DE2400772B2 - Anlage zur herstellung von festen und gasfoermigen schwefelarmen produkten aus kohle fuer die kombinierte strom- und gaserzeugung - Google Patents

Anlage zur herstellung von festen und gasfoermigen schwefelarmen produkten aus kohle fuer die kombinierte strom- und gaserzeugung

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DE2400772B2 DE19742400772 DE2400772A DE2400772B2 DE 2400772 B2 DE2400772 B2 DE 2400772B2 DE 19742400772 DE19742400772 DE 19742400772 DE 2400772 A DE2400772 A DE 2400772A DE 2400772 B2 DE2400772 B2 DE 2400772B2
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Khizia, Klaus, Dr-Ing, 4600 Dort mund, L & C Stemmuller GmbH, 5270 Gummersbach
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Description

24 OO
Endprodukt, ζ. B. Rauchgas eines Dampferzeugers zu ermöglichen. Als ganz besonderer Nachtoil ist die Tatsuche anzusehen, daß bei der bekannten Vergasungsmethode nur nicht- oder sehwachbuckende Kohle verwendet werden kann, womit zwangsläufig nur eine ΐ geringe Bandbreite des gesamten Kohlebandes verwertbar ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage /ur Herstellung von festen und gasförmigen, schwefelarmen Produkten aus Kohle für die kombinierte Strom- und Gaserzeugung anzugeben, die unier Wärmeeinwirkung scnwefelarme feste und gasförmige Produkte erzeugt, und wobei die Anlagenteile so einander zugeordnet sind, daß die gewonnenen festen und gasförmigen Produkte in unterschiedlicher Menge ι> einzeln oder /.. T. gemeinsam verschiedenen Verweriiingsbereichen zugeführt werden können.
Zur Losung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung eine Anlage vorgeschlagen, wie sie im Anspruch beschrieben ist. M
Die Vorteile, die mit der Erfindung erreicht werden, sind die folgenden:
/ur Knischwefelung der Kohle braucht nicht der gesamte Brennstoff in Gasform überführt zu werden, da der in der Kohle enthaltene Schwefel bei der Entgasung as /um überwiegenden Teil an das erzeugte Gas übergeh ι und nur diese Ciasmenge zu entschwefeln ist. Damn werden weniger aufwendige Kntschwefelungsaniagen teile erforderlich als bei der vollständigen Vergasung der Kohle.
An die Einsatz-Kohle brauchen keine besonderen Anforderungen. z. I?. geringe Backfähigkeit, bestimmte Gehalte an flüchtigen Bestandteilen usw., gestellt /ti werden. Ks läßt sich jede Stein- und Braunkohle einsetzen.
Das je nach Beaufschlagung der Knigasungs- b/w. Vergasungseinrichtung gewonnene, /. T. hei/wenreiciie Gas kann /um Kinsatz in einer der Dampfkraftanlage vorgeschalteten Gasturbinenanlage verwendet werden, wodurch die thermodynamischen Vorteile des gekoppellen Gas- Dampfkraftwerks entstehen, was zu einem höheren Gesamtwirkungsgrad führt, als er bei konventionellen Kohlekraftwerken er/ielbar ist, und was außerdem die Investitionskosten senkt.
Das erzeugte Gas kann als Industriegas, /. B. Synthesegas für die chemische Industrie oder zur Erzreduktion eingesetzt werden. Es kann aber auch zu einem Teil der allgemeinen Gasversorgung zugeführt werden.
Der beim Entgasen entstehende feste Kokssiaub bindet in dieser Form sämtliche mit der Kohle eingebrachte Asche, die aus der Brennkammer des Dampferzeugers als granulierte Schlacke abgezogen wird.
Das Dampfkraftwerk kann, entkoppelt von der Gaserzeugung, der Entschwefelung und dem Gasturbinenprozeß als herkömmliches Kraftwerk betrieben werden. Ein Ausfall von hintereinandergeschalteten Einrichtungen verringert somit nicht die Einsatzbereitschaft der Stromerzeugungsanlage, die notfalls auch mit <>υ unbehandelter Kohle zu betreiben ist.
Auch können Gaserzeugerund Entschwefelungsanlage später als das Dampf-Kraftwerk gebaut und letzteres in der ersten Zeit nur mit einer schwefelarmen Kohle betrieben werden. <\s
Gasturbinen- und die Dampfkraftanlage sind ebenfalls voneinander zu entkoppeln. Für den Fall des Stillstandes der Gasturbine wie auch für den Fall einer nicht möglichen Abgabe des erzeugten Gases als Industriegas oder an das öffentliche Net/, kann dieses Gas dem Dampferzeuger /ur Verbrennung und damit der Stromerzeugung zugeführt werden. Der Vorteil der Entschwefelung der Kohle bleibt dabei bestehen.
Die Erfindung erlaubt auch die Einkoppelung von Wurme aus lloehternperaturkernreakioren für die Kohle-Behandlungs- bzw. Entgasungs- b/w. Vergasungseinrichiungen.
Mit der erfindungsgcmäßen Anlage können jeder/eil unterschiedliche Mengen gasförmiger und fester Produkte erzeugt und an den jeweiligen Strom- b/w. Gasbedarf angepaßt werden, wobei kurzfristig ein gasseitiger Spitz.enbedarl ohne Gasspeieherung gedeckt werden kann. Da die erfindungsgeiiiäße Anlage zur Stromerzeugung aus Kohle mit gleichzeitiger Entschwefelung eine Enigasungseinrichtung und gegebenenfalls eine Gaserzeugungsanlage aufweist, erzeug! sie in der H >S-Wäsche gereinigtes Industriegas, Ferny.is oder Gas für die Kohlenweristolf-Gewinnung, z. B. Benzol. Sollten Industriegase oiler Ferngas in größerem Umfange als bisher benötigt werden, so konnte ohne weiteres Wärme aus Hochtemperatiu kernreaktoren lnr die genannten Behandlungsanlagen eingesetzt und damit die Wirtschaftlichkeit der gesamten Anlage wegen der billigeren Wärme aus llochicmpcraturkctnreaktoren verbessert werden.
Zusätzlich kann ein feil des bei der 1 ntg.isung erzeugten Koksstaubes mn Wasserdampf durch l'eil verbrennung desselben oder besser durch Wärme/ulnhr von außen, /.. B. Wärme .ms Kernenergie, vergast werden.
Anhand der m den Figuren dargestellten Zeichnungen ist ein erfindungsgemäßes Anlagenbeispiel beschrieben. Ks zeigt
I ι g. I in schematischer Darstellung den Brennstoll- und Energiefluß,
F" i g. 2 in sehemalischer Darstellung die Verbindung der einzelnen Anlagenteile und den Verfahrensablauf.
Wie aus Fig. I ersichtlich, ist für die Breniisiol'lumwandlung zu Koksstaub und Gas wie auch für das Kohlekraftwerk eine gemeinsame Kohle-Brennstofl· versorgungseinrichtung vorgesehen. Diese kann für den Fall, daß die Er/ougungsanlage fur Koksstaub und Gas nicht in Betrieb ist - wie eine Verbindungslinie andeutet — das Kohlekraftwerk mit Kohle versorgen und damit die Stromerzeugung ermöglichen. Die Kohle-Brennstoffversorgungsanlage versorgt jedoch im Normalbetrieb die Gaserzeugungsanlage. Das erzeugte Gas wird in der Entschwefelungsanlage gereinigt. Der in der Gaserzeugungsanlage nicht umgesetzte Kohlenstoff wird als Koks dem Kohlekraftwerk zugeführt und dort für die Stromerzeugung verbrannt. Das (!as wird nach seiner Entschwefelung der Gasturbinenanlage oder anderen Verbrauchern zugeführt. Ks verläßt die Gasturbine mit hohem LuI!Überschuß im Temperaturbereich um 400"C und geht als Verbrennungsluft zum Kohlekraftwerk. Der z. B. später einzusetzende llochlemperalurkernreaktor gibt Dampf hoher Temperatur an die Gaserzeugungsanlage ab, vermag aber auch gleich/eilig Wärme und Dampf fiir weitere Verfahren zur Umwandlung des erzeugten Gases in Industriegase beliebiger anderer Beschaffenheit bereitzustellen. Da in diesem Fall gereinigtes Gas, Wasserdampf und Wärme für die Prozeßführung erforderlich sind, wird aus dem Hochtempe'.aturkernreaktor entweder nur Wasser dampf oder aus dessen Helium Wärme in Gas-Wärmetauschern entnommen. Aus der Gcsamtanlage tritt (in
fig. I nach rcchis) elektrische Energie aus. die im Hochtemperaturreaktor, in der Gasturbinenanlage und im Kohlckraftwcrk gewonnen wird. Aus der Gcsamtanlagc (in I·" i g. I nach oben) treten außerdem Industriegas und Gas für die allgemeine Versorgung sowie sonstige aus dem Gas gewonnene Wertstoffc aus. Weiter tritt aus der Gesamtanlage (in J-'ig. 1. unten) granulierte Schlacke aus dem Dampfkraftwerk sowie Schwefel aus der Entschwefelungsanlage aus, dazu noch die Abwärme aus HTG-Reaktor und Kohlckraftwerk. In die Gesamtanlagc tritt die Priniärcnergie (in P i g. I. links) in Porm von Steinkohle bzw. Braunkohle und Kernbrennstoff ein. Hinzu kommen als Primärstoffe noch Wasser und Luft.
P i g. 2 erläutert die Anlage in weiteren Details. Die Kohle 1 wird in einen Kohlenbunker 2 abgekippt und über Zuteiler 3 den Kohlemühlen 4 zugeteilt. Der Kohlenstaub wird durch Rauchgas, das dem Dampferzeuger des Kohlekraftwerks entnommen wird, aus den Mühlen ausgetragen. Dieses Rauchgas enthält nur geringe Mengen Sauerstoff und hat somit den Charakter eines Inertgases. Die in der Kohle enthaltene Pcucluigkeil wird durch das Rauchgas verdampft und in einem Biüdenabsehcider 5 mit dem Inertgas bei 7 ausgetragen. Der Kohlenstaub wird danach einem Schnelloxidator 8 und danach mindestens einer Reaktionskammer 12 zur Entgasung und/oder Vergasung zugegeben.
Dem Schnelloxidalor 8 wird über das Gebläse 33 geförderte und im Dampferzeuger des Kraftwerks in einem Lufterhitzer 31 hocherhitzte Luft über die Leitung 9 zur Voroxidation des Kohlenstaubes zugeführt. Der Lufterhitzer 31 kann selbstverständlich auch außerhalb des Dampferzeugers liegen und/oder mit anderen Wärmeiragern als Kesselrauchgas, z.B. mit dem Cjus aus der Gaserzeugungsanlage beaufschlagt \n erden
Nach dem Voroxidalor 8 wird das Kohlenstaub Trägergasgemisch in einem Lufl-Kohletrenner 10 von der l.ufl getrennt. Diese Luft wird über die Leitung 11 der Brennkammer des Dampferzeugers 29 zugeführt. Da der mit ihr mitgeführie Kohlenstaub in der Brennkammer für die Stromerzeugung verbrannt wird, also nicht verloren gehl, ist die Höhe des Abscheidewu·- kimgsgrades des Lufl-Kohleirenncrs 10 von mehl allzu großer Bedeutung.
Die von der l.ufl getrennte Kohle wird danach der oder den Reaktionskammern 12 zugeführt. Hier wird die Entgasung b/w. Teilvergasung des Brennstoffen durchgeführt. An dieser Stelle kann Wasserdampf in das Kohlcnsuiub-Trägcrgasgcmisch eingeblascn werden, wenn die Gasuusbcutc erhöht werden soll. d. h. ein Teil des Kohlenstoffs zusätzlich vergasl werden soll. Dieser Wasserdampf kann einem Hochtcmpcraturkernrcnklor entstammen. An dieser Stelle kann bei indirekter Beheizung jedoch auch Wärme aus dem Helium des Uochtcmpcraturkcrnrcuktors gesetzt werden. In der Pig. 2 ist die Wärmezufuhr durch einen Gasstrom dargestellt, der über dos Gebläse 28 und den Gascrhitzer 30 im Dampferzeuger des Kohlekraftwerks und die Leitung 27 einen Teil der erforderlichen Warme der oder den Reaktionskammern 12 zuführt. Der Guserhit/cr 30 kann selbstverständlich auch aulierhulb des Dampferzeugers liegen und/oder mit anderen Warmcirügcrn als Kessclrauchgas. z, B. mit dem Gas aus der Gaserzeugungsanlage, beaufschlagt werden.
Im Gas- und Kokstrenner 13 wird das erzeugte Gas vom Koksstaub getrennt.
Der Koksstaub wird über einen Zwischenbunker 14
s durch ein pneumatisches System der Pcuerung des Dampferzeugers zugeführt, wobei als Trägergas Inertgas, z. B. Rauchgas, eingesetzt wird. Ein Teil des Koksstaubes kann aber auch einem Vergaser 49 zur Erzeugung von Synthesegas zugeführt werden. Das
ίο Trägergas für den Transport zum Dampferzeuger 29 wird hinter dem Elektrofilter 35 entnommen und über das Gebläse 37 und über die Leitung 16 der pneumatischen Pördcrung zugegeben.
Die Gülc der Gas-Kokstrcnnung in 13 ist maßgebend für die Belastung der Teer- und Staubabscheidung bei 19. Das heiße Gas gibt im Abhitzedampferzeuger 18 und im Abhitzewärmciauscher 20 seine Wanne z. B. an das Kohle-Dampfkraftwerk 43 oder in entsprechenden Wärmetauschern an die Träger- und Vergasungsmedien der Gaserzeugungsanlage ab. Dazwischengcschaltet ist die Teer- und Staubabscheidung bei 19, die in einein für die Teerabscheidung günstigen Temperaturbereich liegt. Ober die Leitung 39 wird der abgeschiedene Teer und Restkoks ebenfalls dem Dampferzeuger 29 zugeführt, falls er nicht andere Verwendung findet.
Das gereinigte und abgekühlte Gas wird über den Gaskompressor 21 der H;S-Wäsche 22 zugeführt. Hier wird der Schwefelwasserstoff aus dem Gas abgeschieden und der Claus-Anlage 23. der Schwefelgranulierung
yo 24 und schließlich dem Schwefelbunkcr 25 zugeführt.
Das gereinigte und schwefelfreie Gas wird über ilen Verteiler 50 der Brennkammer 45 der Gasturbine 46 und/oder dem Dampferzeuger 29 gegebenenfalls über die Anlage 26 zur Kohlcnwertstoffgewinnung. Methani
VS sierung oder Konvertierung dem Gasnetz 48 als Synthesegus oder Methan etc. zugeführt, wobei zur Konvertierung Wasserdampf und Wärme aus einem I lochtemperaturkcrnreaktor benutzt werden kann. Da bei einer bestimmten Leistung des Kohlekraflwer kes, z. B. 690 MW und einer zugeordneten Leistung des Gasturbinenprozesscs von z. B. IIO MW, abhängig von der eingesetzten Kohlensorte, gegebcnfalls mehr Gas erzeugt wird, kann dieses Gas, falls es nicht nach außen abgegeben werden kann, entweder einer weiteren
4S Gasturbine, deren Abwärme möglichst ebenfalls zur Dampferzeugung (Fernwärme usw.) zu nutzen ist. eingesetzt oder aber ebenfalls dem Dampferzeuger 29 zur Verbrennung zugeführt werden. In der vorgeschalteten Gasturbine, die aus dem Luftkompressor 44, der Gasturbinenbrennkammer 45 und der Gasturbine 46 besteht, wird schließlich ein Teil des Gases verbrannt. Da. abhangig von der maximal zulässigen Gaseintritts· temperatur in die Gasturbinen, diese Verbrennung mit einem hohen LuftUbcrschuQ erfolgen muß, wird das aus der Gasturbine mit etwa 400"C und einem hohen Restlufiubcrschuß austretende Abgas als Verbrennungsluft im Dampferzeuger 29 eingesetzt. Die im Elektrofilter 35 des Dampferzeugers 29 abgeschiedene Flugasche wird über die Leitung 38 dem Dampferzeuger
ho wieder zugeführt und in dessen Schmclzkammcr eingeschmolzen und danach - wie üblich - in granulierter Form abgezogen. Über den Bunker 41 kann bei 42 das Granulat der Kohlcoschc mil dem granulierten Schwefel gemeinsam abgeführt werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Anlage zur Herstellung von festen und gasförmigen schwefelarmen Produkten aus Kohle für die kombinierte Strom- und Gaserzeugung, wobei die Anlage aus Einrichtungen zur Zerkleinerung, Voroxidation, Entgasung und Teilvergasung der Einsatzkohle besteht, an die weitere Einrichtungen zur Verwertung des Kokses wie Vergaser und Vorzugsweise Dampferzeuger eines Kraftwerkes sowie Behandlungseinrichtungen für die erzeugten Brenn- und Synthesegase sowie Gase hohen Heizwertes gekoppelt sind, gekennzeichnet durch eine an ein pneumatisches, mit Rauchgas des Dampferzeugers (29) betriebenes Fördersystems angeschlossene Zerkleinerungseinrichlurtg (4), der ein Schnell oxidator(8)mit einem nachgeschalteten Luft-Kohle-Trenner (10) folgt, woran sich eine oder mehrere, an einen Wärme- bzw. Dampferzeuger (29) gekoppelte, mittels Trägergas betriebene Reaktionskammern (12) zur Entgasung und gegebenenfalls Vergasung anschließen, denen ein Gas-Koks-Trenner (13) folgt, hinter dem sich koksseitig ein Zwischenbunker (14) mn einem weiteren, pneumatisch mit Inertgas. vorzugsweise Rauchgas, betriebenen Fördersystem (47, 37, 16) zu den Brennkammern des Dampferzeugers (29) b/w. zum Syntheseguserzeuger (49), und gasseitig ein Abhitzedampferzeuger (18) und ein Abhitzewärmetauscher (20) sowie ein dazwischengeschalteter Gasreiniger (19) mit nachfolgender H.>S-Wäsche (22) befinden, der sich für die schwefelhaltigen Verbindungen die Schwefelgewinnuiiigsanluge (23) anschließt, während für das gereinigte, schwefelfreie Gas ein Gasverteiler (50) zum Anschluß an die Gasturbinenanlage (46) und/oder an den Dampferzeuger (29) bzw. an das Gasnetz (48) vorgesehen ist. dem eine Kohlenwert· siollgewinnungs- bzw. Methanisierung- oder Kon· veriierungsanlagc vorgeschaltet ist.
    Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage /ur Herstellung von festen und gasförmigen schwefelarmen Produkten aus Kohle für die kombinierte Strom- und Gaserzeugung, wobei die Anlage aus Einrichtungen zur Zerkleinerung, Voroxidaüon. Entgasung und Teilvergasung der Einsatzkohle besteht, an die weitere Einrichtungen zur Verwertung des Kokses wie Vergaser und vorzugsweise Dampferzeuger eines Kraftwerkes sowie Behandlungseinrichtungen für die erzeugten Brenn- und Synthesegase sowie Gase hohen Heizwertes gekoppelt sind.
    Vorschläge zur kombinierten Gas- und Stromerzeugung aus Kohle sind schon seit langem bekannt. Danach sollte die in den Dampferzeugern von Kraftwerken eingesetzte Kohle vor ihrer Verbrennung in Retorten kammern etc. entgast, das dabei gewonnene Gas der Gasversorgimg zur Verfügung gestellt und der erzeugte stückige Koks anstelle von stückiger Kohle im Dampferzeuger verbrannt werden. Zur Verminderung der Backfähigkeit der Kohle war vorgeschlagen worden, die Kohle einer leichten Erwärmung in Anwesenheit von Luft auszusetzen, um sie so vorzuoxidieren. Es wird auch erwähnt, den stückigen Koks aus der Entgasung zur zusätzlichen Gewinnung von Wassergas zu vergasen sowie Gas in Gasmaschinen einzusetzen (GWF. |ahrg. 89, 1943. S. Ni-IW: GWF. lahrg. l)0. 1949. S. 236-237 11. 403-410).
    Ein Nachteil dieses Vorschlages ist zunächst die Entgasung stückiger Kohle. Stückiger Koks muß aiii' Rosten verbrannt werden, wobei diese Roste jedoch nur Dampferzeuger geringer Leistung zulassen. Auch der spätere Vorschlag, den stückigen Koks zu mahlen und als Koksstaub zu verbrennen, scheiterte an dem Verschleiß der Mahleinrichtungen. Weiterhin ist ein wesentlicher Nachteil des Vorschlages der Zeilbedarf der Entgasung, etwa 20-24 Std., ebenso die über Wochen und Monate dauernde Voroxidation bei der damals mit 50uC vorgesehenen Behandlungstemperatur. Selbst die Voroxidation von Kohlenstaub bei dieser Temperatur würde Zeiten von mehreren Stunden erfordern. Wirtschaftlich einsetzbar würde der Gedanke der kombinierten Gas- und Stromerzeugung erst mit einem Anlagensystem nach der vorliegenden Erfindung, bei der der Zeitbedarf von Voroxidation, Entgasung und Teilvergasung dem Zeitbedarf der Staubverbrennung angepaßt ist. Die Kohle wird als Kohlenstaub voroxidiert, entgast und teilvergast. Eine gezielte Teilvergasung wird in den einzelnen Vorschlagen überhaupt nicht erwähnt. Schließlich war auch die Kopplung des Dampfturbinen- und Gasturbinenpiwesses damals nicht möglich, da Gasturbinen zu dieser Zeit noch nicht vorhanden waren. Auch eine Entkopplung des Dampferzeugerteils vom Gaserzeugerteil wäre nach den alten Vorschlagen nicht möglich gewesen.
    Es ist lerner bekannt, nicht- oder nur schwachbackende Kohle unter Druck in einer K.immer /u vergasen, wobei Gase mit niedrigem Heizwert erzeugt weiden (1111 Mittel unter 2500 Kcal/m',JL Diese G.ise werden ,ils Brenngas in einem nachgeschalteten Dampferzeuger und/oder einer Gasturbine verbrannt oder nach Umwandlung mit Ausscheidung bestimmter Gasbestandteile zu Synthesegas aufbereitet oder durch Abtrennung des Methanantcils zu Gas mit erdgasähnlicher Qualität aufgewertet. Es isi bekannt, daß zur Vergasung Wärme zugeführt werden muß. Diese Wärme wird bei der bekannten Anlage durch Teilverbrennung der zu vergasenden Kohle mit Luft gedeckt. Infolge des hohen Stickstoffanteils der Luft führt aber die Teilverbrennung der Kohle /11 einer starken Reduzierung des Heizwertes des Vergasungv gases (BWK 23.1971. S. 258-262).
    LJm diesen entscheidenden Nachteil zu verhindern, isi es ferner bekannt, anstelle von Luft als Vergasungsmittel Wasserdampf zu benutzen. Hierbei ist es jedoch erforderlich, die Vergasungswärme von außen zuzuführen. Bei dieser Kohle-Vergasungsmethode (Wassergas) werden für das erzeugte Gas untere Heizwerte in der Größenordnung von 2500 bis 3000 Kcal/m1,, erreicht. Nachteilig bei dieser Methode ist, daß der relativ große Wärmebedarf von außen gedeckt werden muß, was bei den im allgemeinen kleinen Druckvergasungseinrichtungen auf Schwierigkeiten stößt. Es ist auch bekannt, für den Vergasungswärmebedarf die Wärme aus Hochtemperaturreaktoren heranzuziehen.
    Bei der bekannten Anlage zur Erzeugung von Gas oder Kohle und Verwertung des Gases zur Stromerzeugung und Gasversorgung sind die einzelnen Anlagenteile hintereinandergcschaltet und nicht entkoppelbar, so daß bei Ausfall der Gaserzeugungsanlage auch die Stromerzeugung und die Gasversorgung ausfallen. Ein weiterer entscheidender Nachteil ist darin zu sehen, daß die gesamte erzeugte Gasmenge entschwefelt werden muß, um eine Verwertung zu einem umweltfreundlichen
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