DE3001474C2 - Combined gas and steam turbine system for the combustion of coal in a fluidized bed pressure combustion chamber - Google Patents

Combined gas and steam turbine system for the combustion of coal in a fluidized bed pressure combustion chamber

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DE3001474C2 DE19803001474 DE3001474A DE3001474C2 DE 3001474 C2 DE3001474 C2 DE 3001474C2 DE 19803001474 DE19803001474 DE 19803001474 DE 3001474 A DE3001474 A DE 3001474A DE 3001474 C2 DE3001474 C2 DE 3001474C2
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Albert Dr.-Ing. 4100 Duisburg Brinkmann
Karl-Rudolf Ing.(Grad.) 4300 Essen Hegemann
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Helmut Dipl.-Ing. 4630 Bochum Weißert
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    • F02C3/20—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
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Description

a) Die Entstaubungseinrichtung ist zur Sättigung des Rauchgases mit Wasserdampf als mit Waschwasser arbeitende Naßentstaubungseinrichtung mit zumindest einer Differenzdruckwaschvorrichtung ausgebildet unda) The dedusting device is designed to saturate the flue gas with water vapor rather than with washing water working wet dedusting device with at least one differential pressure washing device trained and

b) die Gasturbine ist als Kondensationsturbine ausgelegt und dadurch zugleich als Feinentstauber eingesetzt.b) the gas turbine is designed as a condensation turbine and thus at the same time as a fine dust extractor used.

Kondensationsturbine bezeichnet eine Gasturbine, die thermodynamisch so ausgelegt ist, daß in derCondensation turbine refers to a gas turbine that is thermodynamically designed so that in the

;■;■' Turbine der Wasserdampf des möglichst weitgehend I* mit Wasserdampf gesättigten Rauchgases eine Konden- ;V sation erfahrt. Nach bevorzugter Ausführungsform der ij* Erfindung ist die Naßentstaubungseinrichtung wasser-' % seitig über einen Wärmetauscher an ein Fernwarmenetz tu angeschlossen, so daß auch die hier anfallende fühlbare 'ϊ Wärme der Verwertung zugeführt werden kann. Die 5 Kondensation kann abgasseitig mit einem Kraftwerks-,·/■; kühlturm oder mit einem Kraftwerkskondensator >< integriert sein, v-'odurch der Wirkungsgrad des Dampfiä kraftwerksprozesses aus weiter unten angegebenen S Gründen verbessert wird.; ■; ■ 'The turbine of the water vapor of the flue gas, which is as largely saturated as possible with water vapor, undergoes condensation. According to a preferred embodiment of the invention, the ij * Naßentstaubungseinrichtung water is '% connect tu each other via a heat exchanger to a district heating network, so that the obtained here tactile' ϊ heat of the recovery can be supplied. The 5 condensation can be carried out on the exhaust gas side with a power plant, · / ■; Cooling tower or be integrated with a power plant condenser><, by the efficiency of the steam power plant process is improved for reasons given below.

Jj Die Erfindung geht zunächst von der Erkenntnis aus,Jj The invention is initially based on the knowledge

|| daß eine Naßreinigung der Rauchgase hinter einer frjjj Wirbelschicht-Druckbrennkammer, wenn mit Diffefi| renzdruckwaschvorrichtungen gearbeitet wird, wirksa- Ϊ9 mer ist als eine Entstaubung mittels Elektrofilter. Zwar f» wird bei einer solchen wirksamen Naßentstaubung j!| Waschwasser verdampft, dieses und die für die ■if Verdampfung erforderliche Energie gehen aber bei r!| einer erfindungsgemäßen Kohlekraftwerksanlage nicht St verloren. Sie wird vielmehr weitgehend in der IJ Kondensatioiisturbine zurückgewonnen. Übe.vaschentls derweise geschieht in der Kondensationsturbine dar-If über hinaus eine Abscheidung der feinen und feinsten pt und auch aerosolfeinen Stäube, die bei dem Kondensap tionsvorgang in der Kondensationsturbine offenbar als || Kondensationskeime funktionieren. Die in der Konden-I sationsturbine stattfindende adiabatische Abkühlung ist t energiemäßig weit größer als die bei der Kondensation frei werdende Energie der Kondensationswärme, so daß das Abgas die Kondensationsturbine mit einer Temperatur von nur einigen 0C1 beispielsweise von nur 5°C, verläßt. Das ermöglicht es, dieses kalte Abgas in der beschriebenen Weise im Kühlturm bzw. im Kondensator zur Verbesserung des Wirkungsgrades einzusetzen. Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert.|| that a wet cleaning of the flue gases behind a frjjj fluidized bed pressure combustion chamber, if with Diffefi | Ϊ9 is more effective than dedusting with an electrostatic precipitator. Indeed, with such an effective wet dedusting, j! | Wash water evaporates, but this and the energy required for evaporation go at r! | a coal power plant according to the invention not lost St. Rather, it is largely recovered in the IJ condenser turbine. Over and above this, in the condensation turbine, the fine and finest pt and aerosol-fine dusts, which are evidently as || Condensation nuclei work. The sationsturbine in the condensate-I held adiabatic cooling is t in terms of energy much greater than the heat released in the condensation energy of the heat of condensation, so that the exhaust gas condensing turbine with a temperature of only a few 0 C 1, for example, only 5, leaves ° C. This makes it possible to use this cold exhaust gas in the manner described in the cooling tower or in the condenser to improve efficiency. In the following the invention is explained in more detail with reference to a drawing showing only one embodiment.

Die einzige Figur zeigt das Schema einer erfindungsgemäßen Kohi^kraftwerksanlage.The single figure shows the scheme of a Kohi ^ power plant according to the invention.

Zu der dargestellten Kohlekruftwerksanlage gehören im grundsätzlichen AufbauBelong to the coal power plant shown in the basic structure

eine Wirbelschicht-Druckbrennkammer 1,
ein nachgeschalteter Kraftwerkskessel 2 und
eine Dampfturbine3 mit Generator^a fluidized bed pressure combustion chamber 1,
a downstream power plant boiler 2 and
a steam turbine3 with generator ^

Dem Kraftwerkskessel 2 ist rauchgasseitig eine Entstaubungseinrichtung 5 nachgeschaltet Dieser wie-A dedusting device 5 is connected downstream of the power plant boiler 2 on the flue gas side.

iü derum ist ein Rauchgas-Energierückgewinnungsaggregat 6 mit Gasturbine 7 nachgeschaltet Zum Energierückgewinnungsaggregat 6 gehören im Ausführungsbeispiel einerseits ein Verdichter 8 für die Verdichtung der der Wirbelschicht-Druckbrennkammer 1 zuzuführenden Verbrennungsluft und andererseits ein Generator 4, der auf ein elektrisches Energienetz arbeiten kann.iü derum is a flue gas energy recovery unit 6 with gas turbine 7 connected downstream. The energy recovery unit 6 includes in the exemplary embodiment on the one hand a compressor 8 for the compression of the fluidized bed pressure combustion chamber 1 to be supplied Combustion air and on the other hand a generator 4, which can work on an electrical energy network.

Die Entstaubungseinrichtung ist als mit Waschwasser arbeitende Naßentstaubungseinrichtung 5 ausgeführt und besitzt zumindest eine Differenzdruckwaschvorrichtung. Fs kann sich dabei um Venturiwäscher, Ringspaltwascher oder dergleichen '■ ^ndeln. Jedenfalls wird die Differcrizdruckwaschvorrichlünq so betrieben, daß das Rauchgas eine möglichst weitgehende Sättigung mit dem Wasserdampf aus dem Waschwasser erfährt Die Gasturbine 7 ist als Kondensationsiurbine 7 ausgelegt und funktioniert so, wie es eingangs schon erläutert ist, das heißt sie funktioniert zugleich als Feinentstauber. Das Waschwasser aus der Naßentstaubungseinrichtung 5 ist wasserseitig über einen Wärmetauscher 9 an eine Fernwärmenetz 10 angeschlossen. — Die Kondensationsturbine 7 kann abgasseitig mil einem Kraftwerkskühlturm oder einem Kraftwerkskondensator verbunden sein, was im Schema nicht besonders dargestellt wurde. Bei einer erfindungsgemäßen Kohle-The dedusting device is designed as a wet dedusting device 5 that works with washing water and has at least one differential pressure washing device. Fs can ndeln thereby to venturi scrubbers, annular gap scrubber or the like '■ ^. In any case, the Differcrizdruckwaschvorrichlünq is operated in such a way that the flue gas is saturated as much as possible with the steam from the washing water. The washing water from the wet dedusting device 5 is connected on the water side via a heat exchanger 9 to a district heating network 10. The condensation turbine 7 can be connected on the exhaust gas side to a power plant cooling tower or a power plant condenser, which is not specifically shown in the diagram. In a coal according to the invention

j5 kraftwerksanlage stellen sich im allgemeinen die Druck- und Temperalurverhältnisse ein, die im Schema angegeben wurden.j5 power plant, the pressure and temperature ratios given in the scheme.

Der Ausdruck Wasser umfaßt im Rahmen der Erfindung auch wäßrige Waschflüssigkeiten, den;n für spezielle Waschaufgaben übliche flüssige oder feinkörnige feste Substanzen beigegeben sind.In the context of the invention, the term water also includes aqueous washing liquids, the; n for liquid or fine-grained solid substances are added to special washing tasks.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Kombinierte Gas- und Dampfturbinenanlage zur Verbrennung von Kohle in einer Wirbelschicht-Druckbrennkammer mit Dampferzeuger, wobei der Wirbelschicht-Druckbrcnnkammer rauchgasseitig eine Entstaubungseinrichtung und eine Gasturbine nachgeschaltet sind und die Turbinen zum Antrieb von elektrischen Generatoren vorgesehen sind, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:1. Combined gas and steam turbine system for the combustion of coal in a fluidized bed pressure combustion chamber with steam generator, with the fluidized bed pressure combustion chamber on the flue gas side a dedusting device and a gas turbine are connected downstream and the turbines for driving of electrical generators are provided, characterized by the combination following features: a) die Entstaubungseinrichtung ist zur Sättigung des Rauchgases mit Wasserdampf als mit r. Waschwasser arbeitende Naßentstaubungseinrichtung (5) mit zumindest einer Differenzdruckwaschvorrichtung ausgebildet unda) the dedusting device is to saturate the flue gas with water vapor than with r. Wet dedusting device (5) operating washing water with at least one differential pressure washing device trained and b) die Gasturbine (7) ist als Kondensationsturbine ausgelegt und dadurch zugleich als Feinentstauber eingesetzt.b) the gas turbine (7) is designed as a condensation turbine and thus at the same time as a fine dust extractor used. 2. Gas- und Dampfturbinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Naßentstaubungseinrichtung (5) wasserseitig über einen Wärmetauscher (9) an ein Fernwärmenetz (10) angeschlossen ist.2. Gas and steam turbine plant according to claim 1, characterized in that the wet dedusting device (5) is connected on the water side via a heat exchanger (9) to a district heating network (10). 3. Gas- und Dampfturbinenanlage nach einem der Ansprüche I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasturbine (7) abgasseitig mit einem Kraft- jo werkskühlturm und/oder einem Kraftwerkskondensator verbunden ist.3. Gas and steam turbine plant according to one of claims I or 2, characterized in that the gas turbine (7) on the exhaust side with a power plant cooling tower and / or a power plant condenser connected is. 3535 Die Erfindung betrifft eine kombinierte Gas- und Dampfturbinenanlfige zur Verbrennung von Kohle in einer Wirbelschicht-Druckbrennkammer mit Dampferzeuger, wobei der Wirbelschicht-Druckbrennkammer rauchgasseitig eine Entstaubungseinrichtung und eine Gasturbine nachgeschaltet sind und Turbinen zum Antrieb von elektrischen Generatoren vorgesehen sind. — Wirbelschicht-Druckbrennkammer bezeichnet eine Wirbelschichlbrennkammer, die mit erhöhten Drücken von z.B. 4 bis 10bar oder mehr betrieben wird. Die Gasturbine des Energierückgewinnungsaggregates kann auf einen Verdichter für die Verbrennungsluft der Wirbelschicht- Druckbrennkammer und/oder auf einen mit einem elektrischen Stromnetz integrierten Generator arbeiten. Es versteht sich von selbst, daß eine Kohlekraftwerksaniage des beschriebenen Aufbaus mehrere Wirbelschicht-Druckbrennkammern, Kraftwerkskcssel und Dampfturbinen bzw. Generatoren aufweisen kann. Lediglich aus terminologischen Gründen wird im folgenden stets im Singular formuliert.The invention relates to a combined gas and steam turbine system for burning coal in a fluidized bed pressure combustion chamber with steam generator, the fluidized bed pressure combustion chamber On the flue gas side a dedusting device and a gas turbine are connected downstream and turbines for Drive of electric generators are provided. - Fluidized bed pressure combustion chamber refers to a Vortex combustion chamber, which is operated with increased pressures of e.g. 4 to 10 bar or more. the The gas turbine of the energy recovery unit can be connected to a compressor for the combustion air Fluidized bed pressure combustion chamber and / or on a generator integrated with an electrical power network work. It goes without saying that a coal-fired power plant of the structure described several fluidized bed pressure combustion chambers, power plant capsules and steam turbines or generators may have. Merely for terminological reasons, the following is always formulated in the singular. Bei einer bekannten gattungsgemäßen Anlage ist die Entstaubungseinrichtung ein Elektrofilter (DE-Z : VGB Kraftwerkstechnik 59, H. 8, Aug. 1979, S. 634/640). Der erreichte Entsiaubungsgrad ist nur bei großem Aufwand und nur für verhältnismäßig grobe Stäube befriedigend. Sehr feine und insbesondere aerosolfeine Stäube passieren. Sie passieren auch die Gasturbine und gehen über den Kamin ins Freie, was in starkem Maße umweltbelastend sein kann. Die Gasturbine arbeitet nach der üblichen Gasturbinenthermodynamik. Die Rauchgase verlassen die Gasturbine bei Temperaturen von über 100°C. Zwar führen die Rauchgase, die aus der Wirbelschicht-Druckbrennkammer bzw. dem nachgeschalteten Kraftwcrkskessel abgezogen werden, ein wenig Wasserdampf mit, die Wasserdampfbelastung ist jedoch weit von der Sättigung entfernt In der Gasturbine liegen die thermodynamischen Verhältnisse so, daß keine Kondensation eintritt. — Mit der angegebenen Temperatur von über 1000C treten die Rauchgase auch in den Kamin ein. Die hohe Rauchgastemperatur von über 100° C isv in starkem Maße störend. Einerseits geht die in dieser fühlbaren Wärme gespeicherte Energie verloren, andererseits bedingt diese Energie bei großen Kraftwerken eine sehr erhebliche thermische Umweltbelastung und eine Strörung des Kleinklimas in der Umgebung des Kraftwerkes.In a known generic system, the dedusting device is an electrostatic precipitator (DE-Z: VGB Kraftwerkstechnik 59, H. 8, Aug. 1979, p. 634/640). The degree of defoaming achieved is only satisfactory with great effort and only for relatively coarse dusts. Very fine and especially aerosol-fine dusts pass. They also pass the gas turbine and go outside via the chimney, which can be extremely polluting. The gas turbine works according to the usual gas turbine thermodynamics. The flue gases leave the gas turbine at temperatures of over 100 ° C. Although the flue gases drawn off from the fluidized bed pressure combustion chamber or the downstream power plant boiler carry a little water vapor with them, the water vapor load is far from saturation.In the gas turbine, the thermodynamic conditions are such that no condensation occurs. - At the specified temperature of over 100 ° C., the flue gases also enter the chimney. The high flue gas temperature of over 100 ° C is extremely disruptive. On the one hand, the energy stored in this sensible heat is lost; on the other hand, this energy causes a very significant thermal environmental load in large power plants and a disruption of the microclimate in the vicinity of the power plant. Im einzelnen ist zum Thema Wirbelschicht-Druckbrennkammer folgendes vorzutragen: Tatsächlich handelt es sich bei der sogenannten Wirbelschichtverbrennung, die mit einem fluidisieren Bett der zu verbrennenden Kohle arbeitet, um eine für den Kraftwerksbetrieb verhältnismäßig neue Verbrennungstechnik. Man erzielt sowohl an in die Wirbelschicht eintauchenden Heizrohren als auch an den Wänden der Brennkammer hohe Wärmeübergangszahlen. Früher wurde die Wirbelschichttechnologie nur in der mechanischen und chemischen Verfahrenstechnik bei Schwel-, Trocknung- und Röstpro^essen sowie bei der Abfallverbrennung eingesetzt. Die hohen Wärmeübergangszahlen an den Heizflächen führen im Kohlekraftwerksbetrieb zu einer Verringerung des Heizflächenbedar/s und damit zu einem wesentlichen kleineren Bauvolumen. Die Verbrennungstemperaturen liegen zwischen 800 und 9500C. Ohne weiteres kann in der Wirbelschicht-Druckbrennkammer auch eine Entschwefelung der Rauchgase durchgeführt werden, die geschieht durch den ohnehin vorhandenen Kalziumgehalt der zu verbrennenden Kohle oder durch Zugabe von Kalkstein. Die Emission von Stickoxiden ist geringer als bei herkömmlichen Kesselfeuerungen. Es lassen sich mit Wirbelschicht-Drtckbrennkammern Wirkungsgrade erzielen, die denen der klassischen Kohlekraftwerke ohne die für den Umweltschutz notwendigen Maßnahmen entsprechen. Andererseits stehen die eingangs angedeuteten Schwierigkeiten entgegen.The following is to be said in detail on the subject of fluidized bed pressure combustion chambers: In fact, the so-called fluidized bed combustion, which works with a fluidized bed of the coal to be burned, is a relatively new combustion technology for power plant operation. High heat transfer coefficients are achieved both on heating pipes immersed in the fluidized bed and on the walls of the combustion chamber. In the past, fluidized bed technology was only used in mechanical and chemical process engineering for smoldering, drying and roasting processes, as well as for waste incineration. The high heat transfer coefficients on the heating surfaces lead to a reduction in the heating surface requirement in coal-fired power plant operation and thus to a significantly smaller construction volume. The combustion temperatures are between 800 and 950 0 C. Desulphurisation of the flue gases can easily be carried out in the fluidized bed pressure combustion chamber, which is done using the calcium content of the coal to be burned or by adding limestone. The emission of nitrogen oxides is lower than with conventional boiler systems. With fluidized bed pressure combustion chambers, efficiencies can be achieved which correspond to those of classic coal-fired power plants without the measures necessary for environmental protection. On the other hand, there are the difficulties mentioned at the beginning. Bei einer anderen, etwas anders aufgebauten Anlage (US-PS 38 71 172) werden die Rauchgase aus der Wirbelschicht-Druckbrennkammer in einem Venturiwäscher von Stäuben und Schadstoffen befreit.In another, somewhat differently constructed system (US-PS 38 71 172), the flue gases from the Dust and pollutants are removed from the fluidized bed pressure combustion chamber in a venturi scrubber. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Anlage so weiter auszubilden, daß das Rauchgas mit hohem Reinheitsgrad auch bezüglich feiner und feinster Stäube praktisch kalt anfällt.The invention is based on the object of developing a generic system so that the Flue gas with a high degree of purity, even with regard to fine and extremely fine dust, is practically cold. Diese Aufgabe wird mit einer Anlage der eingangs beschriebenen Gattung gelöst, die gekennzeichnet ist durch die Kombination folgender Merkmale:This object is achieved with a system of the type described at the outset, which is identified by combining the following features:
DE19803001474 1980-01-17 1980-01-17 Combined gas and steam turbine system for the combustion of coal in a fluidized bed pressure combustion chamber Expired DE3001474C2 (en)

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