DE2345396C3 - Verfahren zum Erzeugen elektrischer Energie - Google Patents

Verfahren zum Erzeugen elektrischer Energie

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Description

a) Die Vergasung der feingemahlenen Kohle bzw. des Kohlenstaubes erfolgt in einem Gleichstromvergaser;
b) zur Vergasung wird dem Gleichstromvergaser sauerstoffangereicherte Luft oder reiner Sauerstoff zugeführt;
c) dem Gleichstrom! ergase; ist unmittelbar ein Abhitzekessel nach&eschaltet, der im Dampfkraftprozeß dem beheizte ι Dampferzeuger parallelgeschaltet ist;
d) der für die Gleichstromvergasung benötigte Wasserdampf wird dem Abhitzekessel entnom-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen elektrischer Energie in einem kombinierten Gas-Dampfkraftwerk, wobei das als Energiequelle dienende Gas durch Vergasung von getrockneter und zerkleinerter Kohle unter einem Druck von 0,5 bis 50 atü sowie unter Verwendung von sauerstoffhaltigem Gas und Wasserdampf als Reaktionsmedien gewonnen wird, wobei das erzeugte Gas in eine Kontakteinrichtung eingeleitet wird, in der es unter dem bei der Vergasung herrschenden Druck durch Einspritzen von Wasser direkt gekühlt und gereinigt wird, anschließend in einer Brennerkammer mit verdichteter Luft verbrannt wird und das dabei anfallende heiße Rauchgas einem Dampferzeuger zugeführt sowie anschließend in einer mit einem Stromerzeuger und einem Luftverdichter gekuppelten Gasturbine entspannt wird, während der im Dampferzeuger erzeugte Dampf in einer ebenfalls mit eimern Strömerzeuger gekuppelten Dampfturbine entspannt wird, wobei das Abgas der Gasturbine einem Speisewasservorw&rmer zugeleitet wird.
Ein derartiges Verfahren wird beispielsweise in der Zeitschrift »Brennstoff-Wärme-Kraft«, Juni 1971, Seiten 258—2:62, beschrieben. Wie aus Bild 3 der genannten Entgegenhaltung zu entnehmen ist, soll das erforderliche Giis dabei durch ein Gegenstromvergasungsverfah- ren in einem sogenannten Lurgi-Druckvergaser gewonnen werden. Hierbei kann jedoch nur eine schwach backende Kohle -mit einer Korngröße von etwa 3—30 mm und einem Aschegehalt von nicht mehr als 30% vergast werden, und das anfallende Gas weist wegen der verhältnismäßig niedrigen Vergasungstemperatur noch einen hohen Anteil an Teer, öl sowie Kohle- und Ascheteilchen auf. Es ist deshalb bei diesem bekannten Verfahren notwendig, den aus dem Vorgaser austretenden Gasstrom unter zusätzlichem apparativen und verfahrenstechnischen Aufwand zunächst von den genannten Verunreinigungen zu befreien. Dies erfolgt in einem sogenannten Waschkühler, in dem heißes, teerhaltiges Wasser im Kreislauf geführt wird, wobei im Nebenstrom jeweils ein Teil des aus dem Gas abgeschiedenen Teeres abgeschlämmt werden muß.
Weiterhin ist aus der DE-OS 20 05 721 ein Verfahren zur Stromerzeugung bekannt, bei dem das als Energiequelle dienende Gas ebenfalls durch Druckver gasung gewonnen werden soll. Auch in diesem Falle wird das aus dem Vergaser austretende Gas zunächst in einem Gaswäscher behandelt, bevor es in einem sogenannten Primärgaskühler weiter gekühlt werden kann. Es wird zwar in der Entgegenhaltung auf die Möglichkeit hingewiesen, daß der Primärkühler in den Kesselkreislauf der nachgeschalteten Dampfturbine integriert werden kann. Da das Gas in diesem Falle jedoch bereits einen wesentlichen Teil seines Wärmeinhaltes in der Gaswäsche verliert, wird man davon ausgehen müssen, daß im Primärgaskühler keine wesentlichen Wärmemengen mehr für den Kesselkreislauf der Dampfturbine zur Verfügung gestellt werden können. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß eine Verwendung beliebiger Kohlequalitäten möglich ist, wobei das Verfahren gleichzeitig wärmewirtschaftlich optimal im Bezug auf die Energieerzeugung ausgelegt sein soll. Außerdem soll hierbei der für die Vergasung benötigte Wasserdampf mit minderwertiger Wärme erzeugt werden.
Das der Lösung dieser Aufgabe dienende Verfahren ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:
a) Die Vergasung der feingemahlenen Kohle bzw. des Kohlenstaubes erfolgt in einem Gleichstromvergaser;
b) zur Vergasung wird dem Gleichstromvergaser sauerstoffangereicherte Luft oder reiner Sauerstoff zugeführt;
c) dem Gleichstromvergaser ist unmittelbar ein Abhitzekessel nachgeschaltet, der im Dampfkraftprozeß dem beheizten Dampferzeuger parallelgeschaltet ist;
d) der für die Gleichstromvergasung benötigte Wasserdampf wird dem Abhitzekessel entnommen.
Durch die Anwendung der Gleichstromvergasung ist es beim erfindungsgemäßen Verfahren möglich, staub förmige bzw. feingemahlene Kohle praktisch unabhän gig von ihrem Aschengehalt einzusetzen. Es können deshalb alle in der Praxis vorkommenden Kohlesorten verarbeitet werden. Unter den erfindungsgemäßen Bedingungen stellt sich außerdem eine oberhalb des Ascheschmelzpunktes liegende Vergasungstemperatur ein, so daß das anfallende Gas weitgehend frei von öligen und teerigen Verunreinigungen ist. Es kann deshalb ohne jede Zwischenbehandlung und -kühlung
zur indirekten Abkühlung in einen Abhitzekessel eingeleitet werden, der dem Gleichstromvergasei unmittelbar nachgeschaltet ist Der hierbei gewonnene Abhitzedampf steht zusätzlich zur Stromerzeugung in der Dampfturbine zur Verfugung bzw. kann soweit erforderlich als Prozeßwasserdampf für die Vergasung genutzt werden.
Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens sollen nachfolgend an Hand des in der Abbildung wiedergegebenen Fließschemas erläutert werden.
Die Rohkohle wird zunächst durch die Fördereinrichtung 1, bei der es sich beispielsweise um ein Förderband handeln kann, der Kohlevorbereitungsanlage 2 zugeführt In dieser wird die Kohle getrocknet und sodann auf die für die Vergasung erforderliche Feinheit von weniger als 90 μ aufgemahlen. Danach gelangt die getrocknete und gemahlene Kohle durch die Leitung 3 zum Gleichstromvergaser 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 Gleichstromvergaser 4 eingeleitet Der notwendige Wasserdampf wird aus dem dem Gleichstromvergaser 4 nachgeschalteten Abhitzekessel 7 entnommen und durch die Leitung 8 in den Vergaser zurückgeführt. Die bei der Vergasung angewandten Mengen liegen pro Tonne Kohle bei etwa 500 Nm3 Sauerstoff und etwa 200 Nm3 Wasserdampf. Diese Mengen sind jedoch abhängig von der Art der eingesetzten Kohle.
Das im Gleichstromvergaser 4 erzeugte Rohgas gelangt in den Abhitzekessel 7, in dem es bis auf etwa 2000C gekühlt wird. Anschließend wird das Gas in die Kontakteinrichtung 9 eingeleitet, in der es weiter bis auf etwa 300C direkt gekühlt und gleichzeitig gereinigt wird. Dies erfolgt durch Einspritzen von Wasser, das durch die Leitung 41 in die Kontakteinrichtung 9 gedrückt wird. 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 Venturiwaschersystem 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 Wassermenge wird so bemessen, daß die im Gas enthaltenen Schwefelverbindungen HxS 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 Wastermenge in Abhängigkeit vom Gasdruck, dem Gehalt des Gases an Schwefelverbindungen und der Wassertemperatur zwischen 10 und 40 Liter pro Nm3 Gas liegen. Der Gleichstromvergaser 4, der Abhitzekessel 7 und die Kontakteinrichtung 9 werden nach Möglichkeit zu einer kompakten Baueinheit zusammengefaßt. Die im Gleichstromvergaser 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 Gleichstromvergaser 4 zurückgeführt wird, durch die Leitung 17 in die Dampfturbine 18 gedrückt. Diese ist mit dem Stromerzeuger 25 gekuppelt
Währenddessen wird das gereinigte und gekühlte Gas durch die Leitung 12 aus der Kontakteinrichtur.^ 9 abgezogen- Im Bereich der Leitung 12 kann im Bedarfsfall die Entschwefelungsanlage 13 angeordnet sein, in der gegebenenfalls noch vorhandene restliche Schwefelbestandteile 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 unter den angegebenen Bedingungen bereits eine ausreichende Entschwefelung des Gases erreicht wird. Anschließend 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 Dampferzeuger 16 und werden in diesem bis auf etwa 800 bis 850° C abgekühlt Der im Dampferzeuger 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 Dampferzeuger -56 austretenden abgekühlten Rauchgase gelangen währenddessen über die Leitung 43 in die Gasturbine 19, in der sie unter weiterer Abkühlung entspannt werden. Die Gasturbine 19 ist mit dem Stromerzeuger 21 und dem Luftverdichter 20 gekuppelt In letzterem wird die Luft, die für die Verbrennung in der Brennkammer 15 erforderlich ist, 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 J"0 und den Wärmeaustauscher 31 in die Leitung 32. Von dieser zweigen die Leitungen 44 und 45 ab, durch die das Darnpfkondensat wieder dem Abhitzekessel 7 und dem Dampferzeuger 16 zugeführt wird.
Der für die Kohlevergasung benötigte Sauerstoff wird in der Luftzerlegungsanlage 5 durch Tieftemperaturzerlegung von verdichteter Luft gewonnen. Die hierfür erforderliche Luft wird durch die Leitung 33 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 dtr Luhzerlegung gewonnene Sauerstoff wird, wie bereits weiter oben festgestellt wurde, durch die Leitung 6 in den Gleichstromvergaser 4 eingeleitet, während der Stickstoff durch die Leitung 37 abgezogen wird.
Für die erforderliche Trocknung der Kohle in der Kohlevorbereituiigsanlage 2 wird beim erfindungsgemäßen Verfahren das Abgas der Gasturbine 19 herangezogen, nachdem es im Wärmeaustauscher 24 die Brennluft und im Wärmeaustauscher Ji 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
5 6
Wasser der Kohle, verlassen die Kohlevorbereitungsan- Verfahrensschema auch dahingehend modifiziert wer-
lage durch die Leitung 40. Durch diese Ausgestaltung den, daß anstelle des getrennten Abhitzekessel 7 und des
des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auf die Dampferzeugers 16 ein gemeinsamer Dampferzeuger
Installation eines besonderen Heizgaserzeugers für die gegebenenfalls mit mehreren Zügen, vorgesehen ist.
Kohletrocknung in der Kohlevorbereitungsanlage 2 5 Weiterhin können bei entsprechend großen Anlagen
verzichtet werden. natürlich anstelle einer Dampf- und Gasturbine auch
Selbstverständlich kann das vorstehend beschriebene deren mehrere vorgesehen sein.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Verfahren zum Erzeugen elektrischer Energie in einem kombinierten Gas-Dampfkraftwerk, wobei diis als Energiequelle dienende Gas durch Vergasung von getrockneter und zerkleinerter Kohle unter einem Druck von 0,5 bis 50 atü sowie unter Verwendung von sauerstoffhaltigem Gas und Wasserdampf als Reaktionsmedien gewonnen wird, wobei das erzeugte Gas in eine Kontakteinrichtung eingeleitet wird, in der es unter dem bei der Vergasung herrschenden Druck durch Einspritzen von Wasser direkt gekühlt und gereinigt wird, anschließend in einer Brennerkammer mit vedichteter Luft verbrannt wird und das dabei anfallende heiße Rauchgas einem Dampferzeuger zugeführt sowie anschließend in einer mit einem Stromerzeuger und einem Luftverdichter gekuppelten Gasturbine entspannt wird, während der im Dampferzeuger erzeugte Dsmpf in einer ebenfalls mit einem Stromerzeuger gekuppelten Dampfturbine entspannt wird, wobei das Abgas der Gasturbine einem Speisewasservorwärmer zugeleitet wird, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:
DE2345396A 1973-09-08 1973-09-08 Verfahren zum Erzeugen elektrischer Energie Expired DE2345396C3 (de)

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