DE102010010540A1 - Verfahren zum Betreiben eines Dampfturbinenkraftwerks mit wenigstens einem mit Braunkohle befeuerten Dampferzeuger - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Dampfturbinenkraftwerks mit wenigstens einem mit Braunkohle befeuerten Dampferzeuger, derart, dass das Rauchgas aus dem Dampferzeuger einer Gaswäsche zur Abtrennung von CO2 unterzogen wird und die Braunkohle in einem Trockner vorgetrocknet wird. Dabei wird die für die Gaswäsche benötigte Energie zumindest teilweise aus der Trocknung der Braunkohle ausgekoppelt und die bei der Gaswäsche anfallende Abwärme zumindest teilweise zur Vorwärmung des Kesselspeisewassers und/oder der Verbrennungsluft des Dampferzeugers genutzt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Dampfturbinenkraftwerks mit wenigstens einem mit Braunkohle befeuerten Dampferzeuger, derart, dass das Rauchgas aus dem Dampferzeuger einer Gaswäsche zur Abtrennung von Kohlendioxid (CO2) unterzogen wird.
  • Ein ähnliches Verfahren ist beispielsweise aus der EP 1 473 072 B1 bekannt. Dort wird ein Verfahren zur Rückgewinnung von Kohlendioxid beschrieben.
  • Bei moderner Kraftwerkstechnologie spielt zunehmend eine verminderte CO2-Freisetzung eine Rolle. Die verminderte CO2-Freisetzung fossil gefeuerter Kraftwerke dient nicht nur der Klimavorsorge, sondern steigert zudem vor dem Hintergrund bestehenden CO2-Zertifikate-Handels die Wirtschaftlichkeit der Stromerzeugung.
  • Ein geeignetes Verfahren zur Abtrennung von CO2 aus Industrieabgasen ist beispielsweise aus der EP 1 967 249 A1 bekannt, in der die CO2-Wäsche zur Reinigung von Rauchgasen aus Kraftwerksprozessen beschrieben wird. Der dort offenbarte Waschprozess umfasst die Gaswäsche (CO2-Wäsche) des Rauchgases in einem Absorber mit einer wässrigen Lösung einer CO2-bindenden Komponente (Absorptionsmittel), sowie das sog. „Regenerieren” des CO2-beladenen Absorptionsmittels in einem Desorber, in welchem das Absorptionsmittel im Gegenstrom zu heißem Dampf geführt wird und dabei das CO2 wieder abgibt. Dieser Dampf wird in einem sog. „Reboiler” durch Erhitzen eines Teilstroms des Absorptionsmittels mit Hilfe von Niederdruckdampf erzeugt, wobei der Niederdruckdampf der Dampfturbine zur Stromerzeugung entnommen wird. Für die so durchgeführte Regeneration des Absorptionsmittels werden erhebliche Energiemengen benötigt, die der Dampfturbine entzogen werden und daher nicht zur Stromerzeugung zur Verfügung stehen. Bei einem nicht optimierten Waschprozess können bis zu 70% der Niederdruck-Dampfmenge eines Kraftwerkblocks nur für die Regeneration des CO2-beladenen Absorptionsmittels benötigt werden. Dies hat zur Folge, dass sich alleine durch die Entnahme des Niederdruckdampfes der elektrische Wirkungsgrad eines Kraftwerks um bis zu 11% Punkte verringern kann.
  • Zur Verbesserung dieser Energiebilanz wird in der EP 1 473 072 B1 vorgeschlagen, die ungenutzte Abwärme aus der CO2-Wäsche zur Vorwärmung des kalten Speisewassers aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf (Kesselspeisewasser) zu nutzen. So kann der Wirkungsgrad eines Kraftwerks mit CO2-Wäsche gesteigert werden. Nach wie vor wird hier jedoch eine erhebliche Menge an Niederdruckdampf benötigt, um das CO2-beladene Absorptionsmittel zu regenerieren.
  • Während ganz allgemein die Verminderung der CO2-Freisetzung eine herausragende Rolle bei fossil gefeuerten Kraftwerken spielt, ist dies insbesondere bei mit Braunkohle gefeuerten Kraftwerken wichtig. Im Vergleich zur Stromerzeugung aus z. B. Steinkohle geht die Verbrennung von Braunkohle mit einer höheren CO2-Emission einher. Dies wird hauptsächlich durch den höheren Wassergehalt der Braunkohle verursacht. Die grubenfeuchte Braunkohle hat einen Wassergehalt von etwa 45 bis 65%, der durch Trocknung auf etwa 10 bis 25% verringert wird. Um eine effizientere Braunkohlenverstromung zu erreichen, ist zum Beispiel bekannt, die Braunkohle zunächst einer indirekten Trocknung in einem Wirbelschichttrockner zu unterziehen, wobei der Wirbelschichttrockner zumindest teilweise mit Dampf aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf des Dampferzeugers beheizt wird und die Energie des aus der Trocknung der Braunkohle anfallenden Brüdens zur Vorwärmung des Kesselspeisewassers oder der Verbrennungsluft des Dampferzeugers genutzt wird. Dieses bekannte Verfahren wird auch als „WTA (Wirbelschichttrocknung mit interner Abwärmenutzung)” bezeichnet. Durch dieses Wirbelschichttrocknungsverfahren unter Ausnutzung des aus der Trocknungsanlage austretenden energiereichen Brüdens im Trockner und unter Verwendung von Niederdruckdampf aus dem Dampfkreislauf des Dampferzeugers kann eine Effizienzsteigerung um 4 bis 5 Prozentpunkte gegenüber konventioneller Braunkohlekraftwerkstechniken erzielt werden. Die WTA-Technik ist beispielsweise aus der DE 195 18 644 C2 bekannt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines mit Trockenbraunkohle befeuerten Dampfturbinenkraftwerks mit CO2-Wäsche des Abgases bereit zu stellen, bei dem die für das Verfahren notwendige Niederdruckdampfmenge verringert und so der Wirkungsgrad und die Regelfähigkeit eines solchen Dampfturbinenkraftwerks grundsätzlich, das heißt insbesondere in jedem Lastzustand, verbessert wird.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Dampfturbinenkraftwerks mit wenigstens einem mit Braunkohle befeuerten Dampferzeuger, derart, dass das Rauchgas aus dem Dampferzeuger einer CO2-Wäsche unterzogen wird und die Braunkohle in einem Trockner vorgetrocknet wird, wobei die für die CO2-Wäsche benötigte Energie zumindest teilweise aus der Trocknung der Braunkohle ausgekoppelt wird und die bei der CO2-Wäsche anfallende Abwärme zumindest teilweise zur Vorwärmung des Kesselspeisewassers und/oder der Verbrennungsluft des Dampferzeugers genutzt wird. Abwärme bei der CO2-Wäsche kann beispielsweise in Form von erhitztem CO2-haltigem Desorberkopfbrüden anfallen, der bei der Regeneration des Absorbermittels entsteht.
  • Geeignete Trocknungsverfahren im Sinne der Erfindung sind solche, bei welchen Brüden anfallen, beispielsweise auch die mechanisch-thermische Entwässerung. Der Wärmeinhalt dieses Brüdens kann weiter verwendet werden, was bei herkömmlichen Verfahren durch die Vorwärmung des Kesselspeisewassers und/oder der Verbrennungsluft des Dampferzeugers mithilfe des Brüdens realisiert wird. Da aber bei herkömmlichen Verfahren zum Betreiben eines Dampfturbinenkraftwerks mit CO2-Wäsche eine relativ große Menge an Niederdruckdampf für die Gaswäsche benutzt wird, hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass für die Gaswäsche stattdessen der Brüden aus der Braunkohletrocknung verwendet werden kann.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Teilstrom des bei der Braunkohletrocknung anfallenden Brüdens für die Gaswäsche verwendet, während ein anderer Teilstrom weiterhin für die Vorwärmung des Kesselspeisewassers und/oder der Verbrennungsluft des Dampferzeugers genutzt wird. So kann der genutzte Anteil an Wärmeenergie aus dem bei der Braunkohletrocknung anfallenden Brüden innerhalb des Kraftwerkprozesses, bei gleichzeitiger Minimierung der bei diesem Prozess verbrauchten Menge an Niederdruckdampf, optimiert werden. Dabei kann der Anteil für die jeweiligen Teilströme variabel sein und beispielsweise auch mit Vorrang für den Wärmeübertrag innerhalb des CO2-Gaswäscheprozesses gesteuert werden. In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird der gesamte Brüden aus der Braunkohletrocknung für die CO2-Wäsche genutzt.
  • Erfindungsgemäß erfolgt die Vorwärmung der Verbrennungsluft und/oder des Kesselspeisewassers durch Nutzung der bei der Gaswäsche anfallenden Abwärme. So wird eine optimale Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Abwärmequellen und Wärmesenken in den gekoppelten Prozessen gewährleistet.
  • Durch die erfindungsgemäß erheblich günstigere Nutzung des Wärmeinhalts des Brüdens aus der Braunkohletrocknung anstatt von Niederdruckdampf bei der Gaswäsche, wird entsprechend weniger Niederdruckdampf aus der Dampfturbine abgezogen und so der Wirkungsgrad des Dampfturbinenkraftwerks gesteigert.
  • Bei einer bevorzugten Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung erfolgt die Gaswäsche des Abdampfes in wenigstens einem Absorber bzw. einer Absorberkolonne mit Hilfe von einem das CO2 aufnehmenden Absorptionsmittel, wobei die Regeneration des CO2-beaufschlagten Absorptionsmittels in wenigstens einem Desorber bzw. einer Desorberkolonne durch Erwärmung erfolgt. Unter „Absorptionsmittel” im Sinne der Erfindung kann sowohl ein Lösungsmittel, als auch ein Lösungsmittelgemisch zur Aufnahme von CO2 zu verstehen sein. Zur Erwärmung der Absorptionslösung kann diese beispielsweise im Gegenstrom zu 110°C bis 130°C heißem Dampf geführt werden, wobei dabei die Absorptionslösung das CO2 an den Dampf abgibt. Das bei diesem Prozess erzeugte CO2/Wasser-Dampf Gemisch wird auch als Desorberbrüden oder Desorberkopfbrüden bezeichnet.
  • In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Absorptionsmittel im Desorber mit Hilfe der Restwärme zumindest eines Teils des bei der Trocknung der Braunkohle anfallenden Brüdens erwärmt. Dazu kann wenigstens ein Kondensationswärmetauscher Anwendung finden, der mit wenigstens einem Teilstrom des Brüdens aus der Trocknung beaufschlagt wird. Vorteilhafterweise findet für die CO2-Abtrennung aus dem Rauchgas des Dampferzeugers das in der EP 1 967 249 beschriebene Verfahren Anwendung, bei welchem bei der Regeneration des CO2-beladenen Absorptionsmittels eine Strip-Komponente verwendet wird, allerdings mit dem Unterschied, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die hierzu benötigt Energie zumindest teilweise aus der Trocknung der Braunkohle ausgekoppelt wird.
  • Um eine Kondensation des Brüdens aus der Braunkohletrocknung in dem hierzu erforderlichen Wärmetauscher zu gewährleisten, wird der Brüden vorzugsweise auf einen Druck von zwischen 3 und 5 bar vorverdichtet (Brüden-Verdichtung). Das heißt, der Druck des Brüdens wird mit Hilfe der Brüden-Verdichtung auf ein Niveau angehoben, das einer Kondensationstemperatur von etwa 130°C entspricht. Als Kondensationswärmetauscher kann beispielsweise ein „Reboiler” Verwendung finden, der an den Sumpf des Desorber bzw. der Desorberkolonne angeschlossen ist, wobei in dem Reboiler der heiße, auf etwa 4 bar vorverdichtete Brüden aus der Braunkohletrocknung, bei ca. 130°C kondensiert und seine Wärme an das vorgewärmte CO2-beladene Absorptionsmittel abgibt, was zur CO2-Freisetzung aus dem Absorptionsmittel führt.
  • Die Brüden-Verdichtung kann vorzugsweise in einem oder mehreren Verdichtern bzw. ein- oder mehrstufigen Brüdenverdichter-Strängen mit Einspritzungen zur Zwischenkühlung erfolgen. Vorzugsweise erfolgt der Antrieb für die Verdichtung des Brüden mit Hilfe von Niederdruckdampf aus dem Dampfkreislauf des Dampferzeugungsprozesses. Alternativ können ein oder mehrere Brüden-Verdichter auch mit elektrischer Energie betrieben werden.
  • Bei einer bevorzugten Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Teilmenge der für die Regeneration der CO2-Absorptionslösung benötigten Energie in Form von Niederdruckdampf aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf des Dampfturbinenprozesses ausgekoppelt wird. Beispielsweise können etwa 50% der benötigten Energie aus der Restwärme des bei der Trocknung der Braunkohle anfallenden Brüdens benutzt werden. Die übrigen 50% können in Form von Niederdruck-Dampf aus der Überströmleitung vom Mitteldruckteil in den Niederdruckteil der Dampfturbine gewonnen werden.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird beispielsweise der bei der Gaswäsche ungenutzte Wärmeinhalt des Brüdens zur Vorwärmung der Verbrennungsluft und/oder des Kesselspeisewassers genutzt. Beispielsweise kann der Brüden aus der Kohletrocknung genutzt werden, um einen Reboiler für den Desorber mit Wärmeenergie zu versorgen, wobei dann das Brüden-Kondensat am Ausgang des Reboilers entsprechend zur Vorwärmung der Verbrennungsluft und/oder des Kesselspeisewassers genutzt werden kann.
  • In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Wärmeinhalt aus dem Desorberkopfbrüden zur Vorwärmung der Verbrennungsluft des Dampferzeugers und/oder des Kesselspeisewassers genutzt. Dabei kann die innerhalb des Desorberkopfbrüden enthaltende Abwärme, verglichen mit dem in einer Ausgestaltung der Erfindung ebenfalls genutzten Wärmeinhalt des Brüdens aus der Kohletrocknung, den wesentlichen Teil der für die Vorwärmung genutzten Wärmeenergie liefern. In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird die Verbrennungsluft des Dampferzeugers und/oder des Kesselspeisewassers nur mit dem Wärmeinhalt aus dem Desorberkopfbrüden vorgewärmt.
  • Bei einer zweckmäßigen Variante des Verfahrens ist vorgesehen, dass der bei der Regeneration der CO2-beaufschlagten Absorptionslösung anfallende Desorberkopfbrüden beispielsweise in zwei Teilströme aufgeteilt wird, wobei ein Teil des Desorberkopfbrüdens zur Vorwärmung der Verbrennungsluft und ein anderer Teil des Desorberkopfbrüdens zur Vorwärmung des Kesselspeisewassers des Dampferzeugers genutzt wird. Beispielsweise kann der Wärmeinhalt des Desorberkopfbrüdens mit Hilfe von zwei Kondensationswärmetauschern in die jeweiligen Medien übertragen werden. Vorzugsweise erfolgt die Übertragung des Wärmeinhalts des Desorberkopfbrüden in die Verbrennungsluft bzw. das Kesselspeisewasser in einem Verhältnis von 2:3.
  • Durch die erfindungsgemäße Nutzung des Desorberkopfbrüden zur Vorwärmung des Kesselspeisewassers und/oder der Verbrennungsluft und der Nutzung des bei der Trocknung der Braunkohle anfallenden Brüdens zur Regeneration der CO2-haltigen Absorptionslösung, wird eine wesentlich günstigere Energieverteilung bewirkt.
  • Insgesamt kann durch die Erfindung der Verbrauch an Niederdruck-Dampf deutlich gesenkt und der Wirkungsgrad des Gesamtprozesses um etwa 0,5 Prozentpunkte verbessert werden.
  • In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Erhöhung der Betriebsflexibilität und zur weiteren Senkung des Niederdruck-Dampfmassenstromes für die Absorptionsmittelregeneration höherwertiger Mitteldruckdampf zur Kompression des aus dem Rauchgas herausgewaschenen CO2 verwendet. Um den Wirkungsgradverlust des Dampfturbinenkraftwerks zu begrenzen, kann der Mitteldruckdampf über eine den CO2-Kompressor antreibende Dampfturbine entspannt werden, um dann anschließend in einem zusätzlichen Reboiler der CO2-Abtrennungsanlage als Niederdruckdampf verwendet werden zu können. Im Vergleich zu einem elektrischen Antrieb des CO2-Verdichters und der Verwendung von Niederdruckdampf zur Regeneration, hat die hier beschriebene Verwendung von Mitteldruckdampf den Vorteil, dass im Ergebnis die Nettoleistung des Kraftwerks erhöht wird, da die Verwendung eines dampfbetriebenen Verdichters nicht den Eigenbedarf des Kraftwerks an elektrischer Leistung, sondern nur den Dampfbedarf erhöht.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Dampfturbinenkraftwerks mit wenigstens einem mit Braunkohle befeuerten Dampferzeuger wird anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 ein Verfahrensschema zum Betreiben eines Dampfturbinenkraftwerks mit wenigstens einem mit Braunkohle befeuerten Dampferzeuger gemäß der Erfindung.
  • 2 schematische Darstellung des Wärmetransports zwischen Wärmesenken und Wärmequellen beim Betrieb eines Dampfturbinenkraftwerks mit wenigstens einem mit Braunkohle befeuerten Dampferzeuger gemäß der Erfindung.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der 1 dargestellten Anlagenschemas näher erläutert. Aus Vereinfachungsgründen sind lediglich die Braunkohletrocknung und die CO2-Gaswäsche dargestellt. Darüber hinaus sind wesentliche Teile des Dampfturbinenkraftwerks, wie beispielsweise der Dampferzeuger, die Dampfturbine, der Regenerator sowie der Wasser-Dampf-Kreislauf, nicht dargestellt. Diese Teile eines Dampfturbinenkraftwerks sind an für sich bekannt, ebenso ist deren Verschaltung bekannt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft den Betrieb eines Dampfturbinenkraftwerks, welches einen mit Braunkohle befeuerten Dampferzeuger umfasst. Grubenfeuchte Braunkohle hat einen Wassergehalt von etwa 45 bis 65%, der durch Trocknung auf etwa 10 bis 25% verringert wird. In dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Trocknung mit Hilfe eines Wirbelschichttrockners, der in der 1 mit 1 bezeichnet ist. Am unteren Ende des Wirbelschichttrockners 1 wird die vorgetrocknete Braunkohle 4 abgezogen, gekühlt und mittels einer oder mehrerer Mühlen nochmals zerkleinert, bevor diese dem Dampferzeuger zwecks Verbrennung zugeführt wird. Diese Verfahrensschritte die Braunkohle betreffend, sind in der Figur nicht dargestellt. Das hier beschriebene Verfahren nutzt die Trocknung von Braunkohle in einer stationären Wirbelschicht, wobei als Fluidisierungsmittel Wasserdampf bzw. das aufgedampfte Kohlenwasser eingesetzt wird. Die erforderliche Trocknungsenergie wird über einen Wärmetauscher 2 in die Wirbelschicht eingekoppelt. Der Wärmetauscher 2 wird über die Anzapfdampfleitung 3 mit Anzapfdampf aus der Turbine beaufschlagt. Der bei der Trocknung in dem Wirbelschichttrockner 1 anfallende Brüden wird in einem Brüden-Verdichter 6 auf einen Druck von etwa 4 bar (absolut) verdichtet und einem der Desorberkolonne 8 zugeordneten ersten Reboiler 7 zugeführt.
  • Die Desorberkolonne 8 ist Teil der nachstehend beschriebenen CO2-Wäsche des Dampferzeugers. Die für die CO2-Wäsche verwendete Rauchgaswaschanlage umfasst wenigstens eine Absorberkolonne 11, die Desorberkolonne 8, einen zwischen der Absorberkolonne 11 und der Desorberkolonne 8 vorgesehenen Wärmetauscher 12, der vorzugsweise als Gegenstromwärmetauscher ausgebildet ist, zwei mit dem Kopf der Desorberkolonne 8 verbundene Kondensatoren 17 und 16, sowie einen ebenfalls mit dem Sumpf der Desorberkolonne 8 verbundenen zweiten Reboiler 28.
  • Das Rauchgas 9 aus dem Dampferzeuger wird in der Absorberkolonne 11 bei niedriger Temperatur (beispielsweise 40°C bis 60°C) mit einer wässrigen Lösung einer CO2-bindenden Komponente (Absorbermittel) ausgewaschen. Ein solches Absorptionsmittel kann beispielsweise eine Mischung aus Wasser mit Monoethanolamin sein. Das gereinigte Rauchgas ist in der Figur mit 10 bezeichnet.
  • Nachdem das CO2-beladene Absorptionsmittel über den Gegenstromwärmetauscher 12 vorgewärmt wurde, wird das vorgewärmte CO2-beladene Absorptionsmittel in die Desorberkolonne 8 eingeleitet. Hier strömt dem flüssigen CO2-beladenen Absorbermittel von unten nahe dem Sumpf der Desorberkolonne 8 etwa 110°C bis 130°C heißer Dampf entgegen, der in einem der Reboiler 7, 28 durch Erhitzen eines Teilstroms des Absorbermittels erzeugt wird. Bei diesen erhöhten Temperaturen gibt das Absorptionsmittel das CO2 wieder ab. Hinter der Desorberkolonne 8 wird das heiße CO2/Wasser-Dampf-Gemisch (Desorberkopfbrüden) in zwei Teilströme 15, 14 aufgeteilt und jeweils einem Kondensator 17, 16 zugeführt. Im ersten der beiden Kondensatoren 16 wird Kesselspeisewasser 19 vorgewärmt, während über den zweiten der beiden Kondensatoren 17 die Verbrennungsluft 18 des Dampferzeugers mithilfe eines nicht eingezeichneten Wärmetauschers vorgewärmt wird. Das in den beiden Kondensatoren 16, 17 anfallende Wasser wird getrennt und der Desorberkolonne 8 wieder zugeführt.
  • Das CO2 22 steht für eine Speicherung oder Verwendung zur Verfügung. Das heiße CO2-arme Absorptionsmittel wird zur Abkühlung über den Gegenstromwärmetauscher 12 geführt, um anschließend als abgekühltes CO2-armes Absorptionsmittel dem Wäschekreislauf wieder zur Verfügung zu stehen. Das vom CO2 befreite Rauchgas 10 verlässt die Absorberkolonne 11 an deren oberen Ende.
  • Bei der CO2-Abgaswäsche kann beispielsweise das in der EP 1 967 249 beschriebene Verfahren unter Verwendung einer Strip-Komponente Anwendung finden. Als Strip-Komponente kann eine am Markt verfügbare Chemikalie verwendet werden, die mit der Waschlauge im Wesentlichen nicht mischbar ist, mit dieser praktisch nicht reagiert, und die einen höheren Dampfdruck, also eine niedrigere Siedetemperatur als diese aufweisen soll. Beispielsweise kommen als Strip-Komponenten Alkale, etwa Fluoralkane, in Betracht. Diese Maßnahme dient zur Herabsetzung des Siedepunkts des Absorptionsmittels, um hierdurch den Energieverbrauch für die Regeneration des Absorptionsmittels zu reduzieren. Als Strip-Dampf wird der in der Desorberkolonne 8 (Stripper) geführte erhitzte Teilstrom des Absorptionsmittels bezeichnet. Dieser Teilstrom des erhitzten Absorptionsmittels wird mittels der Reboiler 7, 28 erzeugt.
  • Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte Verschaltung der Rauchgaswäsche gemäß Ausführungsbeispiel beschränkt, vielmehr sind auch andere Verschaltungen möglich, beispielsweise solche, wie in der EP 1 967 249 beschrieben.
  • Wird, wie in diesem Ausführungsbeispiel beschrieben, der Brüden 5 aus der Trocknung der Braunkohle vollständig für die Regeneration des Absorptionsmittels verwendet, so kann beispielsweise das Brüden-Kondensat aus dem Reboiler 7 weiter zur Vorwärmung des Kesselspeisewassers oder der Verbrennungsluft dienen.
  • Je nach Auslegung kann etwa 50% der für die Absorptionsmittelregeneration benötigten Energie aus dem bei der Wirbelschichttrocknung anfallenden Brüden ausgekoppelt werden. Die restliche Energiemenge kann erfindungsgemäß über einen zweiten Reboiler 28 aufgebracht werden, der wie in diesem Beispiel beschrieben, mit Niederdruck-Dampf 27 betrieben wird.
  • Wie in der Figur dargestellt, wird in diesem Ausführungsbeispiel Mitteldruck-Dampf 26 auf eine Turbine geleitet, wobei deren Dampfaustrittsstrom als Niederdruck-Dampf 27 in den Reboiler 28 geführt wird. Die durch den Mitteldruck-Dampf 26 angetriebene Turbine 24 treibt wiederum einen CO2-Kompressor 23 an, wobei das dann zur Verfügung stehende komprimierte CO2 25 weitere Verwendung finden kann.
  • Der erste und der zweite Reboiler 7, 28 werden parallel unter etwa gleichen Bedingungen betrieben. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Reboiler parallel geschaltet. Der Anteil des durch die Reboiler 7, 28 zur Verfügung gestellten Strip-Dampfes ist vorzugsweise steuerbar.
  • Dabei ist es insbesondere von Vorteil, wenn beide Reboiler 7, 28 bei gleicher Kondensationstemperatur arbeiten.
  • 2 zeigt den Wärmetransport zwischen Wärmesenken und Wärmequellen wie er entsprechend eines beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Dampfturbinenkraftwerks vorliegt. Zunächst kann man Wärmequellen und Wärmesenken identifizieren, die entsprechend dem oben ausgeführten Ausführungsbeispiel beim eigentlichen Betrieb eines herkömmlichen Dampfturbinenkraftwerks vorhanden sind. Der beim Betrieb eines solchen Dampfturbinenkraftwerks erzeugte Niederdruckdampf, stellt beispielsweise eine Wärmequelle dar. Auf der anderen Seite müssen das Kesselspeisewasser 19, sowie die Verbrennungsluft 18 für einen effizienten Betrieb vorgewärmt werden und stellen daher Wärmesenken dar. Ferner liegen Wärmequellen und Wärmesenken bei der Wirbelschichttrocknung 1 und der CO2-Wäsche 29 vor. Alle diese genannten Wärmequellen und Wärmesenken sind in 2 exemplarisch dargestellt.
  • Für einen optimalen Betrieb eines Dampfturbinenkraftwerks ist es sinnvoll einen effizienten Wärmetransport zwischen den vorhandenen Wärmequellen und Wärmesenken zu gewährleisten.
  • Die Wirbelschichttrocknung 1 wird mithilfe von Niederdruckdampf 3 über einen Wärmetauscher 2 betrieben. Der dadurch realisierte Wärmeaustausch wird in 2 durch den mit dem Bezugszeichen 3 gekennzeichneten Pfeil dargestellt.
  • Entsprechend dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der verdichtete Brüden 5 aus der Kohletrocknung 1 zur Regeneration des Absorbermittels genutzt. Der so realisierte Wärmetransport ist in 2 durch den Pfeil zwischen der Wärmequelle aus dem Brüden der Braunkohletrocknung mit Brüdenverdichtung und der bei der Absorbermittelregeneration (Waschmittelregeneration) vorliegenden Wärmesenke dargestellt.
  • Die CO2-Wäsche stellt wiederum eine Wärmequelle aufgrund des Desorberkopfbrüden 13 bereit. Der Desorberkopfbrüden 13 wird entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren genutzt, um die Verbrennungsluft 18 des Dampferzeugers und/oder das Kesselspeisewasser 19 zu erwärmen. Es wird so ein Wärmetransport realisiert, der durch die Pfeile mit den Bezugszeichen 13, 14 und 15 gekennzeichnet sind.
  • Das oben beschriebene und in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel beinhaltet ferner einen zweiten Reboiler 28 zur Erwärmung des Absorbermittels. Dieser Reboiler wird mithilfe von Niederdruckdampf 27 aus einer Turbine 24 zum Antreiben eines Kompressors 23 betrieben. Der dadurch realisierte Wärmetransport ist in 2 durch das Bezugszeichen 27 gekennzeichnet.
  • Die erfindungsgemäß optionale Verwendung von unverdichtetem Brüden aus der Braunkohletrocknung zur Vorwärmung des Kesselspeisewassers 19 und/oder der Verbrennungsluft 18 wird in 2 durch den gestrichelten Pfeil wiedergegeben.
  • Dieser so dargestellte Wärmeübergang entspricht der Verwendung des Brüdens aus der Kohletrocknung, wie sie auch bei herkömmlichen Verfahren vorliegt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Wirbelschichttrockner
    2
    Wärmetauscher
    3
    Anzapfdampfleitung
    4
    vorgetrocknete Kohle
    5
    Brüden aus der Kohletrocknung
    6
    Brüden-Verdichter
    7
    erster Reboiler
    8
    Desorberkolonne
    9
    Rauchgas
    10
    gefiltertes Rauchgas
    11
    Absorberkolonne
    12
    Gegenstromwärmetauscher
    13
    Desorberkopfbrüden
    14
    erster Teilstrom des Desorber-Kopfbrüdens
    15
    zweiter Teilstrom des Desorber-Kopfbrüdens
    16
    Wärmetauscher
    17
    Wärmetauscher
    18
    Verbrennungsluft für den Dampferzeuger
    19
    Kesselspeisewasser
    20
    Wasserabscheider
    21
    kondensiertes Wasser
    22
    gefilterter CO2-Strom
    23
    Kompressor
    24
    Turbine
    25
    komprimiertes CO2
    26
    Mitteldruckdampf
    27
    Niederdruckdampf
    28
    zweiter Reboiler
    29
    CO2-Wäsche (Post Combustion Capture (PCC))
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 1473072 B1 [0002, 0005]
    • EP 1967249 A1 [0004]
    • DE 19518644 C2 [0006]
    • EP 1967249 [0014, 0034, 0035]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Dampfturbinenkraftwerks mit wenigstens einem mit Braunkohle befeuerten Dampferzeuger, derart, dass das Rauchgas aus dem Dampferzeuger einer Gaswäsche zur Abtrennung von CO2 unterzogen wird und die Braunkohle in einem Trockner (1) vorgetrocknet wird, wobei die für die Gaswäsche benötigte Energie zumindest teilweise aus der Trocknung der Braunkohle ausgekoppelt wird und die bei der Gaswäsche anfallende Abwärme (13) zumindest teilweise zur Vorwärmung des Kesselspeisewassers (19) und/oder der Verbrennungsluft (18) des Dampferzeugers genutzt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknung der Braunkohle indirekt in einem Wirbelschichttrockner (1) erfolgt.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaswäsche in einem Absorber (11) mithilfe einer das CO2 aufnehmenden Absorptionslösung erfolgt, die CO2 beaufschlagte Absorptionslösung in einem Desorber (8) durch Erwärmung mithilfe der Restwärme zumindest eines Teils des bei der Trocknung der Braunkohle anfallenden Brüdens (5) regeneriert wird und der bei diesem Vorgang erzeugte Desorberkopfbrüden (13) zumindest teilweise zur Vorwärmung des Kesselspeisewassers (19) und/oder der Verbrennungsluft (18) des Dampferzeugers genutzt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch zumindest teilweise Kondensation des Desorberkopfbrüden (13), mithilfe von wenigstens einem Kondensationswärmetauscher (16, 17), ein Teil des Wärmeinhalts des Desorberkopfbrüdens (13) in die Verbrennungsluft (18) und/oder das Kesselspeisewasser (19) des Dampferzeugers übertragen wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Brüden (5) zur Erwärmung der CO2 beaufschlagten Absorptionslösung zumindest teilweise so verdichtet wird, dass die Kondensationstemperatur des Brüdens gross genug ist, um zur Regeneration der Absorptionslösung verwendet werden zu können.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Brüden (5) auf ein Niveau verdichtet wird, das einer Kondensationstemperatur von ca. 130°C entspricht.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Brüdenverdichtung in einem oder mehreren mehrstufigen Brüdenverdichter-Strängen (6), bestehend aus Verdichtern und Einspritzungen zur Zwischenkühlung, erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung der CO2 beaufschlagten Absorptionslösung mithilfe eines Reboilers (7) erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Absorptionsmittel abgetrennte CO2 (22) durch einen Kompressor (23) zur weiteren Verwendung verdichtet und dabei der Kompressor (23) mithilfe einer mit Dampf, vorzugsweise Mitteldruckdampf, betriebenen Turbine (24) angetrieben wird, wobei der Dampfaustrittsstrom (27) aus dieser Turbine (24) zur Erwärmung der CO2 beaufschlagten Absorptionslösung verwendet wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung der CO2 beaufschlagten Absorptionslösung mithilfe eines Reboilers (28) erfolgt.
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