DE2429993C3 - Verfahren zum Erzeugen elektrischer Energie - Google Patents
Verfahren zum Erzeugen elektrischer EnergieInfo
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Description
a) Die für die Kohlevergasung verwendete Luft wird an Luftvorwärmerflächen (19) der Brennkammer
(17) vorgewärmt;
b) der der Dampfturbine (46) zuzuführende Dampf wird durch das in der Brennkammer (17)
anfallende Rauchgas zusätzlich überhitzt-
2. Verfahi cn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Abkühlung Jes aus der Kohlevergasungsanlage (8) austretenden heißen Gases unter
den Ascheschmelzpunkt kalte:..'"!as verwendet wird,
welches nach Passieren des Abhitzekessels (9) durch eine Leitung (52) zurückgeführt und zwischen dem
Austritt der Kohlevergasungsanlage (8) und dem Eintritt in den Abhitzekessel in den heißen Gasstrom
eingeblasen wird.
35
40
In einem älteren Patent der Anmelderin (DE-PS 45 396) ist ein Verfahren zum Erzeugen elektrischer
Energie in einem kombinierten Gas- und Dampfturbinenkraftwerk mit vorgeschalteter Kohlevergasungsanlage
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 vorgeschlagen worden. _-.o
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses gattungsgemäße Verfahren einfacher und kostengünstiger
zu gestalten sowie in bezug auf die Energie-Erzeugung wirkungsgradmäßig zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die Kombination der im Kennzeichnungsmaterial des Anspruches 1 angegebenen
Merkmale gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht dabei vor, daß die erforderliche Vergasungsluft durch das Rauchgas
aus der Brennkammer praktisch verlustlos auf die erforderliche
Temperatur aufgewärmt wird. Bei separaten Vorwärmern, die durch Gas beheizt werden, könnte
man dagegen nur mit einem Wirkungsgrad von 80% rechnen. Gleichzeitig wird der Wirkungsgrad in bezug
auf die Energie-Erzeugung dadurch verbessert, daß das in der Brennkammer anfallende heiße Rauchgas zusätzlich
zur Überhitzung des der Dampfturbine zuzuführenden Dampfes genutzt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform kann
ferner zur Abkühlung des aus der Kohlevergasungsanlage austretenden heißen Gases unter den Ascheschmelzpunkt
kaltes Gas verwendet werden, welches nach Passieren des Abhitzekessels durch eine Leitung
zurückgeführt und zwischen dera Austritt aus der Kohlevergasungsanlage und dem Eintritt in den
Abhitzekessel in den heißeren Gasstrom eingeblasen wird. Bisher war es vielfach üblich, das heiße Gas vor
dem Eintritt in den Abhitzekessel zur Vermeidung von Ablagerungen im Abhitzekessel durch Einspritzen von
Wasser direkt zu kühlen. Demgegenüber bringt die erfindungsgemäße Arbeitsweise den Vorteil einer
erhöhten Dampferzeugung im Abhitzekessel. Gleichzeitig wird der Abwasseranfall drastisch herabgesetzt, weil
das aus dem direkten Gaskühler ablaufende Wasser normalerweise als Abwasser abgestoßen werden muß
bzw. erst nach einer entsprechenden Behandlung in Absetzbecken oder dergl. wiederverwendet werden
kann.
Zur weiteren Erläuterung soll der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens an Hand des in der
Abbildung dargestellten Fließschemas geschildert werden. Der Verfahrensablauf ist dabei im einzelnen wie
folgt:
Die zu vergasende Rohkohle wird über ein Transportband
1 oder eine ähnliche Fördereinrichtung der Kohlevorbereitungsanlage 2 zugeführt In der Kohlevorbereitungsanlage
wird die Kohle in einem Arbeitsgang in der üblichen Weise bis auf eine Korngröße von
80 bis 120 μ (Mikron) aufgemahlen und gleichzeitig bis
auf eine Restfeuchte von I bis 10 Gew.-% H2O
abgetrocknet. Die Abtrocknung erfolgt mit einem Teil des entspannten Rauchgases, welches hinter der
Gasturbine 25 anfällt. Dieses Rauchgas wird in der Kohlevorbereitungsanlage 2 durch Leitung 3 zugeführt.
Die Temperatur des Gases in der Leitung 3 kann dadurch eingestellt werden, daß ein Teil desselben
direkt aus der Leitung 4 entnommen wird, welche unmittelbar hinter der Gasturbine 25 von der Leitung 28
abzweigt, während der Rest aus de Leitung 32 stammt und bereits in der Vorwärmergruppe 29 eine entsprechende
Abkühlung erfahren hat. Durch das Mischen beider Gasströme lassen sich die gewünschten und in
Abhängigkeit von der Feuchte der Kohle erforderlichen Temperaturen ohne Schwierigkeiten einstellen. Nach
dem Trocknungs- und Mahlvorgang wird das abgekühlte Rauchgas zusammen mit den anfallenden Mahlbrüden
durch die Leitung 6 abgezogen und über einen im Fließschema nicht dargestellten Kamin in die Atmosphäre
abgelassen. Selbstverständlich kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren anstelle von stückiger
Kohle auch Kohlenstaub zum Einsatz gelangen, so daß in diesem Falle eine Aufmahlung in der Kohlevorbereitungsanlage
2 nicht erforderlich ist. Der Kohlenstaub muß lediglich unter Umständen einer gewissen Trocknung
unterworfen werden, sofern seine Restfeuchte oberhalb des weiter oben angegebenen Bereiches liegt.
Aus der Kohlevorbereitungsanlage 2 gelangt die feingemahlene Kohle über die Leitung 7 in die
Köhlevergasungsanlage 8, in der sie mit entsprechend vorgewärmter Luft einer Gleichstromvergasiing unterworfen
wird. Bei der Köhlevergasungsanlage 8 kann es sich um eine bewährte Vergaser-Konstruktion handeln.
Der Abhitzekessel 9, in dem das bei der Vergasung erzeugte Gas abgekühlt wird, kann sich unmittelbar an
den Kohlevergaser anschließen. Gegebenenfalls kann er mit diesem sogar zu einer baulichen Einheit zusammen-
gefaßt sein. Der Abhitzekessel 9 weist dabei die Teile 22 und 40 auf.
Im Teil 22 des Abhitzekessels wird Hochdruckdampf und im anderen Teil 40 Niederdruckdampf erzeugt.
Letzterer kann über die Leitung 41 im erforderlichen Umfange der Vergasungsluft in der Leitung 39
zugemischt werden. Um die erforderliche Abkühlung des aus dem Kohievergaser 8 austretenden heißen
Gases unter den Ascheschmelzpunkt zu gewährleisten, kann gegebenenfalls die Leitung 52 vorgesehen sein,
durch die ein Teilstrom des durch die Leitung 10 strömenden abgekühlten Gases abgezweigt und dem
heißen Gas zwischen dem Austritt der Kohlevergasungsanlage und Abhitzekesseleintritt zugemischt wird.
Nach dem Verlassen des Abhitzekessels 9 strömt das auf 150 bis 35Q°C, vorzugsweise auf etwa 2000C,
abgekühlte Gas durch die Leitung 10 zur mechanischen Gasreinigung und weiteren Abkühlung. Diese erfolgt in
an sich bekannter Weise in dem Kühlwascher 11. Dem Kühlwascher 11 kann eine Feinreinigung nachgeschaltet
sein, welche mit einem Desintegrator und gegebenenfalls Elektrofilter ausgestattet ist. Diese Elemente
sind in dem Fließschema jedoch nicht dargestellt.
Das Gas strömt sodann durch Leitung 12 zum Kompressor 13. In diesem wird es auf 5 bis 50 ata,
vorzugsweise auf ca. 10 bis 20 ata, verdichtet und danach
durch Leitung 14 der Entschwefelungsanlage 15 zwecks Auswaschung der gasförmigen Schwefelbestandteile
(H2S und COS) sowie gegebenenfalls von CO2
zugeführt. Die Gasentschwefelung erfolgt zweckmäßig mit einem bewährten Absorptions-Regenerativ-Verfahren,
wobei die hierfür bekannten Waschmittel eingesetzt werden können. Die ausgewaschenen Gasbestandteile
werden durch die Leitung 58 aus dem Verfahren abgezogen.
Das entschwefelte Gas gelangt danach durch Leitung 16 zur Brennkammer 17, in der es mit vorgewärmter
Luft verbrannt wird. Die auf 200 bis 600°C, vorzugsweise auf 300 bis 5000C, vorgewärmte und auf 5 bis 30 ata.
vorzugsweise auf 8 bis 28 ata, verdichtete Luft wird durch die Leitung 18 der Brennkammer 17 zugeführt.
Das in der Brennkammer 17 erzeugte heiße Rauchgas hat eine Temperatur von ca. 15000C. Die erforderliche
Abkühlung des heißen Rauchgases auf die zwischen 750 und 10000C liegende Eintrittstemperftur der Gasturbi- -«5
ne 25 wird wie folgt vorgenommen:
Ein Teil der fühlbaren Wärme des heißen Rauchgases geht über die Luftvorwärmerflächen 19 an die
Vergasungsluft und erwärmt diese auf 300 bis 1000°C.
vorzugsweise auf ca. 800°C. Die entsprechend vorgewärmte Ve^gasungsluft strömt durch Leitung 20 zur
Kohlevergasungsanlage 8. Ein weiterer Teil der fühlbaren Wärme wird im Dampfüberhitzer 21 zur
Überhitzung des Hochdruckdampfes genutzt. Dieser wird im Teil 22 des Abhitzekessels hinter der Kohlevergasxingsanlage
8 und im Kessel 23 erzeugt. Die restliche fühlbare Wärme des heißen Rauchgases wird
im Kessel 23 abgebaut. Die Luftvorwärmerflächen 19, der Dampfüberhitzer 21 und der Kessel 23 können dabei
wieder zu einer baulichen Einheit zusammengefaßt sein. die sich unmittelbar an die Brennkammer 17 anschließt,
so daß alle drei Einrichtungen unmittelbar nacheinander von dem heißen Rauchgas durchströmt werden können.
Das entsprechend abgekühlte Rauchgas gelangt anschließend über die Leitung 24 zur Gasturbine 25. In h5
dieser erfolgl die mit einrr Gasabkühlung verbundene leislungsabgcbendc Entspannung des Gases. Die dabei
gewonnene Leistung wird an den Luftkompressor 26 für die erforderliche Verdichtung der Brennluft und an den
Stromerzeuger 27 zwecks Erzeugung von elektrischer Energie weitergegeben.
Das in der Gasturbine 25 entspannte und abgekühlte Rauchgas gelangt durch Leitung 28 zu einer Vorwärmergruppe
29. In dieser wird die fühlbare Wärme des Gases durch den Vorwärmer 30 an die Brennluft und
durch den Speisewasservorwärmer 31 an das Speisewasser gegeben. Das so abgekühlte Gas verläßt die
Vorwärmergruppe 29 durch die Leitung 32. Am Ende der Leitung 32 befindet sich das Steuerventil 5, durch
das der ankommende Gasstrom in zwei Tcilströme zerlegt wird. Der eine Teilstrom gelangt über die
Leitung 33 und einen nicht dargestellten Abgaskamin in die Atmosphäre, während der andere Teilstrom über die
Leitung 3 zur Kohlevorbereitungsanlage 2 zurückgeführt wird.
Die Aufteilung in die beiden Teilströme richtet sich dabei danac-h, welcher Wärmebedarf in der Kohlevorbereitungsanlage
2 vorhanden ist.
Der Kompressor 26 saugt die erforderi.ehe Brennluft
durch die Leitungen 34 und 35 an und drückt sie verdichtet durch Leitung 36 zum Vorwärmer 30. Hier
wird sie erhitzt und gelangt durch Leitung 18 zur Brennkammer 17. Die Vergasungsluft wird währenddessen
vom Kompressor 37 durch die Leitungen 34 und 38 angesaugt und verdichtet. Sie gelangt über die Leitung
39. die Luftvorwärmerflächen 19 und die Leitung 20 zur Kohlevergasungsanlage 8. Vor dem Passieren der
Luftvorwärmerflächen 19 wird der verdichteten Vergasungsluft über die Leitung 41 im erforderlichen
Umfange Wasserdampf zugemischt, der im Teil 40 des Abhitzekessels 9 erzeugt wird. Der in dem Teil 22 des
Abhitzekessels erzeugte Hochdruckdampf geht über die Leitungen 42 und 43 zum Dampfüberhitzer 21. Der im
Kessel 23 erzeugte Dampf gelangt durch die Leitungen 44 und 43 ebenfalls zum Dampfüberhitzer 21. Der aus
diesem austretende überhitzte Dampf gehl durch die Leitung 45 zur Dampfturbine 46. Hier erfolgt die
leistungsabgebende Entspannung des Dampfes. Die dabei gewonnene Leistung wird von der Dampfturbine
46 an den Stromerzeuger 47 zweck"; Erzeugung von
elektrischer Energie weitergegeben. Der in der Dampfturbine 46 entspannte Dampf geht über die
Leitung 57 in den Kondensator 48. in welchem er kondensiert wird. Das dabei anfallende Kondensat
gelangt über die Leitung 49 zur Pumpe 50.' Diese drückt es durch die Leitung 51 zum Speisewasservorwärmer
31. Von hier aus fließt das wiedererwärmte Kondensat zwecks Wiederverwendung als Speisewasser in die
Leitung 54. Von dieser zweigen nacnemunder di"
Leitungen 53, 55 und 56 ab. durch die der Kessel 23 so'vie Jie beiden Teile des Abhitzekessels 22 und 40 mil
Speisewasser versorgt werden.
Das nachfolgende Verfahrensbeispiel betrifft die Umsetzung von 1000 kg Rohkohle mit folgender
Zusammensetzung:
Wasser
Asche
8.00 G e w.- %
20.00 Gew..%
59.36 Ge w.-"/..
4.27 Gew.-%
l,00Gew.-°/o
0.91 Gew.-u/ii
6.46 Gcw.-%
Diese Kohle wurde in der KohlevorbereilungSiinlage
2 bis auf eine Restfeuchte von 1,5% H)O getrocknet
und gleichzeitig auf eine Korngröße von 90 μ aufgemahlen.
Anschließend erfolgte in einem Kohlevergaser die Vergasung bei einer Temperatur von 1500° C und einem
Druck von 1,05 ata. Die erforderliche Vergasungsluft in einer Menge von 3650 kg wurde mit einer Temperatur ί
von 800°C und einem Druck von 2.06 ata dem Kohlevergaser zugeführt. Die Vergasungsluft enthielt
gleichzeitig 60 kg Wasserdampf. Das im Kohlevcrgaser erzeugte trockene Gas hatte nach dem Austritt aus dem
Abhitzekesselsystem 9 folgende Zusammensetzung: in
CO2
CO
H,
N2
CH4
4.48 Vol.-% 23.70 Vol.%
9.37 Vol.-% 62.09 Vol.-%
0,10 Vol.-%
H2S
0,26 Vol.-%
Die anfallende Gasmenge betrug dabei 4405 kg. Nachdem dieses Gas. wie weiter oben beschrieben,
weiterbehandelt worden war. konnte der Gasturbine 25 durch die Leitung 24 heißes Rauchgas mit einer
Temperatur von 920'C und einer Menge von 8450 kg sowie bei einem Druck von 11 ata zugeführt werden.
Gleichzeitig wurden durch die Leitung 45 der Dampfturbine 46 auf 530° C überhitzter Wasserdampf in
einer Menge von 3705 kg und einem Druck von 180 ata zugeführt.
Die mit beiden Turbinen er/eugte l'lektri/itütsmcnge
betrug insgesamt 2100 Kilowatt. Davon entfielen ca. 43% auf die Gasturbine 25, wahrend der Rest durch die
mit Dampf betriebene Dampfturbine 46 erzeugt wurde.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Verfahren zum Erzeugen elektrischer Energie in einem kombinierten Gas- und Dampfturbinenkraftwerk
mit vorgeschalteter Kohlevergasungsanlage, die nach dem Prinzip der Gleichstromvergasung
mit einem vorgewärmten sauerstoffhaltigen Gas, wie Luft und Wasserdampf, arbeitet, wobei das
gewonnene Gas unter Erzeugung von Dampf in einem Abhitzekessel abgekühlt, anschließend unter einem
erhöhten Druck entschwefelt, einer Brennkammer zugeführt und dort mit verdichteter und vorgewärmter
Verbrennungsluft verbrannt wird, das dabei anfallende Rauchgas zur Dampferzeugung verwendet
und einer Gasturbine zugeführt wird, das Abgas der Gasturbine zur Verbrennungsluftvorwärmung
abgekühlt und der im Abhitzekessel erzeugte Dampf teils der Kohlevergasungsanlage, teils zusammen
nut dem in Heizflächen der Brennkammer erzeugtes Dampf einer Dampfturbine zugeführt
wird,gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:
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