DE3613300A1 - Verfahren zum erzeugen von elektrischer energie mit einer eine wirbelschichtfeuerung aufweisenden kombinierten gasturbinen-dampfkraftanlage sowie anlage zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von elektrischer Energie gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruches 1. Außerdem betrifft die Erfindung eine kombi­ nierte Gasturbinen-Dampfkraftanlage zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 2.

In herkömmlichen Anlagen dieser Art, die aus dem allge­ meinen Stand der Technik bekannt sind, ist für den Be­ trieb der Zusatzfeuerung teurer Brennstoff, wie z.B. Erdgas oder Brennöl, erforderlich, wodurch der Betrieb solcher Anlagen aufwendig wird. Hinzu kommt noch, daß einer der Vorteile einer Anlage mit Wirbelschichtfeue­ rung, nämlich die weitgehende Unabhängigkeit von einer bestimmten Brennmaterialsorte, durch den Bedarf eines weiteren bestimmten Brennstoffes für die Zusatzfeuerung weitgehend geschmälert wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren der genannten Art in Richtung auf eine kostengün­ stige Brennstoffversorgung der Zusatzfeuerung weiterzu­ bilden, insbesondere der Art, daß für die Brennstoffver­ sorgung der Zusatzfeuerung das für den Betrieb der Wir­ belschichtfeuerung vorgesehene Brennmaterial ausgenutzt werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Patent­ anspruches 1 angegeben.

Es wird also das für den Betrieb der Zusatzfeuerung er­ forderliche Brenngas durch zumindest teilweise Entgasung und/oder Vergasung jenes Brennmaterials gewonnen, das für die Verfeuerung in der Wirbelschicht vorgesehen und daher ohnehin vorhanden ist, so daß die Betriebskosten vermindert sind. Da sich eine Vielzahl von Ausgangsmate­ rialien für eine Gaserzeugung durch Vergasung oder Ent­ gasung eignet, ist ein weiterer wesentlicher Vorteil darin zu sehen, daß nur eine einzige Brennstoffsorte für den Betrieb der Zusatzfeuerung und der Wirbelschicht­ feuerung dem System zugeführt werden muß, deren Zusam­ mensetzung und Beschaffenheit in weiten Grenzen schwan­ ken kann. Es bleibt somit ein Vorteil der Wirbelschicht­ feuerung, nämlich die Einsetzbarkeit einer breiten Brennstoffpalette, voll erhalten.

Eine vorteilhafte kombinierte Gasturbinen-Dampfkraftan­ lage zur Durchführung des genannten Verfahrens, die bei einfachem Aufbau den Erfordernissen des Betriebs voll Rechnung trägt, ist im Patentanspruch 2 beschrieben. Besitzt demnach die Wirbelschichtfeuerung eine stationä­ re Wirbelschicht mit einer definierten Oberfläche, so ist die Brenngasleitung der Zusatzfeuerung an den Feuer­ raum der Wirbelschichtfeuerung anzuschließen. Der An­ schluß erfolgt hierbei vorzugsweise oberhalb der Brenn­ stoffzufuhr in einem Bereich, der sich an die Brenn­ stoffzufuhr nach oben anschließt und vorteilhaft eine Erstreckung von 1/8 bis 1/15 der vertikalen Dicke der Wirbelschicht aufweist.

Um hierbei das Brenngas gleichmäßig aus der Vergasungs- bzw. Entgasungszone abzuziehen, ist es empfehlenswert, daß die Brenngasleitung der Zusatzfeuerung im Verga­ sungs- bzw. Entgasungsbereich an mehreren Anschlußstel­ len, die vorzugsweise in einer Ebene verlaufen und an der Pheripherie des Feuerraums ungefähr gleichmäßig ver­ teilt sind, an den Feuerraum angeschlossen ist. Vorzugs­ weise ist die Brenngasleitung an eine den Feuerraum um­ gebende Ringleitung angeschlossen, die ihrerseits Ver­ bindungen zu den Anschlußstellen aufweist.

Ist die Wirbelschichtfeuerung mit einer zirkulierenden Wirbelschicht ausgerüstet, so wird gemäß der alternati­ ven Lehre des Patentanspruches 2 wenigstens ein Teil des Wirbelschichtfeuerungs-Brennmaterials in den zum Feuer­ raum zurückführenden Teil des Zirkulationskanals einge­ speist und die Zusatzfeuerung zur Gasversorgung mit dem sich im Bereich der Einspeisestelle ausbildenden Verga­ sungs- bzw. Entgasungsbereich verbunden. Durch diese An­ ordnung ist die Brenngaserzeugung von der eigentlichen Wirbelschichtfeuerung getrennt, so daß beide für den je­ weiligen Einsatzzweck optimal ausgelegt und betrieben werden können.

Um das Brenngas auf einfache Weise aus dem Zirkulations­ kanal abführen zu können, ist es zweckmäßig, daß der Zirkulationskanal, in Zirkulationsrichtung gesehen, stromab der Brennmaterial-Einspeisestelle einen Brenn­ gassammler insbesondere in Form einer haubenartigen Erweiterung des Zirkulationskanals aufweist, an den die Zusatzfeuerung zur Brenngasversorgung angeschlossen ist.

Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß in den Zirkulationskanal eine zweite Wirbelschicht mit einem Wirbelbett von definierter Ober­ fläche eingefügt ist, in die mindestens ein Teil des Wirbelschichtfeuerungs-Brennmaterials einspeisbar ist, und der ein sauerstoffarmes Gas, vorzugsweise Abgas der Wirbelschichtfeuerung, als Wirbelmedium und zur minde­ stens teilweisen Entgasung des Brennmaterials zuführbar ist. In den Zirkulationskanal ist also eine zweite Wir­ belschicht eingefügt, die als Brennstoffentgaser be­ trieben wird. Die für die Entgasung erforderliche Wärme wird durch die im Zirkulationskanal umlaufenden heißen Asche- und/oder Schlacketeilchen in die zweite Wirbel­ schicht eingebracht, während das Wirbelbett durch das zugeführte sauerstoffarme Gas erzeugt wird.

Eine sehr zweckmäßige Ausgestaltung der vorgenannten Lehre besteht darin, daß oberhalb der zweiten Wirbel­ schicht ein an die Zusatzfeuerung angeschlossener Brenn­ gassammelraum vorgesehen ist, daß der, in Zirkulations­ richtung gesehen, in die zweite Wirbelschicht eintreten­ de Teil des Zirkulationskanals in der Wirbelschicht ausmündet, daß der aus der zweiten Wirbelschicht führen­ de Teil des Zirkulationskanals an mindestens ein Über­ laufwehr angeschlossen ist, das die Wirbelschicht seit­ lich begrenzt und dessen Höhe die vertikale Dicke der Wirbelschicht bestimmt.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen her­ vor.

Hierbei zeigt:

Fig. 1 das Schaltbild eines kombinierten Gasturbi­ nen-Dampfkraftwerks gemäß der Erfindung,

Fig. 2 den Bereich der Wirbelschichtfeuerung der Fi­ gur 1 als Ausführungsvariante und

Fig. 3 eine Ausführungsvariante des Vergasungs-Entga­ sungsbereichs der Fig. 2 als Einzelheit und als Ausführungsvariante.

Gemäß Fig. 1 ist ein kombiniertes Gasturbinen-Dampf­ kraftwerk mit einer Wirbelschichtfeuerung versehen, die in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 10 versehen ist. Die Wirbelschichtfeuerung weist einen vertikalen Feuerraum 12 auf, in dessen unterem Bereich die Wirbel­ schicht 14 vorgesehen ist, die eine definierte Oberflä­ che 16 aufweist, es handelt sich demnach um eine sta­ tionäre Wirbelschicht.

Zur Bildung der Wirbelschicht 14 wird festes, klein­ stückiges Brennmaterial, z.B. Kohle, durch eine Förde­ reinrichtung oberhalb eines im unteren Endbereich ange­ ordneten horizontalen Düsenbodens 18 an der Brennmate­ rialzufuhrstelle 20 mittels eine Leitung zugeführt. Das Brennmaterial ist zweckmäßig mit Zusätzen wie Dolomit oder Kalkstein vermengt, um Schwefelanteile, die mit dem Brennmaterial in den Feuerraum eingebracht werden, während des Verbrennungsvorgangs in der Wirbelschicht zu binden. Der im unteren Bereich des Feuerraums 12 ange­ ordnete Düsenboden 18 weist eine Vielzahl von Öffnungen auf, durch welche die Verbrennungsluft bzw. die Wirbel­ luft der Wirbelschicht zugeführt wird. Außerdem ist noch ein in den Zeichnungen nicht dargestellter Abzug für Ascheanteile vorgesehen, der vom Düsenboden 18 ausgehend nach unten in den Außenraum führt. Am oberen Ende des Feuerraums 12 ist eine Abgasführung 19 angeschlossen, die durch eine Abgasreinigungsanlage 21, die Entstauber, Reiniger und, falls erforderlich, eine Entstickungsein­ richtung enthält, zu einem nicht dargestellten Kamin führt.

Oberhalb der Wirbelschicht 14 ist ein Wärmetauscher 22 vorgesehen, der einerseits durch die Rohrleitung 24 mit der Druckseite des Außenluft-Verdichters 26 verbunden ist und andererseits durch eine Rohrleitung 28 an den Einlaß der Entspannungs-Turbine 30 angeschlossen ist.

In die Rohrleitung 28 ist die Zusatzfeuerung 32 einge­ fügt. In der Zusatzfeuerung 32 wird die Luft direkt nacherhitzt und dann der Turbine 30 zugeführt. Das Brenngas für den Gasbrenner 36, der Bestandteil der Zu­ satzfeuerung ist, wird durch die Brenngasleitung 44 dem Feuerraum 12 der Wirbelschichtfeuerung entnommen. Der Anschluß der Brenngasleitung 44 am Feuerraum erfolgt hierbei zweckmäßigerweise im Bereich der Brennmaterial­ zufuhrebene zur Wirbelschichtfeuerung bzw. im Ver­ gasungs- oder Entgasungsbereich der Wirbelschicht. Für eine gleichmäßige Abfuhr der Brenngase aus dem Feuerraum verläuft vorzugsweise eine Ringleitung um die Wirbel­ schichtfeuerung, die mit mehreren an der Pheripherie des Feuerraums ungefähr gleichmäßig verteilten Anschlußstel­ len in Verbindung steht. An die Ringleitung ist dann die Brennstoffleitung 44 angeschlossen. Diese Ausbildung ist in Fig. 1 nicht eingezeichnet. Um vom Brenngas mitge­ führte Feststoffpartikel vom Gasbrenner 36 und somit von der Turbine 30 fernzuhalten, ist in die Brenngasleitung 44 eine Filtereinrichtung 42 eingefügt. Die in der Fil­ tereinrichtung zurückgehaltenen Feststoffe werden der Wirbelschichtfeuerung wieder zugeführt. Das in der Fil­ tereinrichtung 42 gereinigte Brenngas wird in einem Ver­ dichter 35 verdichtet und in den Gasbrenner 36 einge­ geben und in dem Brennraum 34 der Zusatzfeuerung 32 ver­ brannt.

Der Ausgang der Turbine 30 ist durch die Verbrennungs­ luftleitung 46 mit jenem Raum 25 der Wirbelschichtfeue­ rung verbunden, der sich unterhalb des Düsenbodens 18 befindet. Die Saugseite des Verdichters 26 ist durch eine Ansaugleitung 48 mit der Umgebung 50 verbunden. Die Welle des Verdichters 26 ist mit der Welle der Turbine 30 gekuppelt, außerdem ist noch die Welle eines Genera­ tors 52 angekuppelt, der die Überschußenergie in elek­ trischem Strom umwandelt.

Die in Fig. 1 sehr vereinfacht dargestellte Dampfkraft­ anlage weist einen Verdampfer 54 auf, der in oder ge­ gebenenfalls über der Wirbelschicht 14 angeordnet ist und durch eine Rohrleitung 56 Speisewasser von einer Speisewasserpumpe 58 erhält. Der erzeugte Dampf wird einer Hochdruckdampfturbine 60 zugeführt, dort teilweise entspannt und durch die Rohrleitung 62 dem Zwischenüber­ hitzer 40 zugeleitet. Dieser befindet sich im oberen Endbereich des Feuerraums 12 oberhalb des Wärmetauschers 22. Der zwischenüberhitzte Dampf wird durch die Rohrlei­ tung 64 der Niederdruckdampfturbine 66 zugeführt, hier entspannt und dann in einem Kondensator 68 verflüssigt. Das anfallende Kondensat wird der Speisewasserpumpe 58 zugeführt, so daß der Kreislauf geschlossen ist. Die beiden Turbinen 60 und 66 sind mit ihren Wellen ge­ kuppelt und treiben einen elektrischen Generator 70 an.

Während des Betriebs der Anlage wird vom Verdichter 26 durch die Ansaugleitung 48, vorteilhaft durch ein Filter Umgebungsluft angesaugt, verdichtet und durch die Rohr­ leitung 24 dem Wärmetauscher 22 zugeführt. Hier wird diese verdichtete Luft durch die Rauchgase der Wirbel­ schichtfeuerung erhitzt und durch die Rohrleitung 28 über die Zusatzfeuerung 32 der Turbine 30 zugeführt. In der Turbine wird die erhitzte Luft entspannt und dann durch die Verbrennungsluftleitung 46 als Verbrennungs­ luft bzw. Wirbelluft dem Raum 25 und damit der Wirbel­ schichtfeuerung zugeführt.

Da zu einer ausreichenden Entschwefelung und zur Unter­ drückung der Bildung von Stickoxyden die Wirbelschicht­ feuerung höchstens mit einer Temperatur von 850 bis 950°C betrieben werden darf, kann die verdichtete Luft im Wärmetauscher 22 nur auf eine entsprechend niedrige Temperatur von ungefähr 500 bis 750°C aufgeheizt werden, die jedoch für einen wirtschaftlichen Betrieb der Tur­ bine 30 ungünstig ist. Daher wird diese Luft nach dem Verlassen des Wärmetauschers 22 in der Zusatzfeuerung 32 weiter erhitzt, und zwar soweit, wie es für einen opti­ malen Betrieb der Turbine 30 erforderlich ist und wie es für einen Betrieb der Turbine im Hinblick auf ihre mechanische Festigkeit noch zulässig ist.

Für die Nacherhitzung der Luft wird die Zusatzfeuerung 32 durch mindestens einen Gasbrenner 36 befeuert, der sein Brenngas durch die Brenngasleitung 44 der Wirbel­ schichtfeuerung entnimmt. Hierzu ist die Brenngasleitung 44 in einem Bereich der Wirbelschichtfeuerung an den Feuerraum angeschlossen, in dem durch Ver- bzw. Entga­ sung des festen Wirbelschichtfeuerungs-Brennmaterials, wie stückige Kohle, gasförmiger Brennstoff entsteht. Dieser Bereich ist meist unmittelbar über jener Ebene, in der das feste Wirbelschichtfeuerungs-Brennmaterial an der entsprechenden Zufuhrstelle 20 zugeführt wird.

Durch die Verfeuerung des Brenngases im Feuerraum 34 der Zusatzfeuerung wird die vom Wärmetauscher 22 zuströmende verdichtete Luft unter Vermischung mit den Verbrennungs­ abgasen weiter erhitzt und der Turbine 30 zugeführt. Nach der Entspannung des Gemisches aus Zusatzfeuerungs­ abgas und verdichteter Luft in der Turbine 30 wird die­ ses Gemisch als Verbrennungsluft bzw. Wirbelluft durch die Verbrennungsluftleitung 46 in den Raum 25 eingelei­ tet. Von hier strömt sie durch die Öffnungen des Düsen­ bodens 18 nach oben und bewirkt die Bildung der Wirbel­ schicht 14. Das hierzu erforderliche feste Brennmaterial wird zusammen mit den Zuschlägen, wie Dolomit oder Kalk, durch eine Leitung an der Brennmaterial-Zufuhrstelle 20 in den Feuerraum 12 eingeführt. Ausgebrannte Bestandtei­ le werden durch eine nicht dargestellte Leitung abgezo­ gen. Die Wirbelschichtfeuerungsabgase strömen zusammen mit den Zusatzfeuerungsabgasen nach oben, geben an die einzelnen Wärmetauscher Wärme ab und werden durch die Abgasführung 19 in Form einer Rohrleitung über die Abgas-Reinigungsanlage 21 zu einem nicht dargestellten Kamin geführt. Die Wirbelschichtfeuerungsabgase und die Zusatzfeuerungsabgase sind somit denselben Maßnahmen zur Schwefelbindung und Reinigung unterworfen. Die von der Turbine 30 abgegebene mechanische Energie dient zum Antrieb des Verdichters 26, die noch verbleibende Ener­ gie wird im elektrischen Generator 52 in elektrischen Strom umgewandelt.

Für den Betrieb der Dampfkraftanlage wird in bekannter Weise im Verdampfer 54 das zugeführte Speisewasser ver­ dampft sowie überhitzt und der entstandene Hochdruck­ dampf der Hochdruckturbine 60 zugeführt. Nach einer teilweisen Entspannung wird der Dampf im Zwischenüber­ hitzer 40 nochmals überhitzt und durch die Rohrleitung 64 der Niederdruckdampfturbine 66 zugeführt, entspannt und im Kondensator 68 verflüssigt. Die gewonnene Energie wird als elektrische Energie vom Generator 70 an ein Stromnetz abgegeben.

Durch die Nacherhitzung der verdichteten Luft in der Zusatzfeuerung 32 wird der Wirkungsgrad der Turbine 30 und somit der Gesamtanlage wesentlich gesteigert. Da die Zusatzfeuerung-Abgase vollständig in die Wirbelschicht eingeführt werden, ist eine Umweltbelastung durch diese Abgase auf einfache und kostengünstige Weise vermieden. Durch die Erzeugung des Brenngases innerhalb des Wirbel­ schichtfeuerungssystems aus dessen Brennmaterial, werden die Betriebskosten weiter gesenkt und der Betrieb der Anlage mit nur einem einzigen Brennstoff ermöglicht.

Fig. 2 zeigt den Bereich der Wirbelschichtfeuerung 10 der Fig. 1 in einer Ausführungsvariante und als Einzel­ heit. Hierbei sind in Fig. 2 wiederkehrende Einzelteile mit den entsprechenden Bezugsziffern der Fig. 1 ver­ sehen, die um den Betrag 100 erweitert sind.

Die Wirbelschichtfeuerung gemäß Fig. 2, die in ihrer Gesamtheit mit der Bezugsziffer 110 versehen ist, weist einen ebenfalls vertikal verlaufenden Feuerraum 112 auf, in dem der Verdampfer 154 der Wärmekraftanlage, der Wär­ metauscher 122 für die Erhitzung der verdichteten Luft und der Zwischenüberhitzer 140 der Dampfkraftanlage übereinander angeordnet sind. Im unteren Bereich des Feuerraums 112 ist auch hier ein Düsenboden 118 angeord­ net, dessen Öffnungen den Feuerraum mit dem darunter angeordneten Raum 125 verbinden. In den Raum 125 mündet die Verbrennungsluftleitung 146, die von der Entspan­ nungsturbine das entspannte Zusatzfeuerungsabgas-Ver­ brennungsluftgemisch zuführt. Oberhalb des Düsenbodens 118 ist noch die Zufuhrstelle 120 für die Zufuhr des Brennmaterials zum Feuerraum 112 zu erkennen. Eine Ab­ fuhrleitung für ausgebrannten Brennstoff ist der Über­ sicht wegen nicht eingezeichnet. Diese würde vom unteren Bereich des Feuerraums 112 nach außen führen.

Da die Wirbelschichtfeuerung 110 für den Betrieb mit einer zirkulierenden Wirbelschicht vorgesehen ist, ist der obere Endbereich des Feuerraums 112 mit dem unteren Endbereich durch einen außerhalb des Feuerraums 112 ver­ laufenden Zirkulationskanal 72 verbunden. Der Zirkulati­ onskanal weist ein Teilstück 74 auf, das vom oberen End­ bereich des Feuerraums gefähr horizontal abgeht und in einen Zyklonabscheider 76 mündet. An das zentri­ sche und nach oben führende Ausgangsrohr des Zyklonab­ scheiders ist die Abgasführung 119 angeschlossen, die zu der in Fig. 2 nicht dargestellten Abgasreinigungsanlage führt. An den unteren, spitz zulaufenden Bereich des Zyklonabscheiders 76 ist ein vertikal verlaufendes Teil­ stück 78 des Zirkulationskanals 72 angeschlossen, das durch einen Bogen 80 in ein zum Feuerraum 112 führendes Teilstück 82 übergeht. Dieses Teilstück 82 verläuft hierbei mit Gefälle vom Bogen 80 zum Feuerraum 112 hin. Während des Betriebs zirkuliert die im Feuerraum 112 ausgebildete Wirbelschicht, ausgehend vom oberen Endbe­ reich des Feuerraums 112, durch den Zirkulationskanal nach unten in den Bereich oberhalb des Düsenbodens 118. Hierbei werden im Zyklonabscheider 76 die Rauchgase von den festen Bestandteilen getrennt und durch die Abgas­ führung 119 abgezogen.

Im Teilstück 82 des Zirkulationskanals ist, in Zirkula­ tionsrichtung (Pfeil 86) gesehen, nach dem Bogen 80 eine Einspeisestelle 84 für Wirbelschichtfeuerungs-Brenn­ material vorgesehen. Stromab der Einspeisestelle ist in unmittelbarer Nähe eine sich nach oben erstreckende, haubenartige Erweiterung 87 des Teilstückes 82 angeord­ net, in deren höchsten Punkt die zur Zusatzfeuerung führende Brenngasleitung 144 angeschlossen ist. Die Brenngasleitung 144 enthält eine Filtereinrichtung 142 und einen Verdichter 135.

Während des Betriebs der Wirbelschichtfeuerung 110 wird das an der Einspeisestelle 84 zugeführte Wirbelschicht­ feuerungs-Brennmaterial durch die in Richtung des Pfei­ les 86 im Zirkulationskanal umlaufenden Koks- und Asche­ teilchen der Wirbelschicht mitgerissen und erhitzt. Hierbei erfolgt eine Vergasung bzw. Entgasung dieses Brennmaterials, das hierdurch entstandene Brenngas sam­ melt sich in der haubenartigen Erweiterung 87 und wird durch die Gasleitung gezogen und der Zusatzfeue­ rung zugeführt. Die entgasten Reste des zugeführten Brennmaterials werden dann zusammen mit den Koks- und Ascheteilchen in den Feuerraum 112 eingeleitet, wo sie zusammen mit dem an der Zufuhrstelle 120 zugeführten Brennmaterial verbrennen. Die Zirkulation der Wirbel­ schicht, die den gesamten Feuerraum 112 ausfüllt, wird durch das mittels der Verbrennungsluftleitung 146 zu­ geführte Gemisch aus Zusatzfeuerungsabgas und Luft bewirkt.

Man kann an der Einspeisestelle 84 das gesamte für den Betrieb der Wirbelschichtfeuerung und für die Brenngas­ erzeugung 110 erforderliche Brennmaterial zuführen. Günstiger jedoch ist es, an der Einspeisestelle 84 nur soviel Brennmaterial zuzuführen, wie für die Erzeugung des Brenngases erforderlich ist. Das restliche Brenn­ material wird in diesem Falle an der Zufuhrstelle 120 dem Feuerraum 112 unmittelbar zugeführt.

Der Betrieb der Dampfkraftanlage und der Gasturbogruppe verläuft wie im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1, so daß sich hier weitere Ausführungen erübrigen.

Fig. 3 zeigt den Bereich der Teilstücke 78, 82 und des Bogens 80 des Zirkulationskanals gemäß Fig. 2 als Aus­ führungsvariante und als Einzelheit in größerer Darstel­ lung. Auch in Fig. 3 enthaltene Einzelteile der Fig. 2 haben in Fig. 3 Bezugsziffern, die gegenüber Fig. 2 um den Betrag 100 vergrößert sind.

Für die Erzeugung des Brenngases durch Entgasung von Wirbelschichtfeuerungs-Brennmaterial ist im Bereich des Bogens 180 des Zirkulationskanals 172 eine stationäre zweite Wirbelschicht 102 eingefügt, die ähnlich arbeitet wie die Wirbelschichtfeuerung gemäß Fig. 1. Die zweite Wirbelschicht 102 ist in einem vertikalen Raum 90 aus­ gebildet, in dessen unterem Bereich ein mit einer Viel­ zahl von Öffnungen versehener Düsenboden 92 horizontal angeordnet ist. Unter dem Düsenboden 92 ist ein Raum 94 vorgesehen, in den eine Rohrleitung 96 mündet, und die unter Zwischenschaltung eines Gebläses oder eines Ver­ dichters an die Abgasführung des Systems, die in Fig. 1 die Bezugsziffer 19 aufweist, angeschlossen ist. Der Anschluß erfolgt vorzugsweise nach der vorgesehenen Abgasreinigungsanlage.

In den Raum 90 ist, vorzugsweise zentrisch, das vertikal verlaufende gerade Teilstück 186 des Zirkulationskanals 172 soweit eingeführt, daß die Mündung des Teilstückes 186 im oberen Bereich der stationären zweiten Wirbel­ schicht 102 liegt. Diese stationäre zweite Wirbelschicht hat eine definierte Oberfläche 100 und befindet sich unmittelbar über dem Düsenboden 92. Das zur Wirbel­ schichtfeuerung des Dampferzeugers mit Gefälle zurück­ führende Teilstück 182 der Zirkulationsleitung ist an eine vertikale Seitenwand des Raums 90 angeschlossen. Hierbei bildet jener vertikale Bereich der Seitenwand, der sich zwischen der Anschlußstelle 106 des Teilstückes 182 und dem Düsenboden 92 befindet, ein Überlaufwehr 104. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, bestimmt die Höhe des Überlaufwehres 104 die vertikale Dicke der stationären zweiten Wirbelschicht 102, bzw. die Dicke dieser Wirbel­ schicht kann durch eine entsprechende Höhe des Überlauf­ wehres gewählt werden.

Der obere Endbereich des Raums 90 bildet einen Brenngas­ sammelraum 108. Hierzu verjüngt sich der obere Endbe­ reich des Raums 90 zum zentrisch in den Raum 90 einge­ führten Teilstück 186 hin und geht in einen das Teil­ stück 186 ringförmig umgebenenden Raum 114 über, der den eigentlichen Brenngassammelraum 108 bildet. An diesen Brenngassammelraum ist schließlich die zur Zusatzfeue­ rung führende Brenngasleitung 244 mit eingeschalteter Filtereinrichtung 242 samt Verdichter 235 angeschlossen. Unmittelbar oberhalb des Düsenbodens 92 befindet sich die Einspeisestelle 116 für Brennmaterial zum Raum 90, durch welche Wirbelschichtfeuerungs-Brennmaterial der Wirbelschicht 102 zugeführt werden kann.

Während des Betriebs der Anlage wird der Zirkulationska­ nal 172, genau wie in Fig. 2, von zirkulierenden Asche­ und Koksbestandteilen der Wirbelschichtfeuerung durch­ strömt. Diese treten hierbei durch das Teilstück 186 in den Raum 90 ein und füllen, ausgehend vom Düsenboden 92, den Raum 90 bis zur Anschlußstelle 106 an, und werden dann durch das Teilstück 182 mit Gefälle zum Feuerraum der Wirbelschichtfeuerung des Dampferzeugers (vergl. Fig. 1) zurückgeführt. Hierbei bestimmt die Höhe des vertikal verlaufenden Überlaufwehres 104 die Dicke der sich auf dem Düsenboden 92 ausbildenden Schicht, welche die Wirbelschicht 102 bildet. Hierbei ist zu beachten, daß das Teilstück 186 des Zirkulationskanals in die Wirbelschicht 102 eintaucht und dort ausmündet.

An der Brennmaterialzufuhrstelle 116 wird für die Brenngaserzeugung vorgesehenes Wirbelschichtfeuerungs- Brennmaterial in die zweite Wirbelschicht 102 einge­ führt. Zur Ausbildung der zweiten Wirbelschicht wird durch die Rohrleitung 96 sauerstoffarmes Gas mit einem Sauerstoffgehalt von höchstens 5 Vol%, vorzugsweise Abgas, das der Abgasführung der Wirbelschichtfeuerung des Dampferzeugers entnommen ist, zugeführt, so daß das eingebrachte Brennmaterial nicht verbrennen kann, son­ dern nur entgast wird. Da die zweite Wirbelschicht 102 in den Zirkulationskanal 172 der Wirbelschichtfeuerung des Dampferzeugers eingeschaltet ist, wird die für die Entgasung des Brennmaterials erforderliche Wärme durch die zirkulierenden heißen Asch- und Koksteilchen in die zweite Wirbelschicht 102 eingebracht.

Das entstandene Brenngas strömt nach oben in den Brenn­ gassammelraum 108 und wird dort durch die Brenngaslei­ tung 244 abgezogen und über die Filtereinrichtung 242 und den Verdichter 235 der Zusatzfeuerung als Brennstoff zugeführt. Das entgaste Brennmaterial fließt zusammen mit den Asche- und Koksteilchen des Zirkulationskanals 172 durch das Teilstück 182 der zur Dampferzeugung dienenden Wirbelschichtfeuerung zu. Vorzugsweise wird man der zweiten Wirbelschicht 102 nur soviel Brennma­ terial zuführen, wie für die Erzeugung des erforderli­ chen Brenngases der Zusatzfeuerung nötig ist. Der rest­ liche für den Betrieb des Systems erforderliche Brenn­ stoff wird dann unmittelbar in die Wirbelschichtfeuerung des Dampferzeugers eingeführt. In manchen Fällen kann es jedoch günstiger sei, sämtliches für den Betrieb der kombinierten Gasturbinen-Dampfkraftanlage erforderliches Brennmaterial an der Brennmaterialzufuhrstelle 116 in die zweite Wirbelschicht 102 und somit in den Zirkulati­ onskanal 172 einzuspeisen, dessen Zirkulation das Brenn­ material in die Wirbelschichtfeuerung 10 des Dampfer­ zeugers weiterführt (vergl. Fig. 1).

Die Lehre vorliegender Erfindung kann folgendermaßen zusammengefaßt werden.

Bei einem Verfahren bzw. bei einer Anlage zur Erzeugung elektrischer Energie mit Hilfe einer kombinierten Gast­ urbinen-Dampfkraftanlage, die eine Wirbelschichtfeuerung 10; 110 aufweist, wird die Verbrennungs- bzw. Wirbelluft der Wirbelschichtfeuerung verdichtet, in einem Wärme­ tauscher 22;122 der Wirbelschichtfeuerung erhitzt, in einer Zusatzfeuerung 32 nacherhitzt, in einer Gasturbine 30 entspannt und dann der Wirbelschichtfeuerung 10;110 zugeführt. Um die Brenngasversorgung der Zusatzfeuerung zu vereinfachen und zu verbilligen, wird dieses Brenngas durch Entgasung und/oder Vergasung, vorzugsweise durch Entgasung,von Wirbelschichtfeuerungs-Brennmaterial ge­ wonnen.

Zu bemerken ist noch, daß den Lehren der Patentansprüche 4 bis 6 selbständig erfinderische Bedeutung zukommt, insbesondere auch ohne Zusammenhang mit einem Dampf­ kraftwerk.

Claims (6)

1. Verfahren zum Erzeugen von elektrischer Energie unter Verwendung einer eine Wirbelschichtfeuerung auf­ weisenden kombinierten Gasturbinen-Dampfkraftanlage, wobei verdichtete Luft in einem in der Wirbelschicht­ feuerung (10; 110) angeordneten Wärmetauscher (22; 122) erhitzt, durch eine dem Wärmetauscher (22; 122) nachge­ schaltete Zusatzfeuerung (32) weiter erhitzt, unter Arbeitsleistung entspannt und dann der Wirbelschicht­ feuerung (10; 110) zugeführt wird und wobei in der Wir­ belschichtfeuerung (10; 110) freigesetzte Wärmeenergie zur Dampferzeugung eingesetzt wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Wirbelschichtfeuerungs-System durch Entgasung und/oder Vergasung von Wirbelschichtfeue­ rungs-Brennmaterial Brenngas erzeugt und der Zusatz­ feuerung (32) als Brennstoff zugeführt wird.

2. Kombinierte Gasturbinen-Dampfkraftanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Wirbelschichtfeuerung (10; 110), in deren Feuerraum (12; 112) der Wärmetauscher (22; 122) angeordnet ist dessen Eingang mit einem Luft-Verdichter (26) und dessen Ausgang unter Zwischenschaltung der Zusatzfeuerung (32) mit dem Einlaß einer Gasturbine (30) verbunden ist, deren Auslaß an die Wirbelschichtfeuerung (10; 110) ange­ schlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle einer Wirbelschichtfeuerung (10) mit einer im Feuerraum (12) ausgebildeten stationären Wirbelschicht (14) die Zusatzfeuerung (32) zur Brenngasversorgung an den sich im Bereich der Brennmaterial-Zufuhrstelle (20) im Feuer­ raum (12) ausbildenden Vergasungs- bzw. Entgasungsbe­ reich angeschlossen ist, und daß bei einer Wirbel­ schichtfeuerrung (110) mit einer zirkulierenden Wirbel­ schicht wenigstens ein Teil des Wirbelschichtfeuerungs- Brennmaterials in das zum Feuerraum (112) zurückführende Teilstück (82; 182) des Zirkulationskanals (72; 172) einspeisbar ist, und daß die Zusatzfeuerung zur Gasver­ sorgung an den sich im Bereich der Einspeisestelle (84; 116) ausbildenden Vergasungs- bzw. Entgasungsbereich angeschlossen ist.

3. Anlage nach Anspruch 2 mit einer Wirbelschicht­ feuerung (10), deren Wirbelschicht stationär ist, da­ durch gekennzeichnet, daß die Brenngasleitung (44) der Zusatzfeuerung (32) im Vergasungs- bzw. Entgasungsbe­ reich an mehreren Anschlußstellen die vorzugsweise unge­ fähr in einer Ebene verlaufend an der Pheripherie des Feuerraums (12) ungefähr gleichmäßig verteilt sind, an den Feuerraum (12) angeschlossen ist (Fig. 1).

4. Anlage nach Anspruch 2, mit einer Wirbelschicht­ feuerung (110), die eine zirkulierende Wirbelschicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zirkulations­ kanal (72), in Zirkulationsrichtung gesehen, stromab der Einspeisestelle (84) einen Brenngassammler (87) in Form einer haubenartigen Erweiterung des Zirkulationskanals (72) aufweist, an den die Zusatzfeuerung zur Brenngas­ versorgung angeschlossen ist (Fig. 2).

5. Anlage nach Anspruch 2, mit einer Wirbelschicht­ feuerung, die eine zirkulierende Wirbelschicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zirkulationskanal (172) ein Raum (90) mit einer stationären zweiten Wir­ belschicht (102) eingefügt ist, in die wenigstens ein Teil des für den Betrieb des Systems erforderlichen festen Brennmaterials einspeisbar ist, und der ein sauerstoffarmes Gas, vorzugsweise Abgas der Wirbel­ schichtfeuerung, als Wirbelmedium und zur mindestens teilweisen Entgasung des Brennmaterials zuführbar ist (Fig. 3).

6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Wirbelschicht (102) ein an die Zusatz­ feuerung angeschlossener Brenngassammelraum (114) vor­ gesehen ist, daß das, in Zirkulationsrichtung gesehen, in die zweite Wirbelschicht (102) eintretende Teilstück (186) des Zirkulationskanals (172) innerhalb der zweiten Wirbelschicht (102) ausmündet, daß das aus dem Raum (90) führende Teilstück (182) des Zirkulationskanals an min­ destens ein Überlaufwehr (104) angeschlossen ist, das die zweite Wirbelschicht (102) seitlich begrenzt und dessen Höhe die Dicke der zweiten Wirbelschicht (102) in vertikaler Richtung bestimmt (Fig. 3).