DE3504593A1

DE3504593A1 - Verfahren und vorrichtung zum foerdern von kohle in einem mit kohlevergasung integrierten kraftwerk

Info

Publication number: DE3504593A1
Application number: DE19853504593
Authority: DE
Inventors: Nobuo Nagasaki; Yoshiki Hitachi Ibaraki Noguchi
Original assignee: Hitachi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 1984-02-10
Filing date: 1985-02-11
Publication date: 1985-11-21
Also published as: GB2156843A; GB8503308D0

Description

1. Hitachi, Ltd. Tokyo, Japan

2. Hitachi Engineering Co., Ltd., Hitachi-shi,

Ibaraki-ken, Japan

Verfahren und Vorrichtung zum Fördern von Kohle in einem mit Kohlevergasung integrierten Kraftwerk

Die Erfindung bezieht sich auf ein mit Kohlevergasung integriertes Kraftwerk, insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Fördern trockener Kohle in einen Vergaser erhöhten Drucks.

In einem mit Kohlevergasung integrierten Kraftwerk wird vergaster Kohlebrennstoff auf erhöhten Druck gebracht und in einen Gasturbinenbrenner gefördert. Es kann gewählt werden, Kohle im Vergaser zu vergasen, der unter Druck arbeitet, um den Gesamtwärmewirkungsgrad des Kraftwerks zu erhöhen und den Vergaser kompakt zu machen. Im Fall eines solchen Vergasers könntejman Kohle mit Stickstoff erhöhten Drucks in den Vergaser fördern, so daß kein Rückschlag der Kohle oder keine daraus folgende Explosion in der die Kohle in den Vergaser fördernden Leitung auftritt, wenn der Druck in der Förderleitung niedriger als der im Vergaser wird. Im Zusammenhang mit dieser Überlegung gibt es keine direkte Offenbarung, sondern nur den Gedanken, aus einer Luftzersetzungsanlage erhaltenen Stickstoff auf erhöhten Druck zu bringen (US-PS 4 250 704). Jedoch würde dies Probleme, wie z. B. erhöhte Kosten und einen erhöhten Leistungsverbrauch, bei der vorstehend erwähnten Verwendung von Stickstoff zum Fördern der Kohle verursachen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Fördern von Kohle in einem mit Kohlevergasung integrierten Kraftwerk zu entwickeln, die einen Rückschlag der Kohle und die damit verbundene Explosion vermeiden, ohne einen hohen Leistungsverbrauch zum Fördern der Kohle in den Vergaser zu verursachen.

Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist zunächst ein Verfahren zum Fördern von Kohle in einem mit Kohlevergasung integrierten Kraftwerk, das eine Kohlevergasungseinrichtung, die einen Vergaser zum Erzeugen eines brennbaren Gases durch Reaktion der Kohle mit Luft bei einem vorbestimmten Druck und eine Gasreinigungseinrichtung zum Reinigen des brennbaren Gases enthält,und eine Gasturbinenanlage mit einer das gereinigte brennbare Gas von der Kohlevergasungseinrichtung ausnutzenden Gasturbine aufweist, mit dem Kennzeichen, daß ein gegenüber der Kohle inaktives Gas von der Kohlevergasungseinrichtung abgetrennt und sein Druck erhöht wird und daß die Kohle in den Vergaser mittels des inaktiven Gases erhöhten Drucks gefördert wird.

Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 7 gekennzeichnet.

Gegenstand der Erfindung ist außerdem eine Kohlefördervorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Kraftwerk, das eine Kohlevergasungseinrichtung, die einen Vergaser zum Erzeugen eines brennbaren Gases durch Reaktion der Kohle mit Luft bei einem vorbestimmten Druck, eine Gasreinigungseinrichtung zum Reinigen des brennbaren Gases und ein Förderorgan zum Fördern der Kohle in den Vergaser enthält, und eine Gasturbinenanlage mit einer das gereinigte brennbare Gas von der Kohlevergasungseinrichtung

ausnutzenden Gasturbine aufweist, die gekennzeichnet ist durch eine Einrichtung zum Abtrennen eines gegenüber der Kohle inaktiven Gases von der Kohlevergasungseinrichtung, einen Kompressor zur Kompression des inaktiven Gases und eine Einrichtung zum Leiten des komprimierten inaktiven Gases zum Förderorgan.

Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Patentansprüchen 9 bis 11 gekennzeichnet.

Erfindungsgemäß kann nicht nur ein Rückschlag der Kohle und die daraus folgende Explosion in der die Kohle in den Vergaser fördernde¹^ itung völlig vermieden werden, sondern es läßt sich auch der zum Erhalten des inaktiven Gases erforderliche Leistungsverbrauch leicht reduzieren, da in der Kohlevergasungseinrichtung erzeugtes Gas als inaktives Gas verwendet wird.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigen:

Fig. 1 einen Flußplan eines mit Kohlevergasung integrierten Kraftwerks nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2, 3 und 4 Flußpläne nach weiteren Ausführungsbeispielen; und

Fig. 5 ein Diagramm zur Darstellung des Leistungsverbrauchs in jedem Ausführungsbeispiel.

Gemäß Fig. 1 wird Kohle 1 mit Luft 44 in einem Vergaser (Vergasungseinrichtung) 10 unter Druck wie etwa 20 bis 70 bar vergast. So vergaster- Brennstoff 11 (brennbares Gas) wird gereinigt und dann in einem Brenner 38 verbrannt, so daß eine Gasturbine 90 angetrieben wird und elektrischer Strom durch einen Generator 92 erzeugt wird. Abgas 45 von der Gasturbine 90 wird zu einem Abgaskessel 46 geleitet. In diesem Kessel 46 erzeugter Dampf 55, 56 treibt eine

Dampfturbine 58 an, so daß weiterer elektrischer Strom von einem Generator 59 erzeugt wird. In diesem Ausführungsbeispiel wird von einer Gasreinigungseinrichtung abgetrenntes Kohlendioxid 80 verwendet, um Kohle in den Vergaser 10 zu fördern.

Dieses Ausführungsbeispiel wird nun mehr im einzelnen beschrieben. Pulverisierte trockene Kohle 1 wird zu einem Kohlespeichertank 2 und dann zu einem Schließtrichter 3 gefördert. Der Schließtrichter ist mit einem Einlaßventil und einem Auslaßventil (nicht dargestellt) an der Einlaßseite bzw. der Auslaßseite des Schließtrichters versehen. Zunächst wird das Auslaßventil geschlossen, und dann wird Kohlendioxid erhöhten Drucks in den Schließtrichter 3 gefördert, so daß die Kohle innerhalb des Schließtrichters 3 auf einen vorbestimmten Druck gebracht werden kann. Nach Abschluß dieser Druckerhöhung kann die Kohle bei erhöhtem Druck in den Vergaser 10 durch einen Fördertank 4 gefördert werden, indem man das Einlaßventil des Schließtrichters 3 schließt und sein Auslaßventil öffnet. Da zweckmäßig eine Mehrzahl von Schließtrichtern für einen Vergaser vorgesehen ist, kann die pulverisierte Kohle kontinuierlich unter Abwechslung der Schließtrichter gefördert werden.

Die pulverisierte Kohle wird bei einem Druck von 20 bis 70 bar vergast. Luft 44 wird als Vergasungsmittel verwendet. So erzeugtes Gas 11 wird in einer Dampferzeugungseinrichtung 15 gekühlt, wo fühlbare Wärme des Gases 11 in Form von Dampf wiedergewonnen wird. Gas 19, das durch die Dampferzeugungseinrichtung 15 geströmt ist, wird durch einen Wärmetauscher 20 gekühlt, dessen Medium gereinigtes Gas 76 ist, auf das noch eingegangen wird. Gekühltes Gas wird durch eine StaubentfePungseinrichtung 22 geführt, und dann wird von Staub befreites Gas 27 in eine Sulfidbeseitigungseinrichtung 23 geleitet, wodurch gereinigtes Gas 28 erzeugt wird. Tatsächlich wird das Sulfid durch ein Absorptionsmittel absorbiert, das durch einen

Regenerierturm 24, eine Pumpe 25 und die Schwefelbeseitigungseinrichtung 23 zirkuliert, so daß das gleiche Absorptionsmittel wiederholt verwendet werden kann, indem das Sulfid, d. h. die schwefelhaltigen Bestandteile vom Absorptionsmittel getrennt werden. Das so abgetrennte Sulfid 31 wird teilweise in die Form von Schwefel in einer Schwefelwiedergewinnungseinrichtung 32 umgewandelt, und der Schwefel wird durch die Leitung 34 entfernt. Nicht in die feste Form oder den Schwefel umgewandeltes Endgas wird in einem Brenner verbrannt, und das so verbrannte, Sulfid enthaltende Endgas wird zusammen mit dem Abgas 67 des Abgaskessels 46 abgezogen.

Das gereinigte Gas 28 wird zu einem Kohlendioxidentfernungsturm 75 geleitet, wo im gereinigten Gas 28 enthaltenes Kohlendioxid durch ein Absorptionsmittel entfernt wird, das durch einen Regenerierturm 77, eine Pumpe 79 und den Kohlendioxidentfernungsturm 75 zirkuliert, so daß das gleiche Absorptionsmittel wiederholt verwendet werden kann, indem das Kohlendioxid vom Absorptionsmittel im erhitzten Regenerierturm 77 entfernt wird, dessen Druck verringert wird. Das im Regenerierturm 77 erzeugte Kohlendioxid wird zu einer genauen Schwefelbeseitigungseinrichtung 95 geleitet, durch einen Kompressor 81 auf erhöhten Druck gebracht und dann zu den Schließtrichtern 3 gefördert. Die genaue Schwefelbeseitigungseinrichtung 95 dient zur Verringerung der gering bis zu etwa 1 ppm vorhandenen Schwefel menge, was zur Vermeidung einer Korrosion des Kompressors 81, der Schließtrichter 3 und des Fördertanks 4 beiträgt. Diese Einrichtung 95 weist einen Konverter zum Umwandeln von Kohlenstoffsulfid in Schwefelwasserstoff und ein mit oxidiertem Zink gefülltes Reaktionsgefäß auf.

Das gereinigte, im Kohlendioxidentfernungsturm 75 ; vom Kohlendioxid befreite Gas 76 wird durch den Wärmetauscher 20 erhitzt, im Brenner 38 verbrannt und der Gasturbine 90 als Gas hoher Temperatur zugeführt.

Die Luft 44, die als das Vergasungsmittel dient, wird in der Weise erhalten, daß ein Teil der durch einen Gasturbinenkompressor 91 komprimierten Luft 40 abgezogen, dann von einem Wärmetauscher 41, dessen Medium Speisewasser 62 ist, gekühlt und weiter durch einen Kompressor 43 auf einen für den Vergaser 10 erforderlichen Druck gebracht, wird.

Dieses Kraftwerk ist mit einem Wärmewiedergewinnungssystem versehen, in dem fühlbare Wärme des Abgases 45 der Gasturbine 90 mittels des Abgaskessels 46 und fühlbare Wärme des Gases 11 durch die Dampferzeugungseinrichtung 15 wiedergewonnen werden. Durch das Wärmewiedergewinnungssystem erzeugter Dampf wird weiter durch einen überhitzer 47 erhitzt und der Dampfturbine 58 zugeführt. Der Dampf, der die Dampfturbine 58 durchströmt hat, wird nach Abkühlung durch einen Kondensator 60 Kondensat und durch eine Pumpe 61 dem Abgaskessel 46 als Speisewasser 62 zugeführt.

Ein anderes Ausführungsbeispiel (zweites Ausführungsbeispiel) ist in Fig. 2 gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird grundsätzlich in einer Schwefelbeseitigungseinrichtung 32 erzeugtes Endgas 33 als inaktives Gas zum Fördern der Kohle verwendet. Und zwar wird das Endgas 33 zu einem Gas, das hauptsächlich Stickstoff und Kohlendioxid enthält, durch Oxidationsbehandlung in einem Katalysatorbrenner 68 verändert, dann einem Wärmetauscher 70 zugeführt, durch einen Kompressor 72 auf erhöhten Druck gebracht und in die Schließtrichter 3 eingeführt. Der Katalysatorbrenner 68 ermöglicht eine spontane Verbrennung des Endgases 33 unter weniger Luft, wodurch ein gegenüber Kohle inaktives Gas, das hauptsächlich Kohlenmonoxid enthält, erzeugt wird. Weiter kann, da Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Schwefelwasserstoff dank des Katalysatorbrenners 68 spontan verbrannt werden können, die Sauerstoffkonzentration merklich verringert werden.

- ίο -

Ein weiteres Ausführungsbeispiel (drittes Ausführungsbeispiel) ist in Fig. 3 gezeigt. Allgemein kann im Vergaser 10 erzeugte Reaktionswärme in Form von aus Wasser 13 umgewandeltem Dampf wiedergewonnen werden. In diesem Ausführungsbeispiel wird gesättigter Dampf, dessen Druck verhältnismäßig niedrig, z. B. 40 bar, ist, durch die Dampferzeugungseinrichtung 15 auf z. B. 350 ⁰C erhitzt und in die Schließtrichter 3 geleitet. Der Dampf mit einer Temperatur von 350 ⁰C ist gegenüber der Kohle inaktiv. Außerdem findet keine Kondensation des Dampfes in der die Kohle in den Vergaser 10 einführenden Leitung auch bei Wärmestrahlung nach diesem Ausführungsbeispiel statt.

Fig. 4 zeigt das vierte Ausführungsbeispiel. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird Sulfid aus dem gereinigten Gas 28 weiter durch eine genaue Schwefelbeseitigungseinrichtung 95 entfernt, und so behandeltes Gas 6 wird in die Schließtrichter 3 eingeführt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Leistungsverbrauch zum Erhalten von Gas für die Förderung der Kohle im Vergleich mit den vorher erläuterten Ausführungsbeispielen gering, da das gereinigte Gas 28 bereits im Zustand erhöhten Drucks ist.

Fig. 5 zeigt Vergleichsergebnisse bezüglich des Leistungsverbrauchs bei jedem der Ausführungsbeispiele sowie bei einem möglichen Stand der Technik. Bei diesem möglichen Stand der Technik werden zwei Arten von Leistungsverbrauch, nämlich die Leistung 100 zum Antrieb einer Luftzersetzungseinrichtung und die Leistung 101 zur Kompression von Stickstoff vor dessen Förderung in die Schließtrichter, benötigt. Die Leistungen 103, 104, 106 und 107 sind die Leistungen zur Kompression des in den Ausführungsbeispielen zum Fördern der Kohle verwendeten Gases. Die Leistung 102 im Fall des ersten Ausführungsbeispiels ist die für die Kohlendioxidbeseitigungseinrichtung erforderliche Leistung. Der jeweils angegebene Betrag des Leistungsverbrauchs entspricht einem Kraftwerk, dessen Ausgangsleistung 1000 MW ist.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Fördern von Kohle in einem mit Kohlevergasung integrierten Kraftwerk, das eine Kohlevergasungseinrichtung, die einen Vergaser zum Erzeugen eines brennbaren Gases durch Reaktion der Kohle mit Luft bei einem vorbestimmten Druck und eine Gasreinigungseinrichtung zum Reinigen des brennbaren Gases enthält, und eine Gasturbinenanlage mit einer das gereinigte brennbare Gas von der Kohlevergasungseinrichtung ausnutzenden Gasturbine aufweist,

dadurch gekennzeichnet,

daß ein gegenüber der Kohle inaktives Gas von der Kohlevergasungseinrichtung abgetrennt und sein Druck erhöht wird und

daß die Kohle in den Vergaser mittels des inaktiven Gases erhöhten Drucks gefördert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das inaktive Gas von der Kohlevergasungseinrichtung abgetrenntes, hauptsächlich Kohlendioxid enthaltendes Gas ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das inaktive Gas in einer die Gasreinigungseinrichtung bildenden Schwefelbeseitigungseinrichtung erzeugtes Endgas ist.

680-5921784-TF

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das inaktive Gas mittels der Reaktionswärme des Vergasers erzeugter Dampf ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf derart weiter erhitzt wird, daß der Dampf gegenüber der Kohle inaktiv bleibt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das inaktive Gas ein Teil des gereinigten brennbaren Gases ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als Kohle pulverisierte Trockenkohle verwendet.

8. Kohlefördervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in einem Kraftwerk, das eine Kohlevergasungseinrichtung, die einen Vergaser zum Erzeugen eines brennbaren Gases durch Reaktion der Kohle mit Luft bei einem vorbestimmten Druck, eine Gasreinigungseinrichtung zum Reinigen des brennbaren Gases und ein Förderorgan zum Fördern der Kohle in den Vergaser enthält, und eine Gasturbinenanlage mit einer das gereinigte brennbare Gas von der Kohlevergasungseinrichtung ausnutzenden Gasturbine aufweist,

gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Abtrennen eines gegenüber der Kohle inaktiven Gases von der Kohlevergasungseinrichtung, einen Kompressor zur Kompression des inaktiven Gases und eine Einrichtung zum Leiten des komprimierten inaktiven Gases zum Förderorgan.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Gasreinigungseinrichtung eine Anlage zum Entfernen von Staub, Sulfid und Kohlendioxid aus dem brennbaren Gas aufweist

daß eine Einrichtung zum Leiten des Kohlendioxids zum Kompressor als inaktives Gas vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Gasreinigungseinrichtung eine Anlage zum Entfernen von Staub und Sulfid aus dem brennbaren Gas und eine Anlage zum Entfernen von Schwefel aus dem Sulfid und zum Erzeugen von Endgas aufweist und ϊ

daß eine Einrichtung zum Leiten des Endgases zum Kompressor vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8,
gekennzeichnet durch

eine Einrichtung zum Leiten eines Teils des in der Gasreinigungseinrichtung gereinigten Gases zum Kompressor und zum Verwenden des gereinigten Gases als inaktives Gas.