DE19622299A1

DE19622299A1 - Verfahren zum Betrieb einer druckaufgeladenen zirkulierenden Wirbelschichtfeuerung zur Erzeugung eines arbeitsfähigen Gases für die Gasturbine eines Kombikraftwerkes

Info

Publication number: DE19622299A1
Application number: DE1996122299
Authority: DE
Inventors: Franz Dr Phil Bauer; Hans-Joachim Dipl Ing Meier
Original assignee: VEAG Vereinigte Energiewerke AG
Current assignee: Vattenfall Europe Generation AG and Co KG
Priority date: 1996-05-21
Filing date: 1996-05-21
Publication date: 1997-11-27
Anticipated expiration: 2016-05-22
Also published as: DE19622299C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer druck aufgeladenen mit zerkleinerter Braunkohle betriebenen zir kulierenden Wirbelschichtfeuerung zur Erzeugung eines ar beitsfähigen Gases für die Gasturbine eines Kombikraftwerkes.

Entsprechend der Einzugstemperatur der Gasturbine ist in ei ner mit zerkleinerter Braunkohle betriebene druckaufgeladene Wirbelschichtfeuerung ein arbeitsfähiges Gas mit der entspre chenden Prozeßtemperatur zu erzeugen.

Bei den erreichten Prozeßtemperaturen unter 850°C ist es erforderlich, das Gas in einer gesonderten brennstoffetriebe nen Brennkammer oder in einer gekoppelten Vergasungs-/Ver brennungs-Reaktoranlage bis auf die erforderliche Einzugstem peratur der Gasturbine T ∼ 1100°C zu erwärmen (DE 42 24 958, 42 24 959, 42 36 512, 36 12 888). Diese Verfahrensweise erfordert jedoch einen hohen zusätzli chen apparativen und betriebsführungstechnischen Aufwand so wie zusätzlichen Brennstoff bei vergleichsweise geringem Wirkungsgrad.

Die Zuführung vom Zusatzbrennstoff in eine Wirbelschicht feuerung (DE 44 09 057, 41 02 959, 39 33 286) zur Erzielung einer höheren Prozeßtemperatur wird jedoch nur mit einem hohen Zusatzbrennstoffaufwand bei ebenfalls vergleichsweise geringem Wirkungsgrad ermöglicht.

Die Teilvergasung des Brennstoffs in einem Wirbelschichtreak tor (DE 43 40 459) zur Erzeugung eines Brenngases für ein Kombikraftwerk ergibt lediglich Brenngastemperaturen, die unterhalb der Einzugstemperatur einer Gasturbine lie gen. Entweder wird mit einem geringeren Wirkungsgrad der An lage gerechnet oder in einer gesonderten Brennkammer die Tem peratur des Brenngases erhöht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine inte grierte Vergasung und Verbrennung zur Erzielung der geforder ten Einzugstemperatur für eine Gasturbine zu erreichen.

Dies wird erfindungsgemäß durch Kombination folgender Merkma le erreicht:

a) Das mit Braunkohle betriebene Wirbelbett wird bei einer Temperatur von T1 ∼ 850°C und einem Luftverhältnis von λ₁ ∼ 0,6 bis 0,8 unterstöchiometrisch betrieben und die Braunkohleteilchen vergast sowie mit Additive konditioniert.
b) Im Bereich der Sekundärluftzuführung wird die Wirbel schichtfeuerung mit einem Luftverhältnis von λ₂ ∼ 1,0 stöchiometrisch betrieben und die Braunkohleteilchen par tiell verbrannt.
c) Im Bereich der Tertiärluftzuführung und des Freiraumes wird die Wirbelschichtfeuerung mit einem Luftverhältnis von λ₃ ∼ 1,2 überstöchiometrisch betrieben und die flüch tigen Bestandteile der entgasten sowie verbrannten Braunkohleteilchen verbrannt.
d) Die Sekundär- und/oder Tertiärluftzuführungen sowie die Ausbrandvolumen des Freiraumes werden entsprechend der Geschwindigkeit des Vergasungsgases aus dem Wirbelbett angeordnet betrieben.
e) Am Ende des Freiraumes wird ein der Einzugstemperatur der Gasturbine entsprechendes Brenngas mit einer Prozeßtempe ratur bis 1100°C mit einem Luftverhältnis von λ Σ ∼ 1,2 erzeugt.
f) Entsprechend der gewählten Prozeßtemperatur wird das Ascheschmelzverhalten der im Prozeßgas mitgeführten Asche teilchen aus der Vergasung und Verbrennung durch Zugabe von Additiven erhöht und die Ascheteilchen an aus Additive sowie Asche gebildete Filterkuchen der Filterkerzen angelagert.

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Die dazugehörige Zeichnung zeigt das Anlagensche ma für die druckaufgeladene zirkulierende Wirbelschichtfeue rung.

Der Vergasungs- und Verbrennungsreaktor 1 weist den Düsenbo den 2, die Primärluftzuführung 3, die Sekundärluftzuführung 4, die Luftleitung 5 und die Tertiärluftzuführung 6 auf. In dem Vergasungs- und Verbrennungsreaktor 1 ist die Brennstoff zuführung 7 mit Additivdosierung 8 und die Rückführung 9 ein gebunden. Innerhalb des Vergasungs- und Verbrennungsreaktors 1 ist das Wirbelbett 10 und der Freiraum 11 ausgebildet. In den Vergasungs- und Verbrennungsreaktor 1 ist der Rauchgaskanal 12 eingebunden und mit dem Zyklon 13 verbunden. Der Zyklon 13 ist über den Rohgaskanal 14 mit dem die Filterkerzen 15 aufweisenden Heißgasfilter 16 verbunden. In den die Ascheleitung 18 aufweisenden Heißgasfilter 16 ist der Reingaskanal 17 eingebunden. In der Rückführung 9 ist der Fließbettkühler 28 angeordnet, in dem die Dampfleitung 29 eingebunden ist.

Wahlweise sind neben oder anstelle der Tertiärluftzuführung 6 die Luftzuführungen 34; 35; 36; 37 im oberen Bereich 39 des Freiraumes 11, vor Zyklon 13, nach Zyklon 13 und/oder vor Heißgasfilter 16 angeordnet.

Die Wirkungsweise ist folgende:
In das Wirbelbett 10 wird über die Brennstoffzuführung 7 die zerkleinerte Braunkohle 19 sowie mit der Additivdosierung 8 die Additive 20, über die Rückführung 9 die Aschefeststoffe 21 und über die Luftleitung 5 die Prozeßluft 22 für die in der Primärluftzuführung zugeführte Primärluft 23 sowie für die in der Sekundärluftzuführung 4 zugeführte Sekundärluft 24 eingebracht. Über die Tertiärluftzuführung 6 wird die Ter tiärluft 26 eingebracht. Die Primärluft 23 gelangt durch den Düsenboden 2 in das Wirbelbett 10. Das Wirbelbett 10 wird bei einer Temperatur von T1 = 850°C und einem Luftverhältnis von λ₁ ∼ 0,6 bis 0,8 unterstöchiometrisch als Teilvergasungsab schnitt betrieben, so daß die Braunkohleteilchen vergast wer den. Die entgasten Braunkohleteilchen werden mit den einge brachten Additiven 20 konditioniert, so daß eine Entschwefe lung gewährleistet ist.

Im Bereich der Sekundärluftzuführung 4 wird der erste Feue rungsabschnitt mit einem Luftverhältnis von λ₂ ∼ 1,0 stöchio metrisch betrieben, so daß die entgasten Braunkohleteilchen partiell verbrannt werden.

Im Bereich der Tertiärluftzuführung 6 wird der zweite Feue rungsabschnitt mit einem Luftverhältnis von λ₃ ∼ 1,2 überstöchiometrisch betrieben, so daß die flüchtigen Bestand teile der entgasten und verbrannten Braunkohleteilchen ver brannt werden.

Die räumliche Anordnung der Sekundärluftzuführung 4 sowie der Tertiärluftzuführung 6 sowie die Höhe des Freiraumes 11 ist entsprechend der Geschwindigkeit des Vergasungsgases, dessen Verwirbelung und des Ausbrandverhältnisses der Braunkohle 20 abhängig und ist entsprechend auszubilden und zu betreiben.

Am Ende des Freiraumes 11 wird ein der Einzugstemperatur der Gasturbine entsprechendes Rauchgas 27 mit einer Prozeßtempe ratur bis 1100°C mit einem Luftverhältnis λ Σ < 1,2 er zeugt. Das Rauchgas 27 wird über die Rauchgasleitung 12 in den Zyklon 13 gefördert, die heißen Aschefeststoffe 21 ausge halten und diese in die Rückführung 9 gefördert. Das den Zy klon 13 über den Rohgaskanal verlassende Rohgas 30 wird in den die Filterkerzen 15 aufweisenden Heißgasfilter 16 geför dert. Am Filterkuchen der Filterkerzen 15 absorbieren Feina sche, Additive und die das gasförmige SO₃ absorbierte Sub stanz. Bei der Abreinigung der Filterkerzen 15 wird das Ge misch 32 o.g. Stoffe über die Ascheleitung 18 abgezogen. Über die Reingasleitung 17 wird das Reingas 31 zur Gasturbine (nicht dargestellt) gefördert. Die Wärme des über die Rück führung 9 geförderten heißen Aschefeststoffes wird im Fließ bettkühler 28 entbunden, Prozeßdampf 33 erzeugt und diesen über die Dampfleitung 29 in den Dampfkessel (nicht darge stellt) gefördert. Aufgrund der hohen Temperaturen des Rauch gases 27 sind zur Beeinflussung des Ascheschmelzverhaltens weitere Additive in den Feuerungsprozeß zuzugeben, die eben falls nach Reaktion am Filterkuchen der Filterkerzen 15 des Heißgasfilters 16 absorbiert werden.

Wahlweise wird Luft 38 über die Luftzuführungen 34; 35; 36; 37 zur weiteren Anhebung der Temperatur des Brenngases einge bracht. Dadurch ist außerdem das Aschesinterverhalten, die Staubbeladung und die Standzeit der Kerzenfilter beeinfluß bar.

Durch die Erfindung werden folgende Vorteile erreicht:

1. Rauchgas mit einer Prozeßtemperatur bis 1100 °C wird in nur einem Reaktor steuerbar erzeugt, so daß damit die er forderliche Einzugstemperatur der Gasturbine erreichbar ist.
2. Additive zur Entschwefelung und zur Beeinflussung des Ascheschmelzverhaltens sind aufgrund der Temperaturzonen ausbildung in den Reaktor einzubringen.
3. Feinstasche, Feinstadditive und Feinstentschwefelungspro dukte werden vor Gasturbine ausgehalten und so diese vor Korrosionen geschützt.
4. Die Dampferzeugung ist wegen der Trennung von Wärmequel le und Wärmesenke unabhängig von der Fahrweise des Verga sungs- und Verbrennungsreaktors realisierbar.
5. Aufgrund der hohen Temperaturen sind auch wesentlich verbesserte Dampfparameter erreichbar, so daß mit einem Netto-Wirkungsgrad η < 50% zu rechnen ist.

Bezugszeichenliste

1 Vergasungs- und Verbrennungsreaktor
2 Düsenboden
3 Primärluftzuführung
4 Sekundärluftzuführung
5 Luftleitung
6 Tertiärluftzuführung
7 Brennstoffzuführung
8 Additivdosierung
9 Rückführung
10 Wirbelbett
11 Freiraum
12 Rauchgaskanal
13 Zyklon
14 Rohgaskanal
15 Filterkerze
16 Heißgasfilter
17 Reingaskanal
18 Ascheleitung
19 Braunkohle
20 Additiv
21 Aschefeststoff
22 Prozeßluft
23 Primärluft
24 Sekundärluft
25
26 Tertiärluft
27 Rauchgas
28 Flößbettkühler
29 Dampfleitung
30 Rohgas
31 Reingas
32 Gemisch
33 Prozeßdampf

Claims

1. Verfahren zum Betrieb einer druckaufgeladenen zirkulieren den Wirbelschichtfeuerung zur Erzeugung eines arbeitsfä higen Gases für die Gasturbine eines Kombikraftwerkes, gekennzeichnet durch die Kombination fol gender Merkmale:

a) Das mit Braunkohle betriebene Wirbelbett wird bei einer Temperatur von T1 ∼ 850°C und einem Luftverhältnis von λ₁ ∼ 0,6 bis 0,8 unterstöchiometrisch betrieben und die Braunkohleteilchen vergast sowie mit Additive konditio niert.
b) Im Bereich der Sekundärluftzuführung wird die Wirbel schichtfeuerung mit einem Luftverhältnis von λ₂ ∼ 1,0 stöchiometrisch betrieben und die Braunkohleteilchen par tiell verbrannt.
c) Im Bereich der Tertiärluftzuführung und des Freiraumes wird die Wirbelschichtfeuerung mit einem Luftverhältnis von λ₃ ∼ 1,2 überstöchiometrisch betrieben und die flüch tigen Bestandteile der entgasten sowie verbrannten Braunkohleteilchen verbrannt.
d) Die Sekundär- und/oder Tertiärluftzuführungen sowie das Ausbrandvolumen des Freiraumes werden entsprechend der Geschwindigkeit des Vergasungsgases aus dem Wirbelbett betrieben.
e) Am Ende des Freiraumes wird ein der Einzugstemperatur der Gasturbine entsprechendes Brenngas mit einer Prozeß temperatur bis 1100°C mit einem Luftverhältnis von λ Σ ∼ 1,2 erzeugt.
f) Entsprechend der gewählten Prozeßtemperatur wird das Ascheschmelzverhalten der im Prozeßgas mitgeführten Asche teilchen aus der Vergasung und Verbrennung durch Zugabe von Additiven erhöht und die Ascheteilchen an aus Additive sowie Asche gebildete Filterkuchen der Filterkerzen angelagert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zur Anhebung der Temperatur des Brenngases Luftzuführun gen im oberen Teil des Freiraumes und/oder vor Zyklon und/oder nach Zyklon und/oder nach Heißgasfilter betrieben werden.