燃气-蒸汽联合循环加压流化床锅炉动力装置及其建立和运行的方法

摘要

一种联合循环的加压流化床动力装置，它具有用来在低负荷条件下维持运行的系统，包括：一个用来燃烧燃油以产生推动一燃气轮机(22)之燃气及产生推动一汽轮机(24)之蒸汽的加压流化床燃烧室；一个响应所述燃气并用于驱动一给上述燃烧室装置提供空气之压气机(28)及一产生电力之第一发电机(26)的燃气轮机；一个响应所述蒸汽并用于驱动一产生电力之第二发电机(32)的汽轮机；以及在动力装置低负荷条件下用来将蒸汽引入所述的燃气轮机以推动其运转的装置(64)。

说明书

本发明领域

本发明涉及动力装置，特别是涉及一种加压流化床燃气轮机和汽轮机联合装置，它具有一用于维持压气机运行以将该装置在低负荷时保持运行状态的系统。

更具体地说，本发明涉及一种具有一在低负荷条件下维持运行之系统的联合循环加压流化床动力装置，该装置包括一个用于燃烧燃油的加压流化床燃烧室装置，以在正常运行条件下产生推动一燃气轮机的燃气，及产生推动一汽轮机的蒸汽；一响应所述的燃气而给一个用于将空气输送给上述燃烧室装置的压气机装置及一个产生电力的第一发电机提供动力的燃气轮机，及一响应所述蒸汽而给一个产生电力的第二发电机提供动力的汽轮机。

本发明还涉及一种加压流化床的燃气和蒸汽联合循环的动力装置，它具有用来在低负荷条件下维持压气机运行的装置，上述动力装置包括一个用来在正常运行时燃烧燃油以产生推动一燃气轮机之高压燃气的加压流化床燃烧室；一与所述压气机相连用于产生推动一汽轮机的蒸汽的蒸汽发生装置；一个由所述高压燃气推动用于驱动一压气机及一产生电力的发电机的燃气轮机，所述压气机给上述燃烧室提供流化环境和/或燃烧空气；以及一个由所述蒸汽推动而用于驱动一产生电力之发电机的汽轮机。

本发明还涉及一种建立和运行一用来有效地将煤转换为能量的燃气-蒸汽联合循环加压流化床锅炉动力装置的方法，以在低负荷条件下维持压气机的运行。

已有技术背景

具有燃气和蒸汽轮机的联合循环动力装置近年来已在电力工业中投入应用，用以满足对更灵活及更高效率的动力装置的需求。所述汽轮机典型地通过一传统型锅炉由煤或燃油加料。该燃气轮机一般通过一内部燃烧室被供以诸如天然气或清洁燃油的优质燃料。这些联合动力装置主要用来灵活地满足负荷变化的需求，并传统地被供以不同的燃料。

已开发出的加压流化床动力装置用于满足对以最少污染将化石燃料转换成电力的高效动力装置的需求。该循环流化床燃烧室是以粒状石灰石或其它吸附剂材料混合物支承在非筛分的格栅上为特征的。一股上升空气流通过该格栅，提升和流化上述材料。这样造就了具有液体自由流动特性及提供稳定燃烧条件的流化床颗粒之湍流状混合物。

引入该流化床的燃料将充分燃烧，并由煅烧过的石灰石通过化学方法捕获燃料时放出的二氧化硫。包含有灰尘和煅烧过的石灰石的固体混合物通过燃烧室再次循环，直到颗粒尺寸减小到足以能通过旋风分离器洗提。该流化床燃烧室还具有能燃烧各种燃料的能力。对该流化床燃烧室的加压进一步提高了其效率。

近年来发展的加压流化床系统进一步改进了这种流化床燃烧室和锅炉的效率，这些系统还能为联合循环的动力装置提供完全的燃烧。该联合循环动力装置一般为高度灵活和高效的动力装置。所述的流化床燃烧室提供推动燃气轮机的热燃气及推动汽轮机的蒸汽。

该燃气轮机驱动所述的为系统加压及在燃烧室中燃烧和流化而提供压力空气的压气机。当装置负荷减少时，从该燃烧室出来的燃气流及温度最终下降到使燃气轮机的动力不再能够驱动压气机的程度。要维持该装置的运行，必须让压气机工作。为了保持压气机处于工作状态，必须要在一外置的燃烧室中点燃补助燃料，或必须让发电机从电网上获得电力而发动(类似于电动机运行)。

因此，提供一种改进的、克服了上述已有技术所存在的问题的动力装置是合乎愿望的。

发明的公开

本发明目的之一是提供一种改进的加压流化床燃气-蒸汽联合循环的动力装置，它具有一用于维持压气机运行以将该装置在低负荷时保持运行状态的系统。

本发明目的之二在于提供一种建立和运行一用来有效地将煤转换为能量的燃气-蒸汽联合循环加压流化床锅炉动力装置的方法，以在低负荷条件下维持压气机的运行。

为了完成这些和其它目的，本发明一个方面的特征在于该装置包括在动力装置低负荷条件下用来将蒸汽引入所述的燃气轮机以推动其运转的装置。

根据本发明的另一方面，本发明的特征在于提供一种建立和运行一用来有效地将煤转换为能量的燃气-蒸汽联合循环加压流化床锅炉动力装置的方法，以在低负荷条件下维持压气机的运行，包括以下步骤：提供一个燃烧燃料以产生推动一燃气轮机的高压燃气的加压流化床燃烧室；提供与所述燃烧室相连的、用来产生推动一汽轮机的蒸汽之蒸汽发生装置；提供一燃气轮机并由所述的高压燃气推动该燃气轮机，用于驱动一给所述燃烧室提供空气的压气机及一台产生电力的发电机；提供一台由所述蒸汽推动的用于驱动一台产生电力的发电机之汽轮机，以及在所述动力装置处于低负荷状态下为驱动所述的压气机而将蒸汽导入并推动所述燃气轮机的步骤。

附图的简要说明

本发明的上述和其它目的将从下面结合附图的描述中变得明显起来。

图1是一示意图，示出了体现本发明的一个联合循环系统的实施例。

实施本发明的最佳方式

请参照附图，图中示出了一根据本发明的动力装置系统的燃烧部分。图示的系统将燃气和蒸汽循环联合起来，其中燃气和蒸汽通过一个共同的加压循环流化床燃烧室或动力装置产生。该动力装置设计成依靠煤或类似物工作，用以产生推动一台燃气轮机的高压燃气及推动一台汽轮机的蒸汽。

所示系统包括一个内装有一循环流化床燃烧室12的压力容器10，所述燃烧室由来自供应源14的煤供以燃料，并被供以来自供应源16的石灰石或其它吸附剂，它们在混合器18中混合，并由一合适的泵20供入该加压流化床燃烧室(PCFB)12。该燃烧室作一个公共燃烧室使用，用以产生推动一燃气轮机22的热加压燃气以及产生推动一汽轮机24的蒸汽。该燃气轮机22驱动一台产生电力的发电机26及一台通过供应管路30供应压力空气给该加压流化床燃烧室(PCFB)的压气机28。来自所述压气机的压力空气供入包围燃烧室的该压力容器中，其中一部分空气作为燃烧空气从燃烧室的底部供入、使该流化床流态化，另一部分绕该燃烧室循环并进入燃料进口之上的燃烧腔。所述空气可以被加压至每平方英寸150到250磅，以每秒大约15英尺的速度流入燃烧室中。汽轮机24驱动一台也用来产生电力的发电机32。所示的发电设备具有一联合循环动力装置，它联合了用以产生动力的所述蒸汽循环和燃气循环系统。

从图示的实施例中可以看出，该加压的循环流化床燃烧室12位于燃气轮机的外面并远离后者布置。在这种类型的装置中，该点火燃烧的PCFB燃烧室主要用来满足汽轮机的需要，而不是燃气轮机之需。

燃烧室12的壁布排有水管或管路34，用来循环来自蒸汽包58的水。在蒸汽包58中产生的蒸汽借助于管路36流动，产生过热蒸汽，由管路38供入到汽轮机24产生动力。供入到该燃烧室的煤与石灰石或其它吸附剂的混合物由来自压气机28的压缩空气保持在流化状态。当燃料燃烧时，加热的燃气及产生的灰尘首先通过一旋风分离器40环流，将大颗粒未燃烧过的燃料和石灰石通过回收回路循回至燃烧腔的底部。被分离的燃气通过通道44流至一合适的诸如陶瓷过滤器形式的过滤器46。该陶瓷过滤器将热烟气中的颗粒除去，并借助于热燃气管路48将热燃气通到燃气轮机的进口50。

来自燃气轮机22的热排气通到一个热回收器52去加热给水。该排气然后被通到一烟囱54而排至大气中。

燃烧室中产生的蒸汽由主流管路38输送去推动汽轮机24。该汽轮机排出物通过一冷凝器56，然后通过所述的热回收器52返回一蒸汽包58。水通过所述管路在燃烧室中环流，从而被加热而产生蒸汽。产生的蒸汽通过一个或多个过热器循环，以过加热该供给汽轮机的主蒸汽流。

所述的动力装置设计成在很高负荷下具有最高的效率，它对燃气轮机和汽轮机的要求相当高。但是，对动力装置的负荷需求在一天24小时中一般变化很大，由于该原因，一台动力装置不能总是在最高输出及效率或附近运行。当负荷需求下降时，燃烧室的功率输出也随之下降，以适应这种需求的减少。结果，随着需求下降，燃气流和温度也跟着降低，以至最终达到不能有效地推动燃气轮机去驱动所述的压气机的程度。为了压气机的运行，当用辅助燃料开动燃气轮机或将发电机用作电动机时，必须设置另外的装置来保持对燃气轮机的推力。

根据本发明，还装有喷嘴装置，以在燃气轮机低负荷运行状态下将蒸汽喷射到供应燃气中而保持同步转速。该喷嘴装置包括一个由阀66控制的蒸汽供应管路64，而阀66则由合适的控制装置68控制，以将蒸汽射入燃气轮机进口50中。该蒸汽源最好是诸如来自主流管路38的过热干蒸汽。蒸汽的射入增加了流向燃气轮机的流体质量，从而保持其在低负荷运行下维持压气机运行的能力。

该控制装置68装有用来监视系统负荷的合适监视装置，使得在低负荷情况下阀66能进行维持燃气轮机22工作的操作。该系统的负荷由管路48内的烟气温度反映出来。可装有诸如温度传感装置70的合适装置去检测管路48中烟气的温度，并对低于一特定水平的一个下降量作出响应，促动所述的控制装置68。其它的用来测定管路48中气体流量和/或压力的传感装置还可用来确定喷入蒸汽的需求(或检测燃气轮机发电机的输出)。

尽管通过特定的实施例对我们的发明作了图示和描述，应当明白，在不偏离后附的权利要求书所限定的本发明精神和范围之下，可以对其作众多的变动和改型。