DE102004050465B3 - Fluid heating/vaporizing method for driving gas turbine`s power generation device, involves passing hot gas with dust via regenerators to hold dust in one regenerator, and passing cold and pure gas via other regenerator to form hot pure gas - Google Patents
Fluid heating/vaporizing method for driving gas turbine`s power generation device, involves passing hot gas with dust via regenerators to hold dust in one regenerator, and passing cold and pure gas via other regenerator to form hot pure gas Download PDFInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erwärmung und/oder Verdampfung eines Fluids unter Verwendung heißer mit Staub beladener Abgase. Die Erfindung betrifft ferner eine Verwendung eines Schüttgutregenerators.The The invention relates to a method for heating and / or evaporation of a fluid using hot dust laden exhaust gases. The invention further relates to a use of a bulk regenerator.
Aus
der
Aus
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Die
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Aus
der
In ähnlicher
Weise ist bei einem aus der
Bei
einem aus der
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Soweit die vorgenannten Verfahren die Umwandlung thermischer Energie in mechanische Energie mittels einer Gasturbine betreffen, wird die thermische Energie meist durch Verbrennung eines brennbaren Gases erzeugt. Die dabei gebildeten Abgase sind nicht mit Staub beladen. Soweit zur Erzeugung thermischer Energie organische Festbrennstoffe verwendet werden, ist zur Abscheidung des Staubs eine gesonderte Vorrichtung vorgesehen oder es werden Maßnahmen getroffen, mit denen eine Erosion von Wärmetauschern oder ein Zusetzen derselben durch Staub verhindert werden. Dazu können Wärmetauscher besonders ausgestaltet sein oder es können geeignete Strömungsgeschwindigkeiten oder dgl. gewählt werden.So far the aforementioned methods, the conversion of thermal energy in concern mechanical energy by means of a gas turbine, the Thermal energy mostly by combustion of a combustible gas generated. The resulting exhaust gases are not loaded with dust. As far as the generation of thermal energy organic solid fuels are used to separate the dust a separate Device provided or measures are taken with which a Erosion of heat exchangers or clogging with dust. To can heat exchangers be particularly designed or it can be suitable flow rates or the like. Selected become.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es sollen insbesondere ein Verfahren und eine Verwendung angegeben werden, mit denen auf einfache und kostengünstige Weise eine effektive Erwärmung und/oder Verdampfung eines Fluids aus mit Staub beladenen heißen Abgasen möglich ist.task It is the object of the present invention to overcome the disadvantages of the prior art to eliminate the technology. It is intended in particular a method and a use can be specified with which to simple and inexpensive Way an effective warming and / or vaporizing a fluid from dust-laden hot exhaust gases possible is.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 18 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 17.These The object is solved by the features of claims 1 and 18. Advantageous embodiments emerge from the features of claims 2 to 17.
Nach Maßgabe der Erfindung sind bei einem Verfahren zur Erwärmung und/oder Verdampfung eines Fluids die folgenden Schritte vorgesehen:
- a) Verbrennen eines Energieträgers unter Bildung heißer und mit Staub beladene Abgase,
- b) wechselweises Durchleiten der dabei erzeugten heißen und mit Staub beladenen Abgase durch zumindest eine von mehreren Wärmespeicher- und Entstaubungseinrichtungen, wobei Wärme von den heißen Abgasen auf die Wärmespeicher- und Entstaubungseinrichtung übertragen und der im Abgas enthaltene Staub mittels der Wärmespeicher- und Entstaubungseinrichtung im Wesentlichen zurückgehalten wird,
- c) wechselweises Durchleiten von kaltem und im Wesentlichen staubfreien Reingas durch zumindest eine andere der Wärmespeicher- und Entstaubungseinrichtungen; so dass darin gespeicherte Wärme auf das Reingas übertragen und heißes Reingas gebildet wird, und
- d) Durchleiten des heißen Reingases durch einen Wärmetauscher zur Erwärmung und/oder Verdampfung des Fluids.
- a) burning an energy source to form hot and dust-laden exhaust gases,
- b) alternately passing the generated thereby hot and dust-laden exhaust gases through at least one of a plurality of heat storage and dedusting, wherein heat from the hot exhaust gases to the heat storage and dedusting transferred and the dust contained in the exhaust gas by means of the heat storage and dedusting substantially is held back
- c) alternately passing cold and substantially dust-free clean gas through at least one other of the heat storage and dedusting facilities; so that stored heat is transferred to the clean gas and hot clean gas is formed, and
- d) passing the hot clean gas through a heat exchanger for heating and / or evaporation of the fluid.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff "Fluid" ein fließfähiges Material bzw. ein fließfähiger Stoff verstanden. Es kann sich dabei um eine Flüssigkeit, beispielsweise Wasser oder auch ein Gas, handeln. Das erfindungsgemäße Verfahren dient insbesondere zur Erzeugung von Dampf aus Wasser.in the For the purposes of the present invention, the term "fluid" is a flowable material or a flowable substance Understood. It can be a liquid, such as water or a gas, act. The inventive method is used in particular for generating steam from water.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine besonders hohe Energieausnutzung von heißen und mit Staub beladenen Abgasen. Es ist insbesondere nicht mehr erforderlich, solche Abgase durch eine gesonderte Entstaubungseinrichtung zu führen. Die Entstaubung des heißen Abgases kann überraschenderweise im Regenerator erfolgen. Infolgedessen wird auch der im Staub enthaltene Wärmeanteil ausgenutzt. Auch beim Durchleiten von Reingas durch den zuvor durch die heißen Abgase aufgeheizten Regenerator wird der Staub effektiv zurückgehalten. Das Reingas verlässt den Regenerator im Wesentlich staubfrei. Es kann eine unerwünschte durch Staub bedingte Korrosion und/oder Erosion in Rohrleitungen, Wärmetauschern und dgl. verhindert werden. Abgesehen davon kann das im Wesentlichen staubfreie Reingas ohne weiteres auch als Verbrennungsluft eingesetzt werden. Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht insbesondere bei der Verwendung von Biomasse als Energieträger eine besonders hohe Energieausnutzung im Gasturbinen- und/oder Dampfkraftprozess.The inventive method allows a particularly high energy utilization of hot and dust laden Exhaust gases. In particular, it is no longer necessary to pass such exhaust gases through To lead a separate dedusting. The dedusting of the hot exhaust gas can surprisingly done in the regenerator. As a result, the dust contained in the dust is also heat content exploited. Also when passing clean gas through the previously by the hot ones Exhaust gas heated regenerator, the dust is effectively retained. The clean gas leaves the regenerator essentially dust-free. It can be an undesirable by Dust related corrosion and / or erosion in piping, heat exchangers and the like. Be prevented. Apart from that, that can essentially be dust-free clean gas also used without problem as combustion air become. The proposed method allows in particular in the Use of biomass as an energy carrier a particularly high energy utilization in the gas turbine and / or steam power process.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass als Wärmespeicher und Entstaubungseinrichtung ein Schüttgutregenerator verwendet wird. Dabei wird das Abgas zweckmäßigerweise im Wesentlichen radial durch eine im Schüttgutregenerator aufgenommene Schüttung geleitet. Der Staub wird dabei vorzugsweise in der Schüttung zurückgehalten.To an advantageous embodiment is provided that as a heat storage and dedusting a bulk regenerator used becomes. The exhaust gas is expediently substantially radially through a bulk regenerator absorbed bed directed. The dust is preferably retained in the bed.
Nach
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird zur Entfernung
des Staubs ein Teil der Schüttung
aus einem Ringraum des Schüttgutregenerators
entnommen und der Staub wird, beispielsweise unter Verwendung eines
Zyklons, von der Schüttung
getrennt. Ein zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
grundsätzlich
geeigneter Schüttgutregenerator
ist beispielsweise aus der
Das Reingas wird vorteilhafterweise mit einer geringeren Strömungsgeschwindigkeit durch die Schüttung des zumindest einen Regenerators geführt als die heißen und mit Staub beladenen Abgase. Zu diesem Zweck kann der Reingasstrom verzweigt und durch mehrere Regeneratoren geführt werden. Damit kann auf einfache Weise verhindert werden, dass im Reingasstrom in der Schüttung abgelagerter Staub mitgerissen wird. Das Reingas weist nach dem Verlassen des/der Regenerators/en zwar eine höhere Temperatur auf, ist jedoch nicht mit Staub belastet.The Clean gas is advantageously at a lower flow rate through the bed the at least one regenerator led as the hot and Dust laden exhaust gases. For this purpose, the clean gas flow branched and guided by several regenerators. This can be on easy way prevents being deposited in the clean gas stream in the bed Dust is carried away. The clean gas has after leaving the / Regenerators / en though a higher Temperature up, but is not contaminated with dust.
Weiter hat es sich als zweckmäßig erwiesen, dass das Abgas infolge des Durchleitens durch die Wärmespeicher- und Entstaubungseinrichtung auf eine Temperatur von weniger als 100°C, vorzugsweise weniger als 80°C, abgekühlt wird. Üblicherweise beträgt eine Eintrittstemperatur des heißen Abgases 800°C bis 900°C. Das heiße Abgas wird beim Durchleiten durch die Wärmespeicher- und Entstaubungseinrichtung mit einer Abkühlungsrate von 1000 bis 2000 K/m abgekühlt. Durch die äußerst hohe Abkühlungsrate wird vorteilhafterweise eine Rekombination von im heißen Abgas enthaltenen Schadstoffen, wie Dioxinen und Furanen, minimiert bzw. verhindert. Nach einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das abgekühlte Abgas zumindest teilweise zur Vorwärmung einer Verbrennungsluft zur Verbrennung des organischen Energieträgers verwendet. Damit kann die Energieausnutzung weiter erhöht werden.Further it has proved to be appropriate that the exhaust gas due to the passage through the heat storage and dedusting to a temperature of less than 100 ° C, preferably less than 80 ° C, cooled. Usually one is Inlet temperature of the hot Exhaust gas 800 ° C up to 900 ° C. The hot Exhaust gas is passing through the heat storage and dedusting with a cooling rate cooled from 1000 to 2000 K / m. By the extremely high cooling rate is advantageously a recombination of the hot exhaust gas contained pollutants, such as dioxins and furans, minimized or prevented. According to a further embodiment of the method according to the invention is the cooled Exhaust gas at least partially for preheating a combustion air used for combustion of the organic energy carrier. So that can the energy utilization further increased become.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das heiße Reingas beim Durchleiten durch den Wärmetauscher auf eine Temperatur auf weniger als 150°C, vorzugsweise weniger als 140°C, abgekühlt wird. In diesem Fall kann das abgekühlte Reingas anschließend durch eine Einrichtung zum Vorwärmen von Kondensat geleitet werden. Dabei kann das abgekühlte Reingas auf eine Temperatur auf weniger als 80°C, vorzugsweise weniger als 70°C, weiter abgekühlt werden. Schließlich kann das weiter abgekühlte Reingas noch zur Verbrennung des organi schen Energieträgers verwendet werden. Die vorgeschlagenen Verfahrensschritte tragen weiter zur verbesserten Energieausnutzung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei.To A further embodiment provides that the hot clean gas when passing through the heat exchanger to a temperature of less than 150 ° C, preferably less than 140 ° C, cooled. In this case, the cooled clean gas subsequently by means of preheating be conducted by condensate. This can be the cooled clean gas to a temperature of less than 80 ° C, preferably less than 70 ° C, further chilled become. After all that can be cooled down further Clean gas still used for the combustion of organic energy carrier become. The proposed process steps continue to contribute improved energy efficiency of the method according to the invention.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zumindest ein Teil der auf das Fluid übertragenen thermischen Energie zum Antrieb einer Einrichtung zum Stromerzeugung und/oder zur Aufrechterhaltung einer vorgegebenen Betriebstemperatur einer in einem Wärmenetz zirkulierenden Flüssigkeit verwendet wird. Insbesondere kann das Fluid als Dampf vorliegen. Die im Dampf gespeicherte thermische Energie kann beispielsweise zur Durchführung des Clausius-Rankine-Prozesses, zum Antrieb von Dampfmotoren, zur Durchführung des Organic-Rankine-Cycle, des Kalina-Cycle oder anderen Verfahren verwendet werden.To A further embodiment provides that at least one Part of the transferred to the fluid thermal energy for driving a device for generating electricity and / or to maintain a predetermined operating temperature one in a heating network circulating liquid is used. In particular, the fluid may be in the form of vapor. The stored thermal energy in the steam, for example to carry out the Clausius-Rankine process, to drive steam engines, to execution Organic Rankine Cycle, Kalina Cycle or other processes be used.
Der Dampf kann nach dem Energieentzug kondensiert werden. Das ermöglicht eine erneute Verdampfung des Kondensats. In diesem Fall kann das Verfahren im Kreislauf geführt werden.Of the Steam can be condensed after the removal of energy. That allows one renewed evaporation of the condensate. In this case, the procedure can circulated become.
Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, als Reingas Luft und als organischen Energieträger einen erneuerbaren Energieträger, insbesondere Biomasse, zu verwenden. Die vorgenannten Ausgangsstoffe sind preiswert verfügbar.It has proved to be useful as pure gas and as an organic energy source a renewable energy source, in particular Biomass, to use. The aforementioned starting materials are inexpensive available.
Nach weiterer Maßgabe der Erfindung ist die Verwendung eines Schüttgutreaktors zum Abtrennen von Staub aus heißem Abgas vorgesehen. – Neben der herkömmlichen Funktion eines Schüttgutregenerators, nämlich der Speicherung thermischer Energie, kann dieser erfindungsgemäß eine weitere Funktion, nämlich die eines Filters, erfüllen. Infolgedessen kann auf das Vorsehen der nach dem Stand der Technik bekannten gesonderten Entstaubungseinrichtungen verzichtet werden, welche üblicherweise einem Regenerator vor- oder nachgeschaltet sind. Die erfindungsgemäße Verwendung ermöglicht eine erhebliche Vereinfachung im Aufbau von mit festen organischen Energieträgern betriebenen Kraftwerken, Wärmeleitungsnetzen und dgl.To further requirement The invention relates to the use of a bulk material reactor for separating Dust from hot Exhaust gas provided. - In addition to the usual Function of a bulk regenerator, namely the storage of thermal energy, this invention can be another Function, namely that of a filter. As a result, the provision of the prior art known separate dedusting facilities are dispensed with, which usually one Regenerator upstream or downstream. The use according to the invention allows a considerable simplification in the construction of with solid organic fuels operated power plants, heat conduction networks and the like.
Abgesehen davon kann mit der vorgeschlagenen Verwendung eine erhebliche Steigerung der Ausnutzung der in mit Staub beladenen heißen Abgasen enthaltenen thermischen Energie erreicht werden.apart of which, with the proposed use, a significant increase the utilization of thermal energy contained in dust-laden hot exhaust gases Energy can be achieved.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der einzigen Zeichnung näher erläutert.following is an embodiment of Invention explained in more detail with reference to the single drawing.
In der Figur sind schematisch die wesentlichen Komponenten zur Durchführung eines Dampfkraftverfahrens in ihrem funktionellen Zusammenhang gezeigt.In The figure schematically shows the essential components for carrying out a Steam power method shown in their functional context.
Mit
dem Bezugszeichen A ist ein Brennstoffkessel bezeichnet, welcher
zur Verbrennung fester organischer Energieträger, beispielsweise Biomasse, geeignet
ist. Ein solcher Brennstoffkessel ist beispielsweise aus der
Ein
mit dem Bezugszeichen F bezeichnetes Frischluftgebläse fördert Luft über eine
dritte Leitung
Anstelle des Turbogenerators J sowie des nachgeschalteten Kondensators K ist es alternativ auch möglich, den Speisewasservorrat L und den Dampferzeuger G mit einem Wärmenetz FW zur Aufrechterhaltung einer im Wärmenetz FW vorgegebenen Betriebstemperatur zu koppeln.Instead of the turbogenerator J and the downstream capacitor K Alternatively, it is also possible the feedwater supply L and the steam generator G with a heat network FW for maintaining a given operating temperature in the heat network FW to pair.
Die
Funktion der gezeigten Vorrichtung ist folgende:
Im Brennstoffkessel
A wird durch den Einlass
In fuel boiler A is through the inlet
Die
Regeneratoren B werden wechselweise mit den mit heißem Staub
beladenen Abgase beaufschlagt. Sobald eine vorgegebene Temperatur
im jeweiligen Regenerator B erreicht worden ist, werden die heißen und
mit Staub beladenen Abgase durch eine entsprechende Änderung
der Stellung der Schieber
Anstelle des Turbogenerators J kann der im Dampferzeuger G erzeugte Heißdampf auch zur Aufrechterhaltung einer vorgegebenen Betriebstemperatur in einem Wärmenetz FW verwendet werden.Instead of of the turbo generator J, the hot steam generated in the steam generator G can also to maintain a given operating temperature in one heating network FW be used.
Das mit der vorgeschlagenen Vorrichtung durchführbare Verfahren zeichnet sich durch eine hohe Energieausnutzung aus. Die hohe Energieausnutzung wird insbesondere durch die erfindungsgemäße Verwendung von Schüttgutregeneratoren B zur Abtrennung von Staub aus heißen Abgasen erreicht.The With the proposed device feasible method is characterized through a high energy utilization. The high energy utilization is particularly due to the inventive use of bulk regenerators B achieved for the separation of dust from hot exhaust gases.
- AA
- Brennstoffkesselfuel boilers
- BB
- Regeneratorregenerator
- CC
- Sauggebläseaspirator
- DD
- Rezirkulationsgebläserecirculation
- Ee
- Kaminfireplace
- FF
- FrischluftgebläseFresh air blower
- FWFW
- Wärmenetzheating network
- GG
- Dampferzeugersteam generator
- HH
- Kondensatvorwärmercondensate
- JJ
- Turbogeneratorturbogenerator
- KK
- Kondensatorcapacitor
- LL
- SpeisewasservorratFeed water supply
- MM
- Gebläsefan
- 11
- Einlassinlet
- 22
- Auslassoutlet
- 33
- erste Leitungfirst management
- 3a3a
- Schieberpusher
- 44
- zweite Leitungsecond management
- 55
- dritte Leitungthird management
- 66
- vierte Leitungfourth management
- 77
- fünfte Leitungfifth line
- 88th
- sechste Leitungsixth management
- 99
- siebte Leitungseventh management
- 1010
- achte Leitungeighth management
- 1111
- neunte Leitungninth management
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