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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Dampferzeugers mit einem mit Braunkohle befeuerten Kessel, mit wenigstens einer Mühle zur Aufmahlung der Braunkohle.
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Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der
DE 42 03 713 C2 bekannt. Das Verfahren umfasst das Aufmahlen von grubenfeuchter Braunkohle in wenigstens einer Mühle, die mit einem Trocknungs-Rauchgasstrom beaufschlagt wird, der hinter dem Konvektionszug aus dem Kessel abgezweigt wird und mit einer Temperatur von etwa 350°C in die Mühle eingetragen wird. In der Mühle wird die Braunkohle auf das zur Verbrennung im Kessel erforderliche Kornband zerkleinert und gleichzeitig in der inerten Rauchgasatmosphäre getrocknet. Ein Teil des Trocknungs-Rauchgasstroms wird als Tragluft für den Transport des getrockneten Brennstoffs zu den Brennern des Kessels verwendet. Diese kombinierte Vortrocknung und Mahlung der Braunkohle wird auch als Mahltrocknung bezeichnet, die sich im Hinblick auf den Wirkungsgrad des Kraftwerks als günstig erwiesen hat.
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Ein bekanntes Prinzip der direkten Staubeinblasung mittels einer Kohlenstaubmahlanlage, ist beispielsweise in der Veröffentlichung Helmut Effenberger, „Dampferzeugung", Springer-Verlag, ISBN 3-540-64175-0, beschrieben. Bei einem solchen Verfahren wird als Trocknungsgas rückgesaugtes Rauchgas benutzt, welches im Sinne der vorliegenden Anmeldung als Trocknungs-Rauchgasstrom bezeichnet wird. Hierzu ist die Mühle über eine Rauchgasrückführung an das Ende der Brennkammer angeschlossen, wo der zur Trocknung der Rohbraunkohle benötigte Trocknungsrauchgasstrom mit einer Temperatur von zwischen 800°C und 1000°C entnommen wird.
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Eine weitere Variante der Trocknung von Braunkohle, die sich im Hinblick auf eine Wirkungsgradsteigerung günstig auswirkt, ist die Trocknung von Braunkohle in einem separaten Trocknungsaggregat in Form eines Wirbelschichttrockners. Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der
DE 196 20 047 A1 bekannt. Es ist bekannt, dass durch eine Trocknung der Braunkohle vor der Verfeuerung in dem Dampferzeuger eines Kraftwerks eine deutliche Erhöhung des Wirkungsgrades erzielt werden kann. Die grubenfeuchte Braunkohle hat etwa einen Wassergehalt von 45% bis 65%, der durch Trocknung auf 10% bis 25% verringert wird.
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Aus der
DE 195 18 644 C2 ist es bekannt, die aus der Trocknungsanlage austretenden energiereichen Brüden im Trockner selbst zu nutzen. In der
DE 195 18 644 C2 wird hierzu vorgeschlagen, wenigstens einen Teilstrom des Brüdens zu verdichten und dem Wärmetauscher als Heizmedium zuzuführen, wobei der Brüden zumindest teilweise kondensiert, so dass für die gewünschte Trocknung des Brennstoffs zum großen Teil die Verdampfungswärme des Brüdens ausgenutzt werden kann.
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Weitere bekannte Verfahren zur Trocknung von Braunkohle unter Verwendung von Wirbelschichttrocknern sind beispielsweise in den Veröffentlichungen
DE 103 19 477 A1 und
DE 10 2009 035 026 A1 beschrieben.
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Die Trockenbraunkohle aus der Wirbelschichttrocknung hat üblicherweise einen maximalen Wassergehalt von 25 Masseprozent und einen mittleren Korndurchmesser D50 von 0,4 bis 0,8 mm, so dass diese unmittelbar, gegebenenfalls ohne Nachmahlung in den Kessel eingetragen und dort verfeuert werden kann.
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Die Verbrennungstemperatur von vorgetrockneter Braunkohle, die im folgenden als Trockenbraunkohle (TBK) bezeichnet wird, liegt ca. 500°C über der von Rohbraunkohle, die einer Mahltrocknung unterzogen wurde.
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Da die bekannten Braunkohlekessel überwiegend für die Verfeuerung von Rohbraunkohle ausgelegt sind oder für die Verfeuerung von Rohbraunkohle, die einer Mahltrocknung unterzogen wurde, wurde die Trockenbraunkohle in den Dampferzeugern der Anmelderin bislang nur mitverbrannt. Als günstig hat sich die Mitverbrennung etwa eines Anteils von 25% Trockenbraunkohle bezogen auf den Heizwert des Brennstoffgemisches erwiesen.
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Die Trockenbraunkohle kann beispielsweise über sogenannte Drallbrenner, wie sie auch bei der Steinkohlefeuerung Anwendung finden, in den Dampferzeuger eingebracht werden.
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Praktische Versuche und Feuerraumsimulationen bei der Mitverbrennung von Trockenbraunkohle in rohbraunkohlegefeuerten Dampferzeugern haben jedoch gezeigt, dass im Bereich der Trockenbraunkohle-Brenner bzw. Drall-Brenner verhältnismäßig hohe Temperaturspitzen im Kessel auftreten, die zu Ascheerweichung oder Ascheschmelzvorgängen und damit zu Verschlackungen führen können. Das wiederum reduziert die Verfügbarkeit des Dampferzeugers.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Mitverbrennung von Trockenbraunkohle in rohbraunkohlengefeuerten Dampferzeugern bereitzustellen, welches dem zuvor erwähnten Problem Rechnung trägt.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines Dampferzeugers mit einem mit Braunkohle befeuerten Kessel, mit wenigstens einer Mühle zur Aufmahlung der Braunkohle, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst:
- – Mahlen von grubenfeuchter Rohbraunkohle in der Mühle,
- – Abzweigen eines Trocknungs-Rauchgasstroms aus dem Kessel und
- – Trocknen der Rohbraunkohle in der Mühle in direktem Kontakt mit dem Trocknungs-Rauchgasstrom,
- – Trocknen einer Teilmenge von Rohbraunkohle durch indirekte Trocknung in einem Trockner zu Trockenbraunkohle und
- – Einspeisen der Trockenbraunkohle aus der indirekten Trocknung in einen Rauchgas-Braunkohlenstrom der Mühle vor einer Brennerzuteilung.
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Unter Trockenbraunkohle im Sinne der Erfindung ist fertig getrocknete Braunkohle zu verstehen, die von dem grubenfeuchten bergmännisch gewonnenen Erzeugnis zum einem getrockneten Fertigprodukt mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 10 bis 30 Masseprozent, vorzugsweise zwischen 10 und 25 Masseprozent, und einem mittleren Korndurchmesser D50 von 0,4 bis 10 mm in einem Trocknungsaggregat hergestellt wurde.
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Unter grubenfeuchter Rohbraunkohle ist die nicht aufbereitete gebrochene und gegebenenfalls vorzerkleinerte bergmännisch gewonnene Rohbraunkohle zu verstehen, die einen Feuchtigkeitsgehalt von zwischen 45 und 65 Masseprozent aufweist.
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Unter mahlgetrockneter Rohbraunkohle ist die in einer Mühle unter gleichzeitiger Trocknung zu einem brennerfertigen Erzeugnis aufgemahlene Rohbraunkohle zu verstehen, von der etwa 85 bis 95 Masseprozent eine Korngröße von kleiner 1 mm aufweist.
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Unter einer Brennerzuteilung im Sinne der Erfindung ist eine Brennstoffversorgungsleitung von der Mühle an einen einzelnen Brenner, eine Brennergruppe oder eine Brennerebene zu verstehen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann dahingehend zusammengefasst werden, dass in dem Kessel des Dampferzeugers neben mahlgetrockneter Rohbraunkohle Trockenbraunkohle mitverbrannt wird, wobei die Trockenbraunkohle dem Traggas/Brennstoffgemisch aus der Mühle vor der Zuteilung an die einzelnen Kohlebrenner aufgegeben wird. Anders als bei einer bisher praktizierten Verfahrensvariante wird die Trockenbraunkohle nicht über separate Drallbrenner in dem Kessel verfeuert, sondern die Trockenbraunkohle wird bereits vor dem Kessel dem Rauchgas-Braunkohlenstrom der Mühle zugegeben, so dass ein Gemisch aus mahlgetrockneter Rohbraunkohle und Trockenbraunkohle in etwa gleichmäßig allen Brennern des Kessels aufgegeben wird. Unter Traggas im Sinne der Erfindung ist eine Mischung aus Rauchgas, verdampften Wasser und Verbrennungsluft zu verstehen.
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Durch Feuerraumsimulationsrechnungen konnte die Anmelderin herausfinden, dass mit einer solchen Maßnahme überraschenderweise Temperaturspitzen innerhalb des Kessels im Bereich der Brenner vermieden werden können.
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Zweckmäßigerweise erfolgt das Mahlen der Rohbraunkohle in mit dem Trocknungs-Rauchgasstrom inertisierter Atmosphäre. Inertisiert im Sinne der Erfindung bedeutet, dass der Sauerstoffanteil im Rauchgas-Trocknungsstrom auf einen Sauerstoffanteil von < 12 Vol-% eingestellt wird.
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Bei einer vorteilhaften Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Trockenbraunkohle aus der indirekten Trocknung in die Mühle eingespeist wird und dort mit der Rohbraunkohle einer Nachmahlung unterzogen wird. Dabei wird die Trockenbraunkohle in inertisierter Atmosphäre nachgetrocknet und nachzerkleinert. Das hat den verfahrenstechnischen Vorteil, dass eine Nachsichtung und/oder Nachmahlung der Trockenbraunkohle hinter einem Trocknungsaggregat nicht unbedingt erforderlich ist. Der Einfluss eines schwankenden Feuchtigkeitsgehalts der Trockenbraunkohle wird hierdurch eliminiert. Ganz allgemein sind Feuchte-, Schüttdichte- und Körnungsschwankungen der Trockenbraunkohle aufgrund der zusätzlichen Mahltrocknung in Mischung mit der Rohbraunkohle unkritisch. Dadurch ist es auch möglich, ein angeschlossenes Trocknungsaggregat leistungsoptimiert zu betreiben. Schließlich hat sich auch herausgestellt, dass das erfindungsgemäße Verfahren hinsichtlich der NOx-Konzentration im Rauchgas günstig ist, da durch die Zugabe von Trockenbraunkohle in den Rauchgas-Braunkohlenstrom eine Aufkonzentration des Staubanteils an den Brennern stattfindet, so dass der Traggasanteil an den Brennern reduziert wird. Im Ergebnis führt das zu einer geringeren NOx-Konzentration im Rauchgas/Abgas als bei einer konventionellen Feuerung, bei der die brennstoffbezogene Traggasmenge in der Regel höher ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der Kessel mit einer Tangentialfeuerung mit Strahlbrennern befeuert wird, welchen der Rauchgas-Braunkohlenstrom zugeteilt wird. Strahlbrenner sind im Betrieb wesentlich störungsunanfälliger als Rundstrahlbrenner oder Drallbrenner. Strahlbrenner sind darüber hinaus auch konstruktiv wesentlich einfacher. Diese beruhen auf dem Prinzip, dass der Brennstoff-/Traggaskanal im Wesentlichen als rechteckiger Schacht ausgebildet ist, der jeweils von entsprechenden Sekundärluftkanälen umschlossen ist. Eine Verwirbelung und Verdrallung des Rauchgas/Brennstoffstroms oder des Sekundärluftstroms mit entsprechenden strömungsdynamisch wirkenden Einbauten ist nicht erforderlich.
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Bei einer besonders vorteilhaften Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Trockenbraunkohle aus der indirekten Trocknung in eine Traggasrezirkulationsleitung der Mühle eingespeist wird. Hierdurch ist es möglich, das erfindungsgemäße Verfahren im Wesentlichen ohne konstruktive Anpassung bestehender Mühlen durchzuführen. Traggasrezirkulationsleitungen werden üblicherweise zur Leistungssteuerung der Mühle verwendet, indem ein Teil des Traggases gegebenenfalls hinter der Mühle abgezweigt und durch die Mühle rezirkuliert wird.
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Wenn als Mühle eine Sichtermühle Anwendung findet, kann die Trockenbraunkohle in einen Feststoffrücklauf eines Mühlensichters eingespeist werden. Auch eine solche Verfahrensweise erfordert kaum konstruktive Anpassungen vorhandener Mühlen.
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Alternativ kann ein Einblasen von Trockenbraunkohle in die Mühle mit Inertgas oder beispielsweise von Trockenbraunkohle in Mischung mit rezirkuliertem Traggas erfolgen. Zweckmäßigerweise erfolgt ein Einblasen von Trockenbraunkohle mit Traggas so, dass eine schnelle Vermischung der Trockenbraunkohle mit der Rohbraunkohle erfolgt.
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Selbstverständlich ist es auch möglich, die Trockenbraunkohle mittels eines Abscheiders von dem Traggas zu trennen, so dass die Trockenbraunkohle ohne Luft in die Mühle eingetragen wird, beispielsweise über eine Zellenradschleuse. Schließlich kann wegen einer Entzündungsneigung von Trockenbraunkohle vorgesehen sein, die Trockenbraunkohle an einer möglichst kalten Stelle der Mühle zuzuführen.
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Als Mühle findet beispielsweise wenigstens eine Schlagradmühle Anwendung, in der in bekannter Art und Weise eine Prallbeanspruchung des Mahlgutes stattfindet. Ebenso können sogenannte Nassventilatormühlen oder Gebläseschlägermühlen Anwendung finden. Bei Anwendung einer Schlagradmühle oder Gebläseschlägermühle kann die Trockenbraunkohle beispielsweise im Vrschlägerteil der Mühle zugegeben werden.
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Bei einer Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen 15% und 35% der bezogen auf den Heizwert bei Volllast der Anlage gesamten zu verbrennenden Braunkohle einer indirekten Trocknung unterzogen wird, wohingegen der verbleibende Anteil der zu verbrennenden Braunkohle konventionell einer direkten Trocknung mit Rauchgas bei der Vermahlung unterzogen wird.
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Bei einer bevorzugten Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die indirekte Trocknung der Braunkohle in wenigstens einem Wirbelschichttrockner durchgeführt wird.
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Insbesondere bei Verwendung eines Wirbelschichttrockners kann dieser leistungsoptimiert ohne eine Nachmahlung mittels Walzenschüsselmühle betrieben werden. Bei einer Vermahlung von Trockenbraunkohle in einer Walzenschüsselmühle sind besondere Explosionsschutzmaßnahmen zu beachten, so dass eine etwa entfallende Nachmahlung eine besondere verfahrenstechnische Vereinfachung darstellt.
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Zweckmäßigerweise wird die Energie des bei der indirekten Trocknung anfallenden Brüdens zumindest teilweise zur Vorwärmung der Verbrennungsluft und/oder des Kesselspeisewassers genutzt.
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Die Vorteile des Verfahrens gemäß der Erfindung können wie folgt zusammengefasst werden:
- – Durch eine Trockenbraunkohlezufuhr direkt in die Rohbraunkohlemühlen oder direkt stromabwärts des Mühlenaustrages, aber vor einer Brennerzuteilung, kann die maximale Temperatur im Brennergürtelbereich des Kessels gegenüber einer Trockenbraunkohlenzufuhr über separate Drallbrenner deutlich abgesenkt werden. Durch die Vermeidung solcher Temperaturspitzen kann eine übermäßige Schlackebildung zuverlässig verhindert werden. Bekanntlich hat die Braunkohle eine mineralogische Zusammensetzung, welche schlackebildende mineralische Bestandteile umfasst, die insbesondere bei höheren Temperaturen zur Bildung von Ablagerungen im Kessel führen.
- – Durch die Zugabe der Trockenbraunkohle in die Mühlen oder hinter einer Mühle, aber vor der Brennerzuteilung, können alle Vorteile einer Tangentialfeuerung in Bezug auf die Durchmischung des Brennstoffs mit der Verbrennungsluft genutzt werden. Bei Tangentialfeuerungen bietet sich die Verwendung von Strahlbrennern an, da diese den Brennstoff relativ weit in den Feuerraum tragen und dort verbrennen, so dass die Genauigkeit der Brennstoffzuteilung an einzelne Brenner unkritisch ist.
- – Feuchte, Schüttdichte und Körnungsschwankungen der Trockenbraunkohle sind aufgrund der Mahltrocknung in Mischung mit der Rohbraunkohle unkritisch.
- – Es ist ein leistungsoptimierter Betrieb einer angeschlossenen Wirbelschichttrocknung ohne besondere Kontrolle von Restfeuchte und Korngrößenverteilung der Trockenbraunkohle möglich.
- – Durch eine mögliche Reduzierung des Traggasanteils an den Brennern ist eine NOx-Reduzierung im Rauchgas möglich.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert.
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Das in der Figur dargestellte Verfahrensfließbild zeigt einen Kessel 1 mit einem Feuerraum 2 und einem Konvektionsteil 3. Das Konvektionsteil 3 umfasst in bekannter Art und Weise Heizflächen, mittels derer ein konvektiver Wärmeübergang in das Heizmedium erfolgt. Innerhalb des Feuerraums 2 wird über Staubbrenner, die als Strahlbrenner ausgebildet sind, getrocknete staubförmige Braunkohle verteuert. In dem Feuerraum 2 wird die Strahlungswärme auf das in dem Wasserdampf-Kreislauf des Kessels 1 zirkulierende Heizmedium übertragen. Der mit dem Kessel 1 erzeugte Wasserdampf kann in einer Dampfturbine zwecks Erzeugung elektrischer Energie entspannt werden, alternativ kann der Dampf auch als Prozesswärme in anderen gekoppelten Prozessen verwendet werden.
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Mit 4 ist ein Saugzug bezeichnet, über welchen das Rauchgas aus dem Kessel 1 über eine Rauchgasreinigungseinrichtung zu einem Kamin gefördert wird.
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Der Brennstoff in Form von Trockenbraunkohle und Rohbraunkohle wird in einer Schlagradmühle 5 aufgemahlen und über eine Brennerzuteilung 6 auf mehrere Strahlbrenner verteilt.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden der Schlagradmühle 5 einerseits grubenfeuchte Rohbraunkohle 7 und andererseits Trockenbraunkohle 8 aus einem nicht dargestellten Trocknungsaggregat zugeführt. Die Trockenbraunkohle 8 wird entweder einer Traggasrezirkulationsleitung 15 oder der Schlagradmühle 5 unmittelbar zugegeben.
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Mit 9 ist ein Trocknungs-Rauchgasstrom bezeichnet, der am oberen Ende des Feuerraums 2 des Kessels 1 mit einer Temperatur von zwischen etwa 1000°C und 1200°C entnommen wird und der Schlagradmühle 5 zugeführt wird.
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Aus der Schlagradmühle 5 wird ein Rauchgas-Braunkohlestrom 10 an die Brennerzuteilung 6 geliefert, in der dem Rauchgas-Braunkohlenstrom 10 Verbrennungsluft 11 zugegeben wird. Die Verbrennungsluft 11 wird der Atmosphäre entnommen und über einen Verbrennungsluftvorwärmer 12 vorgeheizt. Der Verbrennungsluftvorwärmer 12 wird mit dem Rauchgasstrom 13 aus dem Konvektionsteil 3 des Kessel 1 betrieben. Ein Teil der Verbrennungsluft 11 wird dem Trocknungs-Rauchgasstrom 9 vor der Schlagradmühle 5 zugegeben, ein weiterer Teil wird dem Kessel 1 als Ausbrandluft 14 zugegeben.
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Die Rohbraunkohle 7, die aus einer Vorzerkleinerung kommt, wird der Schlagradmühle 5 aufgegeben, wobei die Rohbraunkohle 7 in der Schlagradmühle 5 in direktem Kontakt mit dem aus dem Feuerraum 2 entnommenen Rauchgas in Mischung mit Verbrennungsluft 11 unter Prallbeanspruchung zerkleinert wird. Trockenbraunkohle 8 aus einem nicht dargestellten Wirbelschichttrockner wird mit einem Wassergehalt von beispielsweise zwischen 10 und 30 Masseprozent ebenfalls der Schlagradmühle 5 aufgegeben. Dieser wird beispielsweise in einen Feststoffrücklauf eines Mühlensichters oder in die Traggasrezirkulationsleitung 15 der Schlagradmühle 5 eingetragen. In der Schlagradmühle 5 wird die Rohbraunkohle 7 zusammen mit der Trockenbraunkohle 8 nachgemahlen und nachgetrocknet sowie innig durchmischt. Der die Schlagradmühle 5 verlassene Rauchgas-Braunkohlenstrom 10 (Traggasstrom) umfasst beispielsweise etwa 15% bis 35%, vorzugsweise etwa 20% bis 25% Trockenbraunkohle 8 bezogen auf den Heizwert des gesamten eingesetzten Brennstoffs bei Volllast des Kessels.
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Alternativ zu dieser Vorgehensweise ist es möglich, die Trockenbraunkohle 8 dem Rauchgas-Braunkohlenstrom 10 hinter der Schlagradmühle 5, jedoch vor der Brennerzuteilung 6 zuzugeben.
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In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Verbrennungsluft 11 mittels des Rauchgasstroms 13 in dem Verbrennungsluftvorwärmer 12 vorgewärmt. Die Erfindung ist so zu verstehen, dass anstelle einer Verbrennungsluftvorwärmung 12 mit Rauchgas eine Verbrennungsluftvorwärmung Anwendung findet, die mit Niedertemperaturwärme aus der Trocknung der Trockenbraunkohle betrieben wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kessel
- 2
- Feuerraum
- 3
- Konvektionsteil
- 4
- Saugzug
- 5
- Schlagradmühle
- 6
- Brennerzuteilung
- 7
- Rohbraunkohle
- 8
- Trockenbraunkohle
- 9
- Trocknungs-Rauchgasstrom
- 10
- Rauchgas-Braunkohlenstrom
- 11
- Verbrennungsluft
- 12
- Verbrennungsluftvorwärmer
- 13
- Rauchgasstrom
- 14
- Ausbrandluft
- 15
- Traggasrezirkulationsleitung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4203713 C2 [0002]
- DE 19620047 A1 [0004]
- DE 19518644 C2 [0005, 0005]
- DE 10319477 A1 [0006]
- DE 102009035026 A1 [0006]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Helmut Effenberger, „Dampferzeugung”, Springer-Verlag, ISBN 3-540-64175-0 [0003]
