DE2901722C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Energieerzeugungssystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Feste kohlenstoffhaltige Materialien stellen einen wichtigen Brennstoff für die Erzeugung von elektrischer Energie dar. Gewöhnlich wird der Brennstoff in einem Heizkessel verbrannt, um die Wärmeenergie zur Bereitstellung von Dampf zu erzeugen. Der Dampf wird einem Turbinensystem zugeführt, um dort die elektrische Energie zu erzeugen. Häufig weist Rohkohle einen hohen Feuchtigkeitsgehalt auf, der die Energieerzeugung nachteilig beeinflußt. Die Transport- und Förderkosten von Rohrbraunkohle sind unter Berücksichtigung der gewonnenen Energie wegen des hohen Feuchtigkeitsgehaltes hoch. Die normale kommerzielle Praxis besteht daher darin, Braunkohle verbrauchende Kraftwerksanlagen möglichst nahe bei den Kohlelagerstätten vorzusehen. Die Kohle wird dabei im Rohzustand verbrannt, was sich z. B. nachteilig auf den Heizwert von Braunkohle, das Rauchgasvolumen, die Flammentemperatur und letztlich auf die Strahlungswärmeübertragung auswirkt. Entsprechend höhere Investitionskosten sind die Folge. Die Leistungsfähigkeit von Heizkesseln läßt sich deshalb durch ein Verbrennen von im wesentlichen trockener Kohle anstelle von Rohkohle erhöhen.

Ein gattungsgemäßes Energieerzeugungssystem ist aus der Zeitschrift "Braunkohle", Mai 1960, Seiten 185 bis 193 bekannt. Bei diesem Energieerzeugungssystem wird eine Erhöhung des thermischen Prozeßwirkungsgrades dadurch erzielt, daß die zur Dampferzeugung verbrannte Kohle mit Hilfe eines oder mehrerer Röhrentrockner, die in bekannter Weise die zerkleinerte Kohle führen und indirekt von der Dampfturbineneinrichtung mit Entnahmedampf gespeist werden, einer Vortrocknung unterzogen. Zur Abkühlung des Entnahmedampfes wird vorgeschlagen, eine Einspritzkühlung mittels des in dem Röhrentrockner erhaltenen Trocknerkondensats vorzunehmen. Zur Brüdenabfuhr wird üblicherweise Luft in die Trocknerrohre des Röhrentrockners eingeleitet. Die latente Wärme eines solchen Brüdendampf/Luft-Gemisches läßt sich jedoch nicht auf wirtschaftliche Weise zurückgewinnen und als Wärmeträger innerhalb des Energieerzeugungssystems weiterverwenden, sondern wird an die Atmosphäre abgegeben.

Gemäß der DE-PS 5 06 728 wird vorgeschlagen, die zur Verfügung stehende Dampfmenge der Trocknungsanlage nicht unmittelbar zuzuführen, sondern dazu zu verwenden, die Brüdendämpfe des Trockners zu verdichten und diesen verdichtenden Dampf als Heizdampf dem Trockner zuzuführen. Auch in diesem Fall wird aus dem Trockner ein Brüdendampf/Luft-Gemisch abgeführt, dessen Zusammensetzung eine unmittelbare Weiterverwendung verbietet. Ein Teil der Brüden könnte als Heizmedium für die Aufheizung von Wasser in einem Wärmetauscher verwendbar sein, während die Brüden im übrigen in die freie Atmosphäre abgesaugt werden.

Aus der US-PS 31 92 068 ist bekannt, einen Wirbelschichttrockner auch zur Trocknung von Kohlefraktionen einzusetzen, bei dem als Wirbelmedium Verbrennungsgase verwendet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Energieerzeugungssystem der eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei dem die Verlustwärme herabgesetzt und eine Nutzung der Abwärme eines Trockners in wirtschaftlicher Weise möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Energieerzeugungssystem der eingangs angegebenen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Günstig ist dabei, das Entstehen eines Abdampf/Luft-Gemisches im wesentlichen zu vermeiden und die Kohletrocknung unter Bedingungen herbeizuführen, durch die der im Trockner zu entnehmende Abdampf im wesentlichen frei von anderen gasförmigen Bestandteilen lediglich aus dem aus der Kohle ausgetriebenen Wasserdampf selbst besteht bzw. diesem Dampf lediglich gleichartiger Prozeßdampf aus dem Trocknungsvorgang beigemischt wird. Dies ermöglicht eine unmittelbare Nutzung des von anderen Gasen bzw. Gasgemischen im wesentlichen freien Abdampfes des Trockners für weitere energietechnische Zwecke im Rahmen des Energieerzeugungssystems. Ausgehend von dieser Überlegung, erwies sich die Anwendung eines Wirbelbett-Trockners mit indirekter Beheizung und unter Anwendung eines Wirbelmediums, das mit dem ausgedampften Material identisch ist, als eine vorteilhafte Problemlösung in bezug auf eine rentable und vorteilhaftere Zirkulation des am Ausgang des Trockners vorliegenden Abdampfs zur Nutzbarmachung der in ihm enthaltenen latenten Wärmemenge im Rahmen des Energieerzeugungssystems.

Bei der erfindungsgemäßen Anlage kann der Dampf nach der Expansion in einer mit relativ hohem Druck arbeitenden Turbine zum Trocknen des Brennstoffs, z. B. der Braunkohle und dann zur Erzeugung weiterer Elektrizität in einer Niederdruckturbine (s. Patentanspruch 5) verwendet werden. Der Energiegehalt des Dampfes wird daher an wenigstens drei Stufen ausgenutzt. Außerdem kann der von der mit relativ hohem Druck arbeitenden Turbine erhaltene Dampf vor erneuter Erhitzung unter Druck dem Trockner zugeführt werden, um darin Wärme auf den Brennstoff zu übertragen. Beim Dampf kann es sich um Abdampf von einer Hochdruckturbine handeln.

Alternativ kann der Dampf von einer Zwischendruckturbine abgenommen werden. Vorzugsweise wird der Dampf vor dem Einführen in den Trockner durch Aufsprühen von Kondensat aus dem überhitzten Zustand abgekühlt. Normalerweise wird der Dampf dem Trockner mit einem Druck zwischen dem Atmosphärendruck und etwa 220 bar zugeführt. Ein höherer Druck führt zu einer größeren Temperaturdifferenz zwischen dem Trockner und dem Brennstoff. Die Temperatur kann bei hohen Werten von 270 bis 300°C für Braunkohle bis zu unteren für den kontinuierlichen Ablauf des Trocknungsprozesses notwendigen Temperaturen liegen. Die indirekte Erwärmung hat zur Folge, daß aus dem feuchten Brennstoff Wasserdampf mit einem relativ niedrigen Überdruck von weniger als 0,69 bar, z. B. 0,35 bar ausgetrieben wird. Vorausgesetzt, daß die Verweilzeit des Brennstoffes in dem Trockner ausreichend lang ist, kann auf diese Weise der größte Teil des darin enthaltenen Wassers entfernt werden. Wenn die Kohle zu Beginn 66 Gew.-% Wasser enthält, bewirkt eine Wasserverringerung von 90% eine Reduzierung des Wassergehaltes auf etwa 16%. Der in dem Dampfgenerator (vgl. Patentanspruch 5) kondensierte Trocknerdampf kann zur Entfernung von feinsten Kohlepartikeln gefiltert werden, so daß reines Wasser übrigbleibt, das nur durch solche Kohlepartikel verunreinigt ist, die den Filter passiert haben. Dieses Wasser eignet sich für andere kommunale oder private Verwendung.

Günstig ist, den Brennstoff, z. B. die Rohrbraunkohle, vor dem Trocknen zu zerkleinern, so daß dieser eine Teilchengröße von etwa 2 cm oder weniger aufweist. Vorzugsweise erfolgt die Zerkleinerung der Braunkohle auf Teilchengröße zwischen 40 µm und 1000 µm.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Energieerzeugungssystems sind den Ansprüchen 2 bis 7 zu entnehmen.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein schematisches Fließbild einer ersten Ausführungsform eines Energieerzeugungssystems, s. Fig. 1, und

Fig. 2 ein schematisches Fließbild von einer weiteren Ausführungs­ form des Energieerzeugungs­ systems.

In Fig. 1 ist ein elektrisches Energieerzeugungssystem mit einem Heizkessel 10, einer Hochdruckturbine 12, einer Zwischendruckturbine 14 und eine Niederdruckturbine 16 gezeigt. Das System umfaßt weiter einen Wirbelbett-Trockner 18, einen Kondensator 20, eine Pumpe 22, einen Dampfgenerator 24 und einen Speisewassererhitzer 26.

Der Heizkessel 10 weist eine Einlaßeinrichtung für trockene Braunkohle sowie eine Einrichtung zum Verbrennen der Kohle auf, um auf diese Weise Wärmeenergie zum Verdampfen des von einer Speisewasserzuführung zugeführten Wassers zu erzeugen. Der durch die Verdampfung des Speisewassers erzeugte Dampf wird zur Hochdruckturbine 12 geleitet, in der elektrische Energie erzeugt wird. Der Abdampf von der Hochdruckturbine 12, der nicht für andere Zwecke, z. B. zur Erwärmung des Speisewassers, verwendet wird, gelangt zum Überhitzungsab­ schnitt des Heizkessels 10 zurück, um erneut erhitzt zu werden. Gewöhnlich wird ein Teil des letztgenannten Dampfes vor der erneuten Erhitzung zum Wirbelbett-Trockner 18 geführt, wo er dazu dient, die rohe feuchte Kohle indirekt zu erhitzen. Wenn erwünscht ist, Kohle zusätzlich zu der für die Verbrennung verwendeten zu trocknen, kann der ge­ samte Dampf zum Trockner geleitet und anschließend indirekt zur Turbine geführt werden.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird der Dampf für Trocknungszwecke nicht von dem Auslaß der Hoch­ druckturbine 12, sondern von einer bestimmten Stelle an der Zwischendruckturbine 14 entnommen. Dies ermöglicht den Erhalt eines effizienteren Zyklus, jedoch sind hierfür höhere Investitionskosten für den Wirbelbett-Trockner 18 erforderlich.

Der zur indirekten Erhitzung der Kohle verwendete Dampf ver­ liert einen gewissen Teil seiner Energie und wird zu einem Kondensat, das in die Speisewasserzufuhr oder den Heizkessel 10 zurückgeführt wird.

Der wiedererhitzte Dampf aus dem Heizkessel 10 gelangt zur Zwischendruckturbine 14, in der er zur Erzeugung von elektri­ scher Energie dient.

Der Abdampf von der Niederdruckturbine 16 wird zu einem Kondensator 20 geführt, wo er kondensiert, und dann über die Pumpe 22 durch einen Dampfgenerator 24 gepumpt. Der von dem Wirbelbett-Trockner 18 erhaltene Schmutzdampf gelangt wenigstens teilweise zum Dampfgenerator 24, worin der kondensierte Dampf der Niederdruckturbine 16 wieder in die Dampfform übergeführt und zurück zur Niederdruckturbine geleitet wird, um weitere elektrische Energie zu erzeugen. Der Dampfgenerator besitzt einen hohen Wärmeübertragungskoeffizienten, und ein großer Teil der latenten Energie des Schmutzdampfes wird auf den kondensierten Dampf vom Kondensator 20 überführt. Der Schmutzdampf selbst kondensiert zu Wasser, das, wie zuvor erwähnt, relativ rein ist und sich für eine weitere Verwendung eignet.

Ein gewisser Teil des Schmutzdampfes kann zu dem Speise­ wassererhitzer 26 geführt werden, wo er dazu dient, das Speisewasser vor Einführung in den Heizkessel 10 teilweise zu erwärmen. Wieder eignet sich das Kondensat des Schmutz­ dampfes für eine weitere Verwendung.

In dem Fließbild nach Fig. 2 wird der Dampf zunächst durch Verbrennung von Kohle in einem Heizkessel 79 erzeugt. Der Dampf strömt dann durch eine Hochdruckturbine 72, wobei er unter Verlust eines gewissen Teils seiner Energie elektri­ sche Energie erzeugt. Der aus der Hochdruckturbine 72 austretende Dampf wird zur erneuten Erhitzung dem Heizkessel 70 zugeführt. Der wieder erhitzte Dampf vom Heizkessel 70 dient zum Antrieb der Zwischendruckturbine 74.

Der von einer Stelle an der Zwischendruckturbine 74, z. B. an einer mittleren Stelle längs der Turbine, abgenommene Dampf dient als Trocknungsmedium in einem Wirbel­ bett-Trockner 76. Dieser Dampf hat die Aufgabe, bei Durchgang durch die im Wirbelbett-Trockner vorgesehenen Rohre Wärme auf die Kohle im Trockner zu übertragen. Von einer späteren Stufe an der Zwischendruckturbine stammender Trägerdampf gelangt über einen Verteiler ebenfalls in den Trockner.

Der Schmutzdampf vom Trockner wird zu einem Dampfgenerator 78 geführt, in dem ein reiner Niederdruckdampf erzeugt wird. Der reine Dampf kann einer Niederdruckturbine 80 zur weiteren Energieerzeugung zugeführt werden, von wo er durch einen Kondensator 82 geführt und dann zum Dampfgenerator 78 für die erneute Umwandlung in Reindampf zurückgeführt wird.

Der gesamte Schmutzdampf oder ein Teil davon kann zu einem Speisewassererhitzer 84 geführt werden, um erhitztes frisches reines Speisewasser zu erzeugen. Das Speisewasser vom Er­ hitzer 84 kann einem weiteren Speisewassererhitzer 86 zuge­ führt werden, um für den Heizkessel 70 erwärmtes Speise­ wasser bereitzustellen. Das Schmutzkondensat vom Dampfgenerator 78 kann z. B. in einem Zyklon und/oder mittels Filter zur Erzeugung von Reinwasser gereinigt werden.

Ferner kann das Kondensat von den Trocknerrohren zum Speise­ wassererhitzer 86 geführt werden, um vor der Zuführung zum Heizkessel 70 erneut erhitzt zu werden.

Die trockene Kohle vom Wirbelbett-Trockner 76 wird zum Heizkessel 70 geführt, wodurch, wie zuvor beschrieben, beträchtliche Vorteile erhalten werden.

Das Energieerzeugungssystem nach Fig. 1 und 2 ermöglicht, daß der Schmutzdampf von dem Trockner Energie in einer Form enthält, die für eine weitere Verwendung ausnutz­ bar ist, wobei gleichzeitig der Feuchtigkeitsgehalt der Kohle herabgesetzt wird, so daß die Kohle in einem kleineren Heizkessel als anderenfalls erforderlich in wirksamerer Weise verbrannt werden kann.

In der praktischen Anwendung der Erfindung kann ferner der Dampf bei irgendeinem geeigneten, im Trockner verwendeten Druck abgenommen und bei irgendeinem geeigneten niedrigeren Druck zurückgeführt werden.

Ferner kann der Trägerdampf aus dem Schmutzdampf nach der Reinigung in den Zyklonen abgenommen und zum Wirbelbett mittels eines Gebläses rückgeführt werden. Dabei kann er gegebenenfalls auf seinem Weg durch Dampf von höherem Druck oder durch eine andere Heizquelle erwärmt werden.

Claims (7)

1. Energieerzeugungssystem, bestehend aus einem Generator zur Strom­ erzeugung, mit einer Dampfturbineneinrichtung sowie einem unter Verbrennung von Kohle arbeitenden Dampferzeuger, dem ein indirekt über Röhren mit Wasserdampf beheizter Trockner zur Trocknung von feuchter Kohle vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Trockner ein Wirbelbett-Trockner (18, 76) ist, dem zur Ausbildung seines Wirbelbettes Wasserdampf zuführbar ist, welcher im Energieerzeugungssystem erzeugt worden ist, und
daß aus dem Trockner als Abdampf Wasserdampf im wesentlichen frei von Verunreinigungen durch andere gasförmige Stoffe zur weiteren Verwendung als Wärmeträger abführbar ist.

2. Energieerzeugungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbelbett-Trockner (18, 76) indirekt durch gesättigten Heizdampf beheizbar ist.

3. Energieerzeugungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Heizdampf von einer Hochdruckturbine (12, 72) oder einer Zwischendruckturbine (74) der Dampfturbineneinrichtung (12, 14, 16, 72, 74, 80) abgenommen wird.

4. Energieerzeugungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abdampf aus dem Wirbelbett-Trockner (18, 76) als Wärme­ träger einem Speisewassererhitzer (26, 84) der Dampfturbineneinrich­ tung (12, 14, 16, 72, 74, 80) oder einem Lufterhitzer zugeführt ist.

5. Energieerzeugungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abdampf aus dem Wirbelbett-Trockner (18, 76) einem Dampfgenerator (24, 78) zur Erzeugung von Reindampf zugeführt ist und der Reindampf eine Niederdruckturbine (16, 80) der Dampf­ turbineneinrichtung (12, 14, 16, 72, 74, 80) speist.

6. Energieerzeugungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensat des Heizdampfes aus dem Wirbelbett-Trockner (18, 76) indirekt zur Erzeugung von Reindampf erwärmt und der Reindampf nach Verdichtung, Überhitzung und Sättigung als Heiz­ dampf in den Wirbelbett-Trockner (18, 76) einführbar ist.

7. Energieerzeugungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Reindampf durch einen Turbokompressor verdichtet wird, der von der Dampfturbineneinrichtung (12, 14, 16, 72, 74, 80) angetrieben ist.