DE102004059360A1 - Method for burning fossil fuels in power stations operating using oxyfuel system comprises combustion in pure oxygen, known melt-firing method being used, in which ash melts and is removed from firing system - Google Patents
Method for burning fossil fuels in power stations operating using oxyfuel system comprises combustion in pure oxygen, known melt-firing method being used, in which ash melts and is removed from firing system Download PDFInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbrennung von fossilen Brennstoff in nach dem Oxyfuel-Prozess arbeitenden Kraftwerken.The The invention relates to a method of burning fossil fuel in power plants operating after the oxyfuel process.
Als Oxyfuel-Prozess wird ein Prozess bezeichnet, der bei der Verbrennung eines kohlenstoffhaltigen Brennstoffes als Endprodukt einen weitgehend reinen Kohlendioxidstrom unter anderen dadurch erzeugt, dass die Verbrennung mit reinem Sauerstoff durchgeführt wird.When Oxyfuel process is referred to as a process of combustion a carbonaceous fuel as a final product largely pure carbon dioxide stream among others produced by the fact that Combustion with pure oxygen is performed.
Die Abscheidung von weitgehend reinen Kohlendioxid wird vielfach angestrebt, etwa um das Kohlendioxid in weiteren Prozessen nutzen oder um es speichern bzw. deponieren zu können.The Separation of largely pure carbon dioxide is often sought about using carbon dioxide in other processes or around it store or deposit.
Um Kohlendioxid leichter abscheiden zu können, ist ein hoher CO2-Partialdruck im Rauchgasstrom von Vorteil. Neben dem CO2 ist üblicherweise Stickstoff zu einem hohen Anteil in den Rauchgasen enthalten, welcher mit der Verbrennungsluft und zu einem geringen Teil auch durch den Brennstoff in den Prozess eingebracht wurde. Auf dem Weg zu einem fast reinen CO2-Strom als Rauchgas wäre ist es daher hilfreich, wenn zunächst der Stickstoff eliminiert wird.In order to be able to separate off carbon dioxide more easily, a high CO 2 partial pressure in the flue gas flow is advantageous. In addition to the CO 2 is usually nitrogen to a high proportion in the flue gases contained, which was introduced with the combustion air and to a small extent by the fuel in the process. On the way to a nearly pure CO 2 stream as a flue gas, it would be helpful if the nitrogen is eliminated first.
Beim Oxyfuel-Prozess wird mittels einer Luftzerlegungsanlage aus der Verbrennungsluft der Stickstoff extrahiert und nur ein Sauerstoffstrom mit einer hohen Reinheit geht in den Verbrennungsprozess ein. Dies führt zu einem um ca. 75% kleineren Rauchgasmassenstrom, der Normvolumenstrom verringert sich auf etwa ein Sechstel des ursprünglichen Wertes (Verbrennungsrechnung).At the Oxyfuel process is by means of an air separation plant from the Combustion air extracts the nitrogen and only one oxygen flow with a high purity goes into the combustion process. This leads to a smaller by about 75% flue gas mass flow, the standard volume flow is reduced to about one sixth of the original value (Combustion bill).
Damit ist der zu behandelnde Rauchgasstrom wesentlich verringert, was an sich zu einer Verkleinerung und Vereinfachung der Anlagen zur Kohlendioxidanreicherung führt. Weiterhin ist die Abtrennung der meisten Störstoffe vom CO2 einfacher als die Abtrennung von CO2 aus einem stickstoffdominierten Rauchgas. Wasser kann auskondensiert werden, nach einigen weiteren Reinigungsschritten steht hochkonzentriertes Kohlendioxid zur Verfügung.Thus, the flue gas stream to be treated is substantially reduced, which in itself leads to a reduction and simplification of the plants for carbon dioxide enrichment. Furthermore, the separation of most impurities from CO 2 is easier than the separation of CO 2 from a nitrogen-dominated flue gas. Water can be condensed out, after a few further purification steps highly concentrated carbon dioxide is available.
Bei
der Verbrennung nur mit Sauerstoff wird in der Brennkammer der bei
konventionellen Anlagen miteingetragene Stickstoff definitionsgemäß nicht eingetragen,
das heißt
es entsteht bei gleicher Wärmefreisetzung
ein wesentlich geringerer Massenstrom bzw. Wärmekapazitätsstrom der Rauchgase, was
das Rauchgastemperaturniveau (u.a. die adiabate Verbrennungstemperatur)
wesentlich erhöht (siehe
Bei den üblichen Trockenfeuerungen, bei denen ein Aufschmelzen der Asche vermieden werden muss, sind die zulässigen Temperaturen jedoch dadurch begrenzt, das sie deutlich unter dem Ascheschmelzpunkt liegen müssen um Verschlackungen in der Brennkammer und in den nachfolgenden Heizflächen des Dampferzeugers zu vermeiden.at the usual Dry firing, in which a melting of the ash avoided must be, are the permissible Temperatures, however, limited by that they are well below the Ash melting point must lie for slagging in the combustion chamber and in the subsequent heating surfaces of the To avoid steam generator.
Um zu hohe adiabate Verbrennungstemperaturen bei dieser Art der Feuerung zu vermeiden, muss üblicherweise ein Großteil der den Dampferzeuger verlassenden Rauchgase (in der Größenordnung 70%) rezirkuliert werden.Around too high adiabatic combustion temperatures in this type of firing It is usually necessary to avoid this a big part the flue gases leaving the steam generator (of the order of magnitude 70%) are recirculated.
Dieses Vorgehen ist mit einigen wesentlichen Problemen belastet:
- – Aufwand (Anlagentechnik, Energie) für Rezirkulation,
- – verhältnismäßig großer Dampferzeuger,
- – Ascheanfall in schwer verwertbarer Form,
- – Aus technischen Gründen muss der Rezirkulationsstrom kalt und staubfrei dem Rauchgasstrom entnommen werden, sollte aber so warm wie möglich in den Dampferzeuger wieder eingeführt werden, damit ist ein Rezirkulationsvorwärmer erforderlich, der um so größer sein muss je größer die rezirkulierte Rauchgasmenge ist.
- – Aufwendige und große Entstaubungsanlage, da die Rauchgas einer Trockenfeuerung besonders viel Staub enthalten (Großteil der Asche) und die Rezirkulation in der Regel mit entstaubten Rauchgas erfolgt, und die rezirkulierte Gasmenge jedes Mal mit entstaubt werden muss,
- - effort (equipment, energy) for recirculation,
- - relatively large steam generator,
- Ash accumulation in difficult to use form,
- - For technical reasons, the recirculation must be cold and dust-free removed from the flue gas stream, but should be reintroduced as warm as possible in the steam generator, so a Rezirkulationsvorwärmer is required, which must be greater the larger the recirculated flue gas.
- - Elaborate and large dedusting plant, since the flue gas of a dry fire contain a lot of dust (most of the ash) and the recirculation is usually done with dedusted flue gas, and the recirculated gas must be dedusted with each time,
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die durch die Begrenzung der Feueraumtemperatur entstehenden Probleme beim Oxyfuel-Prozess zu vermindern.Of the Invention is based on the object by limiting the Firing temperature to reduce problems in the oxyfuel process.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Varianten des Verfahrens sind Gegenstand von Unteransprüchen.According to the invention Task by a method having the features mentioned in claim 1 solved. Advantageous variants of the method are the subject of dependent claims.
Mit
einer solchen Feuerung sind Betriebstemperaturen deutlich über dem
Ascheschmelzpunkt, beispielsweise solche zwischen 1500°C und 1800°C möglich. Dadurch
wird die Erforderliche Rezirkulationsgasmenge deutlich gesenkt,
wie aus
Wie
in
Im Gegensatz zur nur schwer verwertbaren Asche aus Trockenfeuerungen ist das Schlackengranulat aus Schmelzfeuerungen ein begehrter Rohstoff, etwa für den Straßenbau. Durch Rückführung der Flugasche aus der Entstaubung in die Brennkammer kann erreicht werden, dass alle Asche als Schlackegranulat die Anlage verlässt. Durch höhere Temperaturen, besonders im Strahlungsteil, kann der Dampferzeuger deutlich kleiner gebaut werden.in the Contrary to the difficult to use ashes from dry firing is the slag granules from Schmelzfeuerungen a popular raw material, about for the road construction. By returning the Fly ash from the dedusting into the combustion chamber can be achieved that all ash as slag granules leaves the plant. By higher Temperatures, especially in the radiation part, can be the steam generator be built much smaller.
Mögliche Ausführungen einer Schmelzfeuerung sind offene Schmelzfeuerung, Schmelzkammerfeuerung, Zyklonfeuerung oder Zykloidfeuerung.Possible versions of a smelting furnace are open melt firing, melting chamber firing, Cyclone firing or cycloid firing.
Durch die Sauerstoffverbrennung werden auch beim Einsatz ungetrockneter Braunkohle Temperaturen erreicht, die den Einsatz einer Schmelzfeuerung möglich machen.By The oxygen burning will be undried even when used Brown coal temperatures reached the use of a smelting furnace possible do.
Durch die Sauerstoffverbrennung ist die Entstehung von thermischen und prompten Stickoxiden sogut wie unmöglich. Damit entfällt der Hauptnachteil an sich bekannter Schmelzfeuerungen für Verbrennungen mit Luft.By Oxygen combustion is the formation of thermal and prompt nitrogen oxides as good as impossible. This eliminates the Main disadvantage of known melting furnaces for burns with air.
Die erfindungsgemäße Problemlösung mit dem Schmelzkammerkessel liegt offensichtlich nicht nahe. So geht beispielsweise die Veröffentlichung Large Scale CO2 Capture – Applying the Concept of O2/CO2 Combustion to Commercial Process Data" (Andersson, Johnsson, Strömberg) VGB Power Tech 10, 2003 von einer trockenentaschten Anlage aus, wie sie derzeit zumeist gebaut werden.The problem solving according to the invention with the melting chamber kettle is obviously not close. For example, the publication Large Scale CO 2 Capture - Applying the Concept of O 2 / CO 2 Combustion to Commercial Process Data "(Andersson, Johnsson, Strömberg) VGB Power Tech 10, 2003 is based on a dry-desiccant system that is currently mostly built become.
Anlagen mit Schmelzkammer werden darüber hinaus in den letzten Jahren nicht sehr häufig gebaut. Darüber hinaus gibt es kaum Beispiele wo Schmelzkammeranlagen für Braunkohle eingesetzt wurden. Der Grund liegt darin, dass bei üblichen konventionellen Feuerungen bei der Braunkohle nicht ausreichend hohe Feuerraumtemperaturen bzw. adiabatische Temperaturen entstehen ( weil der Heizwert niedriger ist, sodass der Schlackefluss nicht immer gewährleistet werden kann). Man musste daher in den Fällen, wo man Braunkohle in Schmelzkammerfeuerungen einsetzte, beispielsweise die Braunkohle entsprechend vortrocknen. In Effenberger, H.: Dampferzeugung. Springer-verlag: Berlin Heidelberg New York 1999 wird deshalb extra darauf hingewiesen, dass Schmelzfeuerungen für Braunkohle nicht sinnvoll sind und mit neuen Anwendungen generell nicht gerechnet wird. Nachdem beispielsweise in Deutschland in den letzten Jahren eher Braunkohleblöckekraftwerke nachgebaut wurden als Steinkohleblöcke und diese alle trockenentascht sind, liegt offensichtlich dieser Gedanke einer flüssigen Entaschung für das Oxyfuelprinzip nicht nahe.Attachments with melting chamber become over it In addition, not very frequently built in recent years. Furthermore There are hardly any examples where melting chamber plants for lignite were used. The reason is that at usual conventional firing in lignite is not sufficient high furnace temperatures or adiabatic temperatures arise (because the calorific value is lower, so the slag flow is not always guaranteed can be). One had therefore in the cases, where one lignite in Schmelzkammerfeuerungen began, for example, the brown coal pre-dry accordingly. In Effenberger, H .: steam generation. Springer publishing: Berlin Heidelberg New York 1999 will therefore be pointed out that melting furnaces for Lignite is not useful and generally not with new applications is expected. For example, in Germany in recent years Years ago rather brown coal block power plants were rebuilt as hard coal blocks and these all doused dry are, obviously, this idea of liquid ash removal for the Oxyfuel principle not close.
Gewisse Nachteile werden der Schmelzkammerfeuerung dann zugesprochen , wenn der Ballaststoffgehalt, also der Aschegehalt, hoch ist , da die Asche zu einem größeren Teil in der Brennkammmer nach außen abgeführt wird und zwar mit hohen Temperaturen und daher mit höherem Wärmeverlust als die Filterasche abgeführt wird. Bei Steinkohlen mit geringem Aschegehalt ist das jedoch kein Nachteil und gerade die deutschen Braunkohlen sowohl im Rheinland als in den neuen Bundesländern zeichnen sich durch geringe Aschegehalte aus.Certain Disadvantages are then awarded to the melting chamber firing if The fiber content, ie the ash content, is high, since the ash to a greater extent in the combustion chamber to the outside dissipated is with high temperatures and therefore with higher heat loss as the filter ash removed becomes. For hard coal with low ash content, however, this is not Disadvantage and just the German brown coal both in the Rhineland than in the new federal states are characterized by low ash content.
Ebenso verringern sich wegen der geringeren Gesamtrauchgasmenge ( inklusive Rezirkulation) die Querschnitte des Dampferzeugers beispielsweise um einen Faktor 2 in den Rauchgaszügen. Die im Konvektionszug abzuführenden Wärmemengen werden wesentlich geringer, beispielsweise um denselben Faktor 2 und die Konvektionszüge bauen entsprechend billiger. Die Auslegung wird sich auch im Vergleich zu bisherigen Schmelzkammerkesseln dahingehend unterscheiden , dass die Heizflächen im Brennerbereich so zu legen sind, dass eine im Gegensatz zu den bisherigen Anlagen erwünschte Abkühlung der Flammentemperatur erzielt wird. Dies ist beispielsweise möglich durch Einführung von einzelnen Teilkammern, zwischen denen teilweise Trennwände angeordnet sind.As well decrease due to the lower total amount of flue gas (including Recirculation), the cross sections of the steam generator, for example by a factor of 2 in the flues. The convection train dissipated amounts of heat are significantly lower, for example by the same factor 2 and the convection trains Build accordingly cheaper. The design will also be compared to previous Schmelzkammerkesseln to the effect that the heating surfaces be placed in the burner area so that one in contrast to the previous plants desired Cooling the flame temperature is achieved. This is possible, for example, by introduction of individual sub-chambers, between which partitions are arranged are.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:The The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment. In the Drawings show:
In
der
Die Brennkammertemperatur beträgt 1700°C. Es ergibt sich eine Ascheeinbindung in die Schlacke von etwa 60 % und eine verminderte Rezirkulationsmenge.The Combustion chamber temperature is 1700 ° C. It results an ash inclusion in the slag of about 60% and a reduced recirculation amount.
Die Rezirkulation kann kleiner ausgelegt werden. Die Entstaubung ist mit nur 40 % der Staubmenge belastet. Durch Staubrückführung in den Brennraum ist es möglich nahezu 100 % der Asche zu erschmelzen und als Baumaterial mit Erlös abzusetzen.The recirculation can be made smaller. The dedusting is loaded with only 40% of the dust. By returning the dust to the combustion chamber, it is possible to melt almost 100% of the ash and remove it as building material with proceeds put.
In
der
- 11
- Dampferzeuger mit Schmelzfeuerungsteam generator with melting firing
- 22
- Kondensatorcapacitor
- 33
- Kondensatvorwärmercondensate
- 44
- NiederdruckvorwärmersäuleNiederdruckvorwärmersäule
- 55
- HochdruckvorwärmersäuleHochdruckvorwärmersäule
- 66
- Brennstofffuel
- 77
- Sauerstoffoxygen
- 88th
- Rauchgasflue gas
- 99
- SauerstoffvorwärmerSauerstoffvorwärmer
- 1010
- Turbineturbine
- 1111
- Rezirkulationsgebläserecirculation
- 1212
- Schlackeabflussslag runoff
- 101101
- LuftzerlegungsanlageAir separation plant
- 102102
- Dampferzeugersteam generator
- 103103
- Gasreinigunggas cleaning
- 104104
- Luftair
- 105105
- Stickstoffnitrogen
- 106106
- Sauerstoffoxygen
- 107107
- fossiler Brennstofffossil fuel
- 108108
- Wärme (Dampf)Heat (steam)
- 109109
- Rauchgas Rezierkulationflue gas Rezierkulation
- 110110
- CO2-reiches RauchgasCO 2 -rich flue gas
- 111111
- Kondensat (Wasser)condensate (Water)
- 112112
- sonstige abgetrennte Störstoffeother separated contaminants
- 113113
- gereinigtes CO2 purified CO 2
Claims (4)
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-
2004
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Legal Events
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Effective date: 20110701 |