DE3433313A1

DE3433313A1 - Integrierte kohlentrocknungseinrichtung fuer dampfkessel oder wirbelschichtfeuerungen

Info

Publication number: DE3433313A1
Application number: DE19843433313
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dr. 6800 Mannheim Wieser
Original assignee: WIESER DR RUDOLF
Current assignee: WIESER DR RUDOLF
Priority date: 1984-09-11
Filing date: 1984-09-11
Publication date: 1986-03-20

Description

Integrierte Kohletrocknungseinrichtung fAr
Dampfkessel oder Wirbel schichtfeuerungen Die Erfindung zielt auf die Wirkungsgradsteigerungen jener kalorischen Kraftwerksblöcke ab, die mit Kohlesorten beheizt werden, die einen hohen Feuchtigkeitsgehalt aufweisen (z.B. wasserreiche Braunkohle aus den linksrheinischen Braunkohlerevieren).
Bekanntlich arbeiten die Feuerungen der mit solch wasserreicher Braunkohle befeuerten Wasserrohrkessel mit "Rauchgasrücksaugung der Kohlenmühlen", bei welcher durch die Ventilatorwirkung der Mühlen Flammengase aus der Kesselbrennkammer in die Mühlen rückgesaugt und dort zur Trocknung des erzeugten Kohlenstaubes verwendet werden.
Nachteilig ist bei diesem Verfahren, daß die für die Verdamfung der Kohlefeuchtigkeit erforderliche Wärme direkt der Flamme (bzw. dem Brennstoff) entnommen wird, so daß es sich dabei um einen ausgesprochenen Verlust handelt.
Weiters sind - besonders in der Braunkohlebriketterzeugung -Trocknungsverfahren für wasserreiche Kohlen bekannt, bei denen die Kohlefeuchtigkeit mittels Heizdampf verdampft wird, wobei der Heizdampf vorher auch eine teilweise Entspannung in einer Dampfturbine vollzogen haben kann.
Nachteil bei diesen Verfahren ist es, daß dabei die aus der Kohlenfeuchtigkeit entstehenden Brüdendämpfe und die beim Trocknungsprozeß aus der Kohle austretenden Schwelgase meist ins Freie gelangen, wodurch eine starke Belastung der Umwelt entsteht.
Zur Vermeidung dieser Nachteile - und vor allem um den Wirkungsgrad kalorischer Kraftwerksblöcke durch einen kombinierten Kraft-Trocknungsprozeß zu steigern - wird eine integrierte Kohletrocknungseinrichtung für Dampfkessel oder Wirbelschichtfeuerungen vorgeschlagen, die aus einem oder mehreren Kohlebrechern und einer oder mehreren durch Turbinenanzapfdampf oder Turbinenabdampf beheizten Trocknungskammern besteht und die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Trocknungskammer(n) auf dem Weg der Kohle vom Kohletrichter bzw. von den Kohletrichtern in die Feuerung zwischen dem(n) dem(n) Kohletrichter(n) nachgeschalteten Kohlebrecher(n) einerseits und den Kohlemühlen bzw. dem Rost des Dampfkessels oder seiner Wirbelschichtfeuerung bzw. seinen Wirbelschichtfeuerungen andererseits angeordnet ist bzw. sind.
Eine solche kombinierte Kohletrocknungseinrichtung hat drei wesentliche Vorteile: Erstens erzeugt der zum Trocknen verwendete Dampf vor seinem Eintritt in die Trockenkammern in der Dampfturbine in einem zVorschaltprozeß" elektrische Energie mit hohem Wirkungsgrad.
Dadurch schlägt die für die Verdampfung der Kohlefeuchtigkeit erforderliche Wärme nicht mehr voll als "Verlust* zu Buche.
Zweitens durchströmen die beim Trocknungsprozeß aus der Kohle entweichenden Brüdendämpfe und Schwelgase den Feuerraum des Dampfkessels bzw. die Wirbelschichtfeuerung. Dadurch werden erstere hochüberhitzt und sterilisiert und letztere verbrannt, und gelangen schließlich als Bestandteile des Kessel abgases in die Atmosphäre ohne die Umgebung zu belasten.
Und drittens sind die T'rocknungskammern und Kohlemühlen während des Betriebes mit inertem Rauchgas gefüllt, wodurch die Brandgefahr für die vorgebrochene Kohle und die Explosionsgefahr für den Kohlenstaub beseitigt sind.
Um den Raumbedarf der integrierten Kohletrocknungseinrichtung möglichst klein zu halten, sind in jeder Trocknungskammer eine größere Zahl von horizontalen Trocknungsböden übereinander angeordnet, die während des Betriebes von Turbinenanzapfdampf beheizt sind und die aus Rohren - vorzugsweise aus Vierkantrohren - bestehen. Über jedem Trocknungsboden befindet sich eine Vorschubeinrichtung für die vorgebrochene Kohle, die auch eine permanente Durchmischung des Kohlekorns bewirkt.
Die Trocknungsböden sind dampfseitig in zwei oder mehrere Gruppen unterteilt, die während des Betriebes von Turbinenanzapfdampfströmen mit unterschiedlichen Drücken beheizt sind. Das Kohlekorn wird dabei während des Trocknungsprozesses zuerst in eine Trocknungsboden-Gruppe mit niederem Heizdampfdruck und dann in eine Trocknungsboden-Gruppe mit höherem Heizdampfdruck eingebracht.
Dadurch ist es möglich, den "Vorschaltprozeß" zur Elektrizitätsgewinnung in der Dampfturbine optimal zu gestalten.
Zur Verbesserung des Kohletrocknungsprozesses kann jedem Kohletrichter kohleseitig eine durch Turbinenanzapfdampf beheizte Vortrockenkammer vorgeschaltet sein. Dabei ist jeder Vortrokkenkammer kohleseitig ein Kohlevorbrecher vorgeschaltet.
Auch können die Wände der Kohletrichter doppelwandig ausgebildet und durch Anzapfdampf aus der Dampfturbine beheizt sein.
Oder aber können innerhalb der Kohletrichter anzapfdampfbeheizte Wärmetauscher angeordnet sein.
Handelt es sich um einen Wasserrohrkessel mit mehreren Kohlemühlen, so wird während des Betriebes von einem oder mehreren Rückführgebläsen Rauchgas als inertes Trägermedium des Kohlenstaubes in die Verbindungskanäle zwischen Trockenkammern und Kohlenmühlen und/oder in die Trockenkammern eingeschleust. Dieses Rauchgas wird dabei zweckmäßig vor oder hinter dem Luftvorwärmer bzw. vor oder hinter den Luftvorwärmern des Dampfkessels abgesaugt.
Bei sehr feuchter Kohle kann jeder Kohlenmühle transportgasseitig wenigstens ein anzapfdampfbeheizter Kohlenstaubtrockner nachgeschaltet sein. Diese Kohlenstaubtrockner sind zweckmäßig zwischen Mühlenschlagrad und Mthlensichter angeordnet und während des Betriebes von Turbinenanzapfdampf mit dem höchsten Druck beheizt. Auch können die Kohlenstaubtrockner in vorteilhafter Weise aus Doppelrohren bestehen, deren Zwischenräume während des Betriebes von Anzapfdampf gefüllt sind. Dies gibt eine selbsttragende und verschleißarme Konstruktion.
Wie bereits erwähnt, ist es bei der vorgeschlagenen Anlage von besonderem Vorteil, daß die aus der Kohlefeuchtigkeit entstehenden Brüdendämpfe und die beim Trocknungsprozeß aus der Kohle austretenden Schwelgase aus den Trockenkammern in die Feuerung gelangen. Die in den Vortrockenkammern entstehenden Brüdendämpfe und Schwelgase werden über ein oder mehrere Brüdengebläse in die Feuerung gedrückt.
Bei einer Ausführungsvariante der integrierten Kohlentrocknungsanlage kann die Beheizung der Trocknungskammern und gegebenenfalls der Vortrocknungskammern und/oder der Kohletrichter sowie des Kohlestaubtrockner auch durch Thermoöl erfolgen, das in gesonderten Wärmetauschern durch Anzapfdampf der Dampfturbine erwärmt wird. Diese Lösung hat den Vorteil, daß die Trocknungsböden der Trocknungskammern (fast) drucklos sind. Nachteilig bei dieser Lösung ist es, daß höhere Temperaturgefälle notwendig sind.
Die vorbeschriebene integrierte Kohletrockungseinrichtung kann auch an rostgefeuerten Dampfkesseln eingesetzt werden. Dabei ist als Rost eine Konstruktion zu wählen, die für die Verbrennung vorgebrochener Kohle geeignet ist (z.B. Stufen-Vorschubrost).
In den Zeichnungen sind zwei beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsvorschlages dargestellt.
Es zeigt: Figur 1 in einem vertikalen Längsschnitt eine integrierte Kohletrocknungseinrichtung an einem kohlenstaubbefeuerten Wasserrohrkessel.
Figur 2 in einem vertikalen Längsschnitt eine integrierte Kohletrocknungseinrichtung an einem Wirbelschichtofen mit Tauchheizflächen und Nachschaltblock mit Dampferzeugerheizflächen.
Bei der in Figur 1 dargestellten integrierten Kohletrocknungseinrichtung besteht der Wasserrohrkessel 1 aus der Brennkammer la mit Kohlenstaubbrennern lb, dem Übehritzer lc, der Kesseltrommel 1d und dem Speisewasservorwärmer le. Dem Wasserrohrkessel 1 sind ein Verbrennungsluftvorwärmer 2 (Drehluvo) und ein Verbrennungsluftgebläse 3 zugeordnet.
Vom Überhitzer lc des Wasserrohrkessels 1 führt die Frischdampfleitung 4 zur Dampf turbine 5, die den elektrischen Generator 6 antreibt und deren Abdampf im Kondensator 7 niedergeschlagen wird. Die Dampfturbine 5 besitzt die Anzapfleitungen 8a, 8b und 8c, über welche drei Anzapfdampfströme unterschiedlichen Druckes zu den Trocknungseinrichtungen der Kohle geleitet werden.
Unter der Austrittsöffnung des Kohletrichters 9 ist ein Kohlebrecher 10 angeordnet, über welchen die Kohle in die Trockenkammer 11 gelangt. Letztere besteht aus einer größeren Zahl anzapfdampfbeheizter und Ubereinander angeordneter Trocknungsböden 12a, 12b, 12c, über denen je eine Vorschubeinrichtung 13 für die vorgebrochene Kohle angeordnet ist. Die aus Vierkantrohren bestehenden Trocknungsböden 12a, 12b, 12c ... und die Vorschubeinrichtungen 13 werden von dem Gehäuse lla der Trocknungskammer 11 umschlossen. (Die Zahl der tatsächlich übereinander angeordneten Trocknungsböden 12a, 12b, 12c ... ist wesentlich größer als die in Figur 1 gezeichneten).
Die oberen Trocknungsböden sind heizdampfseitig zu einer Gruppe zusammengefaßt, die vom Anzapfdampf niederen Druckes aus der Anzapfdampfleitung 8a beheizt sind. Hingegen sind die unteren Trocknungsböden heizdampfseitig zu einer anderen Gruppe zusammengefaßt, die vom Anzapfdampf mittleren Druckes aus der Anzapfdampfleitung 8b beheizt sind. Dabei wird während des Betriebes das Kohlekorn - dessen Korngröße 1 - 3 mm beträgt - aus der oberen Gruppe der Trocknungsböden in die untere Gruppe transportiert.
Die Wände des Kohletrichters 9 sind doppelwandig-ausgebildet und durch Anzapfdampf niedrigen Druckes aus der Anzapfleitung 8a beheizt. Die Abfuhr des Heizkondensats erfolgt über den Kondenstopf 14.
Innerhalb des Kohletrichters 9 können gegebenenfalls auch anzapfdampfbeheizte Wärmetauscher angeordnet sein.
Dem Kohletrichter 9 ist kohleseitig eine Vortrockenkammer 15 vorgeschaltet, deren Trockenböden ebenfalls durch Anzapfdampf niederen Druckes aus der Anzapfleitung 8a beheizt sind.
Die in der Vortrockenkammer 15 entstehenden Brüdendämpfe und Schwelgase werden durch das Brüdengebläse 16 über den Brüdenkanal 16a in die Brennkammer la des Wasserrohrkessels 1 gedrückt.
Der Vortrockenkammer 15 ist kohleseitig ein Kohlevorbrecher 17 vorgeschaltet, der ein Kohlekorn von 5 - 10 mm Durchmesser erzeugt.
Aus der Trocknungskammer 11 gelangt das vorgebrochene Kohlekorn über den Verbindungskanal 18 in die Kohlenmühle 19.
Dieser Kohlenmühle 19 ist ein Kohlenstaubtrockner 20 zugeordnet, der aus Doppelrohren 20a besteht und der zwischen dem Schlagrad 19a der Kohlenmühle 19 und deren Sichter 19b angeordnet ist.
Der Kohlenstaubtrockner 20 ist während des Betriebes durch Anzapfdampf höchsten Druckes aus der Anzapfleitung 8c beheizt.
Und zwar beaufschlagt der Anzapfdampf die Zwischenräume zwischen den Innen- und Außenrohren der Doppelrohre 20a.
Als Trägermedium für den Kohlenstaub wird während des Betriebes Rauchgas von dem Rückführgebläse 21 über das mechanische Rauchgasfilter 21a in den Verbindungskanal 18 zwischen Trockenkammer 11 und Kohlenmühle 19 sowie in die Trockenkammer 11 eingeschleust. Dadurch werden die Brandgefahr durch das Kohlekorn und die Explosionsgefahr durch den Kohlenstaub vermieden. Dieses Rauchgas wird vor dem Verbrennungsluftvorwärmer 2 abgesaugt. (Die Absaugung kann aber auch hinter demselben erfolgen).
Auch die in der Trockenkammer 11 und in der Kohlenmühle 19 entstehenden Brüdendämpfe und Schwelgase gelangen in die Brennkammer la, wodurch eine Belastung der Umwelt durch diese Stoffe vermieden wird.
Die Dampfturbine 5 kann gegebenenfalls auch als Gegendruck-Dampfturbine ausgebildet sein. In diesem Falle wird der Turbinenabdampf für das Trocknen der Kohle benutzt.
Die vorbeschriebene Kohletrocknungsanlage kann - bei sorgfältiger Planung - voraussichtlich auch nachträglich an schon bestehenden Kraftwerksblöcken installiert werden.
Bei der in Figur 2 dargestellten vereinfachten integrierten Kohletrocknungsanlage ist diese dem Wirbelschichtofen 22 zugeordnet.
Innerhalb des Wirbelschichtofens 22 ist eine Tauchheizfläche 23 angeordnet, die von der Kesseltrommel ld' über die Umwälzpumpe 23 mit Kesselwasser versorgt wird.
Dem Wirbelschichtofen 22 ist rauchgasseitig ein Nachschaltblock 25 nachgeschaltet, der einen Überhitzer lc' und einen Speisewasservorwärmer le' enthält. Letzterer wird durch die Speisepumpe 26 mit Speisewasser versorgt.
Unter dem Kohletrichter 9' ist wieder ein Kohlebrecher 10 und unter diesem die Trockenkammer 11 mit übereinander liegenden Trockenböden 12a, 12b, 12c ... und Vorschubeinrichtungen 13 angeordnet.
Auch bei dieser zweiten Ausführung der integrierten Kohletrocknungseinrichtung kann - falls erforderlich - inertes Rauchgas vom Ende des Nachschaltblockes 25 über ein Rückführgebläse in die Trocknungskammer 11 gedrückt werden.
Es ist auch ein Kalkstaubbunker 27 vorgesehen, aus dem - zur Einbindung des in der Kohle enthaltenen Schwefels - über einen Zuteiler 28 Kalkstaub in den Verbindungskanal 18' zwischen Trokkenkammer 11 und Wirbelschichtofen 22 eingeschleust wird.
Die übrigen Komponenten in Figur 2 stimmen mit jenen in Figur 1 dann überein, wenn die Positionsnummern dieselben sind.
Durch die hier vorgeschlagene integrierte Kohletrocknungsanlage kann der spezifische Brennstoffverbrauch eines kalorischen Kraftwerkblockes - je nach Feuchtigkeitsgehalt und Heizwert der Kohle - um 5 bis 10 % gesenkt werden.
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Claims

Patentansprüche 1. Integrierte Kohletrocknungseinrichtung für Dampfkessel oder Wirbelschichtfeuerungen (Wirbelschichtöfen), bestehend aus einem oder mehreren Kohlebrechern und einer oder mehreren durch Turbinenanzapfdampf oder Turbinenabdampf beheizten Trocknungskammern, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknungskammer(n) (11) auf dem Weg der Kohle vom Kohletrichter bzw. von den Kohletrichtern (9) in die Feuerung zwischen dem(n) dem(n) Kohletrichter(n) (9) nachgeschalteten Kohlebrecher(n) (10) einerseits und den Kohlenmühlen (19) bzw.

dem Rost des Dampfkessels (1) oder seiner Wirbelschichtfeuerung (22) bzw. seinen Wirbelschichtfeuerungen andererseits angeordnet ist bzw. sind.
2. Integrierte Kohletrocknungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Trocknungskammer (11) mehrere horizontale oder annähernd horizontale, dampfbeheizte Trocknungsböden (12a, 12b, 12c ...) übereinander angeordnet sind, über denen sich Vorschubeinrichtungen (13) für die vorgebrochene Kohle befinden.
3. Integrierte Kohletrocknungseinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknungsböden (12a, 12b, 12c ...) der Trocknungskammer(n) (11) in an sich bekannter Weise aus Rohren, vorzugsweise aus Vierkantrohren, bestehen.
4. Integrierte Kohletrocknungseinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknungsböden (12a, 12b, 12c ...) dampfseitig in zwei oder mehreren Gruppen unterteilt sind, die während des Betriebes von Turbinenanzapfdampfströmen mit unterschiedlichen Drücken beheizt sind.
5. Integrierte Kohletrocknungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Kohletrichter (9) kohleseitig wenigstens eine durch Turbinenanzapfdampf beheizte Vortrockenkammer (15) vorgeschaltet ist.
6. Integrierte Kohletrocknungseinrichtung nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Vortrockenkammer (15) kohleseitig wenigstens ein Kohlevorbrecher (17) vorgeschaltet ist.
7. Integrierte Kohletrocknungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände der Kohletrichter (9) doppelwandig ausgebildet und durch Anzapfdampf aus der Dampfturbine (5) beheizt sind und/oder daß innerhalb der Kohletrichter (9) anzapfdampfbeheizte Wärmetauscher angeordnet sind.
8. Integrierte Kohletrocknungseinrichtung nach Anspruch 1, für einen Dampfkessel mit mehreren Kohlemühlen, dadurch gekennzeichnet, daß während des Betriebes von einem oder mehreren Rückführgebläsen (21) Rauchgas als Trägermedium des Kohlenstaubes in die Verbindungskanäle (18) zwischen Trockenkammern (11) und Kohlenmühlen (19) und/oder in die Trockenkammern (11) eingeschleust wird.
9. Integrierte Kohletrocknungseinrichtung nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Rauchgas in an sich bekannter Weise vor oder hinter dem Verbrennungsluftvorwärmer (2) bzw.

vor oder hinter den Verbrennungsluftvorwärmern des Dampfkessels (1) abgesaugt wird.
10. Integrierte Kohletrocknungseinrichtung nach Anspruch 1, für einen Dampfkessel mit mehreren Kohlenmühlen, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kohlemühle (19) transportgasseitig wenigstens ein anzapfdampfbeheizter Kohlenstaubtrockner (20) zugeordnet ist.
11. Integrierte Kohletrocknungseinrichtung nach Anspruch 1 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstaubtrockner (20) der Kohlenmühlen (19) je zwischen Mühlenschlagrad (19a) und Mühlensichter (19b) angeordnet sind.
12. Integrierte Kohletrocknungseinrichtung nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstaubtrockner (20) der Kohlenmühlen (19) während des Betriebes von Turbinenanzapfdampf mit dem höchsten Druck beheizt sind.
13. Integrierte Kohletrocknungseinrichtung nach Anspruch 1 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstaubtrockner (20).

der Kohlenmühlen (19) aus Doppelrohren (20a) bestehen, deren Zwischenräume während des Betriebes von Anzapfdampf gefüllt sind.
14. Verfahren zum Betrieb einer Kohletrocknungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Kohlefeuchtigkeit entstehenden Brüdendämpfe und die beim Trocknungsprozeß aus der Kohle austretenden Schwelgase aus der Trockenkammer (11) bzw. aus den Trockenkammern in die Feuerung des Dampfkessels (1) bzw. in die Wirbelschichtfeuerung (22) gelangen.
15. Verfahren zum Betrieb einer Kohletrocknungsanlage nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Vortrockenkammer (15) bzw. in den Vortrockenkammern beim Vortrocknungsprozeß aus der Kohlefeuchtigkeit entstehenden Brüdendämpfe und die beim Vortrocknungsprozeß aus der Kohle austretenden Schwelgase aus der Kammer (15) bzw. den Kammern (15) über ein oder mehrere Brüdengebläse (16) in die Feuerung des Dampfkessels (1) bzw. in die Wirbelschichtfeuerung (22) gedrückt werden.
16. Verfahren zum Betrieb einer Kohletrocknungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beheizung der Trocknungskammer(n) (11) und gegebenenfalls der Vortrockenkammern (15) und/oder der Kohletrichter (9) sowie der Kohlenstaubtrockner (20) durch Thermoöl erfolgt, das in gesonderten Wärmetauschern durch Anzapfdampf aus der Dampfturbine (5) erwärmt wird.