SE458047B - Saett att reglera en pfbc-anlaeggning vid driftstoerning i gasturbinaggregat samt en pfbc-anlaeggning med utrustning foer saadan reglering - Google Patents

Description

458 047 2 Problemet är som nämnts att avstängningsventilen i hetgasledningen före turbinen ej kan göras helt tät, varför gas läcker genom ventilen. 'Luft- mängden genom bäddkärlets bädd minskar och räcker ej till för fullständig förbränning av det i bädden befintliga bränslet. Koloxid 00 bildas. Denna kan komma att brinna nedströms gasledningens avstängningsventil och med- föra otillátet hög gastemperatur och otillâtet högt varvtal hos gasturbi- nen.

UPPFINNINGEN vid driftstörning isoleras gasturbin och kompressor genom att ventiler i hetgasledningen mellan anläggningens bäddkärl och turbin och luftledningen mellan kompressor-n och tryckkärlet, som omsluter bäddkärlet, stängas.

Samtidigt öppnas en by-passventil i en kortslutningsledning mellan luft- ledningen från kompressorn och hetgasledningen till turbinen. Hetgasflödet till turbinen består då endast av ett läckflöde genom ventilen i hetgas- ledningen. Vid driftstöming. som fordrar avställning av turbin-kompres- soraggregatet. öppnas ventiler för avblåsning av komprimerad förbrönnings- luft från tryckkärlet i sådan mängd att utströmning av heta förbränning-s- gaser från bäddkärlet till tryoklcärlet förhindras och tillföras bäddkärlet och/eller en ledning eller kanal för tillförsel av förbrënningsluft till baaakarlet lnere gas 1 sedan manga att tillförsel av forbrannlngslfifz :lll badden i bäddkarlet förhindras. Hed inertgas avses en gas som icke under- håller förbränning. exempelvis kvävgas. Takten av trycknedtagningen begränsas av läckflödet genom ventilen i hetgasledningen mellan bäddkärlet och turbinen och av gasflödet i ett utmatningssystem av aska från gas-- renare. exempelvis oyklonrenareflnertgas tillföras i sådan mängd att lufttillträde till bädden förhindras. 'En viss strömming av kvävgas er- hålles genom banden. även baaakarlešs frlbora kan tillföras lnercgas for utspädning av förbränningsgaserna. 'tillför-sein av inertgas kan enligt uppfinningen regleras på; flera olika sätt.

Med en eller flera givare kan tryckskillnaden mellan rummet i tryckkärlet utanför bäddkärlet och fribordet inuti bäddkörlet mötas. Mätsigrxalerna tillföras en signalbehandlingsutmzstning som jämför tryckskillnadexas är- värde med ett lämpligt valt börvärde. En av differensen beroende manöver- utsignal tillföras ett manöverdon för inställning av en ventil_i en till- 3 458 047 förselledning för inertgas från en tryckmediekälla. Med denna reglering i beroende av tryckdifferensen kan inertgasförbrukningen erhållas. Däremot krävs en relativt omfattande och noggrann kontrollutrustning.

Med en tryckgivare som är ansluten till ett utrymme inom tryckkärlet. exempelvis rummet mellan tryckkärlet och bäddkärlet, kan trycket i detta mätas. Utsignalen tillföres en signalbehandlingsutrustning som avger en av aktuellt tryck beroende utsignal. vilken tillföras ett manöverdon för in- ställning av en ventil i en tillförselledning för inertgas från en tryck- mediekälla på sådant sätt, att en för aktuellt tryck tillräcklig gasmängd tillföras. Reglerutrustningen blir enkel men gasåtgången blir större än vid reglering av gastillförseln med utgångspunkt från differentialtrycket mellan bäddkärlet och omgivande utrymme.

Ytterligare en möjlighet att reglera inertgasflödet är att dimensionera behållaren för den inerta gasen och ledningen från denna på lämpligt sätt och i denna gasledning placera en ventil som vid driftsstörning manövreras till helt öppet läge samtidigt som tryckkärlets avblåsningsventiler öpp- nas. När trycket i tryckkärlet successivt sjunker under avblåsningen sjunker också läckflödet genom ventilen i turbinena hetgasledning. Inert- gasbehovet sjunker. Genom att välja inertgasbehållarens volym och led- ningen från denna så att trycket i denna behållare och i tryckkärlet sjunker parallellt och i samma takt kan inertgas 1 lämplig mängd tillföras under hela trycksänkningen.

FIGURER Planerna Visa» uppfinningen tillämpad i en Psac-knnfennlaggxang. sig 1 visar en anläggning där regleringen baseras på differentialtrycket mellan tryckkärlet och bäddkärlet. fig 2 och 3 där regleringen baseras på trycket i tryckkärlet och fig Ü där regleringen baseras på dimensioneringen av tryckkärlet för den inerta gasen. Fig 5 visar ett önskat samband mellan trycksänkning i tryckkärlet vid avblàsning av förbränningsluft och tryck- sänkning i bäddkärlet på grund av läckflödet genom ventilen i hetgas- ledningen till turbinen.

FIGURBESKRIVNING I fig 1-N betecknar l och 2 byggnader som innesluter ett tryckkärl 3 med ett bäddkärl Ä resp en turbin-kompressoranläggning 5. Bäddkärlet Ä är för- 458 047 n sett med en botten 6 med- munstycken 9. genom vilka bäddkärlet 18 tillföras förbränningsluft från rummet 7 mellan bäddkärlet f! och tryckkärlet 3 som pilarna 8 visar. I bäddkärlet 4 firms en bädd 10 av partikulärt material.

Luft som strömmar in genom munstyckena 9 fluidiserar materialet i bädden 10 och förbränner bränsle som tillföras bädden genom bränsleledningen 11.

I bäddkärlet ll finns en tubsats 12 som kyler bädden 10 så att temperatu- ren hålles på en för förbränningen lämplig nivå.. vanligen inom området 800-950 °C, och alstrar ånga för drift av en icke visad ångturbin.

Förbränningsgaserna samlas i fribordet 13 ovanför bädden 10 och ledes genom ledningen lll till en reningsarxlëggning som symboliseras av en cyklon 15. I reningsanläggningen avskilt stoft matas ut genom den tryckreducer- ande utmatningsanordningen 16-, som är utformad som en kylare. Denna kan vara placerad i ett schakt eller en kanal 17 under bäddkärlets 14 botten 6, som visas i figurerna. Förbränningsluften utgör kylmedium och värmen nyttiggöres genom att värma förbränningsluften.

Förbränningsgaserna föras i ledningen 20 till en gasturbin 21 som driver- en kompressor 22 och en generator 23. I kompressorn 22 komprimerad luft föras i ledningen '24 till rummet 7. I ledningarna 20 och 214 finns av- stängningsventiler 25 resp 26 som manövreras med manöverdon 27 resp 28.

Mellan leafmngeí-na 20 een 21: finns en by-pass- eller kortslutningeledning 30 med en ventil 31 som manövreras med ett manöverdon 32. Ledningen 30 är ansluten till ledningarna 20 och 21% mellan ventilen 25 och gasturbinen 21 resp mellan ventilen 26 ooh kompressorn 22. Till luftledningen 24 är anslutna ett antal avblåsningsventiler 33. 34 och 35 och i serie med dessa provventiler 36, 37 och 38. Dessa ventiler manövreras gruppvis med ett gemensamt manöverdon 40 resp ltfeller med separata manöverdon. På byggna- den 2 finns en ljuddämpare 39 för avblåsningsluft. Ventilerna 33-35 kan alternativt vara direkt anslutna till tryckkärlet.

I anläggningen finns ett inertgassystem med kväve som den inerta gasen.

Utanför byggnaden 1 finns en förrådstaxüc 50 för flytande kväve. en för- gasare 51 och en behållare 52 med ett buffertförràd av komprimerad kväv- gas.

I utförandet enligt fig 1 finnes i bäddkärlets 14 fribord 13 ett munstycke 53 och i rummet 7 mellan tryckkärlet 3 och bäddkärlet ll finns två mun- stycken 51! och 55. genom vilka fribordet 13 resp rummet 1 kan tillföras kvävgas. Munstycket 53 står via ledningen 56. ventilen 57 med panöverdonet Sf 5 458 047 59 och ledningen 58 i förbindelse med behållaren 52. Munstyckena 514 och 55 står via ledningarna 61 resp 62, ventilen 63 med manöverdonet 64 och led- ningen 58 i förbindelse med behållaren 52. En differentialtryckgivare 65 är ansluten till rummet 7 och till fribordet 13 och via en ledning 66 till en signalbehandlingsutrustning 67. Manöverdonen 59 och 61! styr öppningen av ventileras 57 och 63 i beroende av tryckdifferensen mellan fribordet 13 och rummet 7. Gas som tillföras genom munstycket 53 späder ut förbrän- ningsgaserna i bäddkärlets 1! fribord 13. Gas som tillför-es genom mun- stycket 514 i schaktet 17 spärrar tillförseln av förbränningsluft till bädden 10. Gas som tillföras genom munstycket 55 späder ut förbränninge- luften i rummet 7 så att syrgashalten minskar. Denna utspädning av för- bränningsluften kan även uppnås enbart via tillförsel av inertgas genom munstycket 51%.

Vid en driftstöming i anläggningens gasturbin-kompressordel, exempelvis vid en gasturbintrip vid lastbortfall, stängas ventilerna 25 och 26 i ledningarna 20 och 21! och samtidigt öppnas ventilen 31 i by-passledningen 30 så att en kortslutning erhålles mellan kompressorn 22 och gasturbinen 21. Ett läckflöde av het gas genom ventilen 25 kan inte förhindras. Tur- binen 21 tillföras således fortfarande viss drivenergi.

Bädden 10 innehåller bränsle. När ventilen 25 stängas minskar lufttill- förseln till bädden 10, något som innebär luftunderskott och bildning av koloxid i förbränningsgaserna. Denna koloxid i läckgas som passerar ven- tilen 25 kan antändas och förbrännas med luft från kompressorn 22. Gas- temperaturen och energitillförseln till turbinen 21 kan bli otillâtet lhög.

Genom att tillföra bäddkärlet ll och/eller schaktet 11 kvävgas i lämplig mängd och på lämpligt sätt kan koloxidalstring' minskas till ofarlig nivå eller elimineras helt. Kvävgas som tillföras bäddkärlet 4 genom munstycket 53 i fribordet 13 späder ut förbränningsgaserna så. att koloxidhalten och temperaturen sjunker. Kvävgas som tillföras schaktet 17 hindrar eller minskar syretillförseln till hädden 10 och reducerar förbränningen. Till- förseln av kvävges regleras så att flödet av förbränningsluft till bädden 10 avbrytas.

Om inte störningen kan upphävas och om normal drift inte kan återupptagas inom kort tid måste hela anläggningen tagas ur drift. Luften i rummet 7 avblåses genom att en eller flera av ventilerna 33-35 öppnas. _Provven- 458 047 s tilerna 36-38 är normalt öppna och stängas endast när ventilerna 33-35 funktionsprovas eller vid fel på en sådan ventil.

Ventilema 33-35 kan dimeusioneras så att avblàsning av förbränningsluft genom dessa ventiler 33-35 ger en något långsammare trycksänlming i rummet 7 an läckande: 1 'ventilen 25 och flzsaet genom nnkuunnznnen 16 gen i bada- kärlet ll såsom fig 5 visar. Här representerar övre kurvan P1 sambandet mellan tid och tryck i rummet 7 vid avblàsning av luft från tryckkärlet 3 och undre kurvan P2 sambandet mellan tid och tryck i bäddkärlet 4 på. grund av läckflödet genom ventilen 25. Differensen Pl-Pz skall vara positiv, dvs större än noll. så att man inte får utströmning av förbränningsgaser från bäddkärlet ll i rummet 7. Vidare vill man hindra luftflödet till .bäddkärlet 4 så att förbränning av restbränsle i bädden 10 avbrytas.

Luftflödet till bädden och därmed förbränningen avbrytas genom att sohak- tet 17 tillförs inertgas genom munstycket 50. Vid utförandet enligt fig- 1 regleras differensen Pl-Pz till ett litet positivt värde genom tillförsel av inertgas genom munstycket 53 i fribordet 13 i övre delen av tryclckärlet 3 i lämpliga proportioner så att en önskad tryckdifferens Pl-Pz upprätt- hållas. ' I utförandet enligt fig 2 mätas trycket i tryckkärlet 3 med en tryckgivare 70 och i fribordet 13 med en tryckgivare 60. Såväl gasflödet genom avblàs- ningsventilerna 33-35 som läckflödet genom ventilen 25 är en funktion av trycket P1 'i tryckkärlet 3. Utsignalen från tryckgivarna 60 och 70 tilèl- föres signalbehandlingsutrustningen 67 och jämföras där med ett lagrat börvärde för vald tryckdifferenš vid aktuellt tryck P1. Från signalbehand- lingsutrustningen 67 avges en styrsigzxal till ventilens 63 manöver-don 614. varvid ventilen öppnas i beroende av denna nnynsignnl na att ett vid aktuellt tryck nödvändigt inertgasflöde erhålles för upprätthållande av en positiv tryckdifferens Pl-PZ mellan schaktet 17 och rummet 7. All inertgas tillföras vid det visade utförandet schaktet 17. Överskottsgas, den gas som ej passerar bädden 10, strömmar ut i rummet 7 och blandas med luften där. Även en tryokgivare 59 som mäter trycket i behållaren 52 kan vara ansluten till signalbehandlingsutrustningen 67.

I utförandet enligt fig 3 mätes trycket i tryckkärlet 3 med en tryckgivare 70 och trycket i behållaren 52 med en tryckgivare 59. Erforderlig inert- gastillförsel för upprätthållande av en tryokdifferens Pl-Pz är en funk- 7 458 047 tion av trycket P1 i tryckkärlet 3. ventilen 63 regleras i beroende av trycken i tryckkärlet 3 och behållaren 52 så att vid varje tryck i tryck- kärlet 3 och behållaren 52 ett för trycket i tryckkärlet 3 förutbestämt kvävgasflöde erhålles.

I utförandet enligt fig i! regleras gastillförseln av inert gas genom lämp- lig dimensionering av gasbehållaren 52 och ledningen 58. Gasbehållaren 52 fylles med kväve från behållaren 50 med flytande kväve till ett visst förutbestämt tryck, varefter en ventil 75 mellan förgasaren 51 och behål- laren 50 stängas. Vid lastbortfall och stängning av ventilen 25 i hetgas- ledningen 20 och öppning av avblåsningsventilerna 33-35 öppnas tillföras signalbehandlingsutrustningen 67 samtidigt en manöversigxaal och öppnas ventilen 63 helt. Genom dimensioneringen av ventilerna 33-35, behållaren 52 och ledningen 58 faller trycken i rummet 7, bäddkârlet och behållaren 52 i ungefär samma takt. Under hela avblàsningen och trycksänkningen minskar såväl gasflödet genom ventilen 25 och samtidigt minskar inertgas- flödet från behållaren 52 genom sjunkande tryck i denna. Dimensioneringen måste vara sådan att tillräcklig mängd inertgas tillföres vid största beräknade läckgasflöde genom ventilen 25. Överskottsgas. dvs den mängd inert gas som ej passerar bädden 10, strömmar ut i rummet 7 och blandas med luften där. Förenklingen av regleringen enligt detta utförande upp- väger väl kostnaden för det överskott av inert gas man hör tillföra av säkerhetsskäl med hänsyn till svårigheterna att genom dimensioneringen erhålla rätt mängd gas under alla driftsförhållanden.

Claims (11)

458 Û47 8 PATENTKBAV

1. Sätt att vid driftstörning i ett turbinaggregat (5), t ex vid last- bortfall, reglera en PFBC-kraftanläggxxing med i ett tryckkärl (3) inne- slutet och av komprimerad förbränningsluft omslutet bäddkärl (li) med en bädd (10) av fluidiserbart partikulärt material med av förbränningsgaserna från bäddkärlet (4) drivet gasturbin-kompressoraggregat (5). samt med en första avstängningsventil (25) i en tilledning (20) för drivgas till en turbin (21). en andra avstängningsventil (26) i frånledningen (211) från kompressor-n (22) och en tredje avstängningsventil (31) i en by-pass- ledning (30) mellan turbinen (21) och kompressorn (22), k ä n n e - t e c k n e t därav. att kompressor-turbinaggregatet (5) isoleras från bäddkärlet (14) och kortslutes genom stängning av ventilerna (25, 26) i tilledningen (20) respektive frànledningen (214) och öppning av ventilen (31) i by-passledrxingen (30), trycket i bäddkärlet (4) och i tryckkärlet (3) nedtages genom ett läckflöde genom den första avstangningsventilen (25) och/eller ett askutmatningssystem (16) och evblåsning av luft från tryckkärlet (3) via en eller flera ventiler (33-35). samt att en ledning eller ett schakt (17) för tillförsel av förbränningsluft till bädden (10) tillföras inertgas som hindrar syretillförsel till 'bädden (10) .

2. Sätt enligt patentkrav 1. k ä n n e t e c k n a. t därav, att inertgastillförseln regleras på sådant sätt att trycket i rummet (7) i tryckkärlet (3) ständigt överstiger trycket i bäddkärlet (14).

3. Smcmnnpnmmmvlamri kannetecknatauá. att bäadkarlecs (4) fribord (13) ti11fares inercgas som utspaaer förbrän- ningsgaserna .

4. Sätt enligt något av patentkraven l eller 2. k ä n n e t e c k n a t därav. att en eller flera givare mäter tryckskillnaden mellan bäddkärlet (4) och rummet (7) i tryckkärlet (3). att mätsignaler tillföras en signal- behandlingsutrustning (67). där tryckaifferensens arvarae Jamföres med ett bör-värde, en av differensen mellan är- och börvärdet beroende signal till- föres ett manöverdon (61)) för en ventil (63) i en inertgasledning (58. 61) och bestämmer ventilöppningen och därmed inertgasflödet till den nämnda ledningen eller schaktet (17) för tillförsel av förbräxmingslüft till badakarlet (4). 9 458 047

5. Sätt enligt patentkrav N, k ä n n e t e c k n a t därav, att signalbehandlingsutrustningen (67) tillför ett andra manöverdon (59) för en andra ventil i en inertgasledning (58, 56) en manöversignal som bestämmer ventilöppningen och därmed inertgasflödet till bäddkärlets (Å) fTib0rd (13).

6. Sätt enligt patentkrav 1 eller 2. k ä n n e t e c k n a t därav. att en givare mäter trycket i ett utrymme inuti tryckkärlet (7. 13). att en mätsignal tillföras en signalbehandlingsutrustning (6]). i vilken ärvärdet jämföres med ett börvärde för uppmätt tryck. och att en av differensen mellan är- och börvärdet beroende signal tillföras ett manöverdon (SU) i en inertgasledning (58, 61) och bestämmer ventil- öppningen och därmed inertgasflödet till den nämnda ledningen eller schaktet (17) för tillförsel av förbränningsluft till bäddkärlet (4).

7. Sätt enligt patentkrav 1 eller 2. k ä n n e t e c k n a t därav. att en ventil (63) i en tillförselledning (58, 61) för inertges manövreras till öppet läge och att tillförseln av inertgas regleras genom val av storleken hos behållaren (52) och motståndet i ledningen (58) från behål- lqren (52) så att tillförd mängd inertges minskar vid minskad takt på trycksänkningen i tryckkärlet (3) på grund av minskat läckflöde genom ventilen (25) i turbinens (21) hetgasledning (20) vid sjunkande tryck. a.

8. En PFsc-keeftenlaggnm innefattande et: cnyemun-l (3)). af: kärlet innéslutet bäddkërl (4). en gasturbin (21), en ledning mellan o§dd- kärlet (4) och turbinen (21) med en första ventil (25), en av turbinen (21) driven kompressor (22). en'ledning (ZH) mellan kompressorn (22) och tryckkärlet (3) med en andra ventil (26) och en kortslutningsledning (30) mellan kompressorn (22) och turbinen (21) med en tredje ventil (31), k ä n n e t e c k n a d därav. ett den innefattar minst en till tryckkärlet (3) ansluten avblàsningsventil (33-35) för ned- tagning av trycket i tryckkärlet (3) en behållare (52) innehållande inert gas. en från behållaren (52) utgående gasledning (58), en till nämnda ledning (58) ansluten ventil (63), vv- 458 047 10 en från denna utgående gasledning (61) som mynnar i eller invid en till- förselledning eller ett schakt (17) genom vilken förbränningsluft till- föres bäddkärlet (ll) Och ett manöverdon (Gil) för öppning-av denna ventil (63) för att tillföra den nämnda ledningen eller schaktet (17) inertgas vid avblàsningen genom den nämnda ventilen (SS-BS).

9. En PFBC-kraftanläggning enligt patentkrav 8, k ä n_n e t e c k n a. d därav, att den innefattar en eller flera givare för mätning av gastryck i anläggningen. en signalbehandlingsutrustning (67) som vid avblàsning genom ventilen (33-35) aktiveras och mottagen en signal från en givare, jämför ett är- värde med ett börvärde- och avger en av differensen beroende manöversigrxal till det nämnda manöverdonet (614) för öppning av ventilen (63) och reglering av inertgastillförseln.

10. §n PFBC-kraftaxaläggning enligt patentkrav 9, k ä n n e t e c k - n a d därav. att den innefattar en eller flera givare (65) för mätning av differentialtrycket mellan bädd- kärlet (ll) eller reningsanläggningen (15) och ett omgivande rum (7) i tryckkärlet' (3), vilken eller vilka givare avger en signal till den nämnda signalbehandlingsutrustningen (67) som jämför differentialtryckets ärvärde med ett bör-värde och avger en av diffevensen beroende manöver-signal till det nämnda manöverdonet (64) för öpnning av ventilen (63) och reglering av inertgastillförseln.

ll. En PFBC-kraftanläggning enligt patentkrav 10, k ä n n e t e c k - n a d därav, att den innefattar en andra ventil (57) ansluten till den från behållaren (52) med inertgas utgående gasledningen (58) ett manöverdon (59) för denna andra ventil (57), vilket manöver-don (59) är anslutet till den nämnda signalbehandlingsutrustningezx (67), och en från denna andra ventil (57) utgående ledning (56) som mynnar i bädd- kärlets (ll) fribord (1-0).