DE2652124A1 - Kohlevergasungs-energieanlage - Google Patents

Kohlevergasungs-energieanlage

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DE2652124A1
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01K15/00—Adaptations of plants for special use
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Description

Kohle vergas ungs-Energieanlage
Ein häufig zitiertes Problem bei der Benutzung von integrierten KohIevergasungsanlagen mit kombiniertem Zyklus ist, daß beim Betrieb der Anlage im mittleren Bereich ein Teil der teuren Vergasungs- und Gasreinigungs-Ausrüstung unbenutzt bleibt. Dies ist ein wirtschaftlicher Nachteil.
Es wäre daher wünschenswert, wenn man die gesamte Vergasungs/Gasreinigungs-Ausrüstung voll benutzen könnte, unabhängig davon, ob die Energieanlage mit Grundlast betrieben wird oder nicht. Es ist erkannt worden, daß es vorteilhaft wäre, wenn man diese Ausrüstung
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erforderlichenfalls für die Erzeugung von Gas mit mittlerem Heiz-, wert oder für die Synthese lagerbarer flüssiger Brennstoffe, wie Methanol, benutzen könnte. Es wird jedoch derzeit davon ausge- ■ gangen, daß die Erzeugung von Gas mit mittlerem Heizwert den Einbau einer Säuerstoffanlage in das System erfordern würde und daß die Synthese lagerbarer flüssiger Brennstoffe die Fähigkeit
erfordert, das Gas mittleren Heizwertes auf 140 kg/cm zusammenzupressen, und außerdem ein relativ komplexes Reaktor- und Produkttrennungssystem erfordert.
Es wäre daher vorteilhaft, wenn man in eine Kohlevergasungs-Energieanlage die Möglichkeit zur Erzeugung von Gas mittleren Heizwertes während des Betriebes der Anlage im mittleren Bereich einbauen könnte, ohne daß dies bemerkenswerte zusätzliche Kapitalaufwendungen erfordert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dies dadurch ermöglicht, daß der Kohlevergasungs-Teil einer Kohlevergasungs-Energieanlage durch Schaffung einer zusätzlichen Gasleitung zur Aufnahme des erzeugten Gases mittleren Heizwertes (Wassergas) zusammen mit zusätzlichen Ventilen modifiziert wird, wodurch spezifische Kohlevergaser intermittierend mit der Leitung für das Gas mittleren Heizwertes und dann mit der Leitung für Gas geringen Heizwertes unter geeigneter intermittierender Einführung komprimierter Luft oder komprimierten Dampfes zu diesen ausgewählten Vergasereinheiten verbunden werden können. Wenn daher sowohl Gas geringen Heizwertes als auch Gas mittleren Heizwertes erzeugt werden soll, wird in einen Kohlevergaser (Gaserzeuger), in dem Gas mittleren Heizwertes erzeugt werden soll, an der Unterseite des Kohlebettes nur Dampf eingeblasen (wodurch das Kohlebett abgekühlt wird), und soll die gleiche Einheit Gas geringen Heizwertes erzeugen, dann wird der Unterseite des Kohlebettes ledigliva komprimierte Luft zugeführt (wodurch das Bett aufgeheizt wird). Der Rest der Kohlevergasungs-Energieanlage umfaßt einen Zusatzverdichter, einen Brenner, in dem das Gas geringen Heizwertes als Brennstoff verwendet wird, und einen Dampferzeuger. Der Brenner und der Dampf-
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erzeuger bilden den Teil eines Systemes für die Erzeugung elektrischer Energie. Komprimierte Luft mit dem erforderlichen Druck wird durch den Zusatzverdichter den Vergasungseinheiten zugeführt und der Dampferzeuger (oder die Dampfturbine) erzeugt den für den Betrieb der Vergasereinheiten erforderlichen Dampf. Für die Herstellung von Gas mittleren Heizwertes ist Dampf direkt vom Dampfgenerator bevorzugt.
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung an einem Beispiel näher erläutert.
Die einzige Figur der Zeichnung stellt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dar.
Zum Zwecke der Vereinfachung umfaßt die dargestellte Kohlevergasungs-Energieanlage 10 nur ein Paar von Gaserzeugern 11 und 12 und einen einzigen aus Gasturbine 13> Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator 14 und Dampfturbxnengenerator 16 bestehenden Maschinensatz zur Erzeugung elektrischer Energie. Die tatsächliche Zahl der Gaserzeugerexnheiten und Generatorsätze zur Erzeugung elektrischer Energie wird in Anpassung an die zu erzeugende Energie variieren.
Die Gasturbine 13 soll ununterbrochen arbeiten und muß daher ununterbrochen über die Leitung 17 mit Brennstoffgas versehen werden. Zusätzlich zu der Leitung 17 für Gas geringen Heizwertes ist eine Gasleitung 18 vorgesehen, um das Gas mittleren Heizwertes (etwa 814 kcal/m^ - entsprechend 300 BTU/Kubikfuß) zum Verkauf oder zur Lagerung während Betriebsperioden im mittleren Bereich aufzunehmen.
Während des Betriebes mit Grundlast wären die Ventile 19 und 21 beide geschlossen, während die Ventile 22, 23, 24 und 26 alle offen wären, damit der Unterseite der Kohlebetten in den Festbett-Gaserzeugern 11 und 12 ein ununterbrochener Strom von Dampf und Luft zugeführt werden kann. Das erzeugte Gas (ein Gas geringen Heizwertes mit etwa 407 kcal/nr5 - entsprechend 150 BTU/Kubik-
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fuß) verläßt die Gaserzeuger 11 und 12 durch die Kühl- und Reinigungssysteme 27 bzw. 2 8 und gelangt durch die offenen Ventile und 31 in die Leitung 17 für das Gas geringen Heizwertes.
Die komprimierte Luft für den Betrieb des Gaserzeugers im dargestellten System ist Extraktionsluft des Gasturbinenverdichters. Diese Luft verläßt den Verdichter über die Leitung 32 und tritt in den Zusatzverdichter 33 ein. In einer Energieanlage, in der der Brenner ein Boiler ist, nimmt der Zusatzkompressor Luft aus der Atmosphäre auf, um die Vergaser damit zu versorgen. Diese Luft, die sich danach auf einem höheren Druck befindet, wird über die Leitung 23 und die Ventile 22 und 24 der Unterseite der Gaserzeuger 11 und 12 zugeführt.
Dampf für den Betrieb der Gaserzeuger kann Dampf sein, den man dem Dampfturbinenteil des Dampfturbinengenerators 16 entnommen hat, oder er kann aus dem Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator entnommen sein. Die erstgenannte Quelle ist bevorzugt für den Betrieb, bei dem nur Gas geringen Heizwertes erzeugt wird, während die letztgenannte Quelle bevorzugt ist, wenn Gas. mittleren Heizwertes erzeugt werden soll. Die Ventile sind so gestellt, daß sie der jeweiligen Auswahl angepaßt sind. Dieser Dampf wird dann über die Leitung 36 und die Ventile 23 und 26 zu den Gaserzeugern 11 bzw. 12 geführt.
Während des Betriebes mit Grundlast wird in den Gaserzeugern 11 und 12 Gas geringen Heizwertes erzeugt, das danach durch die Kühl- und Reinigungssysteme 27 und 28 strömt und in die Gasleitung 17 für Gas geringen Heizwertes eintritt, um den Brennereinheiten einer Anzahl von Gasturbinen zugeführt zu werden, die zu diesem Zeitpunkt zur Erzeugung elektrischer Energie betrieben werden. Die erforderlichen Zuführungen zur Unterseite des Kohlebettes in den Pestbett-Vergasern 11 und 12 werden von den hintereinanderliegenden Gasturbinen- und Zusatz-Verdichtern und der Dampfturbine geliefert.
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ΊΟ
Wenn es erforderlich wird, die Anlage im Mittelbereich für die Energieerzeugung zu betreiben, dann werden die Gaserzeuger 11 und 12 wechselseitig zur Erzeugung von Produktgas oder Wassergas benutzt mit dem Ergebnis, daß kontinuierlich Produktgas der Leitung 17 für Gas mit geringem Heizwert und kontinuierlich Wassergas der Leitung 18 für Gas mit mittlerem Heizwert zugeführt wird. Für diesen Betrieb sind bei offenen Ventilen 22, 26, 29 und 21 die Ventile 23, 24, 19 und 31 geschlossen. Bei dieser Anordnung wird dem Gaserzeuger 11 nur entnommene Luft zugeführt, während der Gaserzeuger 12 nur Dampf erhält. Während dieses Zyklus wird daher in dem Gaserzeuger 11 Gas geringen Heizwertes erzeugt (und dies gilt auch für weitere, zusammen mit diesem Gaserzeuger 11 als Gruppe betriebene Gaserzeuger) und dieses Gas tritt in der üblichen Weise in die Leitung 17 für Gas geringen Heizwertes ein, während in dem Gaserzeuger 12 Gas mittleren Heizwertes erzeugt wird (und dies auch in anderen Gaserzeugern), die zusammen mit diesem Gaserzeuger 12 in Form einer zweiten Gruppe betrieben werden) und dieses Gas mittleren Heizwertes tritt anstelle in die Leitung 17 durch das Ventil 21 in die Leitung 18 für Gas mittleren Heizwertes ein. Dieses Gas mittleren Heizwertes wird üblicherweise aus der Energieanlage entnommen und verkauft oder zum Verkauf gelagert.
Nach der erwünschten Betriebsdauer bei dieser Anordnung werden die Ventileinstellungen umgekehrt und dadurch die Ventile 23, 24, 19 und 31 geöffnet und die Ventile 22, 26, 29 und 21 geschlossen. Die Zyklusperiode wird durch Gasanalyse bestimmt. Der Gaserzeuger 11 (oder der erste Satz von Gaserzeugern) dient nun zur Erzeugung von Wassergas, und der Gaserzeuger 12 (oder ein zweiter Satz von Gaserzeugern) erzeugt nun Produktgas. Das Wassergas des Gaserzeugers 11 wird über das Ventil 19 der Leitung 18 für Gas mit mittlerem Heizwert zugeführt, während das im Gaserzeuger 12 erzeugte Produktgas über das Ventil 31 der Leitung 17 für Gas geringen Heizwertes zugeführt wird.
Die Gasturbine 13 (oder ein anderer Brenner) erhält daher kontinuierlich Brennstoffgas zugeführt, während gleichzeitig Gas mittleren Heizwertes kontinuierlich erzeugt wird.
709822/0712 ©P?!Q!NAl INSPECTED

Claims (14)

  1. Patentansprüche
    Integrierte Kohlevergasungs-Energieanlage, bei der sich die Produkt gas-Auslaßöffnungen von Festbett-rKqhievergasern über eine Gasleitung in Strömungsverbindung mit mindestens einem Brenner befinden, wobei jeder solcher Brenner Teil eines Systems für die Erzeugung von Dampf und elektrischer Energie ist, wobei dieses System und ein Zusatzverdichter in Strömungsverbindung mit den Kohlevergasern stehen, um Dampf bzw. komprimierte Luft als Gebläsegase diesen Kohlevergasern zuzuführen, gekennzeichnet durch
    eine erste und eine zweite Gasleitung, wobei sich die erste Gasleitung in Strömungsverbindung mit mindestens einem Brenner befindet und die zweite Gasleitung so geschaltet ist, daß das darin befindliche Gas aus der Kohlevergasungs-Anlage entnommen werden kann,
    eine erste Leitung zur Verbindung der ersten Gasleitung und der Einrichtung zum Auslaß des Produktgases aus mindestens einem ersten Vergaser,
    ein erstes Ventil in jeder ersten Leitung, um die Einrichtung für den Auslaß des Produktgases von mindestens einem ersten Vergaser selektiv in Strömungsverbindung oder außerhalb der Strömungsverbindung mit der ersten Gasleitung setzen zu können,
    eine zweite Leitung zur Verbindung zwischen der ersten Gasleitung und einer Einrichtung für den Auslaß von Produktgas aus mindestens einem zweiten Vergaser,
    ein zweites Ventil in jeder zweiten Leitung, um die Einrichtung für den Auslaß von Produktgas aus mindestens einem zweiten Vergaser selektiv in Strömungsverbindung oder außer Strömungsverbindung mit der ersten Gasleitung setzen zu können,
    eine dritte Leitung zur Verbindung zwischen der Gasleitung und der Einrichtung für den Auslaß von Produktgas aus mindestens einem ersten Vergaser,
    ORIGINAL INSPECTED 709822/0712
    ein drittes Ventil in jeder dritten Leitung, um die Einrichtung für den Auslaß des Produktgases aus mindestens einem ersten Vergaser selektiv in oder außer Strömungsverbindung mit der zweiten Gasleitung setzen zu können,
    eine vierte Leitung zur Verbindung zwischen der zweiten Gasleitung und der Einrichtung für den Auslaß des Produktgases aus mindestens einem zweiten Vergaser,
    ein viertes Ventil in jeder vierten Leitung, um die Einrichtung für den Auslaß von Produktgas aus mindestens einem zweiten Vergaser selektiv in oder außer Strömungsverbxndung mit der zweiten Gasleitung setzen zu können,
    eine fünfte Leitung zur Verbindung des Zusatzverdichters mit der Einrichtung zur Einführung /on Luft in mindestens einen ersten Vergaser,
    ein fünftes Ventil in jeder fünften Leitung, um die Einrichtung zum Einlaß von Luft in mindestens einen ersten Vergaser selektiv in oder außer Strömungsverbindung mit dem Zusatzverdichter setzen zu können,
    eine sechste Leitung zur Verbindung des Zusatzverdichters mit einer Einrichtung zum Einlaß von Luft in mindestens einen zweiten Vergaser,
    ein sechstes Ventil in jeder sechsten Leitung, um die Einrichtung für den Einsatz von Luft in mindestens einen zweiten Vergaser selektiv in oder außer Strömungsverbindung mit dem Zusatzverdichter setzen zu können,
    eine siebente Leitung zur Verbindung einer Dampfquelle in dem System mit der Einrichtung zum Einlaß von Dampf in mindestens einen ersten Vergaser,
    ein siebentes Ventil in jeder siebenten Leitung, um die Einrichtung für den Einlaß von Dampf in mindestens einen ersten Vergaser selektiv in und außer Strömungsverbxndung mit der Dampfquelle setzen zu können,
    eine achte Leitung zur Verbindung der Dampfquelle mit einer Einrichtung zur Zuführung von"Dampf zu mindestens einem zweiten Vergaser und
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    ein achtes Ventil in jeder achten Leitung, um die Einrichtung für die Zuführung von Dampf in mindestens einen zweiten Vergaser selektiv in oder außer Strömungsverbindung mit der Dampfquelle setzen zu können.
  2. 2. Energieanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das System für die Erzeugung von Dampf und elektrischer Energie eine Kombination aus einer Gasturbine, einem Wärmerückgewinnungs-Dampfboiler und einem Dampfturbinengenerator umfaßt und der Gasturbinenverdichter sich in Strömungsverbindung mit dem Zusatzverdichter befindet.
  3. 3. Energieanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfquelle in dem System der Dampfturbinengenerator ist.
  4. k. Energieanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennz e i c h ή e t , daß die Dampfquelle in dem System der Wärmerückgewinnungs-Dampfboiler ist.
  5. 5. Energieanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennz e i c h η e t , daß das System für die Erzeugung von Dampf und elektrischer Energie eine Kombination aus einem Boiler und einem Dampfturbinengenerator umfaßt.
  6. 6. Energieanlage nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet , daß die Dampfquelle in dem System der Dampfturbinengenerator ist.
  7. 7. Energieanlage nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfquelle in dem System der Boiler 1st.
  8. 8. Verfahren zum Erzeugen elektrischer Energie in einer integrierten Kohlevergasungs-Anlage, in der ein Ga3 geringen Heizwertes aus Kohle erzeugt wird, die sich in Pestbett-Kohlevergasern befindet, wobei die Kohlevergaser mit Systemen zur
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    Reinigung für das Gas geringen Heizwertes verbunden sind und das Gas geringen Heizwertes nach der Reinigung zu mindestens einem Brenner geführt wird, wobei ein jeder solcher Brenner ein Teil eines Systems für die Erzeugung von Dampf und elektrischer Energie ist, und Luft von einem Zusatzverdichter zusammen mit Dampf des genannten Systems der Unterseite der Betten der Kohlevergaser zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet , daß die Kohlevergaser bei Energieerzeugung im mittleren Bereich als erster und zweiter Satz von Kohlevergasern betrieben werden, wobei der erste Satz von Kohlevergasern ein Gas geringen Heizwertes unter Zuführung komprimierter Luft erzeugt und dieses Gas geringen Heizwertes einer ersten Gasleitung zugeführt wird, die in Strömungsverbindung steht mit mindestens einem Brenner und der zweite Satz von Vergasern gleichzeitig unter Erzeugung eines Gases mittleren Heizwertes unter Verwendung von eingeblasenem Dampf betrieben wird und das Gas mittleren Heizwertes aus der Kohlevergasungs-Anlage entnommen wird und daß man den Betrieb des ersten und des zweiten Satzes von Kohlevergasern periodisch austauscht.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß als das System für die Erzeugung von Dampf und elektrischer Energie eine Kombination einer Gasturbine, eines Wärmerückgewinnungs-Dampfboilers und eines Dampfturbinengenerators verwendet wird und der Gasturbinenverdichter sich in Strömungsverbindung mit dem Zusatzverdichter befindet.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß der einzublasende Dampf als Extraktionsdampf aus dem Dampfturbinengenerator entnommen wird.
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  11. 11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß der eingeblasene Dampf von dem Wärmerückgewinnungs-Dampfboiler stammt.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als System für die Erzeugung von Dampf und elektrischer Energie eine Kombination aus einem Boiler und einem Dampfturbinengenerator verwendet wird.
  13. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadur ch gekenn zeichnet , daß der einzublasende Dampf als Extraktionsdampf dem Dampfturbinengenerator entnommen wird.
  14. 14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß der einzublasende Dampf dem Boiler entnommen wird.
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