專利名稱：加壓流化床燃燒(pfbc)發(fā)電設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在可能含有一種硫吸收劑的粒顆狀材料的流化床內(nèi)燃燒一種燃料的發(fā)電設(shè)備。這流化床設(shè)置在一個流化床容器內(nèi)并且燃燒是在一個高于大氣壓的壓力下進行。此壓力可達15－20MPa。燃氣被用來驅(qū)動一個或多個燃氣輪機，這些燃氣輪機驅(qū)動壓縮機與／或輸送電流到電力網(wǎng)的發(fā)電機。通常，流化床容器與一個用來將固體顆粒從燃氣中分離出來的除塵裝置放置在一個共同壓力容器內(nèi)。在流化床內(nèi)的冷卻管里產(chǎn)生的蒸汽被應(yīng)用于一個汽輪機中。
這種類型的發(fā)電設(shè)備國際上通常稱為PFBC發(fā)電設(shè)備，“PFBC”這幾個字母就是英文“加壓流化床燃燒”四個英文單字的頭一個字母。
在流化床燃燒過程中，燃燒溫度必須保持在出現(xiàn)爐渣形成與形成爐渣團塊的溫度之下，這些爐渣與爐渣團塊的形成擾亂流化作用并使殘余物不能排放。煤在流化床燃燒過程中的溫度上限隨煤的質(zhì)量情況變化，通常是在850℃至950℃之間。這意味著一個PFBC發(fā)電設(shè)備所含有的渦輪機的推動燃氣具有約等于流化床溫度的溫度。由于渦輪機功率隨著推動燃氣溫度的升高而急劇地提高，因此希望有一個達到約1200℃的相當高的推動燃氣溫度以在發(fā)電設(shè)備的燃氣輪機實現(xiàn)高的功率輸出。
從歐洲專利0144172得知離開在流化床內(nèi)燒煤的一個燃燒室的燃氣可達1350℃的溫度。該燃燒室是用來為一個加工工業(yè)產(chǎn)生燃氣的。其流化床容器分成兩段。一段作為一個燃氣發(fā)生器來運轉(zhuǎn)，它的燃氣是在一個兩段共同的凈空內(nèi)燃燒的。燃氣中的煙塵看起來無關(guān)重要，因為沒有示出有除塵裝置。
本發(fā)明的目的是通過提高供應(yīng)給燃氣輪機的燃氣的溫度來提高在一個PFBC發(fā)電設(shè)備里的燃氣輪機段的效率與功率輸出。
按照本發(fā)明，一種可燃燒的氣體在一個燃氣發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生并在一個二次燃燒室內(nèi)進行燃燒。來自二次燃燒室的高溫的燃氣跟來自流化床容器的溫度較低的燃氣混合。渦輪機的推動燃氣的溫度會高一些。
在此發(fā)電設(shè)備中，流化床容器用一個伸展到流化床容器頂部的垂直間壁分成一個第一段和一個第二段使兩個分立的凈空設(shè)置在該兩段內(nèi)。在間壁的下部，即在流化床區(qū)內(nèi)，設(shè)有讓流化床材料在兩段間循環(huán)的開口。煤通過分立的燃料饋給裝置供給到該兩個流化床容器段，并且通過分立的控制裝置對饋給進行控制?？扇紵龤怏w產(chǎn)生在形成一個燃氣發(fā)生器的第一流化床容器段里。這燃氣在一個除塵裝置里進行凈化并供給到一個二次燃燒室進行燃燒。來自第二流化床容器段的燃氣經(jīng)過凈化并跟來自二次燃燒室的燃氣混合，最好是在二次燃燒室內(nèi)進行，并供給到一個包含在設(shè)備內(nèi)的一個燃氣輪機。流化床容器、燃氣除塵裝置與二次燃燒室可以封裝在一個共同的壓力容器內(nèi)，但并不限制將二次燃燒室設(shè)置在該壓力容器外面、例如靠近燃氣輪機的地方。當二次燃燒室設(shè)置在壓力容器內(nèi)時，優(yōu)點就是該燃燒室內(nèi)外壓力差小，減少了應(yīng)力和設(shè)計問題，用本發(fā)明能夠提高燃氣輪機的推動燃氣的溫度從而提高設(shè)備的燃氣輪機段的功率。容許的進口溫度可達約1200℃。推動燃氣溫度提高到這個水平可導致燃氣輪機段的功率提高約10%。
流化床容器的底部帶有用來供給空氣的噴咀，這些空氣用以產(chǎn)生可燃燒氣體、供應(yīng)在第一段內(nèi)的燃料的部分燃燒、流化床材料的流化運動以及在第二段內(nèi)的燃料的燃燒。在流化床容器的底部下方有一個收集燒過的煤與消耗的流化床材料的殘余物的灰燼室。在該灰燼室的下部設(shè)置有排放灰燼室內(nèi)的材料的排放裝置。在第二流化床段的底部可含有其間形成有間隙的長形空氣分配室。流化床材料與殘余物可通過這些間隙掉落到灰燼室內(nèi)。第一流化床容器段的底部適當?shù)匕催@樣一個方式來構(gòu)造使材料不能穿過它進入灰燼室。
第一與第二流化床容器段間的流化床材料的循環(huán)可以借助于通過至少一個朝向間壁上一個開口、最好是朝向壁上的一個下部開口的噴咀噴射進入第一流化床容器段的空氣或其它氣體來實現(xiàn)。帶著可能未燃燒過的燃料的流化床材料通過這個開口從第一流化床容器段輸送到第二流化床容器段。材料從第二流化床容器段通過一個壁上的上部開口流到第一流化床容器段。
煤饋入第一流化床容器段到一個適當?shù)母叨?。揮發(fā)性組份在與熱的流化床材料接觸時氣化。供應(yīng)進來的空氣供給煤的部分燃燒從而形成一氧化碳CO。在第一流化床容器段內(nèi)，可以在底部的上方設(shè)置噴咀以供給額外的空氣或蒸汽。供給蒸汽就得到水煤氣。除了不同的揮發(fā)性碳氫化合物與CO以外，可燃燒氣體可能還含有氫氣H2。
本發(fā)明將結(jié)合附圖
進行詳細的描述，單一的一張圖示出本發(fā)明在一個PFBC發(fā)電設(shè)備內(nèi)的應(yīng)用。
在圖中，10表示一個壓力容器。在里面設(shè)有一個由間壁17分成第一段14與第二段16的流化床容器12。該流化床容器12第一段14的底部18設(shè)計成一個帶有噴咀22的風箱20。這風箱20從在壓力容器10與流化床容器12之間的空間24通過一個在供給管道28內(nèi)標號為26的閥門的流量控制裝置供應(yīng)助燃空氣。流化床容器12第二段16的底部30設(shè)計成多個帶噴咀34的長形平行風箱32。從空間24來的空氣流通過控制裝置(未示出)來控制。在這些風箱32間形成間隙36，流化床38內(nèi)的顆粒狀流化床材料可以穿過這些間隙從流化床容器12的第二段16通到在底部18與30下面的灰燼室40。在灰燼室40內(nèi)的材料例如通過一個旋葉送料器42送出去。
燃料通過管道44從一個燃料貯存處(未示出)饋入第二流化床容器段16內(nèi)?？諝馔ㄟ^噴咀34以這樣一個量來供應(yīng)使流化床38的材料被流化并使所供給的燃料獲完全燃燒。燃氣在凈空46內(nèi)被收集并通過管道48被導入旋風除塵器50，這旋風除塵器是一個除塵裝置，可由多個串聯(lián)旋風組構(gòu)成。由灰燼與消耗的流化床材料構(gòu)成的分離的灰塵通過管道52和一種在歐洲專利申請0 108 505內(nèi)描述的那種類型的降壓排放裝置54清除掉。這個裝置54還將灰塵冷卻。流化床用管子56冷卻。在這些管子56里產(chǎn)生的蒸汽驅(qū)動一個汽輪機58和與它相連的發(fā)電機60。離開汽輪機58的蒸汽在冷凝器62內(nèi)冷凝。冷凝水通過給水泵64返回管子56。煤從一個燃料貯存處(未示出)通過管道66饋送到第一流化床容器段。間壁17設(shè)有至少一個下部開口68與至少一個上部開口70，這些開口使被間壁17隔開的流化床容器的兩段14與16之間能進行循環(huán)。這循環(huán)可以受通過一個對著下部開口68的噴咀72噴射出的空氣或其它氣體所影響和控制。流化床材料因此在流化床容器段14與16間循環(huán)，如箭頭74所示。噴咀72可以由空間24直接供給空氣，或如圖所示經(jīng)過管道76與78和增壓壓縮機80供氣。由于只有一個不足以使所供應(yīng)的煤進行完全燃燒的空氣量通過噴咀22供應(yīng)到第一流化床容器段14，在此段14內(nèi)就形成可燃燒的氣體，其中含有在不完全燃燒過程中形成的煤的揮發(fā)性組份與一氧化碳CO。通過噴咀供應(yīng)的空氣量，如前所述，是不足以進行完全燃燒的，并且可能低于流化床材料在第一流化床容器段14內(nèi)進行流化所需的空氣量。在這第一流化床容器段14內(nèi)，可在第一流化床容器段14的底部18的噴咀22的上方設(shè)置噴咀82。這些噴咀82由管道84供應(yīng)空氣或蒸汽。噴射蒸汽就形成水煤氣，并且形成在流化床容器段14內(nèi)的可燃燒氣體還含有氫氣H2。在凈空86里收集的燃氣通過管道88通到作為一個燃氣除塵裝置的旋風除塵器90。在旋風除塵器90分離出來的塵或灰通過帶有一個降壓灰燼排放裝置94的管道92清除掉。分離出來的灰塵可能含有相當數(shù)量的未經(jīng)消耗的燃料。因此，將這些分離出的灰塵送回未燒過的材料在那里燃燒的第二流化床容器段16可能是適宜的。
可燃燒的氣體從燃氣除塵器(旋風除塵器)90被引導通過管道96通到一個在示出的實施例中是位于壓力容器10內(nèi)的二次燃燒室98。在這個位置上，燃燒室98內(nèi)部與其周圍環(huán)境之間的壓力差是小的，這導致室壁承受低負荷和一個簡單的結(jié)構(gòu)。用于燃燒的空氣取自壓力比二次燃燒室98高的空間24?？諝饬坑稍诠艿?02內(nèi)的閥門100控制。一個用來調(diào)整閥門100的操作裝置104從一個接有測量燃氣中的過量空氣的傳感器(未示出)的信號處理裝置(未示出)接受操作信號。從二次燃燒室98出來的燃氣跟從第二流化床容器段16出來的凈化過的燃氣混合并通過管道108供應(yīng)到一個燃氣輪機106。如圖所示，氣體除塵器50可以連接到二次燃燒室98的下游端，從流化床容器12的第二段16出來的燃氣可跟燃燒室燃氣在燃燒室98內(nèi)混合。并不限制燃燒室98設(shè)置在壓力容器10的外面、直接連接到燃氣輪機106的進口處。為了達到最高燃氣輪機功率，如有可能，設(shè)備應(yīng)控制成使燃氣輪機106的推動燃氣達到一個等于或接近于該燃氣輪機的最高容許燃氣溫度的溫度。
燃氣輪機106驅(qū)動一個發(fā)電機110和一個壓縮機112。壓縮機112通過管道114給空間24供應(yīng)用于流化與燃燒的壓縮空氣。
權(quán)利要求
1.一種在一個顆粒狀材料的流化床里、在一個高于大氣壓力的壓力下燃燒燃料、主要是煤的發(fā)電設(shè)備，一種所謂加壓流化床燃燒式(PFBC)發(fā)電設(shè)備，它含有一個帶有底部(18、30)的流化床容器(12)，所述底部帶有噴咀(22、34)，用來向所述流化床容器(12)供應(yīng)用以使流化床(38)的顆粒狀材料流化和用以燃燒供應(yīng)給所述流化床(18)的燃料的空氣，一個被來自該流化床容器(12)的燃氣驅(qū)動的燃氣輪機(106)，和一個適宜于由所述燃氣輪機(106)驅(qū)動的、用來壓縮流化空氣和助燃空氣的壓縮機(112)，其特征在于該流化床容器(12)由一個伸到流化床容器(12)的頂部的垂直間壁(17)分成一個第一段(14)和一個第二段(16)，使相互分隔開的凈空(分別為86與46)形成在所述第一段(14)與所述第二段(16)內(nèi)，流化床容器(12)的該第一段(14)形成一個可燃燒氣體在其內(nèi)產(chǎn)生的燃氣發(fā)生器，間壁(17)的下部設(shè)置有至少一個用來將流化床材料從流化床容器(12)的該第一段(14)轉(zhuǎn)移到該第二段(16)的開口(68)，設(shè)備含有一個用來燃燒在燃氣發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生的可燃燒氣體的二次燃燒室(98)，和設(shè)備含有一個用來將在所述二次燃燒室(98)內(nèi)和在該第二段(16)內(nèi)所產(chǎn)生的燃氣在這些燃氣供給到燃氣輪機(106)之前混合起來的裝置。
2.按權(quán)利要求1的發(fā)電設(shè)備，其特征在于一個燃氣除塵器(90)設(shè)置在燃氣發(fā)生器與二次燃燒室之間。
3.按權(quán)利要求1的發(fā)電設(shè)備，其特征在于間壁(17)在不同高度上設(shè)置有用來將流化床材料在流化床容器(12)的第一段(14)與第二段(16)之間進行循環(huán)的開口(68、70)。
4.按權(quán)利要求1的發(fā)電設(shè)備，其特征在于二次燃燒室(98)含有用來混合在該二次燃燒室內(nèi)與在該第二流化床容器段(16)內(nèi)所產(chǎn)生的燃氣的裝置。
5.按權(quán)利要求1的發(fā)電設(shè)備，其特征在于流化床容器(12)與二次燃燒室(98)設(shè)置在一個共同壓力容器(10)內(nèi)。
6.按權(quán)利要求1的發(fā)電設(shè)備，其特征在于流化床容器(12)的該第一段(14)設(shè)有用來供應(yīng)蒸汽給流化床的噴咀(82)。
7.按權(quán)利要求1的發(fā)電設(shè)備，其特征在于流化床容器(12)的該第一段(14)在流化床容器(12)的底部(18)的上方設(shè)有用來供應(yīng)空氣與/或蒸汽的噴咀(82)。
8.按權(quán)利要求1的發(fā)電設(shè)備，其特征在于流化床容器(12)含有一個控制流化床材料在流化床容器(12)的該第一與第二段(14、16)間的循環(huán)的裝置(72)。
9.按權(quán)利要求8的發(fā)電設(shè)備，其特征在于所述裝置(72)含有一個朝著位于流化床容器(12)的第一與第二段(14、16)之間的間壁(17)上的開口(68)的氣體噴咀(72)。
全文摘要
一種加壓流化床燃燒式(PFBC)發(fā)電設(shè)備，含有一流化床容器(12)，該容器由一伸到該容器頂部的間壁(17)分成第一段(14)與第二段(16)使相互分隔開的凈空(86與46)形成其中。流化床容器的第一段形成一個一種可燃燒的氣體產(chǎn)生在其中的燃氣發(fā)生器。此可燃燒氣體在一燃氣除塵器(90)內(nèi)凈化并在一個二次燃燒室(98)內(nèi)燃燒，并跟從流化床容器的第二段出來的燃氣混合，并將供給燃氣輪機的燃氣的溫度提高到燃氣輪機燃氣的最佳水平。
文檔編號F01K23/06GK1032701SQ8810722
公開日1989年5月3日 申請日期1988年10月15日 優(yōu)先權(quán)日1987年10月20日
發(fā)明者克里什娜·K·皮萊 申請人:Abb斯泰爾公司