CN1014925B - 正压流化床燃烧(pfbc)发电设备 - Google Patents

正压流化床燃烧(pfbc)发电设备

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Abstract

一种正压流化床燃烧式(PFBC)发电设备，含有一流化床容器(12)，该容器由一伸到该容器顶部的间壁(17)分成第一段(14)与第二段(16)使相互分隔开的净空(86与46)形成其中。流化床容器的第一段形成一个一种可燃烧的气体产生在其中的燃气发生器。此可燃烧气体在一燃气除尘器(90)内净化并在一个二次燃烧室(98)内燃烧，并跟从流化床容器的第二段出来的燃气混合，并将供给燃气轮机的燃气的温度提高到燃气轮机燃气的最佳水平。

Description

本发明涉及一种在可能含有一种硫吸收剂的粒颗状材料的流化床内燃烧一种燃料的发电设备。这流化床设置在一个流化床容器内并且燃烧是在一个高于大气压的压力下进行。此压力可达15-20MPa。燃气被用来驱动一个或多个燃气轮机，这些燃气轮机驱动压缩机与/或输送电流到电力网的发电机。通常，流化床容器与一个用来将固体颗粒从燃气中分离出来的除尘装置放置在一个共同压力容器内。在流化床内的冷却管里产生的蒸汽被应用于一个汽轮机中。
这种类型的发电设备国际上通常称为PFBC发电设备，“PFBC”这几个字母就是英文“正压流化床燃烧”四个英文单字的头一个字母。
在流化床燃烧过程中，燃烧温度必须保持在出现炉渣形成与形成炉渣团块的温度之下，这些炉渣与炉渣团块的形成扰乱流化作用并使残余物不能排放。煤在流化床燃烧过程中的温度上限随煤的质量情况变化，通常是在850℃至950℃之间。这意味着一个PFBC发电设备所含有的涡轮机的推动燃气具有约等于流化床温度的温度。由于涡轮机功率随着推动燃气温度的升高而急剧地提高，因此希望有一个达到约1200℃的相当高的推动燃气温度以在发电设备的燃气轮机实现高的功率输出。
从欧洲专利0    144    172得知离开在流化床内烧煤的一个燃烧室的燃气可达1350℃的温度。该燃烧室是用来为一个加工工业产生燃气的。其流化床容器分成两段。一段作为一个燃气发生器来运转，它的燃气是在一个两段共同的净空内燃烧的。燃气中的烟尘看起来无关重要，因为没有示出有除尘装置。
本发明的目的是通过提高供应给燃气轮机的燃气的温度来提高在一个PFBC发电设备里的燃气轮机段的效率与功率输出。
按照本发明，一种可燃烧的气体在一个燃气发生器内产生并在一个二次燃烧室内进行燃烧。来自二次燃烧室的高温的燃气跟来自流化床容器的温度较低的燃气混合。涡轮机的推动燃气的温度会高一些。
在此发电设备中，流化床容器用一个伸展到流化床容器顶部的垂直间壁分成一个第一段和一个第二段使两个分立的净空设置在该两段内。在间壁的下部，即在流化床区内，设有让流化床材料在两段间循环的开口。煤通过分立的燃料馈给装置供给到该两个流化床容器段，并且通过分立的控制装置对馈给进行控制。可燃烧气体产生在形成一个燃气发生器的第一流化床容器段里。这燃气在一个除尘装置里进行净化并供给到一个二次燃烧室进行燃烧。来自第二流化床容器段的燃气经过净化并跟来自二次燃烧室的燃气混合，最好是在二次燃烧室内进行，并供给到一个包含在设备内的一个燃气轮机。流化床容器、燃气除尘装置与二次燃烧室可以封装在一个共同的压力容器内，但并不限制将二次燃烧室设置在该压力容器外面、例如靠近燃气轮机的地方。当二次燃烧室设置在压力容器内时，优点就是该燃烧室内外压力差小，减少了应力和设计问题。用本发明能够提高燃气轮机的推动燃气的温度从而提高设备的燃气轮机段的功率。容许的进口温度可达约1200℃。推动燃气温度提高到这个水平可导致燃气轮机段的功率提高约10%。
流化床容器的底部带有用来供给空气的喷咀，这些空气用以产生可燃烧气体、供应在第一段内的燃料的部分燃烧、流化床材料的流化运动以及在第二段内的燃料的燃烧。在流化床容器的底部下方有一个收集烧过的煤与消耗的流化床材料的残余物的灰烬室。在该灰烬室的下部设置有排放灰烬室内的材料的排放装置。在第二流化床段的底部可含有其间形成有间隙的长形空气分配室。流化床材料与残余物可通过这些间隙掉 落到灰烬室内。第一流化床容器段的底部适当地按这样一个方式来构造使材料不能穿过它进入灰烬室。
第一与第二流化床容器段间的流化床材料的循环可以借助于通过至少一个朝向间壁上一个开口、最好是朝向壁上的一个下部开口的喷咀喷射进入第一流化床容器段的空气或其它气体来实现。带着可能未燃烧过的燃料的流化床材料通过这个开口从第一流化床容器段输送到第二流化床容器段。材料从第二流化床容器段通过一个壁上的上部开口流到第一流化床容器段。
煤馈入第一流化床容器段到一个适当的高度。挥发性组份在与热的流化床材料接触时气化。供应进来的空气供给煤的部分燃烧从而形成一氧化碳CO。在第一流化床容器段内，可以在底部的上方设置喷咀以供给额外的空气或蒸汽。供给蒸汽就得到水煤气。除了不同的挥发性碳氢化合物与CO以外，可燃烧气体可能还含有氢气H。
本发明将结合附图进行详细的描述，单一的一张图示出本发明在一个PFBC发电设备内的应用。
在图中，10表示一个压力容器。在里面设有一个由间壁17分成第一段14与第二段16的流化床容器12。该流化床容器12第一段14的底部18设计成一个带有喷咀22的风箱20。这风箱20从在压力容器10与流化床容器12之间的空间24通过一个在供给管道28内标号为26的阀门的流量控制装置供应助燃空气。流化床容器12第二段16的底部30设计成多个带喷咀34的长形平行风箱32。从空间24来的空气流通过控制装置（未示出）来控制。在这些风箱32间形成间隙36，流化床38内的颗粒状流化床材料可以穿过这些间隙从流化床容器12的第二段16通到在底部18与30下面的灰烬室40。在灰烬室40内的材料例如通过一个旋叶送料器42送出去。
燃料通过管道44从一个燃料贮存处（未示出）馈入第二流化床容器段16内。空气通过喷咀34以这样一个量来供应使流化床38的材料被流化 并使所供给的燃料获完全燃烧。燃气在净空46内被收集并通过管道48被导入旋风除尘器50，这旋风除尘器是一个除尘装置，可由多个串联旋风组构成。由灰烬与消耗的流化床材料构成的分离的灰尘通过管道52和一种在欧洲专利申请0    108    505内描述的那种类型的降压排放装置54清除掉。这个装置54还将灰尘冷却。流化床用管子56冷却。在这些管子56里产生的蒸汽驱动一个汽轮机58和与它相连的发电机60。离开汽轮机58的蒸汽在冷凝器62内冷凝。冷凝水通过给水泵64返回管子56。煤从一个燃料贮存处（未示出）通过管道66馈送到第一流化床容器段。间壁17设有至少一个下部开口68与至少一个上部开口70，这些开口使被间壁17隔开的流化床容器的两段14与16之间能进行循环。这循环可以受通过一个对着下部开口68的喷咀72喷射出的空气或其它气体所影响和控制。流化床材料因此在流化床容器段14与16间循环，如箭头74所示。喷咀72可以由空间24直接供给空气，或如图所示经过管道76与78和增压压缩机80供气。由于只有一个不足以使所供应的煤进行完全燃烧的空气量通过喷咀22供应到第一流化床容器段14，在此段14内就形成可燃烧的气体，其中含有在不完全燃烧过程中形成的煤的挥发性组份与一氧化碳CO。通过喷咀供应的空气量，如前所述，是不足以进行完全燃烧的，并且可能低于流化床材料在第一流化床容器段14内进行流化所需的空气量。在这第一流化床容器段14内，可在第一流化床容器段14的底部18的喷咀22的上方设置喷咀82。这些喷咀82由管道84供应空气或蒸汽。喷射蒸汽就形成水煤气，并且形成在流化床容器段14内的可燃烧气体还含有氢气H。在净空86里收集的燃气通过管道88通到作为一个燃气除尘装置的旋风除尘器90。在旋风除尘器90分离出来的尘或灰通过带有一个降压灰烬排放装置94的管道92清除掉。分离出来的灰尘可能含有相当数量的未经消耗的燃料。因此，将这些分离出的灰尘送回未烧过的材料在那里燃烧的第二流化床容器段16可能是适宜的。
可燃烧的气体从燃气除尘器（旋风除尘器）90被引导通过管道96通到一个在示出的实施例中是位于压力容器10内的二次燃烧室98。在这个位置上，燃烧室98内部与其周围环境之间的压力差是小的，这导致室壁承受低负荷和一个简单的结构。用于燃烧的空气取自压力比二次燃烧室98高的空间24。空气量由在管道102内的阀门100控制。一个用来调整阀门100的操作装置104从一个接有测量燃气中的过量空气的传感器\\（未示出）的信号处理装置（未示出）接受操作信号。从二次燃烧室98出来的燃气跟从第二流化床容器段16出来的净化过的燃气混合并通过管道108供应到一个燃气轮机106。如图所示，气体除尘器50可以连接到二次燃烧室98的下游端，从流化床容器12的第二段16出来的燃气可跟燃烧室燃气在燃烧室98内混合。并不限制燃烧室98设置在压力容器10的外面、直接连接到燃气轮机106的进口处。为了达到最高燃气轮机功率，如有可能，设备应控制成使燃气轮机106的推动燃气达到一个等于或接近于该燃气轮机的最高容许燃气温度的温度。
燃气轮机106驱动一个发电机110和一个压缩机112。压缩机112通过管道114给空间24供应用于流化与燃烧的压缩空气。

Claims (9)

1、一种在一个颗粒状材料的流化床里、在一个高于大气压力的压力下燃烧燃料、主要是煤的发电设备，一种所谓正压流化床燃烧式(PFBC)发电设备，它含有
一个带有底部(18、30)的流化床容器(12)，所述底部带有喷咀(22、34)，用来向所述流化床容器(12)供应用以使流化床(38)的颗粒状材料流化和用以燃烧供应给所述流化床(18)的燃料的空气，
一个被来自该流化床容器(12)的燃气驱动的燃气轮机(106)，和
一个适宜于由所述燃气轮机(106)驱动的、用来压缩流化空气和助燃空气的压缩机(112)，
其特征在于：
该流化床容器(12)由一个伸到流化床容器(12)的顶部的垂直间壁(17)分成一个第一段(14)和一个第二段(16)，使相互分隔开的净空(分别为86与46)形成在所述第一段(14)与所述第二段(16)内，
流化床容器(12)的该第一段(14)形成一个可燃烧气体在其内产生的燃气发生器，
间壁(17)的下部设置有至少一个用来将流化床材料从流化床容器(12)的该第一段(14)转移到该第二段(16)的开口(68)，
设备含有一个用来燃烧在燃气发生器内产生的可燃烧气体的二次燃烧室(98)，和
设备含有一个用来将在所述二次燃烧室(98)内和在该第二段(16)内所产生的燃气在这些燃气供给到燃气轮机(106)之前混合起来的装置。
2、按权利要求1的发电设备，其特征在于一个燃气除尘器（90）设置在燃气发生器与二次燃烧室之间。
3、按权利要求1的发电设备，其特征在于间壁（17）在不同高度上设置有用来将流化床材料在流化床容器（12）的第一段（14）与第二段（16）之间进行循环的开口（68、70）。
4、按权利要求1的发电设备，其特征在于二次燃烧室（98）含有用来混合在该二次燃烧室内与在该第二流化床容器段（16）内所产生的燃气的装置。
5、按权利要求1的发电设备，其特征在于流化床容器（12）与二次燃烧室（98）设置在一个共同压力容器（10）内。
6、按权利要求1的发电设备，其特征在于流化床容器（12）的该第一段（14）设有用来供应蒸汽给流化床的喷咀（82）。
7、按权利要求1的发电设备，其特征在于流化床容器（12）的该第一段（14）在流化床容器（12）的底部（18）的上方设有用来供应空气与/或蒸汽的喷咀（82）。
8、按权利要求1的发电设备，其特征在于流化床容器（12）含有一个控制流化床材料在流化床容器（12）的该第一与第二段（14、16）间的循环的装置。
9、按权利要求8的发电设备，其特征在于所述装置含有一个朝着位于流化床容器（12）的第一与第二段（14、16）之间的间壁（17）上的下部开口（68）的气体喷咀（72）。
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