DE3644192A1 - Kraftwerksanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf eine mit Kohle, insbes. mit Braunkohle, befeuerte Kraftwerksanlage mit einem Großkraftwerk, welches als Kombinationskraftwerk ausgeführt ist und dazu eine Kohle­ vergasungsanlage, zumindest eine Gasturbinenanlage, zumindest eine Dampfturbinenanlage und eine Stromerzeugungsanlage aufweist, wobei die Abwärme der Gasturbinenanlage einem Dampfturbinenkreislauf zu­ führbar ist, der im übrigen einen Teil des Dampfes durch Ausnutzung der fühlbaren Wärme des in der Kohlevergasungsanlage erzeugten Brenn­ gases bezieht. - Großkraftwerke bezeichnet im Rahmen der Erfindung Kraftwerke mit einer Leistung von zumindest 300 MW.

Kombinationskraftwerke des beschriebenen grundsätzlichen Aufbaues sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt (vgl. u. a. "Ener­ giewirtschaftliche Tagesfragen", 1984, S. 802 bis 808). Wegen der An­ ordnung des Großkraftwerkes und der Kohlevergasungsanlage an einem Standort ergeben sich erhebliche Vorteile dadurch, daß einerseits fühl­ bare Wärme des erzeugten Brenngases in Form von Hochdruckdampf in der Dampfturbinenanlage genutzt und andererseits Niederdruckdampf bzw. Mitteldruckdampf aus der Dampfturbinenanlage zur Trocknung bzw. Vergasung der Kohle bereitgestellt werden kann. Der Gesamtwirkungs­ grad einer solchen Kraftwerksanlage sowie die Zuverlässigkeit sind jedoch verbesserungsfähig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Kraft­ werksanlage so weiter auszubauen, daß ein sehr hoher Ausnutzungs­ grad der Brennstoffwärme erzielt wird bei gleichzeitig hohem Anteil an elektrischer Energie.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß die Kohlever­ gasungsanlage für einen Brenngas-Mengenstrom ausgelegt ist, welcher den Bedarf der Gasturbinenanlage um einen Überschußbrenngas-Mengen­ strom übersteigt, daß dem Kombinationskraftwerk in Verbrauchernähe zumindest ein Satellitenkraftwerk zugeordnet ist, welches als Gastur­ binenkraftwerk mit Stromerzeugungsanlage ausgeführt ist, und daß der Überschußbrenngas-Mengenstrom in das Satellitenkraftwerk eingeführt ist. Ein solches Satellitenkraftwerk ist z. B. für eine Leistung von 30 MW ausgelegt. - Verbraucher bezeichnet im Rahmen der Erfindung u. a. Städte mit relativ hohem, auf die Fläche bezogenem Wärmeenergie­ bedarf, Industrieanlagen, Treibhäuser u. a. Eine optimierte Kohle­ vergasungsanlage arbeitet dabei mit zirkulierender Wirbelschicht. Nach bevorzugter Ausführungsform wird bei der erfindungsgemäßen Kraft­ werksanlage die Wärmewirtschaft dadurch verbessert, daß das Satelli­ tenkraftwerk einen Wärmerückgewinnungskreislauf aufweist, der über zumindest einen Abgaswärmetauscher und zumindest einen Luftvorwärmer geführt ist, und daß in dem Luftvorwärmer die Verbrennungsluft für den Überschußbrenngas-Mengenstrom vorwärmbar sowie für den Über­ schußbrenngas-Mengenstrom ein separater Vorwärmer vorgesehen ist. Der Wärmerückgewinnungskreislauf arbeitet zweckmäßigerweise mit Flüssig­ metall z. B. Natrium und/oder Kalium. Im allgemeinen wird man an den Abgaswärmetauscher abgasseitig über zumindest einen weiteren Wärmetauscher einen Heizkreislauf und/oder einen Dampferzeuger für Industriedampf anschließen.

Erfindungsgemäß wird mit einer verhältnismäßig großen Kohleverga­ sungsanlage gearbeitet. Solche Kohlevergasungsanlagen lassen sich sehr wirtschaftlich betreiben und so optimieren, daß in bezug auf die Koh­ levergasung ein Wirkungsgrad von über 80% erreicht wird. Bei einer so ausgelegten Kohlevergasungsanlage werden außerdem die Zuverläs­ sigkeit und die Verfügbarkeit des Kombinationskraftwerkes durch die eingangs beschriebene Verknüpfung zwischen Kohlevergasungsanlage, Gasturbinenanlage und Dampfturbinenanlage nicht störend beeinflußt. Insbes. wenn die Kraftwerksanlage über die Kohlevergasung mit Braun­ kohle befeuert wird, führt die Erhöhung des Braunkohlebedarfes bei der erfindungsgemäßen Kraftwerksanlage über Mengeneffekt zu einer Reduzierung der Brennstoffkosten. Insoweit wird das Kombinationskraft­ werk der erfindungsgemäßen Kraftwerksanlage bevorzugt in Nähe der Braunkohlengrube errichtet. Der Überschußbrenngas-Mengenstrom kann ohne Schwierigkeiten dem Satellitenkraftwerk zugeführt werden, und zwar mit den Mitteln des Gastransportes über Rohrleitungen. Auf diese Weise lassen sich Entfernungen von 100 km und mehr überbrücken. Wird in dem Satellitenkraftwerk ein großer Teil der Gasturbinenabwärme von der Niederdruckseite auf die Hochdruckseite übertragen, wie es nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung der Fall ist, so wer­ den Wirkungsgrade erzielt, die etwa gleichgroß wie die des Kombina­ tionskraftwerks sind. Der Gesamtausnutzungsgrad der Wärme des Brenn­ gases beträgt im Satellitenkraftwerk bei Bereitstellung von Heiz­ wärme ca. 90%, wobei die Stromausbeute um 50% und darüber liegt. Die Satellitenkraftwerke sind umweltfreundliche, einfache und kompakte Anlagen, die ohne weiteres in Stadtnähe errichtet werden können. Sie arbeiten mit hoher Zuverlässigkeit und können mit einem Minimum an Personal betrieben werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausfüh­ rungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert.

Die einzige Figur zeigt das Schema einer erfindungsgemäßen Kraft­ werksanlage.

Die in der Figur dargestellte Kraftwerksanlage wird über Vergasung mit Kohle, insbes. Braunkohle, befeuert. Zum grundsätzlichen Aufbau gehört zunächst ein Großkraftwerk 1, welches als Kombinationskraft­ werk ausgeführt ist. Es besteht aus einer Kohlevergasungsanlage 2, einer Gasturbinenanlage 3, einer Dampfturbinenanlage 4 und einer Strom­ erzeugungsanlage 5. Die Abwärme der Gasturbinenanlage 3 ist einem Dampfturbinenkreislauf 6 zuführbar, der im übrigen über die Kohlever­ gasungsanlage 2 geführt ist. Die Einzelheiten der Kohlevergasungsan­ lage 2 sind nicht gezeichnet. Zweckmäßigerweise arbeitet die Kohle­ vergasungsanlage 2 mit zirkulierender Wirbelschicht. Die Stromerzeu­ gungsanlage ist durch jeweils einen Generator 5 angedeutet. Die Wär­ metauscher 7 in den verschiedenen Kreisen sind durch die üblichen Symbole dargestellt. Es versteht sich, daß eine Luftzerlegungsanlage 8 und eine Gasreinigung integriert sind. Die Gasreinigung wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeichnet. Es versteht sich, daß die üblichen Pumpen und Gebläse vorgesehen sind. Aus der Kohlever­ gasungsanlage 2 gelangt das Brenngas über den Wärmetauscher 7 des Dampfturbinenkreislaufes 6 einerseits zur Verbrennungskammer 9 der Gasturbinenanlage 3, andererseits zu einer abgehenden Leitung 10. Darin kommt zum Ausdruck, daß die Kohlevergasungsanlage 2 für einen Brenngas-Mengenstrom ausgelegt ist, welcher den Bedarf der Gasturbi­ nenanlage 3 um einen Überschußbrenngas-Mengenstrom übersteigt.

Dem beschriebenen Kombinationskraftwerk ist an anderer Stelle, näm­ lich in Verbrauchernähe, ein Satellitenkraftwerk 11 zugeordnet. Ein solches ist gezeichnet. Ein weiteres könnte sich z. B. bei der abgehen­ den Leitung 12 anschließen, und so weiter fort. Das Satellitenkraft­ werk ist ein Gasturbinenkraftwerk mit Stromerzeugungsanlage. Der Über­ schußbrenngas-Mengenstrom ist in dieses Satellitenkraftwerk bzw. in die Satellitenkraftwerke einführbar. Zum Satellitenkraftwerk 11 gehört eine Brennkammer 13 für die Verbrennung des Brenngases, von wo eine Leitung 14 zu der Gasturbinenanlage 15 geführt ist. Von der Strom­ erzeugungsanlage ist ein Generator 16 angedeutet. Auf der anderen Seite arbeitet die Gasturbine 15 auf ein Gebläse 17, mit dem Luft der Brennkammer 13 zugeführt wird. Diese Luft erfährt eine Vorwärmung. Dazu besitzt das Satellitenkraftwerk 11 einen Wärmerückgewinnungs­ kreislauf 18, der über zumindest einen Abgaswärmetauscher 19 und zumindest einen Luftvorwärmer 20 geführt ist, der die üblichen Einrich­ tungen aufweist. In den Luftvorwärmer 20 wird die Verbrennungsluft für den Überschußbrenngas-Mengenstrom eingeführt und vorgewärmt. Der Wärmerückgewinnungskreislauf 18 wird mit Flüssigmetall, z. B. Natrium und/oder Kalium, betrieben. An den Abgaswärmetauscher 19 schließt sich abgasseitig ein weiterer Wärmetauscher 21 für einen Heiz­ kreislauf 22 an. Hier geht die Leitung 23 zum Wärmeverbraucher, die Leitung 24 kommt vom Wärmeverbraucher zurück. Da die ausgekoppelte Wärme lediglich der Abwärme der Gasturbine 15 entnommen wird, ergibt sich kein Einfluß auf die elektrische Leistung bei Änderung der Wärme­ lieferung. Wegen des hohen Wirkungsgrades und der Forderung jeder­ zeit Fernwärme liefern zu können, wird man die Gasturbine 15 in der Grundlast fahren, was wiederum einen günstigen Einfluß auf die Ver­ fügbarkeit hat. Wegen des hohen Gesamtausnutzungsgrades des Brenn­ stoffes wird Primärenergie eingespart. Im übrigen kommt in den Satel­ litenkraftwerken 11 ein schadstoffarmes Brenngas zum Einsatz, wodurch die Umweltbelastung minimiert wird.

Claims (5)

1. Mit Kohle insbes. Braunkohle, befeuerte Kraftwerksanlage mit­ einem Großkraftwerk, welches als Kombinationskraftwerk ausge­ führt ist und dazu eine Kohlevergasungsanlage, zumindest eine Gasturbinenanlage, zumindest eine Dampfturbinenanlage und eine Stromerzeugungsanlage aufweist,
wobei die Abwärme der Gasturbinenanlage einem Dampfturbinenkreis­ lauf zuführbar ist, der im übrigen einen Teil des Dampfes durch Aus­ nutzung der fühlbaren Wärme des in der Kohlevergasungsanlage er­ zeugten Brenngases bezieht, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kohlevergasungsanlage (2) für einen Brenngas-Mengen­ strom ausgelegt ist, welcher den Bedarf der Gasturbinenanlage (3) um einen Überschußbrenngas-Mengenstrom übersteigt,
daß dem Kombinationskraftwerk (1) in Verbrauchernähe zumindest ein Satellitenkraftwerk (11) zugeordnet ist, welches als Gas­ turbinenkraftwerk (15) mit Stromerzeugungsanlage (16) ausgeführt ist,
und daß der Überschußbrenngas-Mengenstrom in das Satellitenkraftwerk (11) eingeführt ist.

2. Kraftwerksanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlevergasungsanlage (2) mit zirkulierender Wirbelschicht arbei­ tet.

3. Kraftwerksanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Satellitenkraftwerk (11) einen Wärmerückgewin­ nungskreislauf (18) aufweist, der über zumindest einen Abgaswärme­ tauscher (19) und zumindest einen Luftvorwärmer (20) geführt ist, und daß in den Luftvorwärmer (20) die Verbrennungsluft für den Überschuß­ brenngas-Mengenstrom vorwärmbar sowie für den Überschußbrenngas- Mengenstrom ein separater Vorwärmer vorgesehen ist.

4. Kraftwerksanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmerückgewinnungskreislauf (18) mit Flüssigmetall, z. B. Na­ trium und/oder Kalium, arbeitet.

5. Kraftwerksanlage nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an den Abgaswärmetauscher (19) abgasseitig über zumindest einen weiteren Wärmetauscher (22) ein Heizkreislauf (23) und/oder ein Dampferzeuger angeschlossen ist.