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Verfahren zur Deckung von Bedarfs spitzen und/oder schwankenden
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Bedarfsmengen bei der Erzeugung von elektrischer Energie in einem
Kraftwerk sowie Anlage zur Anwendung dieses Verfahrens Die Erfindung geht aus von
dem in den meisten Fällen der industriellen Erzeugung und Nutzung von elektrischer
Energie vorhandenen Problem, Erzeugung und schwankende Abnahme in übereinstimmung
miteinander zu bringen. Dies wird im allgemeinen durch Anlagen zur Deckung von Grundlast,
Mittellast und Spitzenlast erreicht. Insbesondere im Spitzenlastfall, aber auch
im Mittellastfall, wird dadurch die Wirtschaftlichkeit beeinträchtigt, da hohen
Investitionen nur geringe Auslastungen gegenüberstehen.
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Bei der Deckung von Mittellast- und Spitzenlastbedarf ist in jedem
Fall zu beachten, dass es kurzfristig möglich sein muss, die dazu benötigten Anlagen
in Gang zu setzen und wieder abzuschalten. Als typisches Beispiel seien Wasserkraftwerke
genannt, die praktisch in einigen Sekunden zu- oder abgeschaltet werden können.
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Es ist bereits der Vorschlag gemacht worden, für die Erzeugung
von
elektrischer Energie im Mittellast- und Spitzenlastbereich Anlagen zu verwenden,
bei denen in einer Vergasungseinrichtung erzeugte brennbare Gase in eine Gasturbine
geleitet werden. Derartige Anlagen lassen sich zwar schneller zuschalten oder abschalten
als konventionelle, mit dem üblichen Heizkessel ausgerüstete Kraftwerke. Jedoch
sind auch hier noch Einschaltzeiten notwendig, die mehr als eine halbe Stunde betragen,
so dass derartige Anlagen zur Deckung des Mittellast- und Spitzenbedarfs zumindest
nicht in optimaler Weise geeignet sind. Bei Anlagen zur Deckung von Bedarfs spitzen
werden Einschaltzeiten verlangt, die wenige Minuten nicht überschreiten. Bei Anlagen
zur Deckung des Mittellastbedarfs mag die zulässige Zeitspanne etwas länger sein.
Sie sollte aber auch hier nur im Bereich von etwa 15 Minuten liegen.
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Aus der DE-OS 24 25 939 ist bereits ein Verfahren zum Betreiben Spitzenbedarfy
eines Kraftwerkes, vorzugsweise zUr Deckung 9 enbedar, bei welchem ein Kohlenmonoxid
und Wasserstoff enthaltendes Primärgas durch Vergasen von fossilen Brennstoffen
erzeugt wird, wobei ein Teil dieses Primärgases bei niedriger Kraftwerksbelastnng
zu Methanol umgewandelt und gespeichert wird. Bei höhrer Fraftwerksbelastung wird
das gespeicherte Methanol als Brennstoff zusätzlich zum Primärgas verwendet. Auf
diese Weise soll erreicht werden, dass der Vergasungsprozess kontinuierlich mit
konstanter Durchsatzleistung abläuft. Die Anpassung an unterschiedliche Bedarfsmengen
erfolgt durch einen zusätzlichen Verfahrensschritt, nämlich die Methanolherstellung.
Dieses Verfahren ist einigermassen umständlich, da es das Vorhandensein einer Einrichtung
zum Herstellen von Methanol notwendig macht, wodurch zusätzliche Aufwendungen
für
Investitionen und Energie erforderlich werden.
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Ferner ist aus der DE-OS 23 58 372 bereits ein Verfahren zur Nutzung
der Wärmeenergie eines Hochtemperatur-Kernreaktors mittels Vergasen von festen,
kohlenstoffhaltigen Materialien bekannt, bei welchen zur Anpassung an Verbrauchsschwankungen
ein verhältnismässig kompliziertes System von unterschiedlichen Verbrauchsstellen
und Verbrauchern vorgeschlagen wird mit der Möglichkeit, das Produktgas des Reaktors
in Abhängigkeit von den jeweiligen Bedarfsfällen in der einen oder der anderen Form
dem Verbraucher anzubieten. Dieses bekannte Verfahren setzt jedoch das Vorhandensein
von in Bezug auf Menge und Beschaffenheit und Verwendungszweck des Produktgases
unterschiedlichen Verbrauchern voraus, die in bestimmter Weise einander zugeordnet
und bezüglich ihrer Bedarfsmengen aufeinander abgestimmt sein müssen. Auch bei diesem
Verfahren wird die gewünschte Flexibilität bezüglich der Anpassung an unterschiedliche
und schwankende Bedarfsmengen erreicht durch Massnahmen, die in den dem Vergasungsreaktor
nachgeschalteten Einrichtungen getroffen werden.
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Anlage zur Deckung
von Bedarfsspitzen und/oder schwankenden Bedarfsmengen bei der Erzeugung von elektrischer
Energie unter Verwendung von Gasturbinen, wobei ein durch Vergasen von festen, kohlenstoffhaltigen
Materialien mit sauerstoffhaltigen Vergasungsmitteln gewonnenes brennbares Gas als
Brennstoff verwendet wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren und Anlage dieser
Art so auszugestalten, dass auf einfachere und wirtschaftlichere Weise eine Abstimmung
von Angebot und Bedarf erreichbar ist. Diese Möglichkeit soll nicht beschränkt sein
auf bestimmte Anwendungsfälle oder das Vorhandensein bestimmter Kombinationen von
Verbrauchern. Vielmehr soll die Erfindung auch dann einsetzbar sein, wenn lediglich
ein Verbraucher oder eine Art des Verbrauches bezüglich des im Vergasungs-Reaktor
erzeugten Gases zur Verfügung stehen. Ferner soll die chemische Umwandlung des Gases
in ein anderes Produkt nicht notwendig sein.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vort dass zur Herstellung
des brennbaren Gases ein Wirbelschicht-Reaktor, insbesondere ein Winkler-Reaktor
verwendet wird. Als besonders zweckmässig hat es sich herausgestellt, einen Hochtemperatur-Winkler-Reaktor
zu verwenden, der bei überdruck und Temperaturen oberhalb 7000 C, vorzugsweise oberhalb
8000 C, betrieben wird.
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Ein wesentlicher Vorteil des Wirbelschicht-Reaktors besteht darin,
dass er nach kürzeren Betriebsunterbrechungen in der Grössenordnung von einigen
Stunden oder wenigen Tagen in relativ kurzer Zeit, ggf. in wenigen Minuten, auf
seine nahezu normale Leistung gebracht werden kann. Es mag dabei der Fall eintreten,
dass der Vergasungswirkungsgrad in der ersten Phase nach dem Wiederanfahren, beispielsweise
in den ersten dreissig Minuten, noch nicht den maximal möglichen Wert erreicht.
Dies bleibt jedoch ohne Auswirkungen auf die Beschaffenheit des Produktgases, das
bereits wenige Minuten nach dem Wiederanfahren des Reaktors die bei den
der
jeweiligen Voraussetzungen, insbesondere BeschaffenheitVeingesetzten Kohle sowie
Art und Menge der Vergasungsmittel - übliche Beschaffenheit aufweist. Dies gilt
auch dann, wenn z. B. der Hochtemperatur-Winkler-Reaktor unter überdruck in der
Grössenordnung von z. B. 5 bis 30 bar betrieben wird, da Drücke in dieser Grössenordnung
ebenfalls in relativ kurzer Zeit aufgebaut werden können. Im übrigen besteht die
Möglichkeit, durch entsprechende Vorkehrungen dafür Sorge zu tragen, dass auch bei
Betriebsunterbrechungen zumindest dann, wenn sie in der Grössenordnung von Stunden
liegen, Druck und Temperatur im Reaktor vollständig oder nahezu vollständig auf
dem Betriebswert gehalten werden. Die Nutzbarmachung der vorbeschriebenen Eigenschaften
des Wirbelschicht-Reaktors, insbesondere die Möglichkeit eines schnellen Wiederanfahrens
und Abfahrens kommt insbesondere dann in Frage, wenn das Kraftwerk lediglich zur
Deckung von Bedarfsspitzen dient und somit in Abhängigkeit vom jeweiligen Bedarf
zugeschaltet ode; abgeschaltet wird Die vorbeschriebenen Vorteile und Eigenschaften
des Wirbel schicht-Reaktors sind unter anderem darauf zurückzuführen, dass nach
dem Abstellen, also nach Unterbrechen des Vergasungsvorganges, immer ausreichend
Feststoff im Reaktor verbleibt, wobei der Feststoff ausreichend Wärme zum Wiederzünden
des kohlenstoffhaltigen Feststoffes speichert und zum anderen beim Einleiten von
sauerstoffhaltigen Vergasungsmitteln einen Kontakt zwischen brennbarem Produktgas
und sauerstoffhaltigem Vergasungsmedium verhindert, so dass ein sicheres Anfahren
gewährleistet ist.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist die gute Regelbarkeit des Wirbel
schicht-Reaktors bei annähernd konstant bleibenden Vergasungskennziffern. Diese
Eigenschaft ist im wesentlichen darauf zurückzuführen, dass eine Wirbelschicht bezüglich
des Durchsatzes an Vergasungsmedium in weiten Bereichen etwa gleichbleibende Eigenschaften
aufweist. Dies ermöglicht die Anpassung an schwankende Bedarfsmengen bei kontinuierlichem
Betrieb des Kraftwerkes, da der Wirbelschicht-Reaktor auch in seiner Ausgestaltung
als Hochtemperatur-Winkler-Reaktor es erlaubt, die Durchsatzleistung an Kohle und
Vergasungsmittel und somit auch die Erzeugung von Gas innerhalb eines Bereiches
von etwa 20 bis über 100% der Nennleistung zu verändern, ohne dass der Vergasungsgrad
und die wesentlichen Betriebsdaten des Reaktors irgendwelche ins Gewicht fallenden
Veränderungen erfahren. So könnte der Reaktor im Teillastbereich zur Deckung eines
Grundlastbedarfs gefahren und in Abhängigkeit vom Auftreten von Bedarfs spitzen
mit einer höheren Leistung, gegebenenfalls bis zur Nennleistung und darüber hinaus,
gefahren werden. Dabei können das zur Deckung des Grundlast-Bedarfs notwendige Gas
einerseits und das zur Deckung des darüber hinausgehenden Bedarfs rotwendige Gas
andererseits in zwei voneinander getrennten Kraftwerksbereichen genutzt werden.
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Die Gasturbinen, in die das im Wirbelschicht-Reaktor gewonnene Gas
geleitet wird, weisen unter anderem den Vorteil auf, dass sie in sehr kurzer Zeit
in Betrieb genommen und wieder ausser Betrieb gesetzt werden können. Gasturbinen
mit einer Eintrittstemperatur in der Grössenordnung von 850 bis 1000O C gehören
zum Stand der Technik.
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Bei Vorhandensein der vorerwähnten zwei Kraftwerksbereiche würde jeder
Bereich eine - oder ggf. auch mehrere - Gasturbinen aufweisen. Jener Bereich, der
zur Decku-ng der Grundlast verwendet wird, sollte auf die Erzielung des maximal
möglichen Wirkungsgrades hin ausgelegt sein. Da die Deckung der Grundlast einen
kontinuierlichen und im wesentlichen gleichmässigen Betrieb voraussetzt, würden
hier alle Investitionen lohnen, die zu einer Verbesserung des gesamten Wirkungsgrades
beitragen. In anderen Kraftwerksbereichen hingegen, die lediglich der Deckung der
über die Grundlast hinausgehenden Bedarfsmengen dienen, würde ggf. ein geringerer
Gesamtwirkungsgrad in Kauf genommen werden, um das schnelle Anfahren und Abfahren
dieses Kraftwerkbereiches durch Apparate einfacher Bauart zu gewährleisten und die
Investitionskosten entsprechend zu verringern. Dies kann jedenfalls dann vorteilhaft
sein, wenn dieser Bereich nur stundenweise in Betrieb genommen wird.
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In Bezug auf den oder die Wirbelschicht-Reaktor(en) bedeutet dies,
dass er bzw. sie dann, wenn lediglich der die Grundlast deckende Kraftwerksbereich
im Betrieb ist, beispielsweise mit einer Leistung von 50% seiner bzw. ihrer Nennleistung
gefahren wird bzw. werden, die dann zur Deckung zusätzlicher Bedarfsmengen bei Inbetriebnahme
des zweiten Kraftwerksbereiches kurzfristig auf eine Leistung von 100% - oder eine
entsprechend zwischen 50 und 100% liegende Leistung - gesteigert wird-.
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Es ist selbstverständlich möglich, einem Wirbelschichtreaktor mehrere
Gasturbinen nachzuschalten, die unabhängig voneinander in
Betrieb
genommen werden können. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn es um die Deckung
von Bedarfsspitzen und/oder schwankenden Bedarfsmengen geht.
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Die Lehre gemäss der Erfindung weist neben der Flexibilität beim Betreiben
eines Kraftwerkes noch weitere Vorteile auf. So gibt der Wirbelbett-Reaktor die
Möglichkeit, auch geringwertigere Brennstoffe nutzbar zu machen. Darüber hinaus
ist es möglich, ggf. im Ausgangsmaterial vorhandenen Schwefel bereits im Wirbelbett-Reaktor
durch Zugabe entsprechender Zuschläge, beispielsweise in Form von Dolomit oder Kalkstein,
zu binden. Überdies kann der Hochtemperatur-Winkler-Reaktor mit Temperaturen betrieben
werden, die - wie bereits gesagt -in der Grössenordnung von 10000 liegen. In Verbindung
mit der Reaktionsführung innerhalb des Reaktors - Kohle und Vergasungsmedium werden
im wesentlichen im Gleichstrom geführt - kann so ein Produktgas hergestellt werden,
das frei von Teeren und Ölen und höheren Kohlenwasserstoffen ist, die bei nachfolgender
Abkühlung des Gases kondensieren und Störungen verursachen könnten. D. h., dass
die Qualität des aus dem Wirbelschicht-Reaktor kommenden Gases es ermöglicht, mit
einer einfachen Wasserwäsche zwecks Staubentfernung auszukommen, die, wie der Wirbelschicht-Reaktor,
schnell in Betrieb genommen und ausser Betrieb gesetzt werden bzw. an unterschiedliche
Gasmengen angepasst werden kann. Die Tatsache, dass es nicht notwendig ist, Teere
und dgl. aus dem Produktgas auszuwaschen, bevor es in die Gasturbinen geführt wird,
kommt ebenfalls der einfachen Prozessführung und damit der Wirtschaftlichkeit des
Verfahrens zugute.
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Als Vergasungsmittel kommen in der üblichen Weise sauerstoffhaltige
Gase, also Luft bzw. mit Sauerstoff angereicherte Luft gemischt mit Wasserdampf
oder C02 in Frage.
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In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel das Schaltbild einer
Anlage zur Erzeugung elektrischer Energie unter Verwendung eines Hochtemperatur-Winkler-Reaktors
dargestellt. Die Zahlenwerte bezüglich Druck und Temperatur sind ungefähre Angaben
für den Fall der Vergasung von Rheinischer Braunkohle. Der Druck ist jeweils in
bar - links - und die Temperatur ist jeweils in ° C - rechts -angegeben Im Winkler-Reaktor
10, der mit einem Druck von ca. 10 bar bei einer Temperatur von etwa 10000 C betrieben
wird, wird Braunkohle mit einem Wassergehalt von ca. 12% unter Verwendung von Luft
ggf.
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gemischt mit Dampf als Vergasungsmittel umgesetzt. Die Zufuhreinrichtung
für die Kohle ist mit 12 bezeichnet. 14 und 16 symbolisieren Zuleitungen für Dampf
bzw. Luft.
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Dem Winkler-Reaktor sind zwei voneinander unabhängige Anlagen zur
Stromerzeugung nachgeschaltet, von denen die Anlage 18 unterhalb der gestrichelten
Linie 20 und die Anlage 22 oberhalb dieser Linie dargestellt ist. Vom Reaktor 10
gehen zwei Leitungen 24 und 26 für das Rohgas ab. Die Leitung 24 versorgt den Anlagebereich
18, die Leitung 26 den Anlagebereich 22.
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Der Anlagebereich 18 dientder Deckung der Grundlast. D. h., dass dieser
Bereich, abgesehen von unvermeidbaren Unterbrechungen, kontinuierlich
zur
Erzeugung von elektrischer Energie betrieben wird.
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Aus diesem Grunde ist der Anlagebereich 18 so ausgelegt, dass ein
optimaler Gesamtwirkungsgrad erreicht wird.
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Der Bereich 22 dient zur Deckung von Bedarfsspitzen. D. h., er wird
lediglich während verhältnismässig kurzer Zeitspannen zur Deckung derjenigen Bedarfsmengen
zugeschaltet, die die maximale Leistung des Bereiches 18 übersteigen. Die benötigten
Komponenten müssen daher unter diesem speziellen Gesichtspunkt ausgelegt werden.
Für den Anlagebereich 22 kann daher ein geringerer Gesamtwirdkungsgrad in Kauf genommen
werden, da aufgrund der verhältnismässig kurzen Betriebszeiten die Verluste durch
einen niedrigeren Gesamtwirkungsgrad weniger stark ins Gewicht fallen. Andererseits
verringert der Verzicht auf das Erreichen eines möglichst hohen Gesamtwirkungsgrades
die Investitionskosten in erheblichem Umfang.
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Das in den Anlagebereich 18 mit einer Temperatur von etwa 9500 C eintretende
Rohgas wird zunächst durch einen als Dampfüberhitzer 28 dienenden Wärmetauscher
und danach durch einen Wärmetauscher 30 geführt, der der Wiedererwärmung des abgekühlten
Gases dient, nachdem es in der Wasserwäsche 32 gereinigt worden ist. Das gereinigte
Gas gelangt über eine Leitung 34 in eine Brennkammer 36, der über eine Leitung 38
ein Luftverdichter 40 vorgeschaltet ist.
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Eine zweite vom Luftverdichter 40 abgehende Leitung 44 führt auf einen
Nachverdichter 46, aus dem die Luft über die Leitung 16 in den Winkler-Reaktor eingeblasen
wird.
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In der Brennkammer 36 wird das Gas mit der über die Leitung 38
zugeführten
Luft verbrannt. Das aus der Brennkammer austretende gasförmige Verbrennungsprodukt
wird in die Gasturbine 48 eingeleitet, die einen Generator 50 antreibt.
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Die durch die Leitung 54 aus der Gasturbine 48 austretenden Abgase
werden durch einen Abhitzekessel 56 geleitet, der zur Erzeugung von leicht überhitztem
Dampf dient. Von dort gelangen sie über eine Leitung 58 in einen Niederdruckvorwärmer
60 und von dort aus in die Atmosphäre. Sie können jedoch noch in einer nachgeschalteten
Einrichtung, beispielsweise zur Deckung des Wärmebedarfs eines Fernheizsystems,
oder sonstwie in geeigneter Weise zur-Nutzung der in ihnen noch enthaltenen fühlbaren
Wärme verwendet werden.
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Aus dem Vorwärmer 60 gelangt das vorgewärmte Speisewasser in einen
Mischvorwärmer/Entgaser 62 und weiter über die Kesselspeisepumpe 64 in den Kessel
56, der von den von der Gasturbine 48 kommenden Abgasen beheizt wird. Der dort entstehende
leicht überhitzte Dampf gelangt über eine Leitung 66 in den Dampfüberhitzer 28,
der durch das durch die Leitung 24 aus dem Reaktor 10 kommende Rohgas beheizt wird
Der resultierende überhitzte Dampf, der einen Druck von z. B. 90 bar und eine Temperatur
von z. B. etwa 5100 aufweisen kann, wird über eine Leitung 68 auf eine Dampfturbine
70 geführt, die einen Generator 72 zur Stromerzeugung antreibt.
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Es ist bekannt, die fühlbare Wärme der heissen Rohgase in der Weise
zu nutzen, dass das aus der Wasserwäsche kommende gereinigte Gas soweit wie möglich
im Gegenstrom mit dem Rohgas aufgeheizt wird.
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Dieser Gas-Gas-Wärmetauscher, der anstelle der beim Ausführungsbeispiel
gemäss der Erfindung vorgesehenen Wärmetauscher 28 und 30 tritt, würde jedoch im
heissen Bereich Wandtemperaturen von mehr als 8000 C aufweisen, die in jedem Fall
sehr hochwertige und damit sehr teure Werkstoffe notwendig machen. Dieser Apparat
würde zudem erheblich grösser bauen und gasseitig grössere Druckverluste mit sich
bringen; hochwertige Dampfzustände könnten nicht erreicht werden.
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Alle diese Nachteile vermeidet die erfindungsgemässe Lösung des mittels
Rohgas beheizten Dampfüberhitzers. Sie gibt die Möglichkeit, einen Dampf hohen Drucks
und hoher Temperatur zu erzeugen, der eine merklich höhere Stromerzeugung erlaubt
als ein üblicherweise im Abhitzekessel erzeugter Dampf von ca. 45 bar und 4400 C,
so dass durch diese Ausgestaltung der Gesamtwirkungsgrad der Anlage merklich verbessert
wird.
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Ein wesentlicher Teil des Dampfes der Turbine 70 gelangt über die
Abdampfleitung 74 in einen Kondensator 76. Das Kondensat wird von einer Kondensatpumpe
78 in den bereits erwähnten Niederdrucksorwärmer 60 gefördert. Ein Teil des Dampfes
aus der Dampfturbine 70 gelangt über die Leitung 14 als Vergasungsmedium in den
Vergasungsreaktor 10. Über eine Leitung 80 werden einerseits Vorwärmdampf in den
Entgaser/Mischvorwärmer 62 und über eine Zweigleitung
81 andererseits
Trocknungdampf zu einem Kohletrockner 82 geführt. Der Dampf wird dort niedergeschlagen;
das Kondensat wird über die Leitung 83 in den Mischvorwärmer 62 geführt Bei normalem
Betrieb, d. h., wenn Grundlast gefahren wird, tritt das Rohgas aus dem Reaktor 10
ausschliesstlich durch die Leitung 24 in den Anlagebereich 18 ein. Beim Auftreten
von Bedarfsspitzen wird zusätzlich der Anlagebereich 22 in Betrieb genommen. Dazu
wird der Vergasungsreaktor 10 auf eine höhere Durchsatzleistung gebracht, so dass
entsprechend mehr Kohle und Vergasungsmittel in den Reaktor 10 einzuführen sind.
Bezüglich der Kohle erfolgt diese Steigerung durch entsprechende Erhöhung der über
die Leitung 12 eingeführten Kohlemenge. Dies gilt auch für den über die Leitung
14 zugeführten Dampf. Die zusätzlich benötigte Vergasungsluft wird über eine besondere,
dem Anlagebereich 22 zugeordnete Leitung 84 bereitgestellt. D. h., dass die Differenz
zwischen dem Grundlastbedarf und dem Bedarf bei zusätzlichem Betrieb des Anlagebereiches
22 an Vergasungsluft durch die Leitung 84 gedeckt wird.
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Das durch die Leitung 26 aus dem Reaktor 10 in den Anlagebereich 22
geführte Rohgas passiert zunächst einen ersten Wärmetauscher 86 und danach einen
zweiten Wärmetauscher 87. Das abgekühlte Rohgas wird dann durch eine Wasserwäsche
88 hindurchgeführt, von der aus es nach Wiedererwärmung im zweiten Wärmetauscher
87 in die Brennkammer 90 gelangt, der die Gasturbinen 89 und 89a nachgeschaltet
sind. Es besteht keine Notwendigkeit,das aus den Gasturbinen 89 und
89a
austretende Abgas innerhalb des Anlagebereiches 22 zwecks möglichst weitgehender
Nutzung der in ihm noch vorhandenen fühlbaren Wärme durch weitere Einrichtungen
analog dem Anlagebereich 18 zu leiten, da der Anlagebereich 22 zur Deckung von Bedarfs
spitzen normalerweise nur verhältnismässig kurzzeitig in Betrieb genommen wird.
Dies schliesst natürlich nicht aus, dass auch die Turbinen-Abgase des Anlagenbereiches
22 einer nützlichen Verwendung zugeführt werden, beispielsweise in einem Fernheizungssystem,
wenn sich dies ohne ins Gewicht fallende Anlagekosten verwirklichen lässt. Zur Erzielung
des angestrebten Effektes, nämlich die wirtschaftliche Deckung von Bedarfsspitzen
bzw.
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schwankenden Bedarfsmengen durch das Zuschalten bzw. Abschalten von
Anlageteilen und entsprechendes Regulieren der Durchsatzleistung des vorgeschalteten
Vergasungsreaktors ist dies jedoch nicht erforderlich.
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Die über eine Leitung 91 angesaugte Luft wird in einem Verdichter
92 auf den notwendigen Brennkammerdruck gebracht. Ein Teil dieser Luft wird über
die Leitung 84 in den Vergasungsreaktor 10 geführt, nachdem sie zuvor in einem Nachverdichter
93 auf einen Druck über 10 bar gebracht worden ist. Da im Bereich 22 auf eine Abhitzeverwertung
durch Dampferzeugung und Verwendung des Dampfes zur zusätzlichen Erzeugung von elektrischer
Energie verzichtet wird, dient der erste Wärmetauscher 86 der Luftvorwärmung für
die Luft, die der Brennkammer 90 zuzuführen ist. Es wäre auch möglich, die dem Reaktor
10 über die Leitung 84 zugeführte Luft im Wärmetauscher 86 oder ggf. in einem zusätzlichen
Wärmetauscher
unter Verwendung der fühlbaren Wärme des durch die
Leitung 26 strömenden Rohgases zu erhitzen, wobei dies ggf. zusätzlich zur Erhitzung
der der Brennkammer 90 zuzuführenden Luft geschehen könnte. Allerding-s wird eine
derartige Vorwärmung der in den Reaktor 10 über die Leitung 84 zu führenden Luft
nur dann optimal sein, wenn auch die Luftzuführung über die Leitung 16 im Anlagenbereich
18 normalerweise eine entsprechende Erwärmung erfährt.
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Der überwiegende Teil der Luft wird durch den ersten Wärmetauscher
86 geführt, in welchem er durch das vom Vergasungsreaktor 10 durch die Leitung 26
kommende Rohgas auf eine Temperatur in der Grössenordnung von ca. 4000 C gebracht
wird. Die so erhitzte Luft wird dann der Brennkammer 90 zugeführt. Es ist natürlich
auch möglich, das die Wasserwäsche 88 verlassende, gereinigte und abgekühlte Gas
unter Verzicht auf den ersten Wärmetauscher 86 im zweiten Wärmetauscher 87 soweit
wie möglich zu erhitzen und damit auf einem höheren Temperaturniveau der Gasturbine
89 zuzuführen. Dann wäre jedoch der bereits im Zusammenhang mit dem Wärmetauscher
28 des Bereiches 18 beschriebene Nachteil in Kauf zu nehmen, dass der Wärmetauscher
87 in viel stärkerem Masse durch hohe Wandtemperaturen beansprucht sein würde mit
der Konsequenz, wesentlich hochwertigere und somit teurere Werkstoffe verwenden
zu müssen.
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Da Gas turbinen im allgemeinen nicht ohne merkliche Verringerung ihres
Wirkungsgrades im Teillastbereich betrieben werden können, sind bei dem in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiel
im Betriebsbereich 22 zwei von
mehreren möglichen Turbinen vorgesehen, die unabhängig voneinander in Abhängigkeit
vom jeweiligen Energiebedarf in Betrieb genommen werden können. D. h., dass bei
geringerem Spitzenbedarf zunächst nur beispielsweise die Turbine 89 zugeschaltet
wird und später, bei steigendem Zusatzbedarf, die Turbine 89mund ggf. noch weitere
Turbinen ebenfalls zugeschaltet werden können. Im übrigen gilt auch bei Vorhandensein
von zwei oder mehr Gasturbinen im Anlagenbereich 22, dass hier ebenfalls die Anpassungsfähigkeit
des Winkler-Reaktors 10 an den schwankenden Leistungsbedarf in vorteilhafter Weise
durch entsprechende Anpassung der Durchsatzleistung im Reaktor und damit der Gaserzeugung
ausgenutzt werden kenn.
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Im übrigen können selbstverständlich auch im Anlagenbereich 18 mehr
als eine Gasturbine 48 und mehr als eine Dampfturbine 70 vorgesehen sein, wobei
hier jedoch im allgemeinen alle Turbinen kontinuierlich mit mehr oder weniger konstanter
Beaufschlagung betrieben werden. So wäre z. B. ein 600 Mw-Grundlastkraftwerk mit
vier Gas- und zwei Dampfturbinen auszuführen.
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Wenn vorstehend von mehr oder weniger konstanter Beaufschlagung der
Turbinen im Anlagenbereich 18 die Rede ist, dann soll damit zum Ausdruck gebracht
werden, dass es selbstverständlich auch möglich ist, die Erzeugung von elektrischer
Energie im Grundlastbereich 18 ebenfalls innerhalb gewisser Grenzen zu variieren.
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Es ist z. B. möglich, bei einer Steigerung des Energiebedarfs um 5%
diesen Bedarf durch entsprechendes Hochfahren des Anlagenbereiches
18
zu decken unter der Voraussetzung, dass dieser Mehrbedarf für eine bestimmte Zeitspanne
beibehalten wird. Erst der über diesen Mehrbedarf von 5% hinausgehende Spitzenbedarf
wird dann durch Anfahren des Anlagenbereiches 22 gedeckt.
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Es ist selbstverständlich auch möglich, dem Winkler-Reaktor 10 nur
einen Anlagenbereich nachzuordnen, wobei es sich dabei z. B.
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um den Anlagenbereich 18 oder den Anlagenbereich 22 handeln kann.
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Die Kombination eines Winkler-Reaktors oder eines HTW-Reaktors ausschliesslich
mit dem Anlagebereich 22 oder einen in ähnlicher Weise, d. h., unter Verzicht auf
den optimalen Wirkungsgrad ausgelegten Anlagenbereich, wird dann zweckmässig sein,
wenn das Kraftwerk lediglich zur Deckung von Bedarfsspitzen, also nicht zum kontinuierlichen
Betrieb, vorgesehen ist.
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Bei kontinuierlichem Betrieb und stark schwankenden Bedarfsmengen
könnte eine Anordnung vorteilhaft sein, bei welcher einem Winkler-Reaktor oder einen
HTW-Reaktor eine Anlage nachgeschaltet ist, deren grundsätzlicher Aufbau dem des
Anlagenbereiches 18 entspricht, wobei jedoch mehrere Gasturbinen und mehrere Dampfturbinen
mit entsprechend zugehörigen Einrichtungen vorgesehen sind, von denen jeweils eine
oder mehrere in Abhängigkeit von den Bedarfs schwankungen zugeschaltet oder abgeschaltet
werden.
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Schliesslich gilt in allen Fällen, dass statt des einen in der Zeichnung
dargestellten Winkler-Reaktors 10 oder HTW-Reaktors mehrere derartige Reaktoren
vorgesehen sind, denen eine oder zwei gemeinsame Anlage(n) nachgeschaltet ist bzw.
sind.
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Die im vorstehenden Ausführungsbeispiel beschriebene Vergasung von
Braunkohle oder Lignit stellt keine Beschränkung dar. Es ist auch möglich, andere
kohlenstoffhaltige Materialien, beispielsweise Steinkohle, Torf oder Holzspäne sowie
Koks oder Abfallkoks, zu verwenden.