專利名稱：一種在燃?xì)馔钙绞ъ`時控制加壓流化床燃燒裝置的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在燃?xì)馔钙绞ъ`時控制加壓流化床燃燒(PFBC)裝置的方法，可能出現(xiàn)幾種操作失靈的形式，如在負(fù)荷下降時的超速、振動、壓氣機(jī)中的泵吸、輔助裝置中的故障或?qū)е氯細(xì)馔钙酵C(jī)，即位于通至透平的燃?xì)鈱?dǎo)管和從壓氣機(jī)引出的空氣導(dǎo)管之間的旁道閥打開以及燃?xì)夂涂諝鈱?dǎo)管中的閥關(guān)閉的其它穩(wěn)定性問題。本發(fā)明目的在于保護(hù)燃?xì)馔钙胶蛪簹鈾C(jī)，即盡快把轉(zhuǎn)速、壓力和溫度降低到無損值的水平。
若所述裝置的燃?xì)馔钙讲荒苎杆倩謴?fù)正常的運轉(zhuǎn)工況，如在使動力透平的發(fā)電機(jī)重新同步時，在熱床中，在包圍的壓力容器中和在床內(nèi)未燃燃料中極大的能量引起了特殊和難以解決的問題。如果動力透平的發(fā)電機(jī)和電力網(wǎng)不能迅速連接，在流化床中的未燃燃料中的能量不得不被排除。當(dāng)透平關(guān)閉時，經(jīng)流化床容器和透平的燃?xì)饬鳒p少到這樣一個數(shù)值，它是由在流化床容器和透平間的熱燃?xì)鈱?dǎo)管內(nèi)的閥中的不可避免的漏氣量所決定的。供給流化床的空氣便不足以使流化床流化，從而不能使床中燃料完全燃燒。這意味著流化床的消失，面臨床材料燒結(jié)在一起和生成一氧化碳(CO)引起爆炸的危險，同時意味著漏氣氣流包含富能的可燃?xì)怏w。關(guān)閉閥下游這種氣體的燃燒引起燃?xì)馔钙剿蝗菰S的高燃?xì)鉁囟?，而且這一能量可使裝置內(nèi)的透平產(chǎn)生所不容許的高速。
業(yè)已提出將熱燃?xì)鈴难b置的流化床容器排到大氣中。這些氣體的溫度為800-900℃，并混有約200千分率的塵埃。很難-不是說不可能-使閥在這樣高的溫度下，并在如此惡劣的環(huán)境下工作。此外，在這樣高溫下，很難使大量燃?xì)饬鲀艋?。一種合適的閥將是昂貴的，其工作壽命是短的。在從流化床容器內(nèi)排走燃?xì)獾倪^程中減少漏氣的建議是按美國專利NO.4，498，285(Kreij)公開的方法同時在包圍流化床容器的壓力容器中排走壓力燃燒空氣。該燃?xì)馊缓蠛涂諝饣旌希⒈焕鋮s，使壓力容器壁中的閥不承受這一極高溫氣體。一個缺點是壓力燃燒空氣在很大程度上消耗于燃?xì)獾睦鋮s，它離開流化床容器而不流經(jīng)流化床。這可能意味著床中的燃料并不完全燃燒，并意味著床材料并不被冷卻所到希望的程度。可燃?xì)怏w可引起爆炸的危險。排氣后高的流化床溫度可導(dǎo)致床材料燒結(jié)。在流化床壁內(nèi)的閥中，漏入流化床容器一定的漏氣是允許的。然而，該方法不完全滿意。
美國專利NO.4，744，212(Andersson等人)公開了當(dāng)透平正在關(guān)閉時借助于向流化床容器供給惰性氣體、適量氮氣來克服這些問題的一種方法。這便中斷了對流化床氧氣供應(yīng)，從而中斷了燃燒，于是防止了一氧化碳的生成，并免除了爆炸的危險。
在負(fù)荷下降引起操作失靈的情況下，裝置的燃?xì)馔钙交蛉細(xì)馔钙胶腿紵諝鈮嚎s機(jī)按已知的方法通過關(guān)閉流化床容器和透平或各透平間的熱燃?xì)鈱?dǎo)管內(nèi)的閥以及壓氣機(jī)和壓力容器間的空氣導(dǎo)管內(nèi)的閥跟流化床容器或包圍流化床容器的壓力容器隔離。與此同時，在空氣導(dǎo)管和熱燃?xì)鈱?dǎo)管間的短路導(dǎo)管內(nèi)的旁通閥打開，這樣，來自壓氣機(jī)的空氣直接通過透平。由于在承受800-950℃的熱燃?xì)獾拈y中不能達(dá)到完全密封，經(jīng)熱燃?xì)鈱?dǎo)管內(nèi)閥的一定量剩余氣流是存在的。為了在操作失靈的情況下關(guān)閉動力裝置，床中的剩余燃料必須被燒盡，床必須被冷卻。來自流化床容器的燃?xì)饨?jīng)直接從流化床容器延伸的一根導(dǎo)管，或經(jīng)從熱燃?xì)鈱?dǎo)管延伸至透平并備有排出閥的一根導(dǎo)管被排至大氣中。最后提到的導(dǎo)管備有冷卻劑通過的噴射裝置，當(dāng)燃?xì)馀懦鰰r，以一定量的冷卻劑噴射，使燃?xì)庠诘竭_(dá)排氣閥之前得到充分的冷卻。以適量的冷卻劑噴射，使燃?xì)饫渲?00℃。當(dāng)燃?xì)獗焕渲?00℃以下時，具有密封、功能和工作壽命均滿意的閥可以合理的價格獲得。水是一種適當(dāng)?shù)睦鋮s劑，但也可用其它的液體，如液氮。
噴入排氣管的冷卻水被適當(dāng)?shù)刭A存在由氣體加壓的容器內(nèi)。該容器經(jīng)具有閥的導(dǎo)管和噴射裝置連通，閥由連接于動力裝置控制設(shè)備的操作裝置操作。
參照所附簡圖，詳細(xì)敘述本發(fā)明，其中

圖1表示在流化床容器的凈空和在配置于旋風(fēng)分離器下游的氣體導(dǎo)管中設(shè)置噴水裝置的設(shè)備;
圖1表示在從流化床容器直接延伸的排氣導(dǎo)管中設(shè)置噴水裝置的設(shè)備。
在這些圖中，數(shù)碼10表示壓力容器。該壓力容器容納一流化床12和一個由兩串聯(lián)的旋風(fēng)分離器14和15所代表的凈化設(shè)備。實際上，該凈化設(shè)備包括一些并聯(lián)的串聯(lián)旋風(fēng)分離器組。壓力容器10和流化床12之間的空間16包含壓縮燃燒空氣。壓力可達(dá)2兆帕或更大些。燃燒空氣經(jīng)底部20的噴咀18供給流化床容器12。該空氣使流化床容器12底部的床22流化，并燃燒通常是煤的燃料，后者是經(jīng)導(dǎo)管24從燃料倉(未示出)輸送到床22的。床22包含管子26，它產(chǎn)生蒸汽通往蒸汽透平(未示出)以驅(qū)動發(fā)電機(jī)。燃燒氣體聚集在凈空28中，并沿導(dǎo)管30和31輸送到旋風(fēng)分離器14和15。有若干并聯(lián)的旋風(fēng)分離器組14、15。熱燃?xì)鈴男L(fēng)分離器15經(jīng)導(dǎo)管32被輸送到高壓透平34，從那里經(jīng)導(dǎo)管36到低壓透平38，并從那里再經(jīng)導(dǎo)管40輸送到省煤器42、過濾器44，并再經(jīng)煙囪46排入大氣。
高壓透平34驅(qū)動壓氣機(jī)48。經(jīng)導(dǎo)管50，以壓縮燃燒空氣供給空間16。低壓透平38驅(qū)動發(fā)電機(jī)52。熱燃?xì)鈱?dǎo)管32包括一個帶操作裝置的打氣閥54。來自壓氣機(jī)48的導(dǎo)管設(shè)有一個帶操作裝置60的停氣閥58。在導(dǎo)管32和50之間有一短路導(dǎo)管62，它帶有旁通閥64，由操作裝置66進(jìn)行操作。
在按圖1的實施方案里，用以排出燃燒氣體的導(dǎo)管68從流化床12，容器旋風(fēng)分離器15和透平34之間的熱燃?xì)鈱?dǎo)管32中延伸出來，并到省煤器42內(nèi)膨脹。導(dǎo)管68至少備有一個帶操作裝置74的排出閥72。為了安全起見，兩個閥通常串聯(lián)。排氣導(dǎo)管68包括一個帶有噴射冷卻水的噴咀71的裝置70。此外，在旋風(fēng)分離器14和15之間的導(dǎo)管31中裝有帶噴咀71′的噴水裝置，在流化床容器12的凈空中裝有噴水裝置83。噴入流化床容器12的凈空28中的冷卻水需要長的延續(xù)時間，使噴入熱燃?xì)庵械乃舭l(fā)和在旋風(fēng)分離器中良好的混合。從而在噴射裝置70中冷卻水的噴射可以減少。一個設(shè)備可以被建造成帶有一個或多個噴水裝置70、70′和83，如圖所示。
噴水裝置70、70′和83經(jīng)導(dǎo)管80、帶操作裝置84的閥82以及導(dǎo)管81，81′和85被連接到一個加壓冷卻水罐78。適當(dāng)應(yīng)用氮氣。導(dǎo)管86包括一個帶操作裝置92的閥90。閥54、58、64、72、82、90的操作裝置56、60、66、74、84、92經(jīng)導(dǎo)管100-105被連接到操作單元110，它成為該設(shè)備的中央控制裝置的一部分。排氣導(dǎo)管68中的溫度傳感器112經(jīng)導(dǎo)管114連接于操作單元110。
在按圖2的實施方案里，排氣導(dǎo)管68是直接連于流化床容器12的凈空28的。在排氣閥72和省煤器42之間有一分離塵埃的燃?xì)鈨艋?6。
在操作失靈情況下，例如隨著負(fù)荷降低燃?xì)馔钙酵C(jī)，輸送到流化床22的燃料停止，分別在熱燃?xì)鈱?dǎo)管32和空氣導(dǎo)管50中的閥54和58關(guān)閉，這樣透平34和38以及壓氣機(jī)48便和流化床容器12及壓力容器10分別隔開。同時，在短路導(dǎo)管62內(nèi)的旁通閥64打開，因此來自壓氣機(jī)48的空氣直接流入透平34。由于切斷了流化床容器12的能量供給，防止了動力透平38猛轉(zhuǎn)。此后，閥72打開，來自流化床12的燃?xì)馀懦?。同時閥82打開，冷卻水經(jīng)圖1所示實施例的噴水裝置70、70′、83內(nèi)的噴咀71、71′和87噴入到熱燃?xì)饬鲀?nèi)。水蒸發(fā)，在燃?xì)膺_(dá)到排氣閥72之前降低了溫度。塵埃在旋風(fēng)分離器14、15內(nèi)或在凈化器76內(nèi)被分離。燃?xì)庠谑∶浩?2內(nèi)被冷卻到為過濾器44所允許的某一溫度，隨后通到煙囪46。
在整個壓力降低的過程中，如果在單位時間內(nèi)噴射相同量的水，則燃?xì)鉁囟入S著燃?xì)饬麝懤m(xù)減少而下降。出于這一理由，冷卻水流應(yīng)受控制。借助于閥82噴水適當(dāng)受到控制，這樣當(dāng)燃?xì)膺M(jìn)入省煤器42內(nèi)時，其溫度等于或略低于正常運轉(zhuǎn)時透平的廢氣溫度，即大約400℃。在從流化床容器12中排出燃?xì)鈺r，在省煤器42內(nèi)產(chǎn)生的溫差應(yīng)力最小。
排氣導(dǎo)管68的通過率要選得使流化床22獲得充分的流化。處在排氣操作第一部分時，剩留在流化床22內(nèi)的燃料被燒掉。當(dāng)燃料消耗后，流經(jīng)流化床22的空氣冷卻流化床材料。同時流經(jīng)管子26的水和蒸汽流，有助于冷卻流化床材料。當(dāng)空間16內(nèi)的壓縮燃燒空氣消耗后，流化床材料被冷卻到某一溫度范圍，免除燒結(jié)在一起的危險。
很容易理解，圖1和圖2的實施例還可用許多方法組合在一起。
權(quán)利要求
1.萬一透平機(jī)組，例如因負(fù)荷下降引起的操作失靈，一種控制加壓流化床燃燒動力裝置的方法，所述裝置包括一個被包封在壓力容器(10)內(nèi)并被加壓燃燒空氣包圍的流化床容器(12)，所述流化床容器包含一可流化顆粒材料的床(22)；一個由來自流化床容器(12)的燃?xì)怛?qū)動的燃?xì)馔钙揭粔簹鈾C(jī)組(34，38，48)；在把有推動力的燃?xì)廨斔偷酵钙?34)的輸送導(dǎo)管(32)內(nèi)的第一關(guān)閉閥(54)；在來自壓氣機(jī)(48)的導(dǎo)管(50)內(nèi)的第二關(guān)閉閥(58)；在透平(34)和壓氣機(jī)(48)之間的旁通導(dǎo)管(62)內(nèi)的第三關(guān)閉閥(64)；在用以從流化床容器排出燃?xì)獾膶?dǎo)管(68)內(nèi)的排氣閥(72)，其特征在于該壓縮機(jī)一透平機(jī)組(34，38，48)與流化床容器(12)隔開，并通過分別關(guān)閉輸送導(dǎo)管(32)和導(dǎo)管(50)中的閥(54，58)以及通過打開旁通導(dǎo)管(62)中的閥(64)來短路；經(jīng)所述排氣閥(72)排入大氣中的燃?xì)庠谒雠艢忾y(72)的上游備有冷卻劑。
2.一種按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于供給冷卻劑的量使燃?xì)獗焕鋮s到低于400℃。
3.一種按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述冷卻劑的流量要控制得在排氣過程中在冷卻劑噴射點下游的燃?xì)膺_(dá)到恒溫。
4.一種按權(quán)利要求1所述的方式，其特征在于所述冷卻劑流量要控制得使在冷卻劑噴射點下游的燃?xì)鉁囟鹊陀?00℃左右，但超過酸露點(120-180℃)。
5.一種按前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于所述冷卻劑為水。
6.一種按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述冷卻劑是由持久加壓冷卻劑容器中供給的。
7.一種加壓流化床燃燒動力裝置，它包括一個壓力容器(10);一個被包封在壓力容器(10)內(nèi)的流化床容器(12);至少一臺燃?xì)馔钙?34);一根在流化床容器(12)和透平(34)之間的導(dǎo)管(32);其內(nèi)有第一閥(54);一臺由透平驅(qū)動的壓氣機(jī)(48);一根在壓氣機(jī)(48)和壓力容器(10)之間的導(dǎo)管(50)，其內(nèi)有第二閥(58);一根在壓氣機(jī)(48)和透平(34)之間的短路導(dǎo)管(62)，其內(nèi)有第三閥(64)，其特征在于它包括一排氣閥(72)，在操作失靈的情況下，用以排出來自流化床容器(10)的燃?xì)?一個裝置(70，70′)，在燃?xì)馀懦鰰r，把冷卻劑噴入到排氣閥(72)上游的燃?xì)饬髦腥?一個裝置(78)，用于將高壓冷卻劑輸送到噴射裝置(70，70′)。
8.一種按權(quán)利要求7所述的加壓流化床燃燒動力裝置，其特征在于排氣閥(72)配置在直接連接于流化床容器的導(dǎo)管內(nèi)。
9.一種按權(quán)利要求7所述的加壓流化床燃燒動力裝置，其特征在于排氣閥(72)配置在連接于輸送燃?xì)獾饺細(xì)馔钙?34，38)的導(dǎo)管(32)的導(dǎo)管(68)內(nèi)。
10.一種按權(quán)利要求7所述的加壓流化床燃燒動力裝置，其特征在于它包括一個將冷卻劑噴入到流化床容器(12)的凈空(28)中去的裝置(83)。
11.一種按權(quán)利要求7所述的加壓流化床燃燒動力裝置，其特征在于冷卻噴水裝置(70，70′)致帶閥(82)的導(dǎo)管(80)連接到由燃?xì)饧訅旱乃萜?78)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種因負(fù)荷下降等引起操作失靈時控制加壓流化床燃燒動力裝置的方法。透平一壓氣機(jī)組(34、38、48)通過相應(yīng)切斷流化床(12)和透平(34)間及壓氣機(jī)(48)和壓力容器(10)間的導(dǎo)管(32，50)中的第一和第二閥(54，58)分別跟流化床容器和壓力容器分離，同時，短路導(dǎo)管(62)中旁通閥(64)打開。長時間失靈需關(guān)閉動力裝置時，流化床容器中的燃?xì)獗慌艢夤?68)和排氣閥(72)排入大氣中，冷卻水噴入排氣閥上游的排氣管，使氣體在排氣閥前冷卻。本發(fā)明還涉及相應(yīng)的裝置。
文檔編號F02C3/26GK1034409SQ8810820
公開日1989年8月2日 申請日期1988年11月30日 優(yōu)先權(quán)日1987年12月2日
發(fā)明者羅因·布蘭斯特龍 申請人:瑞典通用電器斯泰爾公司