DE19606153C2 - Verfahren zur Erzeugung von Heißdampf zum Betreiben eines Dampfkraftwerkes - Google Patents
Verfahren zur Erzeugung von Heißdampf zum Betreiben eines DampfkraftwerkesInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von Heißdampf zum
Betreiben eines Dampfkraftwerkes durch Verbrennung von Braunkohle in einer
Feuerung eines Kraftwerkskessels und Ableitung der Rauchgase unter Ausnut
zung von deren Wärme zur Kohletrocknung.
Bei der Erzeugung des Heißdampfes ergeben sich hinter dem Kraftwerkskessel
Rauchgase, deren Temperatur bei bis zu 400°C liegt, so dass die in den Rauchga
sen enthaltene Wärme üblicherweise ausgenutzt wird. Eine übliche Ausnutzung
dieser Wärme besteht darin, die der Feuerung zugeführte Luft vorzuwärmen, wo
bei allerdings bei mit wasserreicher Braunkohle gefeuerten Anlagen erfahrungs
gemäß immer noch ein erheblicher Wärmeanteil in den Rauchgasen verbleibt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die in den Rauchgasen enthalte
ne Wärme weiterhin im Sinne einer Verbesserung der Ausnutzung der Braunkohle
zu verwenden. Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, dass die Rauchgase über
einen dem Kraftwerkskessel folgenden Wärmeaustauscher Prozessdampf erzeu
gen, der einem Braunkohlebeet zugeführt wird, welches mechanisch einem An
fangsflächendruck ausgesetzt und unter Kondensation des Prozessdampfes er
wärmt wird, danach ohne weitere Prozessdampfzuführung der Flächendruck so
weit auf mindestens 2,0 MPa erhöht und das in der erwärmten Braunkohle ent
haltene Wasser ausgepresst wird, wonach die so entwässerte Braunkohle der
Feuerung des Kraftwerkskessels zugeführt wird.
Das vorstehend gekennzeichnete Verfahren beruht auf einem Verfahren zur Redu
zierung des Wassergehaltes von wasserhaltiger, körniger Braunkohle, wie es in
der Patentanmeldung WO 96/10064 A1 beschrieben ist. Dieses Verfahren läuft darauf
hinaus, dass die Braunkohle einem mechanisch aufgebrachten Anfangsflächen
druck ausgesetzt wird, der unter dem maximal im Verfahren auftretenden Flä
chendruck liegt und bei dem der Braunkohle thermische Energie durch Wasser
dampf zugeführt wird, der unter Kondensation die Braunkohle erwärmt, und da
nach ohne weitere Wasserdampfzuführung der Flächendruck so weit auf minde
stens 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 verfahrenstechnischen und
energetischen Vorteile sind in der genannten Patentanmeldung dargelegt.
Das in der Patentanmeldung WO 96/10064 A1 beschriebene Entwässerungsverfahren
benötigt Wasserdampf, dessen thermische Energie der Braunkohle zugeführt wird,
die sich dabei unter Kondensation des Wasserdampfes 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 behandelte 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 uni 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 Enwässerungsanlage 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 Freß
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 erwärmt. 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 Braunhohle
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 weitgehend
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
Wärementzug die Rauchgase die Anlage mit einer zu hohen Temperatur
verlassen würden, die aus Gründen des Wirkungsgrades der Gesamtanlage
unerwünscht ist.
Claims (2)
1. Verfahren zur Erzeugung von Heißdampf zum Betreiben eines Dampf
kraftwerkes durch Verbrennung von Braunkohle in einer Feuerung eines
Kraftwerkskessels und Ableitung der Rauchgase unter Ausnutzung von de
ren Wärme zur Kohletrocknung,
dadurch gekennzeichnet, dass
- a) die Rauchgase über einen dem Kraftwerkskessel folgenden Wärmeaustau scher Prozessdampf erzeugen, der einem Braunkohlebeet zugeführt wird, welches mechanisch einem Anfangsflächendruck ausgesetzt und unter Kon densation des Prozessdampfes erwärmt wird,
- b) danach ohne weitere Prozessdampfzuführung der Flächendruck so weit auf mindestens 2,0 MPa erhöht und das in der erwärmten Braunkohle enthaltene Wasser ausgepresst wird,
- c) wonach die so entwässerte Braunkohle der Feuerung des Kraftwerkskessels zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Zufüh
rung 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.
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