EP2435667A2 - Verfahren zum betrieb eines dampfturbinenkraftwerks sowie einrichtung zum erzeugen von dampf aus braunkohle - Google Patents

Verfahren zum betrieb eines dampfturbinenkraftwerks sowie einrichtung zum erzeugen von dampf aus braunkohle

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EP2435667A2
EP2435667A2 EP10714211A EP10714211A EP2435667A2 EP 2435667 A2 EP2435667 A2 EP 2435667A2 EP 10714211 A EP10714211 A EP 10714211A EP 10714211 A EP10714211 A EP 10714211A EP 2435667 A2 EP2435667 A2 EP 2435667A2
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EP
European Patent Office
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steam
lignite
vapor
drying
pressure
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10714211A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Georg Berger
Peter Moser
Toni Rupprecht
Sandra Schmidt
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RWE Power AG
Original Assignee
RWE Power AG
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Filing date
Publication date
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Publication of EP2435667A2 publication Critical patent/EP2435667A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K17/00—Using steam or condensate extracted or exhausted from steam engine plant
    • F01K17/06—Returning energy of steam, in exchanged form, to process, e.g. use of exhaust steam for drying solid fuel or plant
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1425—Regeneration of liquid absorbents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1456—Removing acid components
    • B01D53/1475—Removing carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
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    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
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    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
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    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
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    • Y02E20/32—Direct CO2 mitigation
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/151—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions, e.g. CO2

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a steam turbine power plant with at least one fired lignite steam generator, wherein the lignite a previous drying, preferably an indirect drying in a fluidized bed dryer is subjected to at least partially heated with steam from the water-steam cycle of the steam generator becomes.
  • Such a method is known for example from DE 103 19 477 A1.
  • lignite brown coal has a water content of 45 to 65%, which is reduced by drying to about 10 to 25%.
  • the fluidized bed dryer is at least partially heated with steam from the water-steam cycle of the steam generator and the energy of the drying of lignite accumulating vapor for preheating the cold feed water from the water-steam cycle is used.
  • This known process is also referred to as "WTA (fluidized-bed drying with internal waste heat utilization).”
  • WTA fluidized-bed drying with internal waste heat utilization
  • a suitable process for the separation of CO 2 from industrial waste gases is known, for example, from EP 1 967 249 A1.
  • This publication describes the use of CO 2 scrubbing for purifying flue gases from power plant processes.
  • the washing process described therein comprises the gas scrubbing of the flue gas in an absorber with an aqueous solution of a CO 2 -binding component and the stripping of the CO 2 -filled component
  • Solvent in a desorber in which the solvent is passed in countercurrent to 110 0 C to 130 0 C hot steam.
  • This steam is generated in a so-called reboiler by heating a partial flow of the solvent by means of low-pressure steam.
  • the low-pressure steam at a pressure of about 4 bar is the overflow between the medium-pressure and
  • EP 1 967 249 A1 it is proposed in EP 1 967 249 A1 to use a stripping component in the regeneration of the CO 2 -loaded solvent, so that the amount of low-pressure steam required for the generation of the stripping steam in the reboiler is reduced, which in turn was previously mentioned reduction in efficiency relativized.
  • the invention is therefore based on the object to operate a method for operating a lignite-fired steam turbine power plant and a corresponding device with a CO 2 scrubbing of the exhaust gas, in such a way that the required for the process low-pressure steam amount is further reduced. In particular, this should improve the controllability of the steam turbine power plant in any load condition.
  • the object underlying the invention is achieved by a method for operating a steam turbine power plant having at least one lignite-fired steam generator, wherein the lignite is subjected to a preceding drying, preferably an indirect drying in a fluidized bed dryer, which at least partially with steam from the water Steam cycle of the steam generator is heated, the process is characterized in that the flue gas from the steam generator is subjected to a gas scrubbing to remove CO 2 and the energy required for gas scrubbing is at least partially decoupled from the drying.
  • Suitable drying processes in the context of the invention are all drying processes in which vapors are incurred, for example also the mechanical-thermal dehydration. In this way it is ensured according to the invention that some or all of the heat content of the vapor from the fluidized-bed drying is used for the regeneration of the CO 2 -loaded detergent.
  • the use of the heat content of the vapor from brown coal drying is known.
  • the previous concepts for using the heat content of the vapor included the preheating of the boiler feed water or the turbine condensate and / or the direct preheating of the combustion air by means of a heat transfer system.
  • the heat content of the vapor in the coal drying itself can be used after, as described for example in DE 103 477 B4, by means of multi-stage vapor compression an increase in the temperature and the pressure was carried out.
  • the use of the heat content of the vapor for the feedwater preheating or the preheating of the combustion air has the disadvantage that only a portion of the heat content of the vapor is used. A significant amount of heat can not be used. For example, with a power plant block rated at 1100 MW, about 100 MW of thermal power can not be used.
  • the inventive method has depending on the amount of decoupled from the vapor compression energy not only the advantage that less low-pressure steam from the overflow must be deducted from the medium-pressure part of the turbine in the low pressure part of the turbine, rather, as mentioned above, also energetic advantages.
  • the residual heat of at least part of the vapor produced during the drying of the brown coal is used for the regeneration of a CO 2 -loaded solvent.
  • At least one condensation heat exchanger can be used, which is acted upon by at least a partial flow of the vapor from the fluidized-bed drying.
  • Solvents within the meaning of the invention may also be understood as meaning a solvent mixture.
  • the CO 2 separation from the flue gas of the steam generator takes place the process described in EP 1 967 249, in which a stripping component is used in the regeneration of the CO 2 -treated solvent, but with the difference that in the process according to the invention the energy required for this purpose is at least partially decoupled from the fluidized bed drying.
  • the vapor is preferably pre-compressed to a pressure of between 3 and 5 bar. That is, the pressure of the vapor is raised by means of vapor compression to a level corresponding to a condensation temperature of about 130 0 C. This has the advantage over a possible use of low-temperature heat from the power plant process that no special measures to reduce the boiling point of the solvent are required.
  • the compression of the vapor by means of low-pressure steam from the water-steam cycle of the steam generation process Preferably, one or more vapor compressors can also be operated with electrical energy.
  • a subset of the energies required for the CO 2 solvent regeneration in the form of low-pressure steam is decoupled from the water-steam cycle of the steam turbine process. For example, about 50% of the energy required can be used from the residual heat of the resulting in drying the brown coal vapor. The remaining 50% can be obtained in the form of low-pressure steam from the overflow from the medium-pressure part in the low-pressure part of the steam turbine.
  • the resulting in lignite drying in the fluidized bed dryer vapor stream can be divided, for example, into two streams, with a Part of the vapor is compressed and used for the regeneration of the CO 2 -loaded solvent, whereas another part of the resulting vapor is used for preheating the boiler feed water or the combustion air.
  • the invention further relates to a device for producing steam from lignite comprising at least one dryer for drying lignite wet brown coal, at least one fired with the dried lignite steam generator and at least one steam generator downstream steam turbine, this device being characterized in that at least one device for CO 2 scrubbing the flue gas is provided from the steam generator, which comprises at least one absorber column for loading a solvent with CO 2 from the flue gas and at least one Desorberkolonne for the regeneration of the solvent and at least one reboiler associated with the desorber, wherein the reboiler to the vapor outlet of Trockners is connected.
  • the dryer is preferably designed as a fluidized bed dryer.
  • a condensation heat exchanger is to be understood, which is connected to the bottom of the desorber, wherein in the reboiler, the hot, to about 4 bar pre-compressed vapor condenses at about 130 0 C and its heat to the preheated CO 2 - discharged solvent and thereby leads to CO 2 release from the solvent.
  • At least one vapor compressor is provided between the vapor outlet of the fluidized bed dryer and the reboiler.
  • This vapor compressor can be driven, for example, by a steam turbine charged with low-pressure steam.
  • the desorber is associated with at least a second reboiler, which is connected to a low-pressure line of the water-steam cycle of the steam turbine process.
  • the second reboiler is expediently connected to the overflow line between the medium-pressure part and the low-pressure part of a steam turbine.
  • the method according to the invention relates to the operation of a steam turbine power plant, which comprises a lignite-fired steam generator.
  • Pit moisture Lignite has a water content of 45 to 65%, which is reduced by drying to about 10 to 25%.
  • the pre-dried and correspondingly comminuted lignite is fed to the steam generator for the purpose of combustion.
  • the process described here uses the drying of the lignite in a stationary fluidized bed, wherein water vapor or the vaporized hydrocarbon is used as the fluidizing agent.
  • the required drying energy is coupled via heat exchangers in the fluidized bed, which are immersed in the fluidized bed.
  • the fluidized-bed dryer is designated 1 in the figure. Whose heat exchanger 2 is applied via the bleed steam line 3 with bleed steam from the turbine.
  • the lignite wet lignite is withdrawn from a coal bunker 4, crushed in one or more mills 5 and the fluidized bed dryer 1 abandoned. At the lower end of the fluidized bed dryer 1, the dried lignite is withdrawn, cooled and comminuted again by means of one or more mills before it is fed to the steam generator, not shown.
  • the vapor arising during the drying in the fluidized-bed dryer 1 is dedusted in an electrostatic filter 6. Behind the electrostatic precipitator 6, a first partial flow 7 is compressed and returned to the fluidized-bed dryer 1 as a fluidizing medium.
  • a second partial stream 8 is discharged via a vapor condenser 9, wherein the Condensation heat is used for boiler feed water or combustion air preheating.
  • a third partial stream 10, which constitutes a substantial part of the total resulting in the drying of the vapor is compressed in a vapor compressor 11 to a pressure of about 4 bar (absolute) and fed to a desorber 12 associated first reboiler 13.
  • the desorber 12 is part of the below-described CO 2 gas scrubbing the steam generator.
  • the flue gas scrubbing system used for this purpose comprises at least one absorber column (scrubbing column) 14, the desorber column 12, a provided between the absorber column 14 and the desorber 12 heat exchanger 15, which is preferably designed as a countercurrent heat exchanger, connected to the head of the desorber 12 condenser 16, a with the bottom of the desorber 12 connected first reboiler 13 and also connected to the bottom of the desorber 12 second reboiler 17th
  • the flue gas 18 from the steam generator is washed in the absorber column 14 at low temperature (for example 40 0 C to 60 0 C) with an aqueous solution of a CO 2 -binding component (solvent).
  • a solvent may for example be a mixture of water with monoethanolamine.
  • the preheated CO 2 - loaded solvent 19 in the desorber (also called desorber) is initiated.
  • the liquid solvent flows from below near the bottom of the desorber 12 about 110 ° C to 130 0 C hot steam counter, which is generated in one of the reboiler 13, 17 by heating a partial stream of the solvent. At these elevated temperatures, the solvent releases the CO 2 again.
  • the hot CO 2 / water-steam mixture is separated by condensation of the water in the condenser 16, the water subsequently entering the process is recycled and the CO 2 is available for storage or use.
  • the hot low-CO 2 solvent is passed over the countercurrent heat exchanger 15 for cooling, in order subsequently to be available again as a cooled, low-CO 2 solvent to the laundry cycle.
  • the flue gas 18 'freed from CO 2 leaves the absorber column 14 at its upper end.
  • the process described in EP 1 967 249 can be used using a stripping component.
  • the stripping component used may be a chemical available on the market which is essentially immiscible with the wash liquor, practically unreacted with it and which is said to have a higher vapor pressure, ie a lower boiling temperature, than the latter.
  • suitable stripping components are alkalis, for example fluoroalkanes.
  • the stripping steam used is the heated part-stream of the solvent (solvent mixture) conducted in the desorber column 12 (stripper). This partial flow of the heated solvent is generated by means of the reboiler 13, 17.
  • the invention is not limited to the illustrated interconnection of the exhaust gas washer according to the embodiment, but other interconnections are possible, for example, as described in EP 1 967 249.
  • the second partial stream 8 of the vapor can be used completely for the regeneration of the solvent.
  • a preheating of the boiler feed water or the combustion air can be done by recycling the vapor condensate from the reboiler 13.
  • a part of the stripping steam is generated according to the invention by means of a first vapor heated reboiler 13.
  • This will be the third Partial stream 10 of the vapor from the fluidized bed dryer 1 in the vapor compressor 11 compressed to a pressure of about 4 bar and condensed as much as possible in the first reboiler 13, at a temperature of about 130 0 C.
  • about 50% of the for Solvent regeneration required energy from the incurred in the fluidized bed drying vapors are coupled out.
  • the remaining amount of energy is applied according to the invention via a second reboiler 17, which is operated in a known manner with low-pressure steam from the overflow line 20 between the medium-pressure part and low-pressure part of the steam turbine.
  • This low-pressure steam is available at about 4 bar and the corresponding temperature, so that a conditioning of the steam is usually not required.
  • the first and second reboiler 13, 17 are operated in parallel under approximately the same conditions. These are connected in parallel in the illustrated embodiment. It is preferably controllable, which proportion of stripping steam required by which reboiler 13, 17 is made available.
  • both reboiler 13, 17 work at the same condensation temperature.
  • the method according to the invention has the advantage that the amount of low-pressure steam required for the regeneration of the CO 2 detergent in the reboiler is significantly reduced by the turbine, as a result of which the highly efficient low-pressure turbine during the operating time with CO 2 separation contributes more to the generation of electricity, that more condensate (Low temperature) accumulates behind the turbine, which in turn can be used as a heat sink for otherwise unusable low-temperature heat from the power plant process or the CO2 scrubbing system, that the overall efficiency of the dry lignite power plant with CO 2 separation is improved, while the availability of the electricity generating part of the power plant with integrated CO 2 separation is secured or improved that the controllability of the power plant by ensuring sufficient amounts of low-pressure steam in the ND-TeN the turbine is ensured and a hot venting of the turbine is counteracted and that otherwise necessary modifications of the turbine due to the low steaming can possibly be avoided.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Dampfturbinenkraftwerkes mit wenigstens einem mit Braunkohle befeuerten Dampferzeuger, wobei die Braunkohle einer indirekten Trocknung in einem Wirbelschichttrockner unterzogen wird, der wenigstens teilweise mit Dampf aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf des Dampferzeugers beheizt wird. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das Rauchgas aus dem Dampferzeuger einer Gaswäsche zur Abtrennung von CO2 unterzogen wird und dass die für die Gaswäsche benötigte Energie zumindest teilweise aus der Wirbelschichttrocknung ausgekoppelt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Einrichtung zum Erzeugen von Dampf aus Braunkohle mit einer Trocknungsanlage für die Braunkohle und einer Einrichtung zur CO2-Gaswäsche des Rauchgases, wobei der Trocknungsprozess und die CO2-Gaswäsche thermisch miteinander gekoppelt sind.

Description

Verfahren zum Betrieb eines Dampfturbinenkraftwerks sowie Einrichtung zum Erzeugen von Dampf aus Braunkohle
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Dampfturbinenkraftwerks mit wenigstens einem mit Braunkohle befeuerten Dampferzeuger, wobei die Braunkohle einer vorhergehenden Trocknung, vorzugsweise einer indirekten Trocknung in einem Wirbelschichttrockner, unterzogen wird, der wenigstens teilweise mit Dampf aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf des Dampferzeugers beheizt wird.
Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der DE 103 19 477 A1 bekannt.
Im Vergleich zur Stromerzeugung aus Steinkohle geht die Verbrennung von Braunkohle mit einer höheren CO2-Emission einher. Dies wird hauptsächlich durch höheren Wassergehalt der Braunkohle verursacht. Die grubenfeuchte Braunkohle hat etwa einen Wassergehalt von 45 bis 65 %, der durch Trocknung auf etwa 10 bis 25 % verringert wird. Um eine effizientere
Braunkohlenverstromung zu erreichen, ist 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 kalten Speisewassers aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf 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 Brüden im Trockner und unter Verwendung von Niederdruckdampf aus dem Dampfkreislauf des Dampferzeugers kann eine Effizienzsteigerung um 4 bis 5 Prozentpunkte gegenüber konventioneller Braunkohlekraftwerkstechnik erzielt werden. Die WTA-Technik ist beispielsweise auch aus der DE 195 18 644 C2 bekannt.
Neben der Effizienzsteigerung bzw. Wirkungsgradsteuerung spielt in moderner Kraftwerkstechnologie zunehmend eine verminderte CO2-Freisetzung eine herausragende Rolle. Die verminderte CO2-Freisetzung fossil gefeuerter Kraftwerke dient nicht nur der Klimavorsorge, sondern steigert zudem die Wirtschaftlichkeit der Stromerzeugung. Deshalb wird die Entwicklung von Techniken der Wirkungsgradsteigerung von Kraftwerken intensiv vorangetrieben und parallel hierzu Möglichkeiten zur Cθ2-Abtrennung aus Kraftwerksabgasen und zur späteren unterirdischen Speicherung des CO2 entwickelt.
Die derzeit praktikabelste Technik zur Cθ2-Abtrennung ist die chemische CO2- Absorption, die vergleichsweise einfach großtechnisch nachrüstbar und damit schnell umsetzbar ist. Für die Cθ2-Wäsche werden jedoch erhebliche Energiemengen benötigt, die letztendlich nicht für die Stromerzeugung zur Verfügung stehen, sodass die Realisierung einer chemischen Absorption von CO2 mit deutlichem Wirkungsgradverlust verbunden ist.
Ein geeignetes Verfahren zur Abtrennung von CO2 aus Industrieabgasen ist beispielsweise aus der EP 1 967 249 A1 bekannt. In dieser Druckschrift ist die Anwendung der CO2-Wäsche zur Reinigung von Rauchgasen aus Kraftwerksprozessen beschrieben. Der dort beschriebene Waschprozess umfasst die Gaswäsche des Rauchgases in einem Absorber mit einer wässrigen Lösung einer CO2-bindenden Komponente sowie das Strippen des CO2-beladenen
Lösungsmittels in einem Desorber, in welchem das Lösungsmittel im Gegenstrom zu 1100C bis 1300C heißem Dampf geführt wird. Dieser Dampf wird in einem sogenannten Reboiler durch Erhitzen eines Teilstroms des Lösungsmittels mit Hilfe von Niederdruckdampf erzeugt. Der Niederdruckdampf mit einem Druck von etwa 4 bar wird der Überströmleitung zwischen dem Mitteldruck- und
Niederdruckteil einer Dampfturbine entnommen. Bei den erhöhten Temperaturen im Desorber gibt das Lösungsmittel das CO2 wieder ab.
Für die Regeneration des Lösungsmittels werden erhebliche Energiemengen benötigt, die dem Niederdruckteil der Dampfturbine zur Stromerzeugung entzogen werden. Bei einem nicht optimierten Waschprozess können bis zu 70 % der Niederdruckdampfmenge eines Kraftwerksblocks nur für die Regeneration des CO2-Lösungsmittels benötigt werden. Dies hat zur Folge, dass sich allein durch die Niederdruckdampfentnahme der elektrische Wirkungsgrad eines Kraftwerks um bis zu 11 Prozentpunkte verringern kann.
Zur Verbesserung dieser Energiebilanz wird in der EP 1 967 249 A1 vorgeschlagen, bei der Regeneration des CO2-beladenen Lösungsmittels eine Stripp-Komponente zu verwenden, sodass sich die für die Erzeugung des Stripp- Dampfs im Reboiler benötigte Niederdruckdampfmenge verringert, was wiederum die zuvor erwähnte Wirkungsgradverringerung relativiert.
Trotzdem mit dem Verfahren gemäß EP 1 967 249 B1 bereits eine beachtliche Reduzierung des benötigten Niederdruckdampfes erzielt wird, ist es wünschenswert, den Niederdruckdampfverbrauch noch stärker zu verringern.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines mit Braunkohle befeuerten Dampfturbinenkraftwerks sowie eine entsprechende Einrichtung mit einer CO2-Wäsche des Abgases zu betreiben, und zwar derart, dass die für das Verfahren benötigte Niederdruckdampfmenge weiterhin verringert wird. Insbesondere soll damit die Regelfähigkeit des Dampfturbinenkraftwerks in jedem Lastzustand verbessert werden.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines Dampfturbinenkraftwerks mit wenigstens einem mit Braunkohle befeuerten Dampferzeuger, wobei die Braunkohle einer vorhergehenden Trocknung, vorzugsweise einer indirekten Trocknung in einem Wirbelschichttrockner, unterzogen wird, der wenigstens teilweise mit Dampf aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf des Dampferzeugers beheizt wird, wobei sich das Verfahren dadurch auszeichnet, dass das Rauchgas aus dem Dampferzeuger einer Gaswäsche zur Abtrennung von CO2 unterzogen wird und die für die Gaswäsche benötigte Energie zumindest teilweise aus der Trocknung ausgekoppelt wird.
Geeignete Trocknungsverfahren im Sinne der Erfindung sind alle Trocknungsverfahren, bei welchen Brüden anfallen, beispielsweise auch die Mechanisch-Thermische Entwässerung. Auf diese Art und Weise wird erfindungsgemäß sichergestellt, dass ein Teil oder der gesamte Wärmeinhalt des Brüdens aus der Wirbelschichttrocknung für die Regeneration des mit CO2-beladenen Waschmittels genutzt wird. An und für sich ist die Nutzung des Wärmeinhalts des Brüdens aus der Braunkohletrocknung bekannt. Die bisherigen Konzepte zur Nutzung des Wärmeinhalts des Brüdens umfassten die Vorwärmung des Kesselspeisewassers bzw. des Turbinenkondensats und/oder die direkte Vorwärmung der Verbrennungsluft mittels eines Wärmeverschiebesystems. Zudem lässt sich der Wärmeinhalt des Brüdens in der Kohletrocknung selbst nutzen, nachdem, wie dies beispielsweise in der DE 103 477 B4 beschrieben ist, mittels mehrstufiger Brüdenkompression eine Anhebung der Temperatur bzw. des Druckes durchgeführt wurde.
Die Nutzung des Wärmeinhalts des Brüdens für die Speisewasservorwärmung oder die Vorwärmung der Verbrennungsluft hat jedoch den Nachteil, dass nur ein Teil des Wärmeinhalts des Brüdens verwendet wird. Ein erheblicher Wärmeanteil kann nicht verwendet werden. Beispielsweise bei einem Kraftwerksblock mit 1100 MW Nennleistung können etwa 100 MW thermische Leistung nicht verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat je nach Menge der aus der Brüdenverdichtung ausgekoppelten Energie nicht nur den Vorzug, dass weniger Niederdruckdampf aus der Überströmleitung vom Mitteldruckteil der Turbine in den Niederdruckteil der Turbine abgezogen werden muss, vielmehr ergeben sich, wie vorstehend erwähnt, auch energetische Vorteile.
Bei einer bevorzugten Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Restwärme zumindest eines Teils des bei der Trocknung der Braunkohle angefallenen Brüdens für die Regeneration eines CO2-beladenen Lösungsmittels genutzt wird.
Für die Regeneration des Cθ2-beladenen Lösungsmittels kann wenigstens ein Kondensationswärmetauscher Anwendung finden, der mit wenigstens einem Teilstrom des Brüdens aus der Wirbelschichttrocknung beaufschlagt wird. Unter Lösungsmittel im Sinne der Erfindung kann auch ein Lösungsmittelgemisch zu verstehen sein. Vorteilhafterweise findet für die CO2-Abtrennung aus dem Rauchgas des Dampferzeugers das in der EP 1 967 249 beschriebene Verfahren statt, bei welchem bei der Regeneration des Cθ2-beladenen Lösungsmittels eine Strippkomponente verwendet wird, allerdings mit dem Unterschied, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die hierzu benötigte Energie zumindest teilweise aus der Wirbelschichttrocknung ausgekoppelt wird.
Um eine Kondensation des Brüdens in dem hierzu erforderlichen Wärmetauscher zu gewährleisten, wird der Brüden vorzugsweise auf einen Druck von zwischen 3 und 5 bar vorverdichtet. Das heißt, der Druck des Brüdens wird mittels Brüdenverdichtung auf ein Niveau angehoben, das einer Kondensationstemperatur von etwa 1300C entspricht. Dies hat gegenüber einer möglichen Verwendung von Niedertemperaturwärme aus dem Kraftwerksprozess den Vorzug, dass keine besonderen Maßnahmen zur Herabsetzung des Siedepunkts des Lösungsmittels erforderlich sind.
Vorzugsweise erfolgt die Verdichtung des Brüdens mittels Niederdruckdampf aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf des Dampferzeugungsprozesses. Alternativ können ein oder mehrere Brüdenverdichter auch mit elektrischer Energie betrieben werden.
Bei einer bevorzugten Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Teilmenge der für die Cθ2-Lösungsmittelregeneration benötigten Energien 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 Niederdruckdampf aus der Überströmleitung vom Mitteldruckteil in den Niederdruckteil der Dampfturbine gewonnen werden.
Der bei der Braunkohletrocknung im Wirbelschichttrockner anfallende Brüdenstrom kann beispielsweise in zwei Teilströme aufgeteilt werden, wobei ein Teil des Brüdens verdichtet wird und zur Regeneration des CO2-beladenen Lösungsmittels verwendet wird, wohingegen ein anderer Teil des anfallenden Brüdens zur Vorwärmung des Kesselspeisewassers oder der Verbrennungsluft genutzt wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Einrichtung zum Erzeugen von Dampf aus Braunkohle umfassend wenigstens einen Trockner zur Trocknung von grubenfeuchter Braunkohle, wenigstens einen mit der getrockneten Braunkohle befeuerten Dampferzeuger und wenigstens eine dem Dampferzeuger nachgeschaltete Dampfturbine, wobei sich diese Einrichtung dadurch auszeichnet, dass wenigstens eine Einrichtung zur Cθ2-Wäsche des Rauchgases aus dem Dampferzeuger vorgesehen ist, die wenigstens eine Absorberkolonne zur Beladung eines Lösungsmittels mit CO2 aus dem Rauchgas und wenigstens eine Desorberkolonne zur Regeneration des Lösungsmittels sowie wenigstens einen dem Desorber zugeordneten Reboiler umfasst, wobei der Reboiler an den Brüdenabgang des Trockners angeschlossen ist.
Der Trockner ist vorzugsweise als Wirbelschichttrockner ausgebildet.
Unter Reboiler im Sinne der Erfindung ist ein Kondensationswärmetauscher zu verstehen, der an den Sumpf der Desorberkolonne angeschlossen ist, wobei in dem Reboiler der heiße, auf etwa 4 bar vorverdichtete Brüden bei ca. 1300C kondensiert und seine Wärme an das vorgewärmte CO2-beladene Lösungsmittel abgibt und dabei zur CO2-Freisetzung aus dem Lösungsmittel führt.
Vorzugsweise ist zwischen dem Brüdenabgang des Wirbelschichttrockners und dem Reboiler zumindest ein Brüdenverdichter vorgesehen. Dieser Brüdenverdichter kann beispielsweise von einer mit Niederdruckdampf beaufschlagten Dampfturbine angetrieben werden.
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Einrichtung gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass dem Desorber wenigstens ein zweiter Reboiler zugeordnet ist, der an eine Niederdruckleitung des Wasser-Dampf-Kreislaufs des Dampfturbinenprozesses angeschlossen ist. Der zweite Reboiler ist zweckmäßigerweise an die Überströmleitung zwischen Mitteldruckteil und Niederdruckteil einer Dampfturbine angeschlossen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten Anlagenschemas erläutert. Aus Vereinfachungsgründen sind lediglich die Braunkohletrocknung und die CO2-Gaswäsche dargestellt. Darüber hinaus sind wesentliche Teile des Dampfturbinenkraftwerks wie beispielsweise der Dampferzeuger, die Turbine, der Regenerator sowie der Wasser-Dampf-Kreislauf nicht dargestellt. Diese Teile eines Dampfturbinenkraftwerks sind an und 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 etwa einen Wassergehalt von 45 bis 65 %, der durch Trocknung auf etwa 10 bis 25 % verringert wird. Die vorgetrocknete und entsprechend zerkleinerte Braunkohle wird dem Dampferzeuger zwecks Verbrennung zugeführt. Das hier beschriebene Verfahren nutzt die Trocknung der Braunkohle in einer stationären Wirbelschicht, wobei als Fluidisierungsmittel Wasserdampf bzw. das ausgedampfte Kohlenwasser eingesetzt wird. Die erforderliche Trocknungsenergie wird über Wärmetauscher in die Wirbelschicht eingekoppelt, welche in die Wirbelschicht eingetaucht sind. Der Wirbelschichttrockner ist in der Figur mit 1 bezeichnet. Dessen Wärmetauscher 2 wird über die Anzapfdampfleitung 3 mit Anzapfdampf aus der Turbine beaufschlagt. Die grubenfeuchte Braunkohle wird aus einem Kohlebunker 4 abgezogen, in einer oder mehreren Mühlen 5 zerkleinert und dem Wirbelschichttrockner 1 aufgegeben. Am unteren Ende des Wirbelschichttrockners 1 wird die getrocknete Braunkohle abgezogen, gekühlt und mittels einer oder mehrerer Mühlen nochmals zerkleinert, bevor diese dem nicht dargestellten Dampferzeuger zugeführt wird. Der bei der Trocknung in dem Wirbelschichtrockner 1 anfallende Brüden wird in einem Elektrofilter 6 entstaubt. Hinter dem Elektrofilter 6 wird ein erster Teilstrom 7 verdichtet und dem Wirbelschichtrockner 1 als Fluidisierungsmedium wieder zugeführt. Ein zweiter Teilstrom 8 wird über einen Brüdenkondensator 9 abgeführt, wobei die Kondensationswärme zur Kesselspeisewasser- oder Verbrennungsluftvorwärmung genutzt wird.
Ein dritter Teilstrom 10, der einen wesentlichen Teil des insgesamt bei der Trocknung anfallenden Brüdens ausmacht, wird in einem Brüdenverdichter 11 auf einen Druck von etwa 4 bar (absolut) verdichtet und einem der Desorberkolonne 12 zugeordneten ersten Reboiler 13 zugeführt.
Die Desorberkolonne 12 ist Teil der nachstehend beschriebenen CO2-Gaswäsche des Dampferzeugers. Die hierzu verwendete Rauchgaswaschanlage umfasst wenigstens eine Absorberkolonne (Waschkolonne) 14, die Desorberkolonne 12, einen zwischen der Absorberkolonne 14 und der Desorberkolonne 12 vorgesehenen Wärmetauscher 15, der vorzugsweise als Gegenstromwärmetauscher ausgebildet ist, einen mit dem Kopf der Desorberkolonne 12 verbundenen Kondensator 16, einen mit dem Sumpf der Desorberkolonne 12 verbundenen ersten Reboiler 13 sowie einen ebenfalls mit dem Sumpf der Desorberkolonne 12 verbundenen zweiten Reboiler 17.
Das Rauchgas 18 aus dem Dampferzeuger wird in der Absorberkolonne 14 bei niedriger Temperatur (beispielsweise 400C bis 600C) mit einer wässrigen Lösung einer CO2-bindenden Komponente (Lösungsmittel) ausgewaschen. Ein solches Lösungsmittel kann beispielsweise eine Mischung aus Wasser mit Monoethanolamin sein.
Nachdem das CO2-beladene Lösungsmittel 19 über den
Gegenstromwärmetauscher 15 vorgewärmt wurde, wird das vorgewärmte CO2- beladene Lösungsmittel 19 in die Desorberkolonne (auch als Desorber bezeichnet) eingeleitet. Hier strömt dem flüssigen Lösungsmittel von unten nahe dem Sumpf der Desorberkolonne 12 etwa 110°C bis 1300C heißer Dampf entgegen, der in einem der Reboiler 13, 17 durch Erhitzen eines Teilstroms des Lösungsmittels erzeugt wird. Bei diesen erhöhten Temperaturen gibt das Lösungsmittel das CO2 wieder ab. Hinter der Desorberkolonne 12 wird das heiße CO2/Wasser-Dampf-Gemisch durch Kondensation des Wassers in dem Kondensator 16 getrennt, wobei das Wasser anschließend in den Prozess zurückgeführt wird und das CO2 für eine Speicherung oder Verwendung zur Verfügung steht. Das heiße CO2-arme Lösungsmittel wird zur Abkühlung über den Gegenstromwärmetauscher 15 geführt, um anschließend als abgekühltes CO2-armes Lösungsmittel dem Wäschekreislauf wieder zur Verfügung zu stehen. Das vom CO2 befreite Rauchgas 18' verlässt die Absorberkolonne 14 an deren oberen Ende.
Bei der CO2-Abgaswäsche kann beispielsweise das in der EP 1 967 249 beschriebene Verfahren unter Verwendung einer Strippkomponente Anwendung finden. Als Strippkomponente 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 niedrige Siedetemperatur, als diese aufweisen soll. Beispielsweise kommen als Strippkomponenten Alkale, etwa Fluoralkale, in Betracht.
Diese Maßnahme dient zur Herabsetzung des Siedepunkts des Lösemittels, um hierdurch den Energieverbrauch für die Regeneration des Lösungsmittels zu reduzieren. Als Strippdampf wird der in der Desorberkolonne 12 (Stripper) geführte erhitzte Teilstrom des Lösungsmittels (Lösungsmittelgemischs) bezeichnet. Dieser Teilstrom des erhitzten Lösungsmittels wird mittels der Reboiler 13, 17 erzeugt.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte Verschaltung der Abgaswaschanlage gemäß Ausführungsbeispiel beschränkt, vielmehr sind auch andere Verschaltungen möglich, beispielsweise solche wie in der EP 1 967 249 beschrieben.
Der zweite Teilstrom 8 des Brüdens kann alternativ vollständig für die Regeneration des Lösungsmittels verwendet werden. Eine Vorwärmung des Kesselspeisewassers oder der Verbrennungsluft kann mittels Rückführung des Brüdenkondensats aus dem Reboiler 13 erfolgen.
Anders als im Stand der Technik wird erfindungsgemäß ein Teil des Strippdampfs mittels eines ersten Brüden beheizten Reboilers 13 erzeugt. Hierzu wird der dritte Teilstrom 10 des Brüdens aus dem Wirbelschichttrockner 1 in dem Brüdenverdichter 11 auf einen Druck von etwa 4 bar verdichtet und in dem ersten Reboiler 13 weitestgehend kondensiert, und zwar bei einer Temperatur von etwa 1300C. Je nach Auslegung kann etwa 50 % der für die Lösungsmittels- regeneration benötigte Energie aus den bei der Wirbelschichttrocknung anfallenden Brüden ausgekoppelt werden. Die restliche Energiemenge wird erfindungsgemäß über einen zweiten Reboiler 17 aufgebracht, der in bekannter Art und Weise mit Niederdruckdampf aus der Überströmleitung 20 zwischen Mitteldruckteil und Niederdruckteil der Dampfturbine betrieben wird.
Dieser Niederdruckdampf steht etwa mit 4 bar und der entsprechenden Temperatur zur Verfügung, sodass eine Konditionierung des Dampfs in der Regel nicht erforderlich ist.
Der erste und der zweite Reboiler 13, 17 werden parallel unter etwa gleichen Bedingungen betrieben. Diese sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel parallel geschaltet. Es ist vorzugsweise steuerbar, welcher Anteil an benötigtem Strippdampf von welchem Reboiler 13, 17 zur Verfügung gestellt wird.
Dabei ist es insbesondere von Vorteil, dass beide Reboiler 13, 17 bei gleicher Kondensationstemperatur arbeiten.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorzug, dass sich hierdurch die für die Regeneration des CO2-Waschmittels im Reboiler benötigte Niederdruckdampfmenge von der Turbine deutlich verringert, dass hierdurch die hocheffiziente Niederdruckturbine während der Betriebszeit mit Cθ2-Abtrennung mehr zur Stromerzeugung beiträgt, dass mehr Kondensat (mit niedriger Temperatur) hinter der Turbine anfällt, das wiederum als Wärmesenke für sonst nicht verwertbare Niedertemperaturwärme aus dem Kraftwerksprozess oder der CO2-Wäscheanlage genutzt werden kann, dass insgesamt der Wirkungsgrad der Trockenbraunkohlekraftwerks mit Cθ2-Abtrennung verbessert wird, dass dabei die Verfügbarkeit des stromerzeugenden Teils des Kraftwerks mit integrierter Cθ2-Abtrennung gesichert oder verbessert wird, dass die Regelfähigkeit des Kraftwerks durch Sicherstellung ausreichender Mengen an Niederdruckdampf im ND-TeN der Turbine sichergestellt wird und einem heiß Ventilieren der Turbine entgegengewirkt wird und dass sonst notwendige Modifikationen der Turbine aufgrund der niedrigen Dampfbeaufschlagung ggf. vermieden werden können.
Bezugszeichenliste
1 Wirbelschichttrockner
2. Wärmetauscher
3 Anzapfdampfleitung
4 Kohlebunker
5 Mühlen
6 Elektrofilter
7 erster Teilstrom des Brüdens
8 zweiter Teilstrom des Brüdens
9 Brüdenkondensator
10 dritter Teilstrom des Brüdens
11 Brüdenverdichter
12 Desorberkolonne
13 erster Reboiler
14 Absorberkolonne
15 Wärmetauscher
16 Kondensator
17 zweiter Reboiler
18 Rauchgas
18' Rauchgas
19 Lösungsmittel
20 Überströmleitung

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betrieb eines Dampfturbinenkraftwerks mit wenigstens einem mit Braunkohle befeuerten Dampferzeuger, wobei die Braunkohle einer Trocknung, vorzugsweise einer indirekten Trocknung in einem
Wirbelschichttrockner, unterzogen wird, der wenigstens teilweise mit Dampf aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf des Dampferzeugers beheizt wird, wobei das Rauchgas aus dem Dampferzeuger einer Gaswäsche zur Abtrennung von CO2 unterzogen und die für die Gaswäsche benötigte Energie zumindest teilweise aus der Trocknung ausgekoppelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Restwärme zumindest eines Teils des bei der Trocknung der Braunkohle anfallenden Brüdens für die Regeneration eines CO2-beladenen Lösungsmittels genutzt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Regeneration des CO2-beladenen Lösungsmittels wenigstens ein Kondensationswärmetauscher Anwendung findet, der wenigstens mit einem Teilstrom des Brüdens aus der Trocknung beaufschlagt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Kondensationswärmetauscher zugeführte Brüden auf einen Druck von 3 bis 5 bar, vorzugsweise auf einen Druck von 4 bar (absolut) vorverdichtet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtung des Brüdens mittels Niederdruckdampf aus dem Wasser- Dampf-Kreislauf des Dampferzeugungsprozesses vorgenommen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Teilmenge der für die Lösungsmittelregeneration benötigten Energie in Form von Niederdruckdampf aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf des Dampfturbinenprozesses ausgekoppelt wird.
7. Einrichtung zum Erzeugen von Dampf aus Braunkohle umfassend wenigstens einen Trockner zur Trocknung von grubenfeuchter Braunkohle, wenigstens einen mit der getrockneten Braunkohle befeuerten Dampferzeuger, wenigstens eine dem Dampferzeuger nachgeschaltete
Dampfturbine, gekennzeichnet durch wenigstens eine Einrichtung zur CO2- Wäsche des Rauchgases aus dem Dampferzeuger, umfassend wenigstens eine Absorberkolonne (14) zur Beladung eines Lösungsmittels mit CO2 aus dem Rauchgas, wenigstens eine Desorberkolonne (12) zur Regeneration des Lösungsmittels und wenigstens einen der Desorberkolonne (12) zugeordneten Reboiler, wobei der Reboiler (13) an den Brüdenabgang des Trockners angeschlossen ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Trockner als Wirbelschichttrockner (1 ) ausgebildet ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Brüdenabgang des Wirbelschichttrockners (2) und dem Reboiler (13) zumindest ein Brüdenverdichter (11 ) vorgesehen ist.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Desorberkolonne wenigstens ein zweiter Reboiler (17) zugeordnet ist, der an eine Niederdruckleitung des Wasser-Dampf-Kreislaufs angeschlossen ist.
11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Reboiler (17) an eine Überströmleitung (20) zwischen Mitteldruckteil und Niederdruckteil einer Dampfturbine angeschlossen ist.
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