SE440270B

SE440270B - Combustion device with a pre-pressurized fluidised bed

Info

Publication number: SE440270B
Application number: SE8303977A
Authority: SE
Inventors: R Brennstrom
Original assignee: Stal Laval Turbin Ab
Priority date: 1983-07-14
Filing date: 1983-07-14
Publication date: 1985-07-22
Also published as: SE8303977L; SE8303977D0

Abstract

Combustion device with a pre-pressurized fluidised bed (20) (PFBX-device) for the combustion of foremost solid fuel. In cyclones (6, 7, 8) it is cleaned from the bed (20) of outgoing gases. The isolated ash with unburned fuel is transported via an ash outflow (12, 16) to a collector receptacle. The ash outflow (12, 16) introduces air for afterburning of the fuel in the ash. This afterburning takes place in the ash outflow (12, 16). The ash and/or air are pre-warmed to the fuel's ignition temperature. A first part of the ash outflow (12) can be placed in the bed (20) for this warming up. Another part (16) for cooling of the ash can be placed in the air distribution chamber under the bottom (5) of the bed (20) and used for warming of the combustion and fluidisation air which is introduced to the bed (20). In an alternative process, a pipe coil (30) for warming of the afterburning air can be placed in the bed (20). This air is introduced to the ash distributor whereby it ignites the fuel and maintains combustion.<IMAGE>

Description

20 25 30 35 83039717 -6 Enligt uppfinningen efterförbrännes bränsle i askan i askutmataren. För denna förbränning fordras dels tillförsel av förbränningsluft, dels så hög temperatur att bränslet antändes. Askutmataren innehåller därför dels anordningar för tillförsel av erforderlig mängd förbränningsluft, dels anordningar i den fluidiserade bädden för uppvärmning av förbränningsluften och/eller askan med det oförbrända bränslet till bränslets antändningstem- peratur. Askutmatarens första del eller en luftförvärmare placeras i bäd- den. Värmen som alstras vid förbränningen återföres till bädden direkt eller genom att sista delen av askutmataren bildar en kylare som kyles av förbränningsluften som tíllföres bädden. Denna sista del av askutmataren kan placeras i luftfördelningskammaren under bäddens botten. En stor för- del med uppfinningen är att den höga gashastigheten i askutmataren till- sammans med den ständiga omlänkningen av flödet ger en mycket intim bland- ning av bränsle och luft som resulterar i effektiv förbränning. Den höga gashastígheten ger också effektiv värmeöverföring. 20 25 30 35 83039717 -6 According to the invention, fuel is post-burned in the ash in the ash dispenser. For this combustion requires both a supply of combustion air and that high temperature that the fuel ignited. The ash dispenser therefore contains partly devices for supplying the required amount of combustion air, partly devices in the fluidized bed for heating the combustion air and / or the ash with the unburned fuel to the ignition temperature of the fuel peratur. The first part of the ash feeder or an air preheater is placed in the bed. the. The heat generated during combustion is returned to the bed immediately or by the last part of the ash dispenser forming a cooler which is cooled off the combustion air supplied to the bed. This last part of the ash dispenser can be placed in the air distribution chamber under the bottom of the bed. A great advantage part of the invention is that the high gas velocity in the ash dispenser is together with the constant diversion of the flow provides a very intimate mix fuel and air resulting in efficient combustion. The high the gas velocity also provides efficient heat transfer.

Uppfinningen beskrives närmare under hänvisning till bifogade figurer.The invention is described in more detail with reference to the accompanying figures.

Fig 1 visar schematiskt en brännkammare med reningsanläggning innesluten i ett tryckkärl, fig 2 och 3 alternativa utföringsformer, fig 4 ett luft- munstycke för efterförbränningsluft utformat som en ejektor.samt fig 5 ett snitt genom en vändkammare med en strypöppning i vändkammaren.Fig. 1 schematically shows a combustion chamber with a treatment plant enclosed in a pressure vessel, Figs. 2 and 3 alternative embodiments, Fig. 4 an nozzle for post-combustion air designed as an ejector. and Fig. 5 a section through a turning chamber with a throttle opening in the turning chamber.

Brännkammaren 1 är innesluten 1 ett tryckkärl 2 genom en ledning 3 från en icke visad turbokompressor i en gasturbinanläggning vars turbiner drives med gas från brännkammaren 1. Från tryckkärlet 2 strömmar förbrän- ningsluften in genom en luftkammare 4, s k windbox, under brännkam- marens 1 botten 5. Denna botten är försedd med munstycken för luft- tíllförsel av förbränningsluften till den fluidiserade bädden 20. Denna bädd 20 kan bestå av ett svavelabsorberande, relativt grovkornigt material som fluidiseras av förbränningsluften. Bränslet tillföres bädden 20 på känt icke visat sätt genom bränsleledningen 21.I stcftavskiljareö, 7,8 av- skiljes aska och oförbränt bränsle från förbränningsgaserna som lämnar fribordet 22 ovanför bädden 20. Den renade gasen föres genom ledningen 9 till värmeförbrukaren som kan vara en gasturbin eller ett värmenät eller en kombination härav.The combustion chamber 1 is enclosed 1 a pressure vessel 2 through a line 3 from a turbocharger (not shown) in a gas turbine plant whose turbines is driven by gas from the combustion chamber 1. From the pressure vessel 2, combustion the air in through an air chamber 4, so-called windbox, under the combustion chamber maren 1 bottom 5. This bottom is equipped with nozzles for air supply of the combustion air to the fluidized bed 20. This bed 20 may consist of a sulfur-absorbing, relatively coarse-grained material which is fluidized by the combustion air. The fuel is fed to the bed 20 on known method not shown through the fuel line 21. In the separator island, 7.8 ash and unburned fuel are separated from the leaving combustion gases the freeboard 22 above the bed 20. The purified gas is passed through the line 9 to the heat consumer which may be a gas turbine or a heating network or a combination of these.

I bädden kan finnas en rörslinga 10 för kylning av bädden och generering av ånga till en icke visad ângturbin. Denna slinga tillföres matarvatten genom en matarvattenpump 11. 10 15 20 25 30 35 8303977-6 Askan med det oförbrända bränslet matas ut genom en askutmatare 12 av det slag som beskrives i den tidigare nämnda patentskriften. Denna utmatare är uppbyggd av ett antal seriekopplade rör mellan vilka gas-askflödet om- länkas. Genom denna omlänkning erhålles en tryckreducering utan använd- ning av strypningar eller ventiler som ger upphov till igensättningar.In the bed there may be a tube loop 10 for cooling the bed and generating of steam to a steam turbine (not shown). This loop is supplied with feed water through a feed water pump 11. 10 15 20 25 30 35 8303977-6 The ash with the unburned fuel is discharged through an ash dispenser 12 thereof types described in the aforementioned patent. This dispenser is made up of a number of series-connected pipes between which the gas-ash flow is linked. This deflection results in a pressure reduction without the use of throttling or valves giving rise to blockages.

I fig 1 visas en askutmatare som är gemensam för de seriekopplade ask- avskiljarna utformade som cykloner 6, 7, 8. Cyklonerna 6, 7, 8 är an- slutna till askutmataren 12 genom ledningar 23, 2N, 25. De senare cyklo- nerna 7, 8 är anslutna till utmataren 12 vid de punkter som är avpassade till de lägre trycknivåerna i cyklonerna 7 och 8. Genom ventilerna 13, 14, 15 och strypningarna 26, 27, 28 kan ledningarna 23, 2H, 25 på ett reglerbart sätt tillföras förbränningsluft från tryckkärlet 2. Ventilerna kan placeras inuti tryckkärlet 2 men placeras lämpligen utanför detta.Fig. 1 shows an ash dispenser common to the series-connected ash dispensers. the separators are designed as cyclones 6, 7, 8. Cyclones 6, 7, 8 are used connected to the ash dispenser 12 through lines 23, 2N, 25. The latter cyclo- 7, 8 are connected to the dispenser 12 at the points that are matched to the lower pressure levels in cyclones 7 and 8. Through the valves 13, 14, 15 and the throttles 26, 27, 28, the wires 23, 2H, 25 on one controllable air is supplied in a controllable manner from the pressure vessel 2. The valves can be placed inside the pressure vessel 2 but is suitably placed outside this.

Underhåll av ventil och drivdon underlättas vid denna yttre placering.Maintenance of valve and actuator is facilitated at this external location.

I utmatarens första del 12 uppvärmes askgasflödet till antändningstempe- ratur. Stiger temperaturen vid efterförbränningen till över bäddtempera- turen avges värme till bäddens 20 nedre del. I rörslingan 16 i aksutmata- rens senare del kyles askan av förbränningsluften. Askan ledes till en icke visad uppsamlingsbehållare.In the first part 12 of the dispenser, the ash gas flow is heated to the ignition temperature. ratur. If the temperature during the afterburning rises to above the bed temperature the heat is given off to the lower part of the bed 20. In the pipe loop 16 in the axle feed the latter part of the cleaner cools the ash from the combustion air. The ashes are led to one collection container not shown.

Förbränningsluft från tryckkärlet 2 för efterförbränningen kan även till- föras askutmataren 12 direkt via ventiler 31, 32, 33 och strypningar i led- ningarna 40, Ä1 och M2 på minst ett men vanligen flera ställen. Båda sätten att tillföra efterförbränningsluften kan förekomma samtidigt. Alternativt kan efterförbränningsluften tillföras på endera sättet. Ventilerna 13, ïü, 15, 31, 32, 33, kan vara av reglerande typ med ställdon H3-H8. Ventilernas inställning och därmed lufttillförseln kan exempelvis regleras i beroende av syrehalten i transportgasen i askutmataren 12, 16 eller i beroende av' temperaturen i en eller flera mätpunkter i systemet. I askutmataren finnes givare som via reglerutrustning påverkar ställdonen H3-H8 för ventilerna 13-15 och 31-33.Combustion air from the post-combustion pressure vessel 2 can also be supplied the ash dispenser 12 is passed directly via valves 31, 32, 33 and throttles in the 40, Ä1 and M2 in at least one but usually in several places. Both ways to supply the afterburning air can occur simultaneously. Alternatively the afterburning air can be supplied in either way. Valves 13, ïü, 15, 31, 32, 33, can be of the regulating type with actuators H3-H8. The valves setting and thus the air supply can, for example, be regulated in dependence of the oxygen content of the transport gas in the ash feeder 12, 16 or depending on ' the temperature at one or more measuring points in the system. The ash dispenser is located sensors which, via control equipment, actuate actuators H3-H8 for the valves 13-15 and 31-33.

I det i fig 2 visade utförandet (tryckkärlet utelämnat) är en askutmatare 18 helt placerad i luftfördelningskammaren Ä. Förbränningsluften upphettas i en rörslinga 30 i bädden 20, till en sådan temperatur att antändning av restbränslet erhålles när den heta förbränningsluften blandas med gas- askflödet i ledningen 23 från cyklonen 6. Vid start och låglast värmer luften som passerar rörslingan 30 askutmataren 18 och förhindrar kondens ¿_ø« f“f'¶¶&äﬁv¶ 20 25 u6u5977-6 av vattenånga och utfällníng av svavelsyra i askutmataren 18. Speciellt vid start med olja som uppvärmningsbränsle kan så mycket vattenånga bildas att kondensationsproblem kan uppstå på grund av att förbränningsgaserna nedkyles av kalla väggar i brännkammaren och i cykloner.In the embodiment shown in Fig. 2 (the pressure vessel omitted) is an ash dispenser 18 completely placed in the air distribution chamber Ä. The combustion air is heated in a tube loop 30 in the bed 20, to such a temperature that ignition of the residual fuel is obtained when the hot combustion air is mixed with the gas the ash flow in line 23 from cyclone 6. At start-up and low load heats the air passing through the pipe loop 30 the ash dispenser 18 and preventing condensation ¿_Ø «f“ f'¶¶ & ä ﬁ v¶ 20 25 u6u5977-6 of water vapor and precipitation of sulfuric acid in the ash feeder 18. Especially when starting with oil as heating fuel, so much water vapor can be formed that condensation problems can occur due to the combustion gases cooled by cold walls in the combustion chamber and in cyclones.

I fig 3 visas ett förenklat utförande med ständigt öppen förbindelse mellan tryckkärlet 2 och askutmatningsledningàrna 23, 2N, 25 respektive askutmataren 12. I dessa förbindelser finnes fasta strypningar 50-58,som bestämmer luft- flödet. Både de nämnda ledningarna 23, ZÄ, 25 och askutmataren 12, 16 kan till- föras efterförbränningsluft, alternativt kan endera ledningarna 23, 2ü, 25, eller askutmataren tillföras efterförbränningsluft.Fig. 3 shows a simplified embodiment with a constantly open connection between the pressure vessel 2 and the ash discharge lines 23, 2N, 25 and the ash dispenser, respectively 12. In these connections there are fixed throttles 50-58, which determine the air the flow. Both the mentioned lines 23, ZÄ, 25 and the ash dispenser 12, 16 can be connected afterburning air is carried, alternatively either the lines 23, 2ü, 25, or the ash dispenser is supplied with post-combustion air.

I fig 4 visas ett utförande av nedre delen av en cyklon 6. Denna nedre del är utformad som en ejektorkamamre 31 med ett ejektormunstycke 32 genom vilket förbränningsluften för efterförbränning tillföres. Luften som tillfö- res ejektormunstycket 32 är lämpligen uppvärmd. Genom att utforma cyklonens nedersta del som en ejektor förenklas utrustningen. Vertikala transportrör bortfaller. I ejektorn kan klumpar av aska malas sönder med hjälp av ejektor- luftstrålen.Fig. 4 shows an embodiment of the lower part of a cyclone 6. This lower part is designed as an ejector chamber 31 with an ejector nozzle 32 through which the combustion air for post-combustion is supplied. The air supplied res ejector nozzle 32 is suitably heated. By designing the cyclone lower part as an ejector simplifies the equipment. Vertical transport pipes lapses. In the ejector, lumps of ash can be ground using the ejector the air jet.

Fig 5 visar i ett snitt en vändkammare 60 i askutmataren 12, 16. Denna består av ett hus 61 till vilket två i utmataren 12, 16 ingående rör 62 och 63 är an- slutna. Detta hus 61 är försett med ett utbytbart lock 6U som är förenat med huset 61 med bultar 65. I locket 6U finnes en öppning 66 för lufttill- försel. Denna öppning 66 bildar en flödesreglerande strypning. öppningen står i direkt förbindelse med rummet i tryckkärlet utanför brännkammaren.Fig. 5 shows in a section a turning chamber 60 in the ash dispenser 12, 16. This consists of a housing 61 to which two pipes 62 and 63 included in the dispenser 12, 16 are connected. closed. This housing 61 is provided with a replaceable cover 6U which is connected with the housing 61 with bolts 65. In the cover 6U there is an opening 66 for air supply. supply. This opening 66 forms a flow regulating choke. the opening is in direct connection with the space in the pressure vessel outside the combustion chamber.

Vändkammaren 60 kan vara placerad antingen i eller utanför brännkammaren 1.The reversing chamber 60 can be located either inside or outside the combustion chamber 1.

I förra fallet måste den förbindas med det nämnda rummet med en rörledning.In the former case, it must be connected to the said room by a pipeline.

Claims

, for pressure reduction, K combustion air for combustion of unburned fuel 830397766

Combustion plant with a combustion chamber (1) with a pressurized fluidized bed (20) (PFBC plant) and ash separator (6, 7, 8) for example of the cyclone type for purification of combustion gases and an ash dispenser (12, 16) with a plurality of series-arranged pipe sections between which a gas-ash stream is diverted, characterized in that the ash dispenser (12, 16) contains devices (13, 26; 1U, 27; 15, 28) for supplying combustion air for post-combustion of unburned fuel in the ash inside the ash dispenser fittings, devices (12) in the fluidised bed for heating the combustion air and / or the ash with the unburned fuel to the ignition temperature of the fuel and devices (16) for cooling the ash. 2. at least a part of the exhaust feed (12) is arranged in the fluidized bed

Plant according to claim 1, characterized in that (20), preferably in its lower part. 3- characterized in that a part of the ash dispenser (16) is arranged to be cooled by the combustion air for

A plant according to claim 1, the fluidized bed and preheating the combustion air to the bed (20). A part of the ash dispenser (16) is arranged in an air distribution chamber below the fluidized bed (20).

Plant according to claim 3, characterized in that

It is characterized in that a plant according to claim 1, a pipe loop (30) for heating the combustion air for post-combustion of fuel in the ash is located in the fluidized bed (20).

Plant according to Claim 1, characterized in that the lower part of the ash separators (6, 7, 8) is designed with an ejector, the pre-ash being supplied through the nozzle of the ejector (32).

Plant according to Claim 1, characterized in that devices (13, 26; 114, 27; 15, 28) for supplying air are connected to lines (23, ZH, 25) between post-combustion ash separators (6, - 7, 3) and the ash dispenser (12, 16). MV 'ijïxïïxu) r * ~ r \ fnT% & ¿& @ ¿, 8303977-6

Plant according to claim 1, characterized in that devices (31,34; 32,35; 33, 36) for supply of afterburning air are connected to the ash dispenser at at least one point.

9. A plant according to claim 1, characterized in that one or more turning chambers (60) in the ash dispenser are formed with an opening (66) which is in direct communication with the space in the pressure vessel (2) outside the combustion chamber (1) and forms a throttle that determines the air flow.

Plant according to Claim 1, characterized in that the plant includes sensors which measure the oxygen content of the transport gas in the ash feeder (12, 16) and / or temperature at one or more places in the ash feeder (12, 16), control equipment for comparison of actual values with setpoints, and control equipment for operating actuators (H3-48) for valves (13-15, 31-33) for regulating air supply.