DE2853645A1

DE2853645A1 - Verfahren zum betreiben eines kohlekraftwerks

Info

Publication number: DE2853645A1
Application number: DE19782853645
Authority: DE
Inventors: Dietmar Dipl Ing Deggim; Juergen Dipl Ing Poller; Klaus Dipl Ing Weinzierl
Original assignee: WESTFAEL ELEKT WERKE
Current assignee: WESTFAEL ELEKT WERKE
Priority date: 1978-12-13
Filing date: 1978-12-13
Publication date: 1980-07-10

Description

"Verfahren zum Betreiben eines Kohlekraftwerks"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kohlekraftwerks zur Erzeugung elektrischer Energie mittels eines kombinierten Gasturbinen-Dampfturbinen-Prozesses, bei dem der Gasturbinenprozeß mittels aus Kohle gewonnenen Gases und der Dampfturbinenprozeß mittels bei der Kohleent- bzw.
vergasung gewonnenen Koks und/oder Gases abläuft, sowie ein nach diesem Verfahren betriebenes Kraftwerk mit einer Reaktionskammer zum Entgasen bzw. Vergasen von Kohle unter Zuhilfenahme von Sauerstoff und/oder Dampf, einem mit dem erzeugten heißen Gas beheizten Dampferzeuger, einem Gas-Koks-Trenner, einem mit Koks und/oder Gas beheizten Dampferzeuger und einer mit dem erzeugten und wahlweise gereinigten Gas betriebenen Gasturbine.
Ein Kraftwerk der vorgenannten Art ist aus der US-Patentschrift 3 991 557 bekannt. Bei diesem Kraftwerk wird hochschwefelhaltige Steinkohle in Reaktionskammern unter Zuhilfenahme von Luft ent- bzw. vergast. Beim Verlassen der Reaktionskammer besitzen das brennbare Gas und der mitgeführte Koksstaub eine Temperatur von über 9820C. Die fühlbare Warme des Gases und des Koksstaubs dient dazu, in einem Abhitzedampferzeuger Dampf für eine Dampfturbine zu gewinnen. Danach wird das-Gas-Koksstaub-Gemisch einem Gas-Koks-Trenner zugeführt, wonach der Koks einem Koksbunker mit nachfolgendem bedarfsweisen Verbrennen in einem weiteren Dampferzeuger und das Gas über einen Wärmetauscher für die der Reaktionskammer zugeführte Luft und einem Gasreiniger einer Gasturbine und/oder dem Dampferzeuger zugeleitet werden.
Die Vorteile eines solchen Kraftwerks sind bekannt. Einmal läßt sich durch den kombinierten Gasturbinen-DampSturbinen Prozeß der thermische Wirkungsgrad des Kraftwerks erhöhen und andererseits auch schwefelhaltige Steinkohle verárbeiten, wobei der zur Herabsetzung des Schwefelausstoßes erfordeF-liche-Aufwand durch die Möglichkeit einer Brenngasreinigung gegenüber dem Aufwand bei einer Rauchgasentschwefelungsanlage gering gehalten wird.
Dies gilt jedoch nur für den Fall, daß die Anforderungen an die Entschwefelung aufgrund der Umweltschutzbestimmungen gering sind. Strenge Entschwefelungsvorschriften dagegen führen aufgrund der verfahrensspezifischen Besonderheit, daß sich nur der im Brenngas, nicht aber der im Restkoks befindliche Schwefel entfernen läßt, dazu, daß in der Ent- und Vergasungsstufe eine wesentlich< höhere Kohleumsetzung ablaufen Xuß, als sie für den Gas-Dampfturbinen-Prozeß optimal wäre. Die mit einem hohen Koiileumsetzungsgrad verbundenen relativ großen Gasmengen erfordern jedoch einen Aufwand bei der Reinigung des Brenngases, der dem einer Rauchgasreinigungsanlage zumindest gleichkommt. Außerdem treten aufgrund großer Gasmengen Wärme- und Strömungsverluste auf, die den Wirkungsz grad der Gesamtanlage ungünstig beeinflussen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Kohlekraftwerks sowie ein nach diesem Verfahren b&riebenes Kraftwerk zu schaffen, das einfach im Aufbau ist und durch Verringerung von Wärme-und Strömungsverlusten einen besseren Wirkungsgrad ergibt.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit zweistufiger Verbrennung der Kohle mit unterstöchiometrischer Teilumsetzung in einer ersten Stufe und vollständiger Verbrennung wenigstens eines Teils des aus der ersten Stufe austretenden Gases in einer Gasturbine und des Koks und/ oder eines Teils des brennbaren Gases in einem Dampfkessel der zweiten Stufe. Dies geschieht in einem Kraftwerk der eingangs Erwähnten Art, bei dem die Reaktionskammer der ersten Stufe mit einem Dampferzeuger eine Baueinheit bildet.
Dem Verfahren und dem nach dem Verfahren betriebenen Kraftwerk liegt die Überlegung zugrunde, der Kohleumwandlung in einem Dampferzeuger eines üblichen Kraftwerks, bei dem sie unmittelbar in intertes Rauchgas umgewandelt wird, zu unterteilen und die Stufung so zu wählen, daß die entstehende Brenngasmenge gerade für eine optimale Auslegung des Gas-Dampfturbinen-Prozesses ausreicht. Wegen des gringen Kohleumwandlungsgrades von etwa 4096 einschließlich Teilverbrennung, Entgasung und Vergasung kann die erste Stufe mit verhältnismäßig niedrigem Temperaturniveau arbeiten. Auf diese Weise entstehen gegenüber einer weitergehenden Teilvergasung nur geringe Brenngasmengen, so daß sich die Strömungs- und Wärmeverluste verringern. Das brennbare Gas sowie der Koksstaub werden anschließend in einer Gasturbine und einem zweiten Dampfkessel vollständig verbrannt. Die fühlbare Wärme im Koksstaub und im Entgasungsgas wird praktisch vollständig zum Dampferzeugen und evtl. zum Luftvorwärmen benutzt. Aufgrund der Zusammenfassung der Reaktionskammer mit dem ersten Dampferzeuger zu einer Baueinheit entsteht ein kompaktes Aggregat mit geringen Wärme- und Strömungsverlusten.
Nach dem Trennen von Gas- und Koksstaub kann in den Fällen, in denen eine Brenngasentschwefelung bereits den Entschwefelungsvorschriften entspräche und darüber hinaus wirtschaftlicher gegenüber einer vorzugsweise durchzuführenden Rauchgasentschwefelung wäre, das Brenngas einer H2S-Wäsche zugeführt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellim Ausführungsbeispiels, das die Verbindung der einzelnen Kraftwerksteile und den Verfahrensablauf zeigt, des näheren erläutert.
In einer ersten Umsetzungsstufe aus einer Baueinheit 1, einer Reaktionskammer 2 und einem Dampfkessel 3 wird aufbereitete Kohle durch Luft bzw. Sauerstoffzufuhr und ggf. zusätzlicher Dampfzufuhr ent- und ggf. teilweise vergast. Hierbei steigt 0 die Temperatur in der Reaktionskammer 2 von der bei 200 C liegenden Eintrittstemperatur des Kohlenstaubs und der Luft bzw. des Sauerstoffs und/oder des Dampfes auf maximal 15000C an. Die fühlbare Wärme des Gases und des Koksstaubes dient zur Dampferzeugung im Dampfkessel 3.
Das brennbare Gas und der Koksstaub werden einem Gas-Koks-Trenner 4 zugeleitet, von wo der Koks - ggf. nach einer Zwischenlagerung in einem nicht dargestellten Zwischenbunker -in einem zweiten Dampfkessel 8, der Teil einer zweiten Umsetzungsstufe 6 ist, vollständig verbrannt wird.
Soweit erforderlich, wird das brennbare Gas in einem Gasreiniger 5 behandelt, in dem insbesondere der Schwefel entfernt wird. Anschließend wird das Gas einer Gasturbine 7 zugeleitet, die ebenfalls Teil der zweiten Umsetzungsstufe 6 ist. Da das Gas in der Gasturbine 7 mit erheblichem Luftüberschuß verbrannt wird, können die daraufhin sauerstoffhaltigen Abgase der Gasturbine 7 direkt dem zweiten Dampfkessel 8 zuleitet werden, um den Sauerstoff für das Verbrennen des Koksstaubs zu liefern. Der im ersten und im zweiten Dampferzeuger erzeugte Dampf gelangt in eine Dampfturbine 10, während die Rauchgase des zweiten Dampfkessels 8 vorzugsweise einer Reinigung in einem Rauchgasreiniger 9 unterworfen werden.
Die für die Gasturbine benötigte Verbrennungsluft und die für die Kohleentgasung und -vergasung benötigte Luft kann mittels Wärmetauscher durch das Entgasungsgas und/oder-die Rauchgase vorgewärmt werden.
Ebenso läßt sich die Dampfturbine 10 in bekannter Weise mit Zwischenüberhitzung betreiben; die dazu benötigte Wärme wird an geeigneter Stelle des Kraftwerks entnommen.
Die Qualität des bei der Kohleent- bzw.-vergasung anfallenden Gases ist bei der erfindungsgemäßen zweistufigen Verbrennung von verhältnismäßig untergeordneter Bedeutung. Entscheidend ist, daß sich das bei der Verbrennung in der ersten Stufe anfallende Gas in der zweiten Stufe sowohl in der Gasturbine 7 als auoh in dem Dampfkessel 8 verbrennen läßt und die für die zweite Stufe erforderliche Wärmemenge liefert.

Claims

PatentansPruche: Verfahren zum Betreiben eines Kohlekraftwerks mittels eines kombinierten Gasturbinen-Dampfturbinen-Prozesses, bei dem der Gasturbinenprozeß mittels aus der Kohle gewonnenen Gases und der Dampfturbinenprozeß mittelsbel, der Kohleent- bzw. vergasung gewonnenen Koks und/oder Gas abläuft, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h.

eine zweistufige Verbrennung der Kohle mit unterstöchiometrischer Teilumsetzung in einer ersten Stufe und vollständiger Verbrennung wenigstens eines Teils des aus der ersten Stufe.austretenden Gases in einer Gasturbine und des Koks und/oder eines Teils des brbnnbren Gases in einem Dampfkessel der zweiten Stufe.
2. Kraftwerk zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Reaktionskammer zum Entgasen bzw. Vergasen von Kohle mit Sauerstoff und/oder Dampf, einem mit dem erzeugten heißen Gas beheizten ersten Dampfkessel, einem Gas-Koks-Trenner, einem mit Koks und/oder gereinigtem Gas beheizten Dampfkessel und einer mit dem gereinigten Gas als Brennstoff betriebenen Gasturbine d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Reaktionskammer <2) mit dem ersten Dampfkessel (3) eine Baueinheit (1) bildet.