SE509987C2 - PFBC-kraftanläggning - Google Patents

Description

15 20 25 30 509 987 2 dahàlla medel för förbättrandet av styrbarheten av en sådan kraftanläggning.

Ett förslag till förbättring av anläggningens verk- ningsgrad finns beskrivet i bl a svenska patentskrif- ten SE 8704075-4 och avser en temperaturhöjning av de från bädden kommande rökgaserna innan de tillförs den Bäddkemin hos en PFBC- kraftanläggningen möjliggör nämligen inte förbränning uppströms liggande gasturbinen. av bränslet under uppnående av rökgaser med en högre temperatur än. cirka 850-950°C och, det är' i princip d v s rökgaserna, Nu denna temperatur som drivgaserna, har när de när den uppströms belägna gasturbinen. är det emellertid så att turbineffekten stiger starkt med ökad temperatur hos drivgasen, varför det är önsk- värt att uppnå en högre gastemperatur, rádet 1200-l500°C. s k efterbrännkammare i rökgasernas väg uppströms om till vilken ett blandning av de helst inom om- Detta uppnås genom att anordna en den uppströms belägna gasturbinen, bränsle tillförs och förbränns under därvid resulterande heta gaserna med rökgaserna för höjande av dessas temperatur innan de nàr gasturbinen.

Rökgaserna kommer att expanderas i den uppströms be- lägna gasturbinen och erfara en temperatursänkning.

Sedan tillförs dessa den andra gasturbinen för ytter- ligare expansion och utvinnande av ytterligare energi från driva en generator för alstrande av nyttig energi och rökgaserna. Därvid kan högtrycksgasturbinen en kompressor för trycksättning av bädden, medan den andra gasturbinen skulle kunna driva endast en komp- ressor för förkomprimering av luft för förstnämnda kompressor för trycksättning av bädden. 10 15 20 25 30 35 509 987 SAMMANEAIINlNG_A!_H2EElNNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhanda- hålla en PFBC-kraftanläggning av inledningsvis defi- nierat slag, hos vilken verkningsgraden kan ytterli- gare ökas under samtidigt ökande av möjligheterna att styra effektalstringen hos en sådan anläggning.

Detta syfte uppnås enligt uppfinningen genom att förse en sådan kraftanläggning med en inrättning för tillfö- rande av ett bränsle till en i rökgasernas väg mellan de båda gasturbinerna belägen kammare och en brännare för förbränning av bränslet i denna kammare för bland- ning av de därvid resulterande heta gaserna med de i den första gasturbinen expanderade rökgaserna för att höja dessas temperatur innan de tillföres den andra gasturbinen.

Tack vare anordnandet av' en sådan áteruppvärmnings- eller reheatbrännkammare i rökgasernas väg mellan de båda gasturbinerna kan effektalstringen hos den andra gasturbinen. höjas avsevärt och därmed en, höjning av hela anläggningens totala verkningsgrad uppnås. Häri- genom ökas även möjligheterna till att styra anord- ningens effektalstring, då denna hos en sådan anlägg- ning nu även kan styras genom styrning av tillförseln av nämnda bränsle till återuppvärmningsbrännkammaren_ Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen är en sådan kraftanläggning även försedd med en i rökga- sernas väg uppströms om den första gasturbinen anord- nade efterbrännkammaren, varigenom möjligheterna till anläggningen samt dess verkningsgrad, framförallt vid dellastdrift, ökar ytterligare. styrning av 10 15 20 25 30 35 509 987 Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfin- ningen innefattar nämnda inrättning en förgasningsre- aktor anordnad att förgasa ett flytande eller fast bränsle samt organ för tillförande av de så bildade brännbara gaserna som bränsle till nämnda kammare för àteruppvärmning av rökgaserna. Tack vare anordnande av en sådan förgasningsreaktor låter sig tillförseln av bränslet, de brännbara gaserna, enkelt styras. Därvid är det fördelaktigt att förgasningsreaktorn är anord- nad att generera brännbara gaser med ett tryck väsent- ligen överstigande trycket hos rökgaserna i dessas väg framförallt i återuppvärm- nedströms om brännkammaren, ningskammaren, då detta ger optimal regleringsfrihet oberoende av den för tillfället förekommande lastens storlek.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfin- ningen, vilken avser en kraftanläggning som innefattar en kompressor anordnad att alstra komprimerad luft för trycksättning av bädden, är kompressorn anordnad att även förse nämnda kammare för áteruppvärmning med komprimerad luft för förbränning av det därtill till- förda bränslet, med enkla medel. varigenom áteruppvärmningen tillses Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfin- ningen innefattar kraftanläggningen en pà en första axel anordnad högtrycksgasturbin och en på en andra, separat axel i rökgasernas väg nedströms om högtrycks- gasturbinen anordnad làgtrycksgasturbin, och hög- trycksgasturbinen bildar nämnda första turbin. En så- dan uppdelning av gasturbinerna på olika axlar för- bättrar till att snabbt styra den av anläggningen levererade effekten, varvid ytterligare möjligheterna detta kan ske genom anordnande av flödesreglerande an- 10 15 20 25 30 35 5 509 987 ordningar, såsom styrbara ledskovlar, exempelvis vid inloppet till lågtrycksgasturbinen.

Enligt en ytterligare, mycket föredragen utföringsform av uppfinningen är den andra gasturbinen bildad av en på samma axel som den första gasturbinen monterad mel- varvid den första gasturbinen ben- Denna andra gasturbin erhål- lantrycksgasturbin, ämnes högtrycksgasturbin. ler ett mellantryck tack vare förefintligheten av den uppfinningsenliga áteruppvärmningskammaren cxfla bidrar till en av anläggningen högre levererbar effekt, var- fallet med en låg- trycksgasturbin. anordnad i. rökgasernas väg nedströms vid effekten ökas ytterligare i om mellantrycksgasturbinen pà en andra, separat axel.

Enligt en föredragen utföringsform, vilken utgör en kombination av särdrag hos de ovan beskrivna före- dragna utföringsformerna, uppvisar kraftanläggningen en ovan definierad efterbrännkammare för bringande av temparaturnivàn hos de till den första gasturbinen an- ländande rökgaserna till optimalt värde, en förgas- ningsreaktor anordnad att förgasa ett flytande eller fast bränsle samt organ för tillförande av de så bil- dade brännbara gaserna som bränsle till nämnda kammare för àteruppvärmning av rökgaserna, den första gastur- binen är en högtrycksgasturbin monterad pà en första axel, och anläggningen innefattar vidare en låg- trycksgasturbin anordnad på en andra axel och i rökga- sernas 'väg nedströms :nn högtrycksgasturbinen, varvid làgtrycksgasturbinen vid sitt inlopp är försedd med en flödesreglerande anordning, så att varvtalet på den andra axeln kan varieras. Härigenom har det åstadkom- mits en PFBC-kraftanläggning som kan drivas med hög verkningsgrad över ett stort lastomràde och en med till tröghet reglerbarhet. att hänsyn tagen PFBC-kraftanläggningars förnämlig Erfarenheten har visat 10 15 20 25 30 35 509 987 5 dessa särdrag ger möjlighet till en laständring med upp till 5% per minut.

Ytterligare fördelar med samt fördelaktiga särdrag hos uppfinningen kommer att framgå av den efterföljande beskrivningen samt övriga osjälvständiga patentkrav.

KQBI_BEfiKBl¥NlNG_A1_BlINlNfiEN Nedan följer en beskrivning av en såsom exempel anförd föredragen utföringsform av uppfinningen under hänvis- ning till bifogade ritning, pà vilken: Den. enda fig 1. schematiskt återger' en, PFBC-kraftan- läggning med en kombinerad gas- och àngcykel (den se- nare ej visad) enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen.

DETALJERAD BESKRIVNING AV EN FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM AV UPPFINNINGEN En PFBC-kraftanläggning, d v s en anläggning för för- bränning av partikulärt bränsle i en trycksatt fluidi- serad bädd, och den innefattar en brännkammare 1, framställs schematiskt i den enda figuren, som är inrymd i ett kärl 2, vilket kan ha en volym i storleksordningen 104 m3 och vilket kan trycksättas cirka 16 bar. Komprimerad luft 3 för trycksättning av till exempelvis brännkammaren 1 och för fluidisering av en bädd 4 i brännkammaren tillföres tryckkärlet. Den komprimerade luften tillföres brännkammaren via schematiskt antydda fluidiseringsmunstycken 5 i botten av brännkammaren för fluidisering av den i bädden. Bädden utgörs av bäddmaterial, sorbent och ett partikulärt bränsle, företrädesvis som förbrännes i den till bädden förda brännkammaren inneslutna kornformig ab- krossat kol, 10 15 20 25 30 35 509 987 fluidiseringsluften. Förbränningsgaserna, härefter be- nämnda rökgaser, från bädden förs sedan via en re- ningsanläggning 6, vilken i exemplet utgörs av ett högtemperaturfilter avsett för höga tryck, och en in- terceptventil 7 vidare till en efterbrännkammare 8.

Till efterbrännkammaren 8 föres även en brännbar gas via en ledning 9 från en förgasningsreaktor 10 av känd typ via ett högtemperatursfilter ll. I efterbrännkam- maren 8 förbränns de brännbara gaserna i samband med tillförsel av komprimerad luft via ledningen 12 från en högtryckskompressor 13 genom inverkan av en icke visad brännare och blandas med rökgaserna från bränn- kammaren l för höjande av dessas temperatur, så att de efterbrännkammaren lämnande gaserna uppvisar en tempe- ratur (1200-l500°C) som gör dem väl lämpade som driv- gas för drivande av en första gasturbin 14 i form av en högtrycksgasturbin. Genom efterbrännkammaren har temperaturen på nämnda förbränningsgaser höjts från Cirka 850-950°C till cirka 1200-l500°C.

Högtrycksturbinen och högtryckskompressorn är anord- nade pá samma axel som en generator 15, ur vilken nyt- tig energi kan uttas. Högtryckskompressorn 13 lever- erar även komprimerad luft till PFBC-brännkammaren 1 via ledningen 16 från vilken ledningen 12 är avgrenad.

Därvid är en interceptventil 17 anordnad mellan hög- tryckskompressorn och brännkammaren J" Den levererar även luft via ledningen 18 för förgasningen i förgas- ningsreaktorn 10, varvid i denna ledning 18 en icke visad kompressor kan vara inkopplad för att öka gas- då det är levererar har ett trycket ytterligare i förgasningsreaktorn, önskvärt att det gasflöde denna högre tryck än det till efterbrännkammaren anländande rökgasflödet, ven trycksituation enkelt kan tillföras efterbrännkam- så att de brännbara gaserna i varje gi- maren och/eller den nedan beskrivna àteruppvärmnings- 10 15 20 25 30 35 509 987 brännkammaren. I förgasningsreaktorn förgasas ett fly- tande eller fast bränsle, i detta exempel partikulärt kol, som vid en understökiometrisk process på känt sätt alstrar brännbara gaser. Därvid kan restbränsle från förgasningsreaktorn 10 tillföras bädden 4 i brännkammaren 1 via en bränsleledning 19. Orsaken till att på detta sätt anordna en fristående förgasningsan- läggning, som arbetar vid högre tryck än PFBC-bädden 4, är att det helt enkelt är nödvändigt att i efter- brännkammaren, och även i den längre ned beskrivna àteruppvärmningsbrännkammaren, ha ett högre tryck på gasen än trycket i brännkamrarna för att kunna reglera bränsleflödet och fördela bränsleflödet jämnt i dessa brännkammare. Således kan vid eventuellt 16 bars tryck vid PFBC-bädden ett tryck av 26 bar i förgasningsreak- torn 10 åstadkommas.

Den i figuren visade PFBC-kraftanläggningen är av ett avancerat slag, då den uppvisar en ytterligare gastur- bin 20, ordnad pà samma axel 21 som högtrycksturbinen 14. i högtrycksturbinen 14 expanderade och temperatursänk- ta gasen förs via en ledning 22 till ett andra rum 23, vilket benämns reheat- eller återuppvärmningsbrännkam- Reheatbrännkammaren 23 erhåller ett flöde av i form av en mellantrycksturbin, vilken är an- Den mare. nämnda brännbara gaser, härrörande från förgasningsre- aktorn 10, samt komprimerad luft från högtryckskomp- ressorn 13 på samma sätt som efterbrännkammaren 8, vilket visas på ritningen genom ledningarna 24 respek- tive 25, via en icke visad brännare och de så bildade heta ga- serna blandas med rökgaserna från högtrycksturbinen varigenom dessa brännbara gaser förbränns där för att åter höja dessas temperatur innan de förs vi- dare via ledningen 26 till mellantrycksturbinen 20. På detta sätt kan den frán mellantrycksturbinen uttagna effekten höjas avsevärt. 10 15 20 25 30 35 509 987 De i mellantrycksturbinen 20 expanderade rökgaserna föres till en làgtrycksturbin 27. Dennas inlopp är fö- reträdesvis försett med en icke visad flödesreglerande anordning, såsom i form av styrbara ledskolvar pà en ledskenekrans, så att varvtalet på den andra axeln kan varieras. De avgaser som lämnar làgtrycksturbinen in- nehàller fortfarande energi, vilken en ekonomiser 28 kan ta tillvara pà. På lágtrycksturbinens 27 axel 29 finns även en lágtryckskompressor 30 anordnad, vilken tillföres atmosfärisk luft via ett filter 31. Låg- tryckskompressorn drivs sålunda av lágtrycksturbinen och förser från sitt utlopp högtryckskompressorn 13 Mellan och högtryckskompressorn är en med luft som komprimerats i ett första steg. lågtryckskompressorn mellankylare 32 inkopplad för att sänka temperaturen pá den luft som tillföres högtryckskompressorns 13 in- lopp.

Vidare uppvisar kraftanläggningen en àngturbinsida, vilken ej är visad här, men antydd genom en i den fluidiserade bädden 4 nedsänkt tubsats 33, vatten cirkuleras och föràngas och överhettas genom i vilken värmeväxling mellan tuberna och bäddmaterialet för upptagande av vid den i bädden genomförda förbrän- ningen alstrat värme.

Genom anordnadet av àteruppvärmningsbrännkammaren 23 kan således effektuttaget fràn de i den första gastur- binen expanderade och temperatursänkta rökgaserna ökas avsevärt och därigenom kraftanläggningens verknings- grad förbättras.

Uppfinningen är givetvis inte pá något sätt begränsad till den ovan beskrivna föredragna utföringsformen, utan en mängd möjligheter till modifikationer därav 10 15 20 25 .torde vara uppenbara för en fackman på området, 509 987 10 utan att denne för den skull avviker från uppfinningens grundtanke.

Exempelvis vore det: möjligt att anläggningen endast uppvisar två gasturbiner, d v s mellantrycksgasturbi- nen visad i figuren är utelämnad, och återuppvärm- ningsbrännkammaren därvid höjer temperaturen på rökga- serna som kommer fràn högtrycksgasturbinen och skall anlända till làgtrycksgasturbinen, vilken i ett sådant fall kommer att få gaser med ett högre tryck än ovan beskrivet och skulle kunna benämnas mellantryckstur- bin.

Det är inte heller' nödvändigt, fastän fördelaktigt, att den uppfinningsenliga PFBC-anläggningen uppvisar en efterbrännkammare, även om det måste sägas att för- delarna med återuppvärmningsbrännkammaren kommer till fulla rätt, finns. sin därest en efterbrännkammare även Det är naturligtvis även möjligt att i fallet av fler än två randet, gasturbiner, såsom i det ovan beskrivna utfö- anordna en àteruppvärmningsbrännkammare mellan de i rökgasernas väg andra och tredje gasturbinerna om sà skulle önskas.

Claims (13)

10 15 20 25 30 35 11 509 987 Eatentkray

1. PFBC-kraftanläggning innefattande ett (2), ning av ett partikulärt_bränsle i en trycksatt fluidi- serad bädd, bränning bildade rökgasernas väg efter varandra anord- (14, 20), Käggetggkgad därav, att den innefattar en inrättning (9-ll) bränsle till en i rökgasernas väg mellan de båda gas- (23) förbränning av bränslet i denna kammare för blandning tryckkärl som innesluter en brännkammare (1) för förbrän- och åtminstone tvâ i de genom nämnda för- nade gasturbiner för tillförande av ett för turbinerna belägen kammare och en brännare av de därvid resulterande heta gaserna med de i. den (14) temperatur (20). första gasturbinen expanderade rökgaserna för att höja dessas innan de tillföres den andra gasturbinen

2. Anläggning enligt krav 1, känngtegknad därav, innefattar en att nämnda (10) bränsle samt organ (9, 11) inrättning att förgasningsreaktor anordnad förgasa ett flytande eller fast för tillförande av' de sä bildade brännbara gaserna som bränsle till nämnda kam- mare för àteruppvärmning av rökgaserna.

3. Kraftanläggning enligt krav 1 eller 2, varvid den (13) komprimerad luft för trycksättning av bädden nefesknad därav, förse alstra (4), kán; att kompressorn är anordnad att även (23) för komprimerad luft för förbränning av det därtill till- innefattar en kompressor anordnad att nämnda kammare àteruppvärmning med förda bränslet.

4. Kraftanläggning enligt krav 2, varvid den innefat- tar en kompressor (13) anordnad att alstra komprimerad luft (4), "P kn därav, att kompressorn är anordnad att även leverera för trycksättning av bädden 10 15 20 25 30 35 509 987 12 till (10) förgasning av det flytande eller fasta bränslet. komprimerad luft förgasningsreaktorn för

5. Kraftanläggning enligt krav 2, (10) brännbara gaser med ett tryck väsentligen överstigande kánneregknad därav, att förgasningsreaktorn är anordnad att generera trycket hos rökgaserna i dessas väg nedströms om brännkammaren (1).

6. Kraftanläggning enligt något kánnetecknad därav, av föregående krav, att den även innefattar en i rök- gasernas väg uppströms om den första gasturbinen (14) anordnad efterbrännkammare (8), en förgasningsreaktor (10) anordnad att förgasa ett flytande eller fast sä bildade brännbara gaserna till efterbrännkammaren för förbrän- bränsle och organ för tillförande av de ning av dem där och blandning av de därvid resulte- rande heta gaserna med rökgaserna för höjande av des- sas temperatur till en optimal nivå för en drivgas för den första gasturbinen (14).

7. Kraftanläggning enligt krav 6, varvid den innefat- (13) luft för trycksättning av bädden anordnad att alstra komprimerad (4), kännefecknad att kompressorn är anordnad att även förse ef- tar en kompressor därav, terbrànnkammaren (8) med komprimerad luft för förbrän- ning av de därtill tillförda brännbara gaserna.

8. Kraftanläggning enligt något av föregående krav, kännefecknad därav, att den innefattar en pà en första axel (21) anordnad högtrycksgasturbin (14) och en pà en andra, separat axel (29) i rökgasernas väg ned- ströms om högtrycksgasturbinen anordnad làgtrycksgas- (27), da första gasturbin. turbin och att högtrycksgasturbinen bildar nämn- lO 15 20 25 kånnetecknad därav, netecknad därav, 509 987 13

9. Kraftanläggning enligt krav 8, kånnetecknad därav, att làgtrycksgasturbinen (27) vid sitt inlopp är för- sedd med en flödesreglerande anordning, så att varvta- let pà den andra axeln (29) kan varieras.

10. Kraftanläggning enligt något av föregående krav, att den andra gasturbinen är bil- (21) monterad mellantrycksgasturbin dad av en pà samma axel som den första gasturbi- (14) (20), den första gasturbinen benämnes högtrycksgasturbin. nen varvid

11. Kraftanläggning enligt krav 3 eller 7 och något av kraven 8-10, kännetecknad därav, att kompressorn (13) är monterad pà samma första axel (21) som och drives av den första gasturbinen (14).

12. Kraftanläggning enligt krav 3 eller 7 och 8 eller 9, kännetecknad därav, att den (30), är monterad pà samma andra axel (27) förkomprimerad luft till högtryckskompressorn innefattar en andra en làgtryckskompressor, och att denna (29) och anordnad att kompressor som och drives av tillföra (13). làgtrycksgasturbinen

13. Kraftanläggning enligt något av kraven 8-12, att en generator (15) för uttag av nyttig energi (21). är anordnad på den första gasturbinens axel kän-