DE2807326C2 - Verfahren zum Betreiben eines Gas-Dampfturbinenkraftwerks - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Gas-Dampfturbinenkraftwerks, das mit Synthese-Gas aus einer Rein-Methan-Starkgas, Synthese-Gas und Methanol erzeugenden Druckvergasungsanlage betrieben wird.

Die Vergasung von Kohle, insbesondere Steinkohle, zur Erzeugung von Synthese-Gas, Schwachgas und Methanol zur Stromerzeugung ist allgemein bekannt (vgl. etwa »gwf-gas-erdgas« 1977, Heft 4, Seite 147, Bild 2). Probleme ergeben sich allerdings nach wie vor für die Spitzenstromerzeugung, da diese Belastungen nur relativ kurzzeitig auftreten. Im allgemeinen erzeugt man den Spitzenstrom in älteren ''.ohlekraftwerken, in denen durch direkte Verbrennung der Einsatzkohle die Wärme freigesetzt und zur Dampferzeugung für Dampfturbinen eingesetzt wird, mit denen Generatoren zur Stromerzeugung betrieben werden. Der Einsatz älterer Kraftwerke ergibt sich aus dem relativ kurzzeitigen Auftreten der Spitzenstrombelastung und aus der Überlegung, daß der verhältnismäßig schlechte Wirkungsgrad alter Kraftwerke unter solchen Umständen in Kauf genommen werden kann. Der Betrieb der Kraftwerke wirkt sich aber dennoch in erhöhten Kosten des Spitzenstromes aus. Nachteile entstehen auch für die Umwelt, weil in älteren Kohlekraftwerken meistens keine oder nur unzureichende Vorkehrungen gegen Umweltbeeinträchtigungen getroffen werden können. Insbesondere müssen Schadstoffemissionen in Form von Kohlenoxid, Stickoxiden, Rauch, Asche und Abwässern in beträchtlichem Umfang in Kauf genommen werden.

Wesentliche Vorteile bieten demgegenüber Gas-Dampfturbinenkraftwerke der eingangs bezeichneten Art (»Bergbau« 9/1977, S. 355). Sie beruhen vor allem auf der Druckvergasung, deren Vergasungsgas in sogenannten Kombiblöcken verströmt wird. Eine solche Anlage hat einen druckgefeuerten Dampferzeuger, in dem das Vergasungsgas verbrannt wird. Die hierbei freiwerdende Wärme treibt die Dämpfturbine an, welche mit einem Generator gekuppelt ist, der zur Stromerzeugung dient. Die teilweise abgekühlten Verbrennungsgase gelangen in den Expansionsteil einer weiteren Gasturbine mit gekoppeltem Generator und werden in dieser auf atmosphärischen Druck entspannt. Kombiblöcke dieser Art haben den Vorteil eines guten Wirkungsgrades.

Bislang werden solche Gas-Dampfturbinenkraftwerke in unmittelbarer Nähe des Druckvergasers und der ihm nachgeschalteten Gasreinigungsanlage errichtet Da man andererseits die Druckvergasung zweckmä-Big unmittelbar am Standort des Kraftwerkes bzw. der Kohleaförderanlage errichtet, ergibt sich der Standort des Gas-Dampfturbinenkraftwerkes in unmittelbarer Nähe der Lagerstätte von selbst Deswegen muß der erzeugte Strom zu entfernteren Verbrauchern trans-

lü portiert werden. Bekanntlich ist aber der Stromtransport mit erheblichen Kosten verbunden. Einen Engpaß bildet auch die Anzahl der Vergasungsanlagen je KraftwerkseinheiL Da man die Vergasung dem Kombiblock unmittelbar vorschaltet, kann man die

!.' Vergasungsanlage nur entsprechend der Stromabnahme fahren. Das bedeutet eine ungleichmäßige Fahrweise, die außerdem zu einer Vermehrung der Vergasungsanlagen führt Für die Spitzenstromerzeugung eignen sich daher bislang die beschriebenen

Gas-Dampfturbinenkraftwerke nicht

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Gas-Dampfturbinenkraftwerke auch für Spitzenlastbetrieb auszulegen, um insbesondere trotz der wegen der Spitzenbelastung unterschiedlichen Fahrweise der Kombiblöcke eine gleichmäßige Fahrweise der Gaserzeugungsanlage und ein gleichbleibend optimales Gasprodukt zu erweichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß während des Grundlastbetriebes des Gas-Dampftur binenkraftwerks aus der Druckvergasungsanlage ent nommenes Methanol gespeichert und bei Spitzenlastbetrieb des Gas-Dampfturbinenkraftwerks zur Gewinnung der benötigten Zusatzenergie eingesetzt wird. Nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung wird zur Bewältigung des Spitzenlastbetriebes zusätzlich Rein-Methan-Starkgas eingesetzt

Der Spitzenausgieich zwischen dem Kraftwerk und der Gaserzeugung erfolgt demnach durch die Speicherung der im Vergasungsgas enthaltenen Energien in Form von Stoffen, die in den Zeiträumen erzeugt werden, in denen eine Stromabnahme entweder überhaupt nicht stattfindet oder nur einen Bruchteil der Vollast des Kraftwerkes erreicht Daher braucht man die Gaserzeugung der Stromabnahme nicht mehr anzupassen. Erreicht die Stromabnahme Spitzenwerte, welche den Einsatz von mehr Energie erfordern, als sie im Synthese-Gas zur Verfügung gestellt wird, so kann man das Methanol und bedarfsweise das Rein-Methan-Starkgas ersetzen, um dadurch die benötigte

so Zusatzenergie zu gewinnen. Vorteilhafterweise werden damit also zwei verschiedene Brennstoffe bereitgehalten, von denen das Methanol höherwertig und damit im Einsatz sehr effektiv ist. Die Erfindung hat u. a. den Vorteil, daß sic die verbrauchernahe Errichtung des Kraftwerkes, also auch in beliebiger Entfernung von der Gaserzeugungsanlage und der Lagerstätte ermöglicht, weil der Transport des Methanols unproblematisch ist und für den Rohrtransport des Synthese-Gases eine Gasleitung verhältnis- mäßig geringen Durchmessers genügt, was auf dem Gasdruck beruht, der bereits bei der Erzeugung des Vergasungsgases entsteht. Dieser Gasdruck ermöglicht seinerseits eine Gasspeicherung, die ihrerseits zur Vergleichmäßigung der Fahrweise auf der Gasseitc

<>■> ausgenutzt werden kann.

Zwar ist die Maßnahme einer Zwischenspeicherung von Brenngasen in Zusammenhang mit dem Betrieb von Gasturbinenanlagen mit vorgeschaltetem Gaserzeuger

bekannt (DE-PS 8 47 380), allerdings resultiert dort die Zwischenspeicherung daraus, weil der Gaserzeugungsprozeß eine sehr große Zeitkonstante besitzt, die es erschwert, Last und Leistung von Gasturbine und Gaserzeuger schnell ins Gleichgewicht zueinander zu bringen. Die Zwischenspeicherung dient damit der Weiterentwicklung des Gaserzeugers, um den Gaserzeuger überhaupt einer Gasturbine zur Stromerzeugung vorschalten zu können. Eine Übertragung dieses bekannten Prhizips ist aber alleine schon deswegen nicht möglich, weil ansonsten eine sehr große Verbrennungskammer vorgesehen werden müßte.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der einzigen Figur beschrieben, die im Schema eine erfindungsgemäß betriebene Anlage mit einem Vergaserund mehreren Kraftwerken zeigt

Die Vergasungsanlage ist in der Figur allgemein mit 1 bezeichnet Mehrere Versorgungsleitungen führen sternförmig von der Vergasungsanlage 1 zu einzelnen Kraftwerken 5—7. Die Kraftwerke sind unter sich gleich ausgebildet, so daß es genügt, das Kraftwerk 6 näher zu erläutern:

Das aus der Leitung 3 über einen Absperrschieber 45 anstehende Synthese-Gas wird über eine arbeitsleistende Entspannungsturbine 10 geleitet, die das Gas auf den Betriebsdruck der Feuerung eines sogenannten druckgefeuerten Dampferzeugers 12 entspannt Das Gas wird in diesem Dampferzeuger 12 verbrannt Mit der dabei entstehenden Wärme wird in einem Wärmeaustauschersystem 13 Hochdruckdampf erzeugt, der die Dampfturbine 14 antreibt, weiche mit einem Generator 15 gekoppelt ist, der der Stromerzeugung dient Die teilweise abgekühlten Rauchgase gelangen in eine Gasturbine 16 und werden dort auf atmosphärischen Druck entspannt

Die Gasturbine 16 treibt den Gasturbinen-Luftverdichter 17 an, der die für die Brennkammer des

ίο Dampferzeugers 12 benötigte Verbrennungsluft liefert. Im Ausführungsbeispiel wird mit der Überschußleistung der Gasturbinenanlage 16/17 ein Generator 18 angetrieben, der der Stromerzeugung dient

Die bis dahin beschriebenen Anlageteile bilden einen sogenannten Kombiblock. Sobaid über die Gasleitung 3 kein Synthese-Gas ansteht kann aus dem mit 46 bezeichneten und nur schematisch wiedergegebenen Tanklager Methanol entnommen und an Stelle des Synthesegases verbrannt werden. Das Methanol wird jeweils über eine Verbindungsleitung 19 den Tanklagern 46 der einzelnen Kraftwerke 5-7 τ geführt, wobei die Einspeisung für den Spilzenlastbeirieo Ober die Leitung 20 zum Dampferzeuger 12 erfolgt in welchem das Gas verbrannt wird.

Das erzeugte Rein-Methan-Starkgas kann ebenfalls zur Er?.3ugung der Stromspitzen benutzt werden, wenn es als Austauschgas in ein vorhandenes Erdgasversorgungsnetz eingespeist wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Betreiben eines Gas-Dampfturbinenkraftwerks, das mit Syntbsse-Gas aus einer Rein-Methan-Starkgas, Synthese-Gas und Methanol erzeugenden Druckvergasungsanlage betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß während des Grundlastbetriebes des Gas-Dampfturbinenkraftwerks (5, 6, 7) aus der Druckvergasungsanlage (1) entnommenes Methanol gespeichert und bei Spitzenlastbetrieb des Gas-Dampfturbinenkraftwerks (5, 6, 7) zur Gewinnung der benötigten Zusatzenergie eingesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bewältigung des Spitzenlastbetriebes zusätzlich Rein-Methan-Starkgas eingesetzt wird.