DE2802361A1

DE2802361A1 - Verfahren und anlage zum betreiben eines dampfkraftwerkes

Info

Publication number: DE2802361A1
Application number: DE19782802361
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl Ing Dr In Pfenninger
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1977-12-23
Filing date: 1978-01-20
Publication date: 1979-07-05
Also published as: FR2412691A1; GB2010973A; GB2010973B; FR2412691B1; SE438526B; CA1119007A; DE2802361C2; CH625868A5; SE7812998L

Description

Titel: Verfahren und Anlage zum Betreiben eines Dampfkraftwerkes

Inhaber: BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)

Erfinder: Dr. Hans Pfenninger, Baden

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Dampfkraftwerkes, bei welchem die Fliessbettfeuerung zur Dampferzeugung angewendet wird. Sie bezieht sich ebenfalls auf eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.

Derartige Verfahren sind bekannt. Sie bestehen im wesentlichen darin, dass gemahlene Kohle mit einem Absorbent in einem Schwebebett verbrannt wird, wobei ein nahezu schwefelfreies Abgas entsteht, das die Umwelt kaum belastet.

Die derzeit bekannten Schaltungen sind entweder klassische Dampfprozesse mit Verbrennung bei Atmosphärendruck oder kombinierte Gas-Dampfprozesse. Beide Prozesse weisen sowohl wirtschaftliche wie auch technische Nachteile auf.

Der klassische Dampfprozess mit Verbrennung bei Atmosphärendruck ergibt relativ grosse Abmessungen,des Schwebebettes, weil die Schwebebettgeschwindigkeit klein sein muss. Um das ganze Luftvolumen durchzusetzen, sind daher grosse, kostspielige Anlagen notwendig.

Die kombinierte Anlage ihrerseits ist ungünstig, weil die Betriebstemperatur des Pliessbettes wegen der Reaktion des Brennstoffschwefels mit dem Absorbermaterial nicht wesentlich höher als 800°C sein darf. Dies ergibt nach derzeitigem Stand der Technik einen nicht mehr wirtschaftlichen Prozess. Dieser wird noch zusätzlich dadurch verschlechtert, dass die Kühlung der Pliessbettrohre durch Luft erfolgt. Um in solchem Falle die Rohrwandtemperatur in realisierbaren Grenzen halten zu können, muss der Druckabfall in den Rohren relativ hoch gewählt werden, weil nur durch diese Massnahme grössere Wärmeübergänge zur Kühlung der Rohre möglich sind. Der grosse Druckabfall und die relativ tiefe Temperatur der Luft, welche durch den Luftvorwärmer der Anlage strömt, wirken sich ungün-

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stig auf den Anlagenwirkungsgrad aus. Zudem kann die hohe Rohrwandtemperatur zu Korrosionen und Erosionen führen; bei einer Rohrwandtemperatur von lediglich 75O°C wird die Temperatur vor der Gasturbine höchstens 770⁰C, was ungenügend ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Anlage und ein Verfahren zu schaffen, welche diese Nachteile nicht aufweisen.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erzielt, dass die Verbrennung in der Wirbelschicht unter Druck vollzogen wird, dass die Wirbelschicht wassergekühlt ist und hierbei Speisewasser verdampft wird, und dass die Rauchgase zur Ueberhitzung des erzeugten Dampfes und zur Vorwärmung des Speisewassers benutzt werden, bevor sie in einer Gasturbine entspannt und in ein Kamin geleitet werden. ~ ~ "~

Eine erfindungsgemässe Anlage, bei welcher einem Dampferzeuger mit Pliessbettfeuerung wasserseitig eine Dampfturbogruppe mit anschliessender Vorwärmerstrasse vor- resp. nachgeschaltet ist, zeichnet, sich dadurch aus, dass der Dampferzeuger über eine aus Gasturbine und Verdichter stehende Aufladegruppe unter Druck gehalten ist, dass zur Kühlung des Fliessbettes ein Speisewasserverdampfer vorgesehen ist, und dass sowohl ein Ueberhitzer als auch ein Speisewasservorwärmer im Druckraum des Dampferzeugers derart angeordnet sind, dass sie vom Rauchgas beaufschlagt sind.

In der Zeichnung ist eine Anlage gemäss der Erfindung schematisch dargestellt.

Erfindungsunwesentliche Elemente wie bspw. die vollständige Vorwärmerstrasse, die Beschickungsvorrichtung und die Aschöaustragevorrichtung des Dampferzeugers und dergl. sind nicht

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gezeigt. Die Strömungsrichtung der diversen Arbeitsmedien ist mit Pfeilen bezeichnet.

Mit 1 ist der Dampferzeuger der Kraftwerksanlage bezeichnet, in welchem in 2 eine nicht näher dargestellte Fliessbettfeuerung angeordnet ist. In bekannter Weise wird darin eine Kohlewirbelschicht verfeuert, welcher ein Absorbent wie beispielsweise Kalkstein oder Dolomit zugesetzt ist.

üeberhitzter Dampf gelangt aus dem Kessel über die Frischdampfleitung 3 zur Dampfturbine 4 und expandiert darin unter Energieabgabe. Mit der Dampfturbine 4 ist der Generator 5 gekuppelt, der die alleinige Stromerzeugung im Kraftwerk übernimmt. Der entspannte Dampf wird im Kondensator 6 niedergeschlagen und das Kondensat wird mittels der Kondensatpumpe 7 durch die vereinfacht dargestellte Vorwärmerstrasse 8 gefördert, in welcher eine mehrstufige Vorwärmung des Speisewassers durch Anzapfungen 9 der Dampfturbine 4 erfolgt.

Die Speisepumpe 10 fördert das Kesselspeisewasser über die Speiseleitung 11 zurück zum Dampferzeuger 1.

Soweit sind Anlagen und Verfahren zu deren Betrieb bekannt.

Gemäss der Erfindung geschieht die Verbrennung der Kohle unter Druck. Die hierfür benötigte Verbrennungsluft wird ausserhalb des Dampferzeugers 1 in einer reinen Aufladegruppe erzeugt ι dabei treibt eine Gasturbine 12 einen Verdichter 13 an, in dem die bei 14 angesaugte Luft auf bspw. 8 bis 10 bar verdichtet wird. In der Startphase wird zum Antrieb des Verdichters 13 ein nach dem Anfahren abkuppelbarer (15) Startmotor (16) benutzt.

Die verdichtete Luft wird über die Druckleitung 17 unter den Anströmboden 18 im Dampferzeuger 1 gefördert, durchdtrömt diesen und bildet einen aufwärtsgerichteten Trägerstrom, der die Peststoffpartikel anhebt und so den Wirbelschichtzustand hervorruft.

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Die Feststoffpartikel sind .im vorliegenden Fall gemahlene Kohle sowie ein Absorbermaterial wie bspw. Kalkstein oder Dolomit, welche bei I9 resp. bei 20 in die Feuerung eingeführt werden.

Durch die turbulente Feststoffbewegung, die grosse spezifische Oberfläche und die hohe Wärmekapazität des Wirbelgutes ergeben sich grosse Wärmeübergangszahlen vom Brennstoff auf die wärmeübertragenden Flächen, welche im gezeigten Beispiel durch die Rohre des Speisewasserverdampfers 21 gebildet werden. Die Betriebstemperatur des Fliessbettes wird zweckmässigerweise um etwa 800°C gewählt, wodurch keine Probleme bezüglich der Reaktion des Kohleschwefels mit dem Absorbent entstehen.

Die heissen Rauchgase geben danach einen Teil ihres Wärme«; inhaltes am Ueberhitzer 22 und einen weiteren Teil am Druckekonomizer 2J> ab, bevor sie den Dampferzeuger 1 verlassen. Die Schaltung der Wärmeaustauscher 21,22 und 23 innerhalb des Kessels ist am Strömungsweg des dampfturbinenseitigen Arbeitsmittels erkennbar.

Die Stromerzeugung geschieht somit aufgrund eines reinen DampfProzesses, wodurch eine optimale Anzapfdampfvorwärmung vorgesehen werden kann, die zu einem hohen thermischen Wirkungsgrad der Anlage führt.

Dadurch, dass Druckfeuerung angewendet wird-und die Wirbelschicht wassergekühlt ist, kann die FBessbettanlage gegenüber den bekannten Anlagen, die mit atmosphärischer Verbrennung und luftgekühltem Schwebebett arbeiten, ausserordentlich verkleinert und somit verbilligt werden.

Nach Beaufschlagung des Druckekonomizers 23 treten die Rauchgase in den Staubabscheider 24, der im vorliegenden Falle ein einfacher Zentrifugalabscheider sein kann, da er bei einer Temperatur von nur etwa 400°C arbeitet und somit

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Korrosions- und Erosionsprobleme relativ einfach lösbar sind. Im Abscheider werden die Rauchgase von Asche befreit, die anlässlich der Verbrennung entsteht und vom Gasstrom mitgerissen wird.

Gegenüber bekannten Anlagen weist auch dieser Apparat wesentlich kleinere Dimensionen auf, zum einen wegen einfacherer Konstruktion, zum andern, weil das zu verarbeitende Gasvolumen durch die Aufladung verhältnismässig gering ist.

Nach dem Staubabscheider 2^· gelangen die Rauchgase über die Gasleitung 25 zur Gasturbine 12 -welche als reine Entspannungsturbine konzipiert ist und Bestandteil der Aufladegruppe ist - und geben darin ihren restlichen Wärmeinhalt ab. Die niedrige Gasturbinen-Eintrittstemperatur (< 400°C) ist deshalb möglich, weil die Entspannungsturbine nur den Verdichter Γ5 antreibt und nichts zur Stromerzeugung beiträgt« Entsprechend dieser bescheidenen Eintrittstemperatur ist auch die Austrittstemperatur der Abgase niedrig (etwa 120-150 C), wodurch diese direkt bei 26 über den nicht gezeigten Kamin in die Atmosphäre geführt werden, und nicht wie üblich zunächst einen der Entspannungsturbine nachgeschalteten Wärmeaustauscher beaufschlagen müssen.

Dieser bisher übliche Wärmeaustauscher ist im vorliegenden Falle der Ekonomizer 25 ; und durch dessen erfindungsgemässe Verlegung in den Druckraum des Dampferzeugers 1 wird die optimale Anzapfdampfvorwärmung im Dampfturbinenkreislauf möglich, dabei dennoch die Abgastemperatur genügend niedrig und hieraus erfolgt ein entsprechend hoher Anlagenwi rkungs grad.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das in der Zeichnung Gezeigte und das Beschriebene beschränkt. So könnte beispielsweise der Dampfturbinenkreislauf ohne weiteres mit einer Zwischenüberhitzung versehen sein. Ebenso

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könnte statt der Kohlefeuerung eine Sohwerölfeuerung vorgesehen werden, wobei im Pliessbett an Stelle von Kohle Schweröl mit dem Absorbent verbrannt wird, die Anordnung der Apparate im Dampferzeuger und das Aufladesystem jedoch die Gleichen wären und somit der Rahmen der Erfindung nicht verlassen wird.

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Claims

BBC Baden 125/77 2801361 Patentansp r ü ehe

1. Verfahren zum Betreiben eines Dampfkraftwerkes, bei welchem die Pliessbettfeuerung zur Dampferzeugung angewendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennung in der wirbelschicht unter Druck vollzogen wird, dass die Wirbelschicht was se !'gekühlt ist und hierbei Speisewasser verdampft wird, und dass die Rauchgase zur Ueberhitzung des erzeugten Dampfes und zur Vorwärmung des Speisewassers benutzt werden, bevor sie in einer Gasturbine entspannt und in ein Kamin geleitet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die als Trägermedium für die Wirbelschicht dienende Verbrennungsluft vor Einführung in den Dampferzeuger verdichtet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsluft auf etwa 8-10 bar verdichtet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der für die Verdichtung der Verbrennungsluft vorgesehene Verdichter von der Gasturbine angetrieben wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet,

dass die von der Gasturbine und dem Verdichter gebildete

die;

Aufladegruppe nur^Tür die Verbrennung und für die Bildung des Pliessbettes benötigte Luft liefert und dass die Stromerzeugung ausschliesslich mit dem dampfförmigen Arbeitsmittel vorgenommen wird.

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6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauchgase nach Abgabe eines Teils ihres Wärmeinhaltes im Dampferzeuger und vor ihrer Entspannung in der Gasturbine von der bei der Verbrennung anfallenden Asche befreit werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die entspannten Gase nach Verlassen der Gasturbine unmittelbar über das Kamin in die Atmosphäre gelangen.

8. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei welcher einem Dampferzeuger mit Pliessbettfeuerung

wasserseitig eine Dampfturbogruppe mit anschliessender Vorwärmerstrasse vor- resp. nachgesehaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampferzeuger (1) über eine aus Gasturbine (12) und Verdichter (13)

bestehende Aufladegruppe unter Druck gehalten ist, dass zur Kühlung des Fliessbettes (2) ein Speisewasserverdampfer (21) vorgesehen ist, und dass sowohl ein Ueberhitzer (22) als auch ein Speisewasservprwärmer (23) im Druckraum des Dampferzeugers (1) derart angeordnet sind, dass sie vom Rauchgas beaufschlagt sind.

9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass rauchgasseiti? zwischen dem Dampferzeuger (1) und der Gasturbine (12) ein Staubabscheider (24) angeordnet ist.

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