt kunna reglera Styranordningen 36 kan lämpligen utgöra en del av anläggningens över- gripande styrsystem (ej visat). Det är också nßjligt att som alternativ eller komplement till varvtalsreg- leringen anordna en schematiskt visad ledskeneanord- ning 37, t ex i form av medelst ett manöverdon styr- bara ledskovlar på en ledskenekrans, i eller framför kompressorn 34 för att på så vis exakt kunna styra luftflödet genom denna och reglera mängden luft som tillförs därvid vara anslutet till styranordningen 36. förgasningsreaktorn 10. Manöverdonet kan Vidare kan den från högtryckskompressorn 13 kommande ledningen 18 innefatta en nedströms om. kompressor- anordningen 34 anordnad värmeväxlare 38. Genom värme- växlaren 38 sträcker sig även den från förgasningsre- aktorn 10 kommande ledningen 9. Det betyder således 10 15 20 25 30 35 505 570 12 att den relativt kalla komprimerade luft som tillförs förgasningsreaktorn 10 kommer att värmeväxlas med den mycket heta brännbara gas (800 - 1000°C) förgasningsreaktorn. 10. Således kan temperaturen. på den gas som leds genom värmeväxlaren 38 sänkas till vilket betyder att de vid den högre temperaturen i smält fornx befintliga stoftpartiklarna kommer att befinna som lämnar en betydligt lägre temperatur på under 600°C, sig i fast form efter värmeväxlaren 38. Därigenom re- duceras väsentligt risken att dessa gaser och smälta stoftpartiklar skall sätta igen högtemperaturfiltret 11. Vidare kan filtret 11 tillverkas med konventio- nell teknik, dvs det är inte nödvändigt att använda sintrade keramiska hetgasfilter, eftersom temperatu- ren pà den brännbara gasen har sänkts. En ytterligare fördel med denna temperatursänkning är att reglerven- tilerna 9a, 9b kan 'vara. av' konventionell konstruk- tion, dvs det är inte nödvändigt med någon avancerad kylning genom föràngning av vatten och överhettning av ångan för att 9a, 9b funktion. ver omfattande regler- och säkerhetsutrustning. säkerställa dessa reglerventilers Sådan kylning är mycket dyr och krä- I Fig 1 visas vidare tre stycken schematiskt ritade flödesreglerande organ 39, 40, 41, vilka är anordnade vid högtrycksturbinen 14, mellantrycksturbinen 20 respektive làgtryckkompressorn 30. Det skall noteras att uppfinningen är tillämplig med endast en av dessa reglerorgan eller med en kombination av tvà eller alla tre reglerorgan. Vart och ett av reglerorganen 39, 40, 41 innefattar styrbara ledskovlar som är an- ordnade i flödet på en ledskenekrans. Ledskenekransen är antingen anordnad framför, dvs uppströms om, hög- trycksturbinen 14, mellantrycksturbinen 20 respektive làgtryckskompressorn 30 eller i, dvs mellan rotorer hos, högtrycksturbinen 14, mellantrycksturbinen 20 10 15 20 25 30 35 505 570 13 respektive làgtryckskompressorn 30. Genom vridning av ledskenekransen styrs flödets riktning och öppningens storlek kan regleras. Varje ledskenekrans drivs av var sitt manöverdon 42, 43 respektive 44, vilka i sin tur år anslutna till en styrenhet 45, som lämpligen utgör en del av anläggningens övergripande styrsystem (ej visat).To * that, however. be able to control the control device 36 more precisely can suitably form part of the system's overall control system (not shown). It is also possible as an alternative or complement to the speed control to arrange a schematically shown guide rail device 37, for example in the form of guide vanes controllable on a guide rail ring by means of an actuator, in or in front of the compressor 34 in order to be able to accurately control the air flow through it and regulate the amount of air supplied thereby being connected to the control device 36. the gasification reactor 10. The actuator can Furthermore, the line 18 coming from the high-pressure compressor 13 may comprise a downstream. the heat exchanger 38 arranged by the compressor device 34 also extends through the heat exchanger 38 and the line 9 coming from the gasification reactor 10 thus means that the relatively cold compressed air supplied to the gasification reactor 10 will heat exchanged with the very hot combustible gas (800 - 1000 ° C) gasification reactor. 10. Thus, the temperature. on the gas passed through the heat exchanger 38 is lowered to which means that the dust particles present at the higher temperature in molten fornx will be located which leave a significantly lower temperature of below 600 ° C, in solid form after the heat exchanger 38. Thereby reducing significantly the risk that these gases and molten dust particles will clog the high-temperature filter 11. Furthermore, the filter 11 can be manufactured with conventional technology, ie it is not necessary to use sintered ceramic hot gas filters, as the temperature of the combustible gas has been lowered. A further advantage of this temperature reduction is that the control valves 9a, 9b can be. of conventional construction, ie no advanced cooling by evaporation of water and overheating of the steam is necessary for 9a, 9b to function. comprehensive control and safety equipment. Such cooling is very expensive and demanding. Fig. 1 further shows three schematically drawn flow regulating means 39, 40, 41, which are arranged at the high-pressure turbine 14, the intermediate pressure turbine 20 and the low-pressure compressor 30, respectively. It should be noted that the invention is applicable only to one of these control means or with a combination of two or all three control means. Each of the control means 39, 40, 41 comprises controllable guide vanes which are arranged in the flow on a guide rail ring. The guide rail ring is either arranged in front of, ie upstream of, the high-pressure turbine 14, the intermediate pressure turbine 20 and the low-pressure compressor 30 or in, ie between rotors of the high-pressure turbine 14, the intermediate pressure turbine 20 and the low-pressure compressor. the direction of the flow is controlled and the size of the opening can be regulated. Each guide rail ring is driven by separate actuators 42, 43 and 44, respectively, which in turn are connected to a control unit 45, which suitably forms part of the system's overall control system (not shown).

Genom att vrida reglerorganets 41 ledskovlar i eller framför lågtryckskompressorn 30 kan man minska flödet och det utgående trycket. Detta leder till en minsk- ning av flödet och trycket efter högtryckskompressorn 13 och i brännkammare 1 och således turbinsidan, varigenom anläggningens alstrade effekt också pá minskar.By turning the guide vanes of the control member 41 in or in front of the low-pressure compressor 30, the flow and the outgoing pressure can be reduced. This leads to a reduction of the flow and pressure after the high-pressure compressor 13 and in the combustion chamber 1 and thus the turbine side, whereby the generated power of the plant also decreases.

Genom att vrida reglerorganets,39 ledskovlar i eller framför högtrycksturbinen 14 så att flödet minskar, kommer initiellt trycket framför högtrycksturbinen 14 Det minskade flödet leder emellertid till att varvtalet hos lågtrycks- och i. brännkammaren J. att öka. turbinen 27 går ner och därigenom minskar flödet ge- nom och det utgående trycket fràn làgtryckskompres- sorn 30, vilket leder till en minskning av det totala flödet genom och trycket hos anläggningen så att dess alstrade effekt kommer att avta.By turning the control vanes, 39 guide vanes in or in front of the high-pressure turbine 14 so that the flow decreases, the pressure in front of the high-pressure turbine 14 initially comes. However, the reduced flow leads to an increase in the speed of the low-pressure and combustion chamber J. the turbine 27 goes down and thereby reduces the flow through and the output pressure from the low pressure compressor 30, which leads to a reduction of the total flow through and the pressure of the plant so that its generated power will decrease.

Genom att vrida reglerorganets 40 ledskovlar i eller framför att flödet fås också en initiell ökning av trycket. Det mellantrycksturbinen 20 så minskar, minskade flödet leder emellertid på analogt sätt som i fallet med flödesregleringen av högtrycksturbinen till att anläggningens alstrade effekt minskar.By turning the guide vanes 40 of the control member in or in front of the flow, an initial increase in the pressure is also obtained. However, as the intermediate pressure turbine 20 decreases, the reduced flow leads, in an analogous manner as in the case of the flow control of the high pressure turbine, to the generated power of the plant decreasing.

Den visade anläggningen innefattar vidare en behål- lare eller ackumulatortank 46 för lagring av bränn- 10 15 20 25 30 35 505 570 14 bara gaser. Ackumulatortanken 46 är via ett förslut- bart ventilorgan. 47 förbunden uned ledningen 9, vilken förgasningsreaktorn 10 förser efterbrännkamma- via ren 8 och äteruppvärmarbrännkammaren 23 med brännbara gaser. Ackumulatortanken 46 kan således laddas med brännbara gaser frän förgasningsreaktorn 10, vilka vid extrema lastuppgängsbehov sedan kan tillföras ef- terbrännkammaren 8 och äteruppvärmarbrännkammaren 23.The plant shown further comprises a container or accumulator tank 46 for storing combustible gases. The accumulator tank 46 is via a closable valve member. 47 connected to line 9, which gasification reactor 10 supplies afterburning chamber via reindeer 8 and reheat combustion chamber 23 with combustible gases. The accumulator tank 46 can thus be charged with combustible gases from the gasification reactor 10, which in case of extreme load rise requirements can then be supplied to the afterburner 8 and the reheater combustion chamber 23.

Uppfinningen är inte på något sätt begränsad till den ovan beskrivna utföringsformen utan en mängd möjlig- heter till modifikationer därav är möjliga inom ramen för de efterföljande patentkraven och torde vara up- penbara för en fackman pà området, utan att denne för den skull avviker från uppfinningens grundtanke.The invention is in no way limited to the embodiment described above, but a number of possibilities for modifications thereof are possible within the scope of the following claims and should be obvious to a person skilled in the art, without this for that purpose deviating from the invention. basic idea.

Exempelvis vore det möjligt att anläggningen endast uppvisar två gasturbiner, dvs att mellantrycksturbi- nen som är visad i Fig 1 är utlämnad. Därvid höjer äteruppvärmningsbrännkammaren 23 temperaturen pä för- bränningsgaserna som kommer från högtrycksturbinen 14 vilken i ett sådant fall kommer> att få gaser* med. ett högre och skall anlända till làgtrycksturbinen 27, tryck än ovan beskrivet och skulle kunna benämnas mellantrycksturbin.For example, it would be possible for the plant to have only two gas turbines, ie for the intermediate pressure turbine shown in Fig. 1 to be dispensed. Thereby, the reheating combustion chamber 23 raises the temperature of the combustion gases coming from the high-pressure turbine 14 which in such a case will> get gases * with it. a higher one and is to arrive at the low pressure turbine 27, pressure than described above and could be called an intermediate pressure turbine.

Det är inte heller nödvändigt, fastän fördelaktigt, att den uppfinningsenliga PFBC-anläggningen uppvisar en efterbrännkammare 8, även om fördelarna med àter- uppvärmningsbrännkammaren 23 kommer till sin fulla rätt först när det finns en sådan efterbrännkammare 8. fallet av flera än två gasturbiner anordna en àteruppvärmnings- Det är naturligtvis även möjligt att i 10 5-95 570 15 brännkammare mellan de i förbränningsgasernas andra och tredje gasturbinerna om så skulle önskas. väg Den från kompressorn 34 kommande luften behöver inte ledas via värmeväxlaren 38 utan kan tillföras förgas- ningsreaktorn 10 direkt.It is also not necessary, although advantageous, for the PFBC plant according to the invention to have an afterburning chamber 8, even if the advantages of the reheating combustion chamber 23 come into their own only when there is such an afterburning chamber 8. in the case of more than two gas turbines reheating It is of course also possible in 10 5-95 570 15 combustion chambers between the second and third gas turbines in the combustion gases if desired. path The air coming from the compressor 34 does not have to be led via the heat exchanger 38 but can be supplied to the gasification reactor 10 directly.

Den till den fristående förgasningsreaktorn 10 anlän- dande luften behöver inte heller tas fràn högtrycks- kompressorn 13 utan kan tas direkt fràn atmosfären.The air arriving at the stand-alone gasification reactor 10 also does not need to be taken from the high-pressure compressor 13 but can be taken directly from the atmosphere.

Därvid kan den uppfinningsenliga, ett eller flera färsluften till önskat tryck. reglerbara kompres- sor 34 i steg komprimera atmos-In this case, according to the invention, one or more fresh air can reach the desired pressure. controllable compressors 34 in steps compress the atmosphere

Claims

10 15 20 25 30 35 505 570 16

A power plant comprising (1) combustible material is intended to take place during the formation of hot combustion gases, - a combustion chamber in which combustion of a (14) which. is arranged in series with a low-pressure turbine (27) and with a high-pressure compressor (13) arranged in series with a low-pressure compressor (30), - first line means (22, 26) direct the combustion gases from the combustion chamber to the high-pressure turbine (14) the turbine (27) for to drive the high-pressure compressor (13) and the low-pressure compressor (30), (16) an oxygen-containing gas necessary for combustion to (1) via the low-pressure compressor (30) then the high-pressure compressor (13) for compressing the oxygen-containing gas to the desired pressure, and a gas turbine device ' with a high-pressure turbine arranged to and subsequently to low-pressure second-line means arranged to direct the combustion chamber and - means for regulating the plant, characterized in that the control means (39, 41) are located in or in front of at least one of the low-pressure chambers. (30) (14) used to affect the flow of oxygen-containing gas, respectively, the device compressor and the high-pressure turbine and inert combustion gas.

Power plant according to claim 1, characterized in that the control means (39, 41) comprise means arranged to regulate the flow through the low-pressure compressor (30) and the high-pressure turbine (14), respectively.

A power plant according to any one of the preceding claims, a pinion pressure turbine (20) is provided. between. the high-pressure turbine (14) and the mode, as 10 15 20 25 30 35 505 570 17 (30) and arranged to extract heat energy from the combustion gases. the pressure turbine

A power plant comprising - a combustion chamber (1) in which combustion of a combustible material is intended to take place during the formation of hot combustion gases, - a gas turbine device with a high-pressure turbine (14), (20) and a low-pressure turbine arranged in series with each other and with a high- (14) a low-pressure compressor (13), (22, 26) the combustion gases from the combustion chamber (1) (14), then to the intermediate and finally to the low-pressure a non-pressure turbine (30) pressure compressor arranged in series with - first line means arranged to lead to the pressure turbine (30) (13) and the low pressure compressor (30), respectively - second line means (16) arranged to lead an oxygen-containing gas necessary for combustion to the combustion chamber (1) (30) for compressing the high-pressure turbine (20) the turbine for driving the high-pressure compressor via the low-pressure compressor and (13) the oxygen-containing gas to the desired pressure, and - means for regulating the plant, characterized_3y that the regulating means (40) or in front of the intermediate pressure turbine (20) to influence the flow of combustion gas. then the high pressure compressor is arranged in and arranged comprises means which are arranged

A power plant according to claim 4, (40) was used to regulate the flow through the intermediate pressure turbine (20). that the means of regulation

Power plant according to one of the preceding claims, in that the high-pressure turbine (14) and the high-pressure compressor (13) are arranged on a common first shaft (21) and the low-pressure turbine (27). and the low pressure compressor (30) are arranged on a common second shaft (29).

Power plant according to claim 6, characterized by a generator (15) arranged on the first shaft (21) for extracting electrical energy.

Power plant according to one of Claims 6 and 7, characterized in that the intermediate pressure turbine (20) is arranged on the first shaft (21). is an-

A power plant according to any one of the preceding claims, (39, 40, 41) comprising at least one rotatable guide rail ring arranged in the flow.

10. Power plant according to any one of the preceding characteristics; a steam circuit comprising in arranged steam tubes (33) for generating a steam turbine driven by steam and one of the claims, the combustion chamber (1) ring of steam, the steam turbine driven generator.

Power plant according to one of the preceding claims, characterized in that the combustion chamber (1) is of a type which comprises a fluidized bed (4).

Power plant according to claim 11, characterized in that the fluidized bed (4) is pressurized.

Power plant according to one of the preceding claims, characterized by an afterburning device (8, 23) which is arranged to raise the temperature to a level suitable for the gas turbine device during combustion of a fuel of the combustion gases (14, 20, 27). lO 15 20 25 30 505 570 19

A power plant according to claim 13, a gasification reactor (10), which is arranged to produce a fuel constituent combustible gas, for regulating the 'quantity'. combustible gas supplied to the afterburning device (8, 23) from the gasification reactor OIT1. and means

Power plant according to claim 13 or 14, sensor; ; egknad__ay en. container (46), which is arranged to store a fuel constituting combustible gas, and means (47) for regulating the amount of combustible gas supplied to the afterburning device (8, 23) from the container.

A power plant according to any one of claims 13 - 15, characterized in that the afterburning device comprises arranged between an afterburning chamber (8) which is the combustion chamber (1) and the high pressure turbine (14).

Power plant according to one of Claims 13 to 15, characterized in that the afterburning device comprises a reheater device (23) which is arranged downstream of the high-pressure turbine (14) and arranged to raise the temperature of the combustion gases when they have left the high-pressure turbine (14).

Power plant according to one of the preceding claims, an intercooler (32) arranged on the second line means (16) (30) and the high-pressure compressor, the requirements which are between the low-pressure compressor (13).