DE19606153A1

DE19606153A1 - Verfahren zur Erzeugung von Heißdampf zum Betreiben eines Dampfkraftwerkes

Info

Publication number: DE19606153A1
Application number: DE1996106153
Authority: DE
Inventors: Karl Prof Dr Strauss
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-02-20
Filing date: 1996-02-20
Publication date: 1997-08-21
Anticipated expiration: 2016-02-21
Also published as: AU1791097A; WO1997031222A1; DE19606153C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von Heiß dampf zum Betreiben eines Dampfkraftwerkes durch Verbrennung von Braunkohle in einer Feuerung eines Kraftwerkskessels und Ableitung der Rauchgase unter Ausnutzung von deren Wärme.

Bei der Erzeugung des Heißdampfes ergeben sich hinter dem Kraftwerks kessel Rauchgase, deren Temperatur bei bis zu 400°C liegt, so daß die in den Rauchgasen enthaltene Wärme üblicherweise ausgenutzt wird. Eine übliche Ausnutzung dieser Wärme besteht dann, die der Feuerung zugeführte Luft vorzuwärmen, wobei allerdings bei mit wasserreicher Braunkohle gefeuerten Anlagen erfahrungsgemäß immer noch ein erhebli cher Wärmeanteil in den Rauchgasen verbleibt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die in den Rauchgasen enthaltene Wärme weiterhin im Sinne einer Verbesserung der Ausnutzung der Braunkohle zu verwenden. Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß die Rauchgase über einen dem Kraftwerkskessel folgenden Wärme austauscher Prozeßdampf erzeugen, der einem Braunkohlebeet zugeführt wird, das dabei einem mechanisch aufgebrachten Anfangsflächendruck ausgesetzt ist, bei dem der Prozeßdampf unter Kondensation die Braun kohle erwärmt, danach ohne weitere Prozeßdampzuführung der Flächen druck so weit auf mindestens 2,0 MPa erhöht wird, daß das in der erwärmten Braunkohle enthaltene Wasser ausgepreßt wird.

Das vorstehend gekennzeichnete Verfahren beruht auf einem Verfahren zur Reduzierung des Wassergehaltes von wasserhaltiger, körniger Braun kohle, wie es in der Patentanmeldung PCT/EP95/03814 beschrieben ist. Dieses Verfahren läuft darauf hinaus, daß die Braunkohle einem mecha nisch aufgebrachten Anfangsflächendruck ausgesetzt wird, der unter dem maximal im Verfahren auftretenden Flächendruck liegt und bei dem der Braunkohle thermische Energie durch Wasserdampf zugeführt wird, der unter Kondensation die Braunkohle erwärmt, und danach ohne weitere Wasserdampfzuführung der Flächendruck so weit auf mindestens 2,0 MPa erhöht wird, daß das in der erwärmten Braunkohle enthaltene Wasser ausgepreßt wird. Dabei kann vor der Zuführung des Wasserdampfes die Braunkohle durch Abwärme vorgeheizt werden und als Abwärmequelle das im Verfahren aus der Braunkohle ausgepreßte Heißwasser verwendet werden.

Die sich bei diesem Verfahren ergebenden erheblichen verfahrenstechni schen und energetischen Vorteile sind in der genannten Patentanmeldung dargelegt.

Das in der Patentanmeldung PCT/EP95/03814 beschriebene Entwässe rungsverfahren benötigt Wasserdampf, dessen thermische Energie der Braunkohle zugeführt wird, die sich dabei unter Kondensation des Was serdampfes erwärmt. Die Erzeugung des Wasserdampfs, der im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Prozeßdampf bezeichnet wird, läßt sich in vorteilhafter und Wirkungsgrad verbessernder Weise in das hier behan delte Verfahren zur Erzeugung von Heißdampf zum Betreiben eines Dampfkraftwerks durch Verbrennung von Braunkohle integrieren, indem nämlich der über den Wärmeaustauscher mittels der Rauchgase erzeugte Prozeßdampf dem unter einem Anfangsflächendruck stehenden Braunkoh lebeet zugeführt wird, so daß also für diese Erwärmung des Braunkohle beetes keine besondere Energiequelle benötigt wird. Nach der gewünsch ten Erwärmung der Braunkohle kann diese dann ohne weitere Prozeß dampfzuführung soweit unter mechanischen Druck gesetzt werden, daß das in der erwärmten Braunkohle enthaltene Wasser ausgepreßt wird. Auf diese Weise läßt sich der gesamte Wirkungsgrad des Verfahrens zur Erzeugung von Heißdampf zum Betreiben eines Dampfkraftwerkes erheb lich verbessern.

Bei der vorstehend beschriebenen Entwässerung der Braunkohle wird in dieser enthaltenes Wasser ausgepreßt, das als Abwärmequelle verwendbar ist. Dies geschieht zweckmäßig in der Weise, daß vor der Zuführung des Prozeßdampfes die Braunkohle durch Abwärme vorgeheizt wird und als Abwärmequelle das aus der Braunkohle ausgepreßte Heißwasser ver wendet wird, das direkt der beetmäßig verteilten Braunkohle unter gleichmäßiger Aufbringung zugeführt und durch die Braunkohle hindurch gepreßt wird. Auf diese Weise läßt sich der Wirkungsgrad des eingangs genannten Verfahrens, in dem die Kohleentwässerung einen wesentlichen Schritt darstellt, weiterhin verbessern.

Das Verfahren sei nunmehr anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 die Struktur einer Anlage zur Erzeugung von Heißdampf zum Betreiben eines Dampfkraftwerkes;

Fig. 2 eine Einrichtung zur Entwässerung der zum Betreiben des Dampfkraftwerkes verwendeten Braunkohle;

Fig. 3 die Einrichtung gemäß Fig. 2 in der Endphase der Braunkohlen entwässerung.

Die in der Fig. 1 prinzipiell dargestellte Anlage zur Erzeugung von Heißdampf H zum Betreiben eines Dampfkraftwerkes enthält den Dampf erzeuger D, der aus dem Kraftwerkskessel K und der Feuerung F be steht. Der Heißdampf H tritt aus dem Dampferzeuger D aus, nachdem er in diesem gegebenen Fall in nicht dargestellter, üblicher Weise über hitzt worden ist. Der Heißdampf H dient dann zum Betreiben einer Dampfturbine und damit zum Antrieb von Generatoren, die hier nicht dargestellt sind, da es sich hierbei um Stand der Technik handelt. Der Feuerung F wird zerkleinerte Braunkohle von der Mühle M her zu geführt, die von einer Anlage MTE zur Entwässerung von Braunkohle mit dieser beschickt wird. Auf die Arbeitsweise dieser Anlage MTE wird weiter unten im Zusammenhang mit den Fig. 2 und 3 näher einge gangen. Die Feuerung F erhält ihre Zuluft über den Zuluftkanal ZK, die über die Luftvorwärmer LV1 und LV2 geleitet wird und die weiter unten näher erläutert werden. Außerdem ist in den Zulaufkanal ZK das Gebläse G eingeschaltet, das für die erforderliche Strömung in dem Zuluftkanal ZK sorgt. Die im Dampferzeuger D nach dem Kraftwerks kessel K abströmenden Rauchgase werden über den Rauchgaskanal RK abgeführt, wobei die den Rauchgasen innewohnende Wärme in der nachstehend erläuterten Weise ausgenutzt wird.

Die Rauchgase werden zunächst durch den Luftvorwärmer LV1 geführt, der den Rauchgasen Wärme entzieht und diese an die Zuluft abgibt, die dem Luftvorwärmer LV1 über den Zuluftkanal ZK zugeführt wird. Die Rauchgase werden dann nach dem Luftvorwärmer LV1 dem Prozeß dampferzeuger PD zugeführt, der die beiden Wärmeaustauscher WA1 und WA2 enthält. Der Wärmeaustauscher WA1 erhitzt in ihn geführtes Wasser und verwandelt dieses in Prozeßdampf, das nach Sammlung in der Kesseltrommel T in der weiter unten beschriebenen Weise für die Entwässerungsanlage MTE eingesetzt wird. In der Entwässerungsanlage MTE fällt im Rahmen des sich darin abspielenden Verfahrens Prozeß wasser an, das durch die Leitung L1 dem Wärmeaustauscher WA2 zugeführt wird, der das Prozeßwasser erhitzt, wonach dieses dann in die Kesseltrommel T gelangt, um, wie vorstehend beschrieben, in Prozeß dampf umgewandelt zu werden.

In den Rauchgaskanal RK ist weiterhin das Staubfilter SF eingeschaltet, das die Rauchgase von Staub befreit. Schließlich werden die Rauchgase durch den Luftvorwärmer LV2 geführt, der den Rauchgasen weiterhin Wärme entzieht und diese der im Zuluftkanal ZK geführten Zuluft überträgt. Die Rauchgase sind dann bis zu ca. 120°C abgekühlt und können damit einem Kamin zugeführt werden.

Der in der Kesseltrommel T bereitgestellte Prozeßdampf wird über die Leitung L2 der Entwässerungsanlage MTE zugeführt und dort zur Wir kung gebracht, wozu nunmehr auf die Fig. 2 und 3 verwiesen sei.

Die in der Fig. 1 dargestellte Entwässerungsanlage MTE besteht aus einem mechanischen Aufbau mit einer Plattenpresse und Leitungen für die Führung von Prozeßdampf HD und Heißwasser HW. Die Platten presse sei nachstehend näher erläutert.

Fig. 2 zeigt eine Plattenpresse mit der Preßunterlage 9 und dem Preß stempel 10. Die Preßunterlage 9 ruht auf hier nur prinzipiell dargestell ten Stützen 11 und 12. Der Preßstempel 10 hängt an dem Stößel 13, der von einem hier nicht dargestellten Preßmechanismus auf- und abgeschoben wird. Bei der Gestaltung dieser Plattenpresse handelt es sich im Prinzip um Stand der Technik.

Die Preßunterlage 9 ist hier wannenartig ausgebildet, so daß in ihr die Braunkohle 14 in beetmäßig flächiger Verteilung aufgebracht werden kann. Die Preßunterlage 9 ist mit Wasserauslässen 15 und der Preß stempel 10 mit Zuführungsöffnungen 21 versehen, so daß bei in Fig. 2 dargestellter geschlossener Plattenpresse der Braunkohle 14 Heißwasser HW und Prozeßdampf HD über die Zuführungsöffnungen 21 zugeführt und austretendes Wasser über die Wasserauslässe 15 abgeführt werden kann. Die Wasserauslässe 15 sind über die strichpunktierten Linien angedeuteten Kanäle 17 in der Preßunterlage 9 mit einem nicht darge stellten Sammelauslaß verbunden, über den ausgepreßtes Wasser abfließen kann.

Die Zuführung des Heißwassers HW und des Prozeßdampfes HD erfolgt über die Zuführungsöffnungen 21, die untereinander durch die strichpunk tiert angedeuteten Kanäle 18 im Preßstempel 10 verbunden sind. Die Zuführung von Heißwasser HW und Prozeßdampf HD zu dem System der Kanäle 18 und der Zuführungsöffnungen 21 erfolgt über die ange schlossene Zuleitung 23, die zu dem Behälter 24 führt. Dem Behälter 24 werden über die Zuleitung 25 Heißwasser HW und die Zuleitung 26 Prozeßdampf HD zugeführt, wobei durch die Ventile 27 und 28 dafür gesorgt wird, daß die Zuführung von Heißwasser HW und Prozeßdampf HD in dem richtigen Rhythmus, der erforderlichen Menge und der richtigen Reihenfolge erfolgt. In die Zuleitung 23 ist das Ventil 29 eingesetzt, mit dem die Zuführung von Heißwasser HW und Prozeß dampf HD abgesperrt werden kann.

Gemäß Fig. 2 befindet sich die Plattenpresse in einem Zustand, in dem der Preßstempel 10 das Braunkohlebeet 14 einem Anfangsflächendruck aussetzt, wobei, wie ersichtlich, die Plattenpresse mit ihren Preßstempel 10 und ihrer Preßunterlage 9 gerade geschlossen ist. In dieser Be triebsphase wird das Ventil 29 geöffnet, das dann in den Behälter 24 vorher eingeleitetes Heißwasser HW ausströmen läßt und über das System der Kanäle 18 den Zuführungsöffnungen 21 zuleitet. Dabei wirkt auf das durch die Wellenlinie 30 im Behälter 24 angedeutete Heißwasser HW ein von dem Prozeßdampf HD ausgeübter Druck, der sich bei geöffnetem Ventil 28 über die Zuleitung 26 in den Behälter 24 fortsetzt. Unter dem Druck des Prozeßdampfes HD wird das Heißwasser HW aus dem Behälter 24 über die Zuleitung 23 und die Zuführungsöffnungen 21 gleichmäßig dem Braunkohlebeet 14 zugeführt und durch die Braunkohle hindurchgepreßt, wobei das Heißwasser über die Auslässe 15 abläuft. Dieses Hindurchpressen des Heißwassers geht solange vor sich, bis der Wasservorrat im Behälter 24 erschöpft ist, woraufhin unmittelbar darauf folgend nunmehr der Prozeßdampf HD die Braunkohle durchströmt und diese durch Kondensation in gewünschter Weise erwannt. Am Ende dieser Betriebsphase, also bei einem ausreichenden Temperaturniveau der Braunkohle, wird die weitere Zufuhr von Prozeßdampf mittels des Ventils 29 gesperrt, woraufhin der Flächendruck in der Plattenpresse auf mindestens 2,0 MPa erhöht wird.

Diese Betriebsphase ist in der Fig. 3 dargestellt, in der der Preßstempel 10 gegenüber seiner in der Fig. 2 dargestellten Lage weiterhin abgesenkt ist und dabei unter Verdichtung des Braunkohlebeetes 14 das in der Braunkohle enthaltene Wasser auspreßt. Das ausgepreßte Wasser; das eine dem erhitzten Kohlebeet 14 entsprechende Temperatur besitzt, wird dann in der vorstehend beschriebenen Weise als Abwärmequelle benutzt und als Heißwasser über die Zuleitung 25 dem Behälter 24 zugeführt.

Das Verfahren der Entwässerung des Braunkohlebeetes 14 ist damit beendet, so daß die Braunkohle aus der anschließend geöffneten Platten presse entnommen und über die Mühle M der Feuerung F zugeführt werden kann.

Aufgrund der direkten Zuführung des Heißwassers zu der Braunkohle unter gleichmäßiger Aufbringung benetzt dieses die gesamte Oberfläche der Braunkohlenkörner und verbessert in dem späteren Verfahrensschritt, der Zuführung von Prozeßdampf, den Wärmeübergang vom Prozeßdampf zur Braunkohle, womit die Erwärmung der Braunkohle beschleunigt wird. Dabei führt das Hindurchpressen des Heißwassers durch die Braunkohle zu einer Zwangsströmung durch die Freiräume im Kohlebeet und somit zu einem besonders intensiven Wärmeübergang. Hierdurch ergibt sich eine entsprechend kurze Prozeßzeit im Vergleich zu bekannten Ver fahren. Außerdem führt die Benetzung der Braunkohlenkörner offen sichtlich zu einer Vergleichmäßigung der Durchströmung für den Prozeß dampf. Damit gibt man aufgrund dieser Vorerwärmung der Kohle ein erhöhtes Temperaturniveau, das sich dann im Zusammenhang mit der Zuführung von Prozeßdampf in einer entsprechenden Einsparung an Energie in der Phase der Prozeßdampfzuführung auswirkt. Dabei wird also für die von dem Heißwasser bewirkte Vorerwärmung der Braunkohle direkt das eine Abwärmequelle bildende Heißwasser verwendet, das beim Auspressen des in der Braunkohle enthaltenen Wassers nach der Prozeß dampfzuführung automatisch anfällt und somit hinsichtlich seines Energie gehaltes voll ausgenutzt wird.

Die Entwässerung der Braunkohle mittels der Entwässerungsanlage MTE fügt sich organisch in die in Fig. 1 dargestellte Anlage zur Erzeugung von Heißdampf zum Betreiben eines Dampfkraftwerks ein, da aus den dabei anfallenden Rauchgasen die in ihnen enthaltene Wärme so weitge hend für den Prozeß der Braunkohlenentwässerung in der Anlage MTE ausgenutzt wird, daß die Rauchgase mit einer Temperatur (wie oben angegeben, ca. 100°C) abgegeben werden, bei der ein weiterer Wär meentzug unwirtschaftlich wäre, ganz abgesehen davon, daß für die Zuführung der Rauchgase zu einem Kamin auch eine gewisse Mindest wärme erforderlich ist. Die Anordnung der Wärmeaustauscher WA1 und WA2 in Stromrichtung der Rauchgase durch den Rauchgaskanal RK hinter dem Luftvorwärmer LV1 führt dazu, daß die den Dampferzeuger D mit ca. 400°C verlassenden Rauchgase auf ein Niveau in der Größen ordnung von 200°C abgekühlt sind, wo für die Erzeugung des Prozeß dampfes mittels des Wärmeaustauschers WA1 also ein günstiges Tempe raturniveau besteht, da es sich bei dem Prozeßdampf nicht um Heiß dampf handelt. In diesem Temperaturbereich exisitiert für den Wärme übergang im Wärmeaustauscher WA1 keine besonders zu beachtende Empfindlichkeit, so daß man an dieser Stelle keine besondere Regelung benötigt, mit der der Wärmeübergang irgendwie gesteuert wird. Die beim Wärmeaustauscher WA1 ankommenden Rauchgase mit ihrer Temperatur in der Größenordnung von 200°C bieten auch bei stärkerem oder schwä cherem Rauchgasfluß jeweils eine ausreichende Wärmemenge, um mit Sicherheit den erforderlichen Prozeßdampf zu erzeugen. Dabei ist der durch die Wärmeaustauscher WA1 und WA2 erfolgende Entzug von Wärme aus den Rauchgasen auch darum von Vorteil, weil ohne diesen Wärmeentzug die Rauchgase die Anlage mit einer zu hohen Temperatur verlassen würden, die aus Gründen des Wirkungsgrades der Gesamtanlage unerwünscht ist.

Claims

1. Verfahren zur Erzeugung von Heißdampf zum Betreiben eines Dampfkraftwerkes durch Verbrennung von Braunkohle in einer Feuerung eines Kraftwerkskessels und Ableitung der Rauchgase unter Ausnutzung von deren Wärme, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Rauchgase über einen dem Kraftwerkskessel folgenden Wärme austauscher Prozeßdampf erzeugen, der einem Braunkohlebeet zu geführt wird, das dabei einem mechanisch aufgebrachten Anfangs flächendruck ausgesetzt ist, bei dem der Prozeßdampf unter Konden sation die Braunkohle erwärmt,
b) danach ohne weitere Prozeßdampfzuführung der Flächendruck so weit auf mindestens 2,0 MPa erhöht wird, daß das in der erwärmten Braunkohle enthaltene Wasser ausgepreßt wird,
c) wonach die so entwässerte Braunkohle der Feuerung des Kraftwerks kessels zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Zuführung des Prozeßdampfes die Braunkohle durch Abwärme vorgeheizt wird und als Abwärmequelle das aus der Braunkohle ausgepreßte Heißwasser verwendet wird, das direkt der beetmäßig verteilten Braunkohle unter gleichmäßiger Aufbringung zugeführt und durch die Braunkohle hindurchgepreßt wird.