DE102011013325A1

DE102011013325A1 - Kraftwerk sowie Verfahren zum Betreiben eines Kraftwerks

Info

Publication number: DE102011013325A1
Application number: DE201110013325
Authority: DE
Inventors: Thomas Johann; Thomas Falk; Jürgen Jenal
Original assignee: RWE Technology GmbH
Current assignee: RWE Technology GmbH
Priority date: 2011-03-08
Filing date: 2011-03-08
Publication date: 2012-09-13
Also published as: EP2497912A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftwerk sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftwerks mit einem mit fossilen Brennstoffen befeuerten Dampferzeugers, mit einer mehrstufigen nassen Rauchgasreinigung sowie mit wenigstens einem Wasser-/Dampfkreislauf und wenigstens einer Dampfturbine, die wenigstens einen Generator zwecks Erzeugung elektrischer Energie treibt. Das Verfahren zeichnet sich durch die Verwendung wenigstens einer Verbrennungskraftmaschine aus, wobei die von der Verbrennungskraftmaschine erzeugte Abwärme in den Dampferzeugungsprozess eingekoppelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftwerk mit wenigstens einem mit fossilen Brennstoffen befeuerten Dampferzeuger mit einer mehrstufigen, nassen Rauchgasreinigung. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftwerks mit wenigstens einem mit fossilen Brennstoffen befeuerten Dampferzeuger.
Bei konventionellen, mit fossilen Brennstoffen befeuerten Kraftwerken ist es zum wirkungsvollen Betreiben des Dampferzeugungsprozesses bekannt, als wirkungsgradsteigernde Maßnahme Wärmeverschiebesysteme vorzusehen, mit welchen beispielsweise eine Nutzung des Wärmeinhalts von Rauchgasen beim Dampferzeugungsprozess möglich ist. Bei Kraftwerken, die beispielsweise mit Trockenbraunkohle befeuert werden, ist es bekannt, die bei der Trocknung der Kohle anfallenden energiereichen Brüden/Schwaden zur Einkopplung von Wärme in den Dampferzeugungsprozess zu nutzen. Bei manchen Kraftwerksverschaltungen/Prozessverschaltungen ist allerdings auch vorgesehen, innerhalb des Kraftwerksprozesses Prozesswärme zu verschieben. Eine solche Wärmeverschiebung geht unter Umständen zu Lasten der für die Stromerzeugung zur Verfügung stehenden Vermischdampfmenge.
Beispielsweise ist es bekannt, die Rauchgastemperatur nach einer Rausgaswäsche für eine Rauchgasentstickung wieder anzuheben, um die gewünschte Abscheidungsrate in der Stickstoff-Reinigungsstufe (DeNO_x) zu erzielen. Dies ist energetisch allerdings nicht günstig.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Kraftwerk mit wenigstens einem mit fossiler Energie befeuerten Dampferzeuger bereitzustellen, welches hinsichtlich seines Gesamtwirkungsgrads im Hinblick auf die zuvor beschriebene Problematik verbessert ist.
Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Betreibung eines solchen Kraftwerks bereitzustellen, welches ebenfalls in dieser Hinsicht verbessert ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Kraftwerk mit wenigstens einem mit fossilen Brennstoffen befeuerten Dampferzeuger, mit einer mehrstufigen nassen Rauchgasreinigung sowie mit wenigstens einem Wasser-/Dampfkreislauf und wenigstens einer Dampfturbine, die wenigstens einen ersten Generator zwecks Erzeugung elektrischer Energie treibt, sowie mit wenigstens einer Verbrennungskraftmaschine, die thermisch mit dem Dampferzeugungsprozess gekoppelt ist.
Ein wesentlicher Gesichtspunkt der Erfindung ist es, einen konventionellen Kraftwerksprozess mit wenigstens einer Verbrennungskraftmaschine zumindest thermisch so zu koppeln, dass die hierbei in den Dampferzeugungsprozess eingekoppelte Wärme effektiv nutzbar ist.
Bei einer bevorzugten Variante des Kraftwerks gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verbrennungskraftmaschine abgasseitig unmittelbar an einen Rauchgaskanal des Dampferzeugers angeschlossen ist. Auf diese Art und Weise wird der Rauchgasmassenstrom um die Masse des Abgases der Verbrennungskraftmaschine erhöht. Dadurch wird nicht nur eine Anhebung der Temperatur des Rauchgasstromes bewirkt, vielmehr wird auch das Wärmepotential des Rauchgasmassenstroms erhöht.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Verbrennungskraftmaschine abgasseitig über wenigstens einen Abhitzekessel mit dem Dampferzeugungsprozess gekoppelt ist. Der Abhitzekessel kann beispielsweise über einen geschlossenen Wärmetauscherkreislauf mit der Rauchgasführung des Dampferzeugers gekoppelt sein.
Zusätzlich kann vorgesehen sein, die Verbrennungskraftmaschine thermisch mit der Kesselspeisewasserzufuhr des Dampferzeugers zu koppeln, beispielsweise kann in diesem Fall vorgesehen sein, zusätzlich zu der Abgaswärme auch die von der Verbrennungskraftmaschine abgegebene Niedertemperaturwärme zu nutzen. Beispielsweise kann die Niedertemperaturabwärme eines oder mehrerer Gasmotoren zur Kondensatvorwärmung innerhalb des Wasser-Dampfkreislaufs genutzt werden.
Zweckmäßigerweise ist als Verbrennungskraftmaschine ein Gasmotor vorgesehen. Der Gasmotor kann beispielsweise mit Erdgas, Biogas oder auch Hüttengas aus einem Hüttengasnetz betrieben werden.
Auch wenn vorstehend und im Folgenden von einem Gasmotor die Rede ist, ist die Erfindung selbstverständlich so zu verstehen, dass mehrere Gasmotoren in diesem Sinne in ein konventionelles Kraftwerk integriert sein können und mit diesem thermisch gekoppelt sein können.
Beispielsweise kann die Abgaswärme einer Verbrennungskraftmaschine, beispielsweise in Form eines Gasmotors, zwischen einer Rauchgasentschwefelung und einer nachgeschalteten Rauchgasentstickung in das Rauchgas eingekoppelt werden. Auf diese Art und Weise lässt sich energetisch besonders günstig die Abgaswärme des Gasmotors zur Anhebung der Rauchgastemperatur nutzen. Hierdurch wird besonders einfach das Rauchgas auf die benötigte Reaktionstemperatur angehoben, die in einer Rauchgasentstickung, beispielsweise zur Durchführung einer selektiven katalytischen Reduktion der im Rauchgas enthaltenen Stickoxide erforderlich ist.
Die Verbrennungskraftmaschine kann mechanisch mit dem ersten oder wenigstens einem weiteren Generator gekoppelt sein. Die von der Verbrennungskraftmaschine geleistete mechanische Arbeit wird auf diese Art und Weise zur Stromerzeugung genutzt, wobei dies zur Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades des Kraftwerks sowie zur Erhöhung dessen Flexibilität und zur Reduktion der spezifischen CO₂-Bilanz beiträgt. In einer solchen Verschaltung kann beispielsweise ein Großgasmotor einen Gesamtwirkungsgrad von 51 bis 55% erreichen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftwerks mit einem mit fossilen Brennstoffen befeuerten Dampferzeuger, mit einer mehrstufigen nassen Rauchgasreinigung sowie mit wenigstens einem Wasser-/Dampfkreislauf und wenigstens einer Dampfturbine, die wenigstens einen Generator zwecks Erzeugung elektrischer Energie treibt, wobei das Verfahren die Verwendung wenigstens einer Verbrennungskraftmaschine vorsieht, wobei die von der Verbrennungskraftmaschine erzeugte Abwärme in den Dampferzeugungsprozess eingekoppelt wird.
Bei einer zweckmäßigen und vorteilhaften Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass das Abgas der Verbrennungskraftmaschine in den Rauchgasstrom des Dampferzeugers eingespeist wird, wodurch dessen Temperatur angehoben wird und in Folge der Erhöhung des Massenstroms dessen Wärmepotential angehoben wird.
Das Verfahren kann unter Verwendung wenigstens eines Gasmotors durchgeführt werden, wobei bei einer Variante des Verfahrens zusätzlich die Niedertemperaturabwärme des Gasmotors zur Kesselspeisewasservorwärmung genutzt wird und in das Kesselspeisewasser eingekoppelt wird. Unter Niedertemperaturabwärme im Sinne der vorliegenden Erfindung ist die thermische Abwärme der Verbrennungskraftmaschine zu verstehen, die nicht über das Abgas abgeführt wird.
Beispielsweise kann die Niedertemperaturabwärme wenigstens eines Gasmotors zur Kondensatvorwärmung genutzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Abgaswärme eines Gasmotors in den Rauchgasstrom des Dampferzeugers eingekoppelt wird.
Bei einem Kraftwerk und einem Verfahren gemäß der Erfindung kann vorgesehen sein, dass mehrere Verbrennungskraftmaschinen an verschiedenen Stellen eines konventionellen Kraftwerks, beispielsweise eines Braunkohlenkraftwerks oder eines Steinkohlenkraftwerks, thermisch und elektrisch mit dem Dampferzeugungsprozess gekoppelt sind. So kann beispielsweise eine Kesselspeisewasservorwärmung mit der Niedertemperaturabwärme eines Gasmotors sowie zusätzlich die Einkopplung der Abgaswärme eines Gasmotors in den Rauchgasstrom des Dampferzeugers vorgesehen sein.
Bei einer zweckmäßigen Variante des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Abgas der Verbrennungskraftmaschine hinter einer Rauchgasentschwefelung in den Rauchgasstrom des Dampferzeugers eingespeist wird. Beispielsweise kann vorgesehen sein, das Abgas der Verbrennungskraftmaschine hinter einer Rauchgasentschwefelung und vor einer Rauchgasentstickung in den Rauchgasstrom des Dampferzeugers einzuspeisen. Dies ist insoweit günstig, als dass die Rauchgastemperatur bei der üblicherweise nass betriebenen Rauchgasentschwefelung naturgemäß abgesenkt wird, wobei die Absenkung der Rauchgastemperatur unter Umständen unter ein Temperaturniveau erfolgen kann, welches unterhalb der für die Rauchgasentstickung benötigten Reaktionstemperatur angesiedelt ist.
Die Einspeisung des Abgases der Verbrennungskraftmaschine bzw. des Gasmotors in den Rauchgasstrom des Dampferzeugers kann beispielsweise in Strömungsrichtung vor einer dampfbetriebenen Gasvorwärmung erfolgen. In Abhängigkeit der Leistung der Verbrennungskraftmaschine kann eine solche dampfbetriebene Gasvorwärmung in mehr oder weniger großem Umfang betrieben werden.
Da durch die Einleitung des Abgasmassenstroms der Verbrennungskraftmaschine in den Rauchgasstrom des Dampferzeugers insgesamt der Volumenstrom an Rauchgas/Abgas erhöht wird und sich damit das Wärmepotential des Rauchgasstroms gleichfalls erhöht, kann der Abgasstrom der Verbrennungskraftmaschine oder mehrerer Verbrennungskraftmaschinen auch an anderer Stelle der Rauchgasführung in den Rauchgasstrom eingespeist werden.
Die Verbrennungskraftmaschine, vorzugsweise in Form eines Gasmotors, kann sowohl mit Erdgas als auch mit Sondergas wie beispielsweise Biogas (Methan), Hüttengas oder dergleichen betrieben werden.
Bei einer besonders zweckmäßigen Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Niedertemperaturabwärme eines Gasmotors oder einer anderen Verbrennungskraftmaschine in den Wasser-/Dampfkreislauf des Dampferzeugers in das Kondensat in Strömungsrichtung hinter einer Kondensatpumpe eingekoppelt wird.
Ein Gasmotor kann beispielsweise mit einer Leistung in der Größenordnung von 10 bis 30 MW mit Erdgas betrieben werden.
Ein verhältnismäßig stark vereinfachtes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die beigefügte Figur erläutert. In der Figur ist ein Teil des Rauchgaspfades 1 eines Dampferzeugers dargestellt, wobei mit 2 eine Rauchgasentschwefelungsanlage bezeichnet ist, der im Rauchgaspfad 1 ein Rauchgaswärmetauscher 3, eine dampfbetriebene Gasvorwärmung 4 und eine Rauchgasentstickungsanlage 5 nachgeschaltet sind. Das Rauchgas verlässt die Rauchgasentschwefelungsanlage 2 beispielsweise mit einer Temperatur von 82°C und wird in dem nachgeschalteten Rauchgaswärmetauscher 3 auf eine Temperatur von 264°C angehoben. Hinter dem Rauchgaswärmetauscher 3 kann eine Abgaseinspeisung 6 von einem Gasmotor vorgesehen sein. Der Gasmotor kann beispielsweise heißes Abgas mit einer Temperatur von etwa 320°C in den Rauchgaspfad 1 einspeisen, sodass sich eine Mischtemperatur von etwa 270°C vor einer dampfbetriebenen Gasvorwärmung 4 einstellt. In der dampfbetriebenen Gasvorwärmung 4 wird die Rauchgastemperatur nochmals auf etwa 285°C angehoben. Innerhalb der Rauchgasentstickungsanlage 5 erfolgt die katalytische Reduktion der Stickoxide, das aus der Rauchgasentstickungsanlage 5 austretende Rauchgas wird sodann über den Rauchwärmetauscher 3 zu einem Kamin 7 geführt.
Die Temperaturangaben sollen für die Erfindung nicht beschränkend sein. Auch die in der Darstellung angegebenen Massenströme sind nur beispielhaft.
Alternativ zu der Abgaseinspeisung 6 hinter dem Rauchgaswärmertauscher 3 kann beispielsweise auch eine Abgaseinspeisung 6 hinter der Rauchgasentstickungsanlage 5 und vor dem Rauchgaswärmetauscher 3 erfolgen. Dies ist insbesondere vor dem Hintergrund, dass das Wärmepotential des Rauchgasvolumenstroms insgesamt erhöht wird, unkritisch.
Bezugszeichenliste

1: Rauchgaspfad
2: Rauchgasentschwefelungsanlage
3: Rauchgaswärmetauscher
4: dampfbetriebene Gasvorwärmung
5: Rauchgasentstickungsanlage
6: Abgaseinspeisung
7: Kamin

Claims

Kraftwerk mit wenigstens einem mit fossilen Brennstoffen befeuerten Dampferzeuger, mit einer mehrstufigen, nassen Rauchgasreinigung, sowie mit wenigstens einem Wasser-/Dampfkreislauf und wenigstens einer Dampfturbine, die wenigstens einen ersten Generator zwecks Erzeugung elektrischer Energie treibt, sowie mit wenigstens einer Verbrennungskraftmaschine, die thermisch mit dem Dampferzeugungsprozess gekoppelt ist.
Kraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine abgasseitig unmittelbar an einen Rauchgaskanal des Dampferzeugers angeschlossen ist.
Kraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine abgasseitig über wenigstens einen Abhitzekessel mit dem Dampferzeugungsprozess gekoppelt ist.
Kraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine thermisch mit der Kesselspeisewasserzufuhr des Dampferzeugers gekoppelt ist.
Kraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Verbrennungskraftmaschine ein Gasmotor vorgesehen ist.
Kraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine mechanisch mit dem ersten oder wenigstens einem weiteren Generator gekoppelt ist.
Verfahren zum Betreiben eines Kraftwerks mit einem mit fossilen Brennstoffen befeuerten Dampferzeuger mit einer mehrstufigen nassen Rauchgasreinigung sowie mit wenigstens einem Wasser-/Dampfkreislauf und wenigstens einer Dampfturbine, die wenigstens einen ersten Generator zwecks Erzeugung elektrischer Energie treibt, unter Verwendung wenigstens einer Verbrennungskraftmaschine, wobei die von der Verbrennungskraftmaschine erzeugte Abwärme in den Dampferzeugungsprozess eingekoppelt wird.
Verfahren nach Anspruch 7 unter Verwendung wenigstens eines Gasmotors als Verbrennungskraftmaschine.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas der Verbrennungskraftmaschine unmittelbar in den Rauchgasstrom des Dampferzeugers einspeist wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Niedertemperaturabwärme und/oder Abgasabwärme einer Verbrennungskraftmaschine zur Kesselspeisewasservorwärmung genutzt wird und in das Kesselspeisewasser eingekoppelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Niedertemperaturabwärme einer Verbrennungskraftmaschine zur Kondensatvorwärmung genutzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas der Verbrennungskraftmaschine hinter einer Rauchgasentschwefelung in den Rauchgasstrom des Dampferzeugers eingespeist wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas der Verbrennungskraftmaschine hinter einer Rauchgasentschwefelung und vor einer Rauchgasentstickung in den Rauchgasstrom des Dampferzeugers eingespeist wird.