[发明专利]正压流态床锅炉动力设备

说明书

本发明涉及一种带有一个正压流态床锅炉和一个为锅炉供气用的压气机的正压流态床锅炉动力设备，更具体地说，本发明涉及一种采用单轴燃气轮机的正压流态床锅炉动力设备的设计和控制方法。

现在正在研究用一种烧煤的正压流态床锅炉动力设备来代替普通的燃烧煤粉的蒸汽动力设备。在正压流态床锅炉动力设备中，为锅炉供气的压气机一般采用双轴燃气轮机来控制在锅炉只有部分负载时的空气流，例如在EPRI，GS-6478（1989）P3-1-1～P3-1-14中所述的设备。这种类型的设备，在低压和高压压气机间设置了一个中间冷却器以便减少驱动压气机所需的动力。因此，这种结构能够降低高压压气机的出口、也就是正压流态床锅炉的入口处的空气温度。

但是，由于双轴燃气轮机的结构复杂，而且需要有防止负载是不连续时常会出现的超速转动现象的装置，故它的发展需要时间和费用。因此，考虑到在正压流态床锅炉动力设备中采用普通而可靠的单轴燃气轮机。

采用单轴燃气轮机的普通正压流态床锅炉动力设备没有防止压气机出口或锅炉进口处温度升得太高的装置，因此，当锅炉入口处的空气温度升高到320℃以上时，压力容器（也是锅炉的一个组成部分）的温度可达到350℃以上。为了使压力容器能承受这样的高温，它必须用昂贵的合金钢而不能用便宜的碳钢制造，或者使它的壁厚增加20%。在后一种情况下对压力容器进行X射线检验所需的时间将增加一倍，因为压力容器的检验时间是与其厚度的四次幂成正比的。因此，不单增加了生产成本，而且工作时的热应力也增高。

本发明的第一个目的是提供一种含有单轴燃气轮机的正压流态床锅炉动力设备。

本发明的第二个目的是提供一种正压流态床锅炉动力设备，其压力容器在工作时的温度不会超过允许值。

为了达到第一个目的，本发明的正压流态床锅炉动力设备含有一个正压流态床锅炉和一个设置在将燃烧用空气从压气机输送到锅炉里的管道上的空气冷却器。

而且，空气冷却器的冷却剂采用外冷却水或者是含有供给锅炉的水和煤的混合介质，或者是供给锅炉的水。

在本发明的另一个实施例中，空气冷却器设置在对锅炉供给燃烧用空气的压气机的入口处。

在本发明的又一个实施例中，压气机的壳体至少有一部分是被冷却的。

为了达到第二个目的，本发明的正压流态床锅炉动力设备含有一个设置在把来自压气机的燃烧用空气输送到正压流态床锅炉里的管道上的空气冷却器，并由空气冷却器的冷却剂控制锅炉入口处的气温。

而且下列任一种因素都可用来控制锅炉入口处的空气温度;锅炉压力容器的温度;压力容器入口处空气的温度以及动力设备的负载量。

被压气机加热了的空气在进入正压流态床锅炉前在空气冷却器里被冷却剂冷却。压气机出口处已增压的空气的温度T₂℃可用下式计算：

T₂＝（T₁+273）×（P₂/P₁）（K-1）/Kηcp-273……（1）

式中，T₁＝大气的温度（℃）

P₁＝大气的压力（kg/Cm²a）

P₂＝压气机出口处的压力（kg/Cm²a）

ηcp＝压气机的多变效率（%）

K＝空气的比热值

压气机出口处的空气温度T₂随压力比R＝P₂/P₁的变化而变化，而多变效率的变化如下表所示。

ηcp    0.86    0.88    0.90

R

8    311℃    302℃    294℃

10    356    346    336

12    396    383    371

14    431    417    404

（T，＝20℃，K＝1.40）

现有动力设备用大尺寸的单轴燃气轮机的压力比R为10或更高，其多变效率ηcp为0.88左右。压气机出口处的空气温度T₂可达到340℃以上，而且当气温升高时还会更高。