DE3506102A1

DE3506102A1 - Kohlebefeuerte energieanlage

Info

Publication number: DE3506102A1
Application number: DE19853506102
Authority: DE
Inventors: Takao Tokio/Tokyo Ishihara
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1985-02-19
Filing date: 1985-02-19
Publication date: 1986-08-21

Description

Die Erfindung betrifft eine kohlebefeuerte Energie-
anlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Es sind elektrische Energie erzeugende Anlagen auf Kohlebasis bekannt, mit a) Energieanlagen mit Kesseln für die Kohlestaubverbrennung, die Stokerverbrennung, die Wirbelbettverbrennung oder dgl. und kombiniert damit Dampfturbinen und mit b) Kohlevergasungsan lagen, bestehend aus einem Kohlevergasungsofen, einer Gasturbine und einer Dampfturbine. In den letzten Jahren galt die besondere Aufmerksamkeit den kombinierten Kohlevergasungsanlagen zur Erzeugung elektrischer Energie, ob ein hoher Wirkungsgrad erwartet wurde.
Eine derartige Kohlevergasungsanlage arbeitet wie erfolgt: die fein pulverisierte Kohle wird in einem Kohlevergasungsofen in Gas umgewandelt; das entstehende Verbrennungsgas wird als Hochtemperaturgas vom Ofen einer Gasturbine zugeführt, um dort elektrische Energie zu erzeugen; die resultierende Abgaswärme wird in einem Abgaswärmekessel zur Dampferzeugung benutzt, der wiederum zum Antrieb einer Dampfturbine und damit ebenfalls zur Erzeugung elektrischer Energie benutzt wird. Bei derartigen kombinierten Vergasungsanlagen, kann ein höherer Wirkungsgrad erzielt werden, wenn die Gastemperatur des der Gasturbine zugeführten Gases erhöht wird.
Das in dem Kohlevergasungsofen erzeugte brennbare Gas enthält Jedoch neben den Hauptkomponenten wie CO, H2 und Kohlenwasserstoffen, eine große Menge an Staub und dies bedeutet, daß dieses Gas nicht ohne weitere Behandlung als Brennstoff für die Gasturbine benutzt werden kann. Aus diesem Grunde wird eine Staubentfernung durchgeführt, beispielsweise mittels Zyclone.
Wenn das Gas eine hohe Temperatur und einen hohen Druck aufweist, dann wird es schwer den Staub zu sammeln, weil die Anlage thermischen Beschädigungen durch den Staub ausgesetzt ist.
Aus diesem Grunde ist es weitverbreitet, die Temperatur und den Druck des Gases abzusenken, wenn es im Kessel ist.
Der Staub wird dann entfernt und das Gas der Turbine zugeleitet, wo die Verbrennung und Energiearbeit geleistet wird und das Abgas wird schließlich dem Abgaskessel zugeführt.
Hierbei, wenn das eine hohe Temperatur aufweisende Verbrennungsgas zunächst mit einem Dampf niedriger Temperatur gekühlt wird, wird die Hochtemperaturenergie des verbrennbaren Gases nicht wirkungsvoll ausgenutzt.
Obwohl derartige herkömmliche Anlagen an sich sehr kompliziert sind, ist ihr Wirkungsgrad nicht sehr gut.
Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Anlage zur Erzeugung elektrischer Energie zu schaffen, die einen höheren Wirkungsgrad als bekannte Anlagen mit Kohlevergasung aufweist.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit den Merkmalen im Kennzeichen des Patentanspruchs 1.
Vorzugsweise Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprtchen.
Die erfindungsgemäße Anlage zeichnet sich dadurch aus, daß beispielsweise 90 bis 95% der Asche im geschmolzenen Zustand aus einem Hochtemperatur, Hochdruck Asche-Schmelz-Verbrennungsofen abgezogen werden, um eine erste Staubentfernung vorzunehmen. Der Staub im Verbrennungsgas wird weiterhin durch einen Zyklon entfernt, der in einem Druckerzeugungs-Kohleverbrennungs ofen vorgesehen ist, um eine zweite Staubentfernung zu erreichen. Nach einer dritten Staubentfernung wird das Gas direkt der Gasturbine zugeleitet.
Die Temperatur des Verbrennungsgases wird am Ausgang des Ofens auf ein vorgegebenes Niveau eingestellt, und zwar durch Mischung mit Sekundärluft und schließlich wird das Verbrennungsgas einem Wärmetausch für die Sekundärluft in einem Staubkühler ausgesetzt, der unterhalb des Verbrennungsofens angeordnet ist.
Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel, das in der Zeichnung dargestellt ist, erläutert werden.
Dabei zeigt: Fig. 1 das Flußschema und Fig. 2 einen Teilschnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1.
Die Konstruktion und die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Anlage ist wie folgt: Luft aus der Atmosphäre wird in einem Luftkompressor 15 komprimiert, der koaxial an eine Gasturbine 6 angeschlossen ist, und zwar wird durch adiabate Kompression der Druck auf 10 bis 30 ata erhöht, wobei die Luft eine 0 Temperatur von 250 bis 500 C erreicht- Diese Hochtemperatur- und Hochdruckluft wird in zwei Teile geteilt und einer Hochdruckmühle 18 und einer Sekundärluftdüse 3 durch die Leitungen 22 zugeführt. Diese Aufteilung der Druckluft ist abhängig von der Durchflußrate, die zum Trocknen und Pulverisieren der Kohle notwendig ist und sie wird von einer Durchflußteilungsklappe 16 vorgenommen, die in der Verbindungsleitung 22 angeordnet ist.
In der Hochdruckmühle 18 wird die vom Bunker 17 kommende Kohle pulverisiert um Kohlestaub zu erhalten, der dann unter Mithilfe der Hochdruck- und Hochtemperaturluft getrocknet wird. Durch die Luft wird der Kohlestaub in die Kohle-Asche-Schmelz-Verbrennungsöfen 2 hingeführt, durch die Kohleleitungen 12, die in der Fig. 1 gestrichelt dargestellt sind. Der Kohlestaub verbrennt in den Öfen 2 bei hoher Temperatur und bei hohem Druck und erzeugt ein Verbrennungsgas.
Diese Öfen 2 sind mit einem Ofen 1 verbunden, der unter' Druck stehende Kohle verbrennt, und zwar tangential mit der Wand des Ofens 1, wie die Figur 2 zeigt.
In diesem Fall erreicht der größte Teil d.h. 90 bis 95% der Asche einen schmelzflüssigen Zustand in den Öfen 2 und die geschmolzene Asche tropft aus der Innenwand des Ofens 1 herunter zum unteren Trichter 23, wobei eine erste Staubentfernung erfolgt.
Ungeschmolzener Staub wird aus dem Verbrennungsgas durch den Zyklon 20 entfernt und tropft ähnlich zum unteren Trichter 23, wobei eine zweite Staubentfernung erfolgt. Dieser Staub oder diese Asche besitzt eine hohe Temperatur und wird dem Staubkühler 4 am Boden des Trichters 23 zugeführt. In dem Kühler 4 wird der Staub und die Asche im Wärmeaustausch mit der Sekundnrluft abgekühlt, die der Sekundärluftdüse 3 durch den Staubkühler 4 zugeleitet wird. Der Staub bzw. die Asche erhalten eine geeignete Härte und werden dann ausgetragen.
Das Hochtemperatur- und Hochdruckverbrennungsgas, aus dem die Asche durch die Kohle-Asche-Schmelz-Verbrennungsöfen 2 und den Zyklon 20 entfernt worden ist, bewegt sich in Richtung zum oberen Teil des Ofens 1 und wird mit der Hochdruckluft gemischt, die durch die Düsen 3 eingeleitet wird, so daß die Temperatur des Verbrennungsgases gesenkt wird. Die Gastemperatur wird -nach der Mischungsstufe - auf einen geeigneten Wert innerhalb eines Bereiches von 1000 bis 12000C eingestellt unter Berücksichtigung einer Temperaturtoleranz am Einlaß der Gasturbine 6.
Anschließend wird der Staub weiter aus dem Verbrennungsgas entfernt, und zwar durch eine Präzisionsstaubentfernungsvorrichtung 5, die am Auslaß des Ofens 1 angeordnet ist, bis zu einer Staubkonzentration, die die Gasturbine zuläßt, d.h. einige mg/Nm3 oder weniger, z.B. 10 bis 5 mg/Nm3.
Das Hochtemperatur-, Hochdruckverbrennungsgas, aus dem der Staub nahezu perfekt entfernt worden ist, wird der Gasturbine 6 zugeleitet und treibt den Generator 7 an. Anschließend gelangt das Gas in die Abgasleitung 24.
Durch die Leitung 24 wird das Abgas aus der Gasturbine 6 an den Abgaskessel 8 abgegeben, in dem Dampf zum Antrieb der Dampfturbine 9 erzeugt wird. Durch Antrieb der Dampfturbine 9 wird der S/T Generator 10 angetrieben und erzeugt elektrische Energie.
Der Dampf, der den S/T Generator 10 angetrieben hat, wird nach dem Verlassen der Dampfturbine 9 bei 11 kondensiert. Durch eine Druckpumpe 12 wird das Kondensat einer Entgasungseinrichtung 13 zugeleitet und dem Abgaskessel 8 wieder zugeführt.
Falls notwendigkann in der Abgasleitung 24 eine Einrichtung 21 vorgesehen sein zur Entschwefelung und Denitrierung des Abgases und das entschwefelte und denitrierte Abgas tritt schließlich durch den Kamin 14 aus.
Es muß nicht besonders erwähnt werden, daß die oben beschriebene Anlage so gebaut sein muß, daß sie hohen Druck aushält, da Luft und Verbrennungsgas unter hohem Druck stehen. Beispielsweise muß der Verbrennungsofen 1 als druckbeständiger Behälter ausgebildet sein, der mit feuerfestem Material, Steinen oder dgl. ausgekleidet ist und einem Druck zwischen 10 und 30 ata widersteht. Ein geeignetes Heißblasen in der Sekundärluftdüse 3 und den Öfen 2 erlaubt eine gewisse Denitrierung des Verbrennungsgases auch in den Öfen 1 und 2.
Mit der erfindungsgemäßen kohlebefeuerten Anlage können zusammenfassung die folgenden Vorteile erzielt werden: 1) Da eine hohe Temperatur und ein hoher Druck mit dem Verbrennungsgas direkt auf die Turbine gegeben wird, kann die erfindungsgemäße Anlage einen höheren Wirkungsgrad erreichen als herkömmliche Anlagen mit kohlebefeuerten Kesseln, dampfgetriebenen Generatoren, Vergasungsöfen und dgl. und 2) die erfindungsgemäße Anlage kann insgesamt wesentlich einfacher konstruiert sein als vergleichbare Vergasungsanlagen.

Claims

Kohlebefeuerte Energieanlage 9 Patentanspru'che: Kohlebefeuerte Energie-Anlage, in der Kohlenstaub bei hoher Temperatur und hohem Druck verbrannt und das entstehende Verbrennungsgas zur Erzeugung elektrischer Energie einer Gasturbine zugeführt wird, wobei ferner mit dem entstehenden Abgas Dampf produziert und elektrische Energie in einer Dampfturbine unter Ausnutzung des Dampfes erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß Luft unter hohem Druck und mit hoher Temperatur und Kohlenstaub in Kohle-Asche-Schmelz-Verbrennungsöfen (2) eingeführt werden, in denen der Kohlenstaub bei hoher Temperatur verbrannt wird und Verbrennungsgas entsteht, daß der größte Teil der entstehenden Asche im schmelzflüssigen Zustand aus dem Verbrennungsgas entfernt wird, um eine erste Staubentfernung auszuführen, daß der Staub aus dem Verbrennungsgas durch einen Zyklon (20) entfernt wird, der in einem Druckerzeugungs-Kohle-Verbrennungsofen (1) angeordnet ist, um eine weitere Staubentfernung durchzuführen, daß der entfernte Staub für einen Wärmeaustausch mit Sekundärluft in einem Staubkühler (4) angeordnet ist, daß die Temperatur des Verbrennungsgases am Auslaß dieses Ofens auf ein vorbestimmtes Niveau eingestellt wird, und zwar durch Mischung des Verbrennungsgases mit der Sekundärluft, daß der Staub aus dem Ofen durch eine Präzisions-Staub-Entfernungseinrichtung (5) ausgetragen wird, um eine dritte Staubentfernung auszuführen und daß das Verbrennungsgas dann an die Gasturbine (6) abgegeben wird.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 90 bis 95 der Kohle-Asche im schmelzflüssigen Zustand aus dem Verbrennungsgas entfernt werden.
3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle-Asche-Schmelz-Verbrennungsöfen (2) mit dem Druckerzeugungs-Kohle-Verbrennungsofen (1) derart verbunden sind, daß sie in tangentialer Richtung in dessen Ofenwand münden.