DE3416182A1 - Energieerzeugungsanlage - Google Patents

Energieerzeugungsanlage

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DE3416182A1 DE19843416182 DE3416182A DE3416182A1 DE 3416182 A1 DE3416182 A1 DE 3416182A1 DE 19843416182 DE19843416182 DE 19843416182 DE 3416182 A DE3416182 A DE 3416182A DE 3416182 A1 DE3416182 A1 DE 3416182A1
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Description

  • Energieerzeugungsaniage
  • Die Erfindung betrifft eine Energieerzeugungsanlage mit einem Wirbelschicht- oder Flugstrom-Druckreaktor, in dem Kohle vergast wird, mit einem diesem nachgeschalteten gasbeheizten Dampferzeuger, dessen Dampf einen Dampf-Turbo-Generator-Satz und dessen aufgeladene Rauchgase einen Gas-Turbo-Generator-Satz antreiben, und mit einer zwischen dem Wirbelschicht-bzw. Flugstrom-Druckreaktor und dem Dampferzeuger eingeschalteten Einrichtung zum Reinigen des aus dem Wirbelschicht- bzw. Flugstrom-Druckreaktor austretenden Gases.
  • Nachfolgend werden aus Gründen der Vereinfachung diese beiden Typen von Gaserzeugern jeweils nur pauschal als Druckreaktor bezeichnet.
  • Innerhalb des Druckreaktors wird Feinkohle unter hohem Druck vergast. Die in dem Gas enthaltene Energie wird im Rahmen eines Gas-Dampfturbinen-Prozesses in mechanische und anschließend in elektrische Energie umgewandelt. Die für die Umwandlung in mechanische Energie notwendigen wichtigsten Aggregate sind der Dampferzeuger mit seiner Brennkammer, die Dampfturbine und die Gasturbine.
  • Die beiden Turbinen treiben jeweils einen Generator an.
  • Das aus dem Druckreaktor austretende Gas muß gereinigt, d.h. insbesondere von Staub und Teer befreit werden. Die hierzu dienende Einrichtung ist im allgemeinen eine Naßreinigung. Die Anwendung der Naßreinigung verursacht eine Herabsetzung der Gastemperatur und damit einen nachteiligen Energieverlust. Durch diesen wird der Gesamtwirkungsgrad der Energieerzeugungsanlage herabgesetzt.
  • Hiervon ausgehend war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Energieerzeugungsanlage der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine höhere Energieausnutzung und damit eine Verbesserung des Gesamwirkungsgrades erreichbar sind.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die zum Reinigen des Gases dienende Einrichtung ein Zyklon ist und daß der im Zyklon anfallende Trockenstaub direkt oder nach Vermischung mit weiterer Feinkohle in den Wirbelschicht- bzw. Flugstrom-Druckreaktor zurückgeführt wird.
  • Die Anwendung eines Zyklons ermöglicht eine Trockenreinigung des aus dem Druckreaktor austretenden Gases, die einen wesentlich geringeren Temperaturverlust verursacht. Das dem Dampferzeuger zugeführte und zur Beheizung desselben dienende Gas hat jetzt eine wesentlich höhere Temperatur. Hierdurch ergibt sich ein besserer Gesamtwirkungsgrad der Energieerzeugungsanlage.
  • Besonders vorteilhaft ist es erfindungsgemäß, wenn mehrere Zyklone parallel geschaltet sind und wenn die Zyklone einzeln in Abhängigkeit von der jeweiligen Anlagenbelastung zu- oder abschaltbar sind. Ein Zyklon kann im allgemeinen nur in einem verhältnismaßig engen Lastbereich mit optimalen Reinigungsgrad betrieben werden. Die Anwendung einer aus mehreren Zyklonen bestehenden Zyklonbatterie gewährleistet eine gute Anpaßbarkeit an die aufgrund des häufig wechselnden Energiebedarfes schwankende Anlagenbelastung, ohne daß die Zwischenschaltung irgendwelcher Pufferkapazitäten erforderlich ist.
  • Da sich das Zu- oder Abschalten der Zyklone in verhältnismäßig kurzer Zeit bewirken läßt, ist die Anpassung der Anlagen leistung ebenfalls relativ kurzfristig möglich, was von besonderem Vorteil ist.
  • Im allgemeinen wird es notwendig sein, das aus dem Druckreaktor austretende Gas zu entschwefeln. Eine Entschwefelung des Gases kann erfindungsgemäß durch Beigabe von Zuschlagstoffen, die zusätzlich katalytisch wirken, in den Druckreaktor erfolgen. Derartige Zuschlagstoffe können Kalk sowie Alkali- und Erdalkalisalze oder lKisenvcrlJin(lllns sein. Durch die Anwendung einer Naßentschwefelung würde man demgegenüber die Gastemperatur herabsetzen, was einen unerwünschten Energieverlust bedingt.
  • Eine derartige Energieerzeugungsanlage kann als Hilfsaggregat eine Entspannungsturbine aufweisen, mit der mehrere Funktionen erfüllt werden können.
  • Die Entspannungsturbine dient zunächst als Kopplungsglied zwischen der Vergasungsanlage und dem zur Stromerzeugung dienenden Anlagenteil. Ferner kann die Entspannungsturbine einen mit ihrer Welle gekuppelten Kompressor antreiben, mit dem Luft oder Sauerstoff verdichtet wird, der zum Betrieb des Druckreaktors benötigt wird.
  • Da der Gasdruck, der im Rahmen der für eine Gasturbine zweckmäßigen Druckverhältnisse zur Beaufschlagupg derselben benötigt wird, im allgemeinen niedriger ist als der Vergasungsdruck, ist eine Teilentspannung des Brenngases erforderlich. Durch die Einschaltung der Gasturbine läßt sich eine entsprechende Verringerung des Gasdrucks erreichen und die Entspannungsarbeit für die Kompression der Vergasungsluft nutzen. Würde man hierzu eine Drossel verwenden, so könnte die in dieser entzogene Energie nicht weiter genutzt werden.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß insbesondere zur Beeinflussung von Temperatur, NO #-Bildung und/oder zur Massenstromregulierung auf die Eingangsseite des Dampferzeugers und/oder der Gasturbine Stickstoff gegeben wird und daß dieser Stickstoff einem Luft in Sauerstoff und Stickstoff zerlegenden, an sich bekannten Anlagenteil entnommen wird. Auf diese Weise läßt sich innerhalb des Dampferzeugers die NO Bildung vermindern. Ferner können je nach Bedarf das aus dem Dampferzeuger austretende Rauchgas gekühlt und/oder der Massenstrom an dieser Stelle geregelt werden.
  • Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand einer Zeichnung näher beschrieben, die in schematischer Darstellung das Schaltschema einer derartigen Energieversorgungsanlage zeigt.
  • Einem Druckreaktor 10 ist ein Kohlemischer 12 vorgeschaltet, dem über eine Zuführung 13 gemahlene Feinkohle zugeführt wird. Ferner können in den Kohlemischer 12 über eine Fördereinrichtung 15 je nach Bedarf Zuschläge gegeben werden, die zur katalytischen Beschleunigung der Vergasungsreaktion und zur Bindung von Schwefel dienen.
  • Der Druckreaktor 10 ist als Wirbelschicht-Gaserzeuger mit flüssigem Schlackeabzug ausgebildet.
  • In einem zur Zerlegung von Luft dienenden Anlagenteil 16 (Luftzerlegungsanlage) wird Sauerstoff gewonnen, der in einem Vergasungsmittelmischer 17 mit der erforderlichen Menge an Vergasungsdampf vermischt und dann über eine Leitung 18 in den Druckreaktor 10 gegeben wird. Die in diesem anfallende Schlacke wird nach dem Quenchen als Schlackegranulat über ein Förderband 19 abgeführt, während das Quenchwasser über eine Leitung 20 abgeführt wird.
  • Dem Druckreaktor 10 ist eine Zyklonbatterie nachgeschaltet, die aus drei parallel geschalteten Zyklonen 21 besteht. Jeder Zyklon 21 ist in Abhängigkeit von dem jeweiligen Belastungszustand der Energieerzeugungsanlage einzeln zu- oder abschaltbar, so daß ein Betrieb der Zyklone 21 jeweils bei zumindest angenähert optimalem Reinigungsgrad möglich ist. Der in den Zyklonen 21 anfallende Trockenstaub wird über eine Leitung 22 zu dem Kohlemischer 12 zurückgeführt und dort mit Feinkohle vermengt.
  • Alternativ hierzu kann der Trockenstaub vom Ausgang der Zyklonbatterie aus auch unmittelbar in den Druckreaktor 10 zurückgeführt werden, was durch einen Pfeil 23 angedeutet ist.
  • Das in den Zyklonen 21 gereinigte Gas kann gegebenenfalls nach Einschaltung einer hier nicht dargestellten Feinreinigung über eine Leitung 25 auf die Eingangsseite einer Entspannungsturbine 26 gelangen, die einen Kompressor 27 antreibt und als Kopplungsglied zwischen dem zur Gaserzeugung dienenden Anlagenteil und dem nachgeschalteten, im einzelnen noch zu beschreibenden Anlagenteil dient.
  • Mit Hilfe des Kompressors 27 wird Luft als Vergasungsluft für die Luftzerlegung im Anlagenteil 16 komprimiert.
  • Dem Dampferzeuger 28 wird über eine Leitung 29 Wasser zugeführt. Der in dem Dampferzeuger 28 erzeugte Dampf wird über eine Leitung 30 auf die Eingangsseite einer mit einem Generator 31 gekuppelten Dampfturbine 32 gegeben. Ferner kann Dampf über eine weitere Leitung 33 entnommen und dem Mischer 27 zugeführt werden. Der in der Dampfturbine 32 entspannte Dampf kondensiert in einem Kondensator 33. Das Kondensat wird über eine Leitung 38 zum Dampferzeuger 28 zurückgeführt.
  • Die aus dem Dampferzeuger 28 austretenden Rauchgase treiben eine Gasturbine 34 an, die mit einem weiteren Kompressor 35 und einem Generator 36 gekuppelt ist.
  • Das gereinigte Gas hat sich in der Entspannungsturbine 26 in einem solchen Ausmaß entspannt, daß der eingangsseitig an der Gasturbine 34 anstehende Gasdruck in möglichst günstiger Weise an die für die Gasturbine 34 gegebenen Druckverhältnisse angepaßt ist.
  • Zur Mengen- und Temperaturregulierung werden komprimierte Luft sowie im Anlagenteil 16 anfallender Stickstoff vor der Gasturbine 34 den Rauchgasen beigegeben. Das aus der Gasturbine 34 austretende und entspannte Rauchgas durchsetzt einen Abhitzekessel 37, in dem es das dem Dampferzeuger 28 zugeleitete Wasser vorwärmt.
  • Uber eine vom Anlagenteil 16 abgehende Leitung 39 kann Stickstoff zur Eingangsseite des Dampferzeugers 28 und zur Ausgangsseite desselben bzw. zur Eingangsseite der Gasturbine 34 geleitet werden, um die zuvor bereits erwähnte Kühlung und/oder Massenstromregulierung zu bewirken.
  • Das im Wirbelschicht-Druckreaktor 10 erzeugte Gas kann beispielsweise bis zu etwa 30 Anteilen aus H2 und etwa 60 Anteilen CO bestehen und mit einer Temperatur von mehr als 10000 C in die Zyklone 21 gelangen. Der in diesen erzielbare Reinigungsgrad beträgt etwa 90 bis 95 %. Gegebenenfalls muß das entstaubte Gas auf etwa Demgegenüber würde die Gastemperatur bei der Verwendung einer Naßwaschstufe bis auf unter 2000 C sinken.
  • Die Temperatur des aus dem Dampferzeuger 28 austretenden Rauchgases kann beispielsweise bei 15000 C liegen. Durch die Zuführung von Stickstoff und Luft wird eine Abkühlung auf unter 11000 C erfolgen, bevor das Rauchgas in die Gasturbine 34 gelangt.
  • Die trockene Entstaubung des aus dem Druckreaktor 10 austretenden Gases bewirkt jedoch nicht nur eine Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades aufgrund der wesentlich höheren Temperatur des Gases bei seinem Eintritt in den Brenner des Dampferzeugers. Bei entsprechender Zu- und Abschaltung der Zyklone 21 ist trotz der ungepufferten Verbindung von Gaserzeugung und Stromerzeugung eine weitgehende Anpaßbarkeit an unterschiedliche Lastzustände gewährleistet, und zwar auch kurzfristig in nur wenigen Minuten.
  • B e z u g s z i f f e r n l i s t e : 10 Druckreaktor 12 Kohlemischer 13 Zuführung 15 Fördereinrichtung 16 Luftzerlegungsanlage 17 Vergasungsmittelmischer 18 Leitung 19 Förderband 20 Leitung 21 Zyklon 22 Leitung 23 Pfeil 25 Leitung 26 Entspannungsturbine 27 Kompressor 28 Dampferzeuger 29 Leitung 30 Leitung 31 Generator 32 Dampfturbine 33 Kondensator 34 Gasturbine 35 Kompressor 36 Generator 37 Abhitzekessel 38 Leitung 39 Leitung - Leerseite -

Claims (4)

  1. Ansprüche: Energieerzeugungsanlage, mit einem Wirbelschicht-oder Flugstrom-Druckreaktor, in dem Kohle vergast wird, mit einem diesem nachgeschalteten gasbeheizten Dampferzeuger, dessen Dampf einen Dampf-Turbo-Generator-Satz und dessen aufgeladene Rauchgase einen Gas-Turbo-Generator-Satz antreiben, und mit einer zwischen dem Wirbelschicht- bzw. Flugstrom-Druckreaktor und dem Dampferzeuger eingeschalteten Einrichtung zum Reinigen des aus dem Wirbelschicht- bzw. Flugstrom-Druckreaktor austretenden Gases, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung ein Zyklon (21) ist und daß der im Zyklon (21) anfallende Trockenstaub direkt oder nach Vermischung mit weiterer Feinkohle in den Wirbelschicht- bzw.
    Flugstrom-Druckreaktor zurückgeführt wird.
  2. 2. Energieerzeugungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Zyklone (21) parallel geschaltet sind und daß die Zyklone (21) einzeln in Abhängigkeit von der jeweiligen Anlagenbelastung zu- oder abschaltbar sind.
  3. 3. Energieerzeugungsanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Entschwefelung des Gases durch Beigabe von Zuschlagstoffen in den Wirbelschicht- bzw. Flugstrom-Druckreaktor (10) erfolgt.
  4. 4. Energieerzeugungsanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere zur Beeinflussung von Temperatur, NOx-Bildung und/ oder Massenstromregulierung auf die Eingangsseite des Dampferzeugers (28) und/oder der Gasturbine (34) Stickstoff gegeben wird und daß dieser Stickstoff einem Luft in Sauerstoff und Stickstoff zerlegenden, an sich bekannten Anlagenteil (16) entnommen wird.
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Non-Patent Citations (3)

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Title
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