DE2345396A1 - Verfahren zum erzeugen elektrischer energie - Google Patents

Verfahren zum erzeugen elektrischer energie

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DE2345396A1 DE19732345396 DE2345396A DE2345396A1 DE 2345396 A1 DE2345396 A1 DE 2345396A1 DE 19732345396 DE19732345396 DE 19732345396 DE 2345396 A DE2345396 A DE 2345396A DE 2345396 A1 DE2345396 A1 DE 2345396A1
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Description

Essen, den 7. 9· 1973 N 4581/11 Dr. Ha/Wi.
Heinrich Koppers Gesellschaft mit beschränkter Haftung,
43 Essen, Moltkestrasse 29 2345396
Verfahren zum Erzeugen elektrischer Energie.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen elektrischer Energie in einem mit Gas- und Dampfturbinen ausgerüsteten thermischen Kraftwerk.
Die bisher übliche Methode zum Erzeugen elektrischer Energie in thermischen, auf Kohle- oder ölbasis arbeitenden Kraftwerken besteht darin, dass die als Energiequelle dienende Kohle oder das Heizöl unter Dampfkesseln verbrannt wird und der dabei gewonnene Dampf in mit den Stromerzeugern gekuppelten Dampfturbinen entspannt wird. Die in der Kohle bzw. im Heizöl enthaltenen Schwefelverbindungen werden in diesem Falle bei der Verbrennung in Schwefeldioxyd übergeführt, das bei den heute immer schärfer werdenden Umweltschutzbestimmungen nicht mehr ohne weiteres über den Kamin in die Atmosphäre abgelassen werden darf. ■ Die Entfernung des Schwefeldioxyds aus dem Raugas bereitet jedoch, insbesondere bei grossen Kraftwerkseinheiten, erhebliche Schwierigkeiten, und dieses Problem ist bisher auch noch nicht in vollständig befriedigender Weise gelöst worden.
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Aus diesem Grunde hat man in neuerer Zeit bereits die Möglichkeit diskutiert, die zur Stromerzeugung verwendete Kohle bzw. das Heizöl zunächst in einer dem Kraftwerk vorgeschalteten Vergasungeanlage durch Vergasung (Partialoxydation) in ein Brenngas umzuwandeln und dieses dann im Kraftwerk als Energiequelle einzusetzen. Bei der Vergasung in Gegenwart von Sauerstoff bzw. Luft und Wasserdampf werden nämlich die im Brennstoff enthaltenen Schwefelverbindungen nicht in Schwefeldioxyd, sondern vor allem in Schwefelwasserstoff übergeführt. Dieser lässt sich jedoch aus denn erzeugten Gas verhältnismässig leicht durch geeignete, physikalisch und chemisch wirkende Waschprozesse entfernen, so dass das erzeugte Gas weitgehend schwefelfrei dem Kraftwerk zugeführt werden kann.
Der Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, die vorstehend kurz beschriebene Verfahrensweise praktisch auszugestalten und ein Verfahren zur Stromerzeugung zu schaffen, das kostengünstig arbeitet. Dabei soll insbesondere eine möglichst einfache und preiswerte Methode zur Entschwefelung der durch Vergasung erzeugten Gase angewandt werden. Ferner soll auf eine weitgehende Ausnutzung der anfallenden Prozessabwärme geachtet werden.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen elektrischer Energie in einem mit Gas- und Dampfturbinen ausgerüsteten thermischen Kraftwerk vor, bei dem als Energiequelle Gas verwendet wird, das in einer dem Kraftwerk vorgeschalteten Vergasungeanlage durch Vergasung von Kohle gewonnen wird und das durch die Kombination folgender Massnahmen gekennzeichnet ist :
a) Das als Energiequelle dienende Gas wird durch Gleichstromvergasung von getrockneter und feingemahlener Kohle bzw. Kohlenstaub mit Sauerstoff oder einem sauerstoffreicben Gas und Wasserdampf unter einem Druck von 0, 5 bis 50 atü gewonnen,
b) das durch Gleichstromvergasung von Kohle gewonnene Gas wird unmittelbar nach der Vergasung in einen Abhitzekessel eingeleitet und auf eine Temperatur von 150 - 250 "C gekühlt, wobei der im Abhitzekessel erzeugte Dampf einer mit einem Stromerzeuger gekuppelten Dampfturbine zugeleitet wird,
c) das aus dem Abhitzekessel austretende Gas wird in eine Kontakteinrichtung eingeleitet, in der es unter dem bei der Vergasung
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herrechenden Druck durch Einapritzen von Waaaer weiter bia auf eine Temperatur von 25 - 35 " C direkt gekühlt und gereinigt wird, wobei die auf die Kontakteinrichtung aufgegebene Waaaermenge ao bemessen wird, daaa die achwefelhaltigen Gaabeatandteile weitgehend aus gewaschen werden,
d) das entachwefelte Gaa wird in einer Brennkammer mit vorgewärmter Luft verbrannt und die dabei anfallenden Rauchgaae werden anachlieaaend in einem Abhitzekeaael auf 800 - 850 * C abgekühlt, wobei der in diesem Abhitzekeaael erzeugte Dampf ebenfalle der Dampfturbine zugeleitet wird,
e) die bia auf 800 - 850 * C abgekühlten Rauchgaae werden in einer Gaaturbine entapannt, die mit einem Stromerzeuger und einem Luftverdichter gekuppelt iat und
f) die aua der Gaaturbine auatretenden, entapannten Rauchgaae werden für die Kohletrocknung eingeaetzt.
Daa erfindungagemlaae Verfahren soll nachfolgend an Hand de β in der Abbildung wiedergegebenen Flieaaachemaa weiter erläutert werden.
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Die Rohkohle wird zunächst durch die Fördereinrichtung 1, bei der es sich beispielsweise um ein Förderband handeln kann, der Kohle-Vorbereitungsanlage 2 zugeführt. In dieser wird die Kohle getrocknet und sodann auf die für die Vergasung erforderliche Feinheit von weniger als 90 Xt aufgemahlen. Danach gelangt die getrocknete und gemahlene Kohle durch die Le itung 3 zum Vergaser 4, in dem bei einem Druck von 0, 5 bis 50 atü die Gleichstromvergasung erfolgt. Der erforderliche Sauerstoff kommt aus der Luftzerlegungsanlage 5 und wird durch die Leitung 6 in den Vergaser 4 eingeleitet. Der notwendige Wasserdampf kann aus dem dem Vergaser 4 nachgeschalteten Abhitzekessel 7 entnommen und durch die Leitung 8 in den Vergaser zurückgeführt werden. Die bei der Vergasung angewandten Mengen liegen pro Tonne Kohle bei etwa 500 Nm Sauerstoff und etwa 200 Nm Wasserdampf. Diese Mengen sind jedoch abhängig von der Art der eingesetzten Kohle.
Das im Vergaser 4 durch Gleichstromvergasung erzeugte Rohgas gelangt in den Abhitzekessel 7, in dem es bis auf etwa 200 * C gekühlt wird. Aikschliessend wird das Gas in die Kontakteinrichtung 9 eingeleitet, in der es weiter bis auf etwa' 30 * C direkt gekühlt und gleichzeitig gereinigt wird. Dies erfolgt durch Einspritzen von Wasser, das durch die Leitung 41 in die Kontakteinrichtung 9 gedrückt wird.
•A
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Die Zuführung des Wassers kann dabei auf mehreren Ebenen in die Kontakteinrichtung erfolgen. Anstelle einer Kontakteinrichtung, die mit Einspritzdüsen versehen ist, kann hier auch ein Venturiwäschersystem zur Anwendung gelangen. Das Gas steht dabei immer noch unter erhöhtem Druck, mit dem es aus der Vergasung kommt. Die auf die Kontakteinrichtung 9 aufgegebene Waesermenge wird so bemessen, dass die im Gas enthaltenen Schwefelverbindungen HS und COS weitgehend vom aufgegebenen Wasser absorbiert werden und zusammen mit dem Vergasungsrückstand (Flugasche, Kohlenstaub und Russ) durch das aus der Kontakteinrichtung 9 ablaufende Wasser ausgetragen werden. Dieses wird durch die Leitung 11 abgezogen und in geeigneter Weise weiterbehandelt. Um eine möglichst weitgehende Entfernung der Schwefelverbindungen aus dem Gas zu erreichen, muss die auf die Kontakteinrichtung 9 aufgegebene Wassermenge in Abhlngigkeit vom Gasdruck, dem Gehalt des Gases an Schwefelverbindungen und der Wassertemperatur zwischen 10 und 40 Liter pro Nm Gas liegen. Der Vergaser 4, der Abhitzekessel 7 und die Kontakteinrichtung 9 werden nach Möglichkeit zu einer kompakten Baueinheit zusammengefasst. Die im Vergaser 4 anfallende Asche wird durch die Leitung 10 abgezogen. Der im Abhitzekessel 7 erzeugte Dampf wird, soweit er nicht durch die Leitung 8 als Prozesswasserdampf zum Vergaser 4 zurückgeführt wird, durch die Leitung 17 in die Dampfturbine 18 gedrückt. Diese ist mit dem
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Stromerzeuger 25 gekuppelt.
Währenddessen wird das gereinigte und gekühlte Gas durch die Leitung 12 au8 der Kontakteinrichtung 9 abgezogen. Im Bereich der Leitung 12 kann im Bedarfsfall die Entschwefelungsanlage 13 angeordnet sein, in der gegebenenfalls noch vorhandene restliche Schwefelbe standteile aus dem Gas entfernt werden. Hierfür können beispielsweise die für diesen Zweck bekannten Waschverfahren zur Anwendung gelangen. In den allermeisten Fällen wird man jedoch auf die Entschwefelungsanlage 13 verzichten können, da in der Kontakteinrichtung 9 bereite eine ausreichende Entschwefelung des Gases erreicht wird. Anschlieseend gelangt das Gas durch die Leitung. 14 zur Brennkammer .15, wo es mit vorgewärmter Luft verbrannt wird· Die dabei erzeugten heissen Rauchgase strömen durch den Abhitzekessel 16 und werden in diesem bis auf etwa 800 bis 850 * C abgekühlt. Der im Abhitzekessel 16 erzeugte Dampf gelangt über die Leitung 42 in die Leitung 17, wo er mit dem vom Abhitzekessel 7 kommenden Dampf vereinigt und der Dampfturbine 18 zugeführt wird.
Die aus dem Abhitzekessel 16 austretenden abgekühlten Rauchgase gelangen währenddessen über die Leitung 43 in die Gasturbine 19, in
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der sie unter weiterer Abkühlung entspannt werden. Die Gasturbine 19 iet mit dem Stromerzeuger 21 und dem Luftverdichter 20 gekuppelt. In letzterem wird die Luft, die für die Verbrennung in der Brennkammer 15 erforderlich iet, verdichtet. Die Luft gelangt dabei über die Leitung 22 in den Luftverdichter 20 und von da aus über die Leitung 23 zur Brennkammer 15. Im Bereich der Leitung 23 ist der Wärmeaustauscher 24 vorgesehen, in dem die verdichtete Luft durch das Abgas der Gasturbine 19 vorgewärmt wird.
Der Abdampf von der Dampfturbine 18 geht durch die Leitung 26 in den Kondensator 27. Hierbei kann es sich um einen luftgekühlten, oder wie in der Abbildung dargestellt ist, um einen wassergekühlten Kondensator handeln. Das dort anfallende Dampfkondensat gelangt durch die Leitung 28, die Pumpe 29, die Leitung 30 und den Wärmeaustauscher 31 in die Leitung 32. Von dieser zweigen die Leitungen 44 und 45 ab, durch die das Dampfkondensat wieder den Abhitzekesseln 7 und 16 züge· führt wird.
Der für die Kohlevergasung benötigte Sauerstoff wird in der Luftzer legungsanlage 5 durch Tieftemperatur zerlegung von verdichteter Luft gewonnen. Die hierfür erforderliche Luft wird durch die Leitung 33
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angesaugt, im Luftverdichter 34 auf den Zerlegungsdruck komprimiert und anschließend durch die Leitung 35 der Luftzerlegungsanlage 5 zugeführt. Der Wärmeaustauscher 36 dient dazu, die verdichtete Luft im Wärmeaustausch mit den Luftzerlegungsprodukten nahezu auf die Zerlegung«temperatur zu kühlen. Der bei der Luftzerlegung gewonnene Sauerstoff wird, wie bereits weiter oben festgestellt wurde,- durch die Leitung 6 in den Vergaser 4 eingeleitet, während der Stickstoff durch die Leitung 37 abgezogen wird.
Für die erforderliche Trocknung der Kohle in der Kohlevorbereitungsanlage 2 wird beim erfindungsgemässen Verfahren das Abgas der Gasturbine 19 herangezogen, nachdem es im Wärmeaustauscher 24 die Brennluft und im Wärmeaustauscher 31 das Dampfkondensat vorgewärmt hat. Das Abgas gelangt dabei durch die Leitung 38 in die Kohlevorbereitungsanlage 2. Die Umgehungsleitung 39 ist für den Fall vorgesehen, dass nicht die gesamte Abgasmenge benötigt wird. Die entstehenden Trocknungsbrüden, bestehend aus dem Abgas der Gasturbine und dem Wasser der Kohle, verlassen die Kohlevorbereitungsanlage durch die Leitung 40. Durch diese Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrene kann auf die Installation eines besonderen Heizgaserzeugers für die Kohle trocknung in der Kohlevorbereitungsanlage verzichtet werden.
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' Selbstverständlich kann das vorstehend beschriebene Verfahrensschema auch dahingehend modifiziert werden, dass anstelle der getrennten Abhitzekessel 7 und 16 ein gemeinsamer Abhitzekessel, gegebenenfalls mit mehreren Zügen, vorgesehen ist. Weiterhin kennen bei entsprechend grossen Anlagen natürlich anstelle einer Dampf- und Gasturbine auch deren mehrere vorgesehen sein.
•A
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Claims (3)

  1. - li -
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    Patentansprüche :
    (1.) Verfahren zum Erzeugen elektrischer Energie in einem mit Gae- und Dampfturbinen ausgerüsteten thermischen Kraftwerk, wobei ale Energiequelle Gas verwendet wird, das in einer dem Kraftwerk vorgeschalteten Vergasungsanlage durch Vergasung (Partialoxydation) von Kohle gewonnen wird, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Maasnahmen :
    a) Das als Energiequelle dienende Gas wird durch Gleichstromvergasung von getrockneter und feingemahlener Kohle bzw. Kohlenstaub mit Sauerstoff oder einem sauerttoffreichen Gas und Wasserdampf unter einem Druck von 0, 5 bis 50 atü gewonnen,
    b) das durch Gleichet rom vergasung von Kohle gewonnene Gas wird unmittelbar nach der Vergasung in einen Abhitzekeeael (7) eingeleitet und auf eine Temperatur von 150- 250" C gekühlt, wobjM der im Abhitzekessel (7) erzeugte Dampf einer mit einem Stromerzeuger (25) gekuppelten Dampfturbine (18) zugeleitet wird,
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    c) das aus dem Abhitzekessel (7) austretende Gas wird in eine Kontakteinrichtung (9) eingeleitet, in der es unter dem bei der Vergasung herrschenden Druck durch Einspritzen von Wasser weiter bis auf eine Temperatur von 25 - 25 * C direkt gekühlt und gereinigt wird, wobei die auf die Kontakteinrichtung (9) aufgegebene Waesermenge so bemessen wird, dass die schwefelhaltigen Gasbestandteile weitgehend ausgewaschen werden,
    d) das entschwefelte Gas wird in einer Brennkammer (15) mit vorgewärmter Luft verbrannt, und die dabei anfallenden Rauchgase werden anschliessend in einem Abhitzekessel (16) auf 800 - 850 * C abgekühlt, wobei der in diesem Abhitzekessel (16) erzeugte Dampf ebenfalls der Dampfturbine (18) zugeleitet wird,
    e) die bis auf 800 - 850 * C abgekühlten Rauchgase werden in einer Gasturbine (19) entspannt, die mit einem Stromerzeuger. (21) und einem Luftverdichter (20) gekuppelt 1st und
    f) die aus der Gasturbine (19) austretenden, entspannten Rauchgas· werden für die Kohletrocknung eingesetzt.
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  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das β
    (9)
    die auf die Kontakteinrichtung/aufgegebene Waseermenge
    zwischen 10 und 40 Liter pro Nm Gas liegt.
  3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der für die Gleichstromvergasung der Kohle benötigte Wasserdampf aus dem Abhitzekessel (7) entnommen wird.
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