DE3817713A1 - Kombiniertes gas- und dampfturbinenkraftwerk mit aufgeladener wirbelschichtfeuerung - Google Patents

Kombiniertes gas- und dampfturbinenkraftwerk mit aufgeladener wirbelschichtfeuerung

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DE3817713A1
DE3817713A1 DE19883817713 DE3817713A DE3817713A1 DE 3817713 A1 DE3817713 A1 DE 3817713A1 DE 19883817713 DE19883817713 DE 19883817713 DE 3817713 A DE3817713 A DE 3817713A DE 3817713 A1 DE3817713 A1 DE 3817713A1
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines kombinierten Gas- und Dampfturbinenkraftwerks mit aufgeladener Wirbelschichtfeuerung und integrierter Kohle­ vergasung.
Bei Verfahren zum Betrieb von Gas- und Dampfturbinenkraft­ werken mit aufgeladener Wirbelschichtfeuerung in Verbindung mit einer Aufheizung des gereinigten Rauchgases bzw. eines Gemisches aus Rauchgas und Bypaßluft in einem Wärmetauscher (z.B. gem. Hauptanmeldung P 38 01 886) ist die Eintrittstem­ peratur des Rauchgases in die Gasturbine aufgrund werkstoff­ technischer Probleme auf etwa 800°C begrenzt. Bei anderen Konzepten, bei denen eine Heißgasreinigung zur Entstaubung des Rauchgases vorgesehen ist, ergibt sich aufgrund der feuerungstechnischen Eigenschaften einer Wirbelschichtfeuer­ ung eine maximale Turbineneintrittstemperatur von etwa 900°C, wobei dazu geeignete Heißgasentstauber bisher nicht zur Verfügung stehen. Aufgrund der Begrenzung der Rauchgas- Turbineneintrittstemperatur auf etwa 800 bis 900°C ergibt sich ein maximaler Kraftwerkswirkungsgrad von ca. 42 bis 43%. Eine weitere Steigerung des Wirkungsgrades kann er­ reicht werden, wenn in einer, der Gasturbine vorgeschalte­ ten, Brennkammer ein Zusatzbrennstoff wie Öl, Erdgas oder Kohlegas verfeuert und so die Turbineneintrittstemperatur weiter angehoben wird.
Aus der Offenlegungsschrift DE 32 04 672 ist ein Verfahren bekannt, bei dem eine aufgeladene Wirbelschichtfeuerung zur Steigerung des Wirkungsgrades mit einer Kohlevergasung kom­ biniert ist. Wesentlicher Nachteil dieses Konzeptes ist das ungelöste Problem der Heißgasentstaubung des Rauchgases aus der Wirbelschichtfeuerung und des Kohlegases aus der Kohle­ vergasung. Bei einer auf über 1000°C angehobenen Turbinen­ eintrittstemperatur ergibt sich eine erhöhte Anforderung an die Reinigung des Rauch- und des Kohlegases, um einen siche­ ren Betrieb der Gasturbine zu gewährleisten. Eine dazu geeignete Heißgasentstaubung steht beim Stand der Technik nicht zur Verfügung.
Ferner sind verschiedene andere Konzepte für kombinierte Gas- und Dampfturbinenkraftwerke mit integrierter Kohlever­ gasung bekannt. Probleme hierbei bestehen in der Erzielung eines ausreichenden Wirkungsgrades, insbesondere auch bei Teillast und in dem Problem, die Einsatzkohle vollständig umzusetzen. Um einen vollständigen Umsatz der Kohle in der Kohlevergasung zu erreichen ist i.a. der Einsatz von reinem Sauerstoff erforderlich. Für die Bereitstellung des Sauer­ stoffs ist jedoch eine Luftzerlegungsanlage notwendig, durch die der Anlagenaufwand erhöht, der Wirkungsgrad durch den Eigenverbrauch verschlechtert und das Laständerungsverhalten des Kraftwerks eingeschränkt wird.
Aufgabe der Zusatzerfindung ist es, eine Kohlevergasung so in ein Kombikraftwerk mit aufgeladener Wirbelschichtfeuerung zu integrieren, daß ein möglichst hoher Wirkungsgrad erzielt und die Probleme bei anderen Konzepten mit integrierter Kohlevergasung vermieden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den Patent­ ansprüchen gelöst.
Da eine wirksame und zuverlässige Entstaubung des Rauchgases bei Temperaturen über 600°C beim Stand der Technik nicht möglich ist, erfolgt die Feinentstaubung bei einer Tempera­ tur von 250 bis 450°C. Bei einer Rauchgastemperatur unter 450°C ist der Einsatz bewährter und hochwirksamer Elektro- oder Gewebefilter möglich, mit denen Reststaubgehalte von weniger als 5 ppm (ca. 6,5 mg/Nm3) zu erreichen sind. Dazu wird das Rauchgas-Flugasche-Gemisch zunächst durch die Heiz­ flächen im Bereich der Wirbelschichtfeuerung auf ca. 450 bis 800°C abgekühlt und mittels Zyklonabscheidern vorentstaubt. Nach der Vorentstaubung wird das Rauchgas durch Wärmetau­ scher des Dampferzeugersystems auf ca. 400°C, durch einen Rohgas-Reingas-Rekuperativwärmetauscher auf ca. 300°C und durch einen Speisewasservorwärmer oder einen Verdampfer auf die Entstaubungstemperatur von ca. 250°C abgekühlt. Bei einer Anhebung der Entstaubungstemperatur auf 350 bis 500°C können der Rekuperativwärmetauscher und der Speisewasservor­ wärmer oder Verdampfer entfallen.
Das gereinigte Rauchgas wird nach der Feinentstaubung mit der Bypaßluft gemischt und danach in einem Wärmetauscher, der von der zirkulierenden Wirbelschichtfeuerung beheizt wird, auf mehr als 700°C vorgewärmt. Anschließend wird das Rauchgas-Bypaßluft-Gemisch einer Brennkammer zugeführt und dort durch Verfeuerung von Kohlegas auf die maximal mögliche Turbineneintrittstemperatur einer Hochtemperatur-Gasturbine von etwa 1100°C aufgeheizt.
Die Größe der Bypaßluft ist dabei so bemessen, daß sich bei Vollastbetrieb noch genügend Sauerstoff in dem Rauchgas- Bypaßluft-Gemisch zur Verfeuerung des Kohlegases befindet. Die Vorwärmung des Rauchgas-Bypaßluft-Gemisch in einem Wärmetauscher der aufgeladenen Wirbelschichtfeuerung führt zu einer Verringerung der erforderlichen Kohlegasmenge und damit zu einem verringertem Aufwand für die Kohlevergasungs­ anlage. Dies führt insgesamt zu einer Verringerung der Anlagenkosten, da der Aufwand für die Kohlevergasung pro erzeugter Kohlegasmenge voraussichtlich höher ist als der vergleichbare Aufwand für die Vorwärmung des Rauchgas-Bypaß­ luft-Gemisches in der aufgeladenen Wirbelschichtfeuerung. Durch die Kombination einer Kohlevergasung mit einer Feuer­ ung ergibt sich zudem die Möglichkeit, die Kohle bei Einsatz von Luft als Vergasungsmittel nur teilweise zu vergasen und den Vergasungsrückstand in der Feuerung umzusetzen. Dadurch kann eine zur vollständigen Vergasung i.a. notwendige Sauerstofferzeugung vermieden werden.
Als Feuerungssystem wird eine zirkulierende, druckaufgela­ dene Wirbelschichtfeuerung eingesetzt, die zur Verfeuerung der feinkörnigen Vergasungsrückstände besser geeignet ist als andere Feuerungssysteme. Der Wärmetauscher zur Aufhei­ zung des Rauchgasgemisches wird ebenso wie Wärmetauscher des Dampferzeugersystems, oberhalb der Wirbelbrennkammer der zirkulierenden Wirbelschichtfeuerung angeordnet und über das durchströmende Rauchgas-Flugasche-Gemisch beheizt. Dabei erfolgt die Wärmeübertragung vorwiegend über die mit dem Rauchgas ausgetragene und anschließend rezirkulierte Flug­ asche als Wärmeträger.
Zur Kohlevergasung eignet sich vorzugsweise eine Kohleteil­ vergasung, die nach dem Flugstrom- oder Wirbelschichtverfah­ ren arbeitet. Die Kohle wird dabei unter Einsatz von ver­ dichteter Luft und gegebenenfalls Dampf als Vergasungsmittel zu ca. 50 bis 80% teilvergast. Die Vergasungsluft wird dem Verdichter der Gasturbine entnommen und der Kohlevergasung über einen Zusatzverdichter zugeführt, der Vergasungsdampf kann der Dampfturbine entnommen werden. Gegebenenfalls ist es sinnvoll, auch die Vergasungsluft in einem Wärmetauscher der aufgeladenen Wirbelschichtfeuerung vorzuwärmen, um den Ver­ gasungsumsatz der eingesetzen Kohle und den Brennwert des erzeugten Kohlegases zu verbessern.
Die Entschwefelung des Kohlegases kann entweder in einer üblichen Niedertemperatur-Schwefelwäsche oder in einer Heiß­ gasentschwefelungsanlage erfolgen. Bei einer Heißgasent­ schwefelung wird der Schwefelwasserstoff im Kohlegas in einem Wirbelschichtreaktor bei einer Temperatur von ca. 700-900°C an einen Absorbenten, vorzugsweise Kalzium, gebunden. Der Vorteil einer Heißgasentschwefelung im Vergleich zu einer nassen Schwefelwäsche, die bei Temperaturen unter 100°C arbeitet, liegt in dem deutlich geringeren Eigenverbrauch und geringeren Wärme- und Massenstromverlust, da im gesamten Gasreinigungsverfahren kein Wasserdampf auskondensiert.
Der Feinstaub im Kohlegas wird zusammen mit dem restlichen Feinkoks in einem Schlauch- oder Elektrofilter bei einer Temperatur von ca. 250°C abgeschieden und ebenfalls der Wirbelschichtfeuerung zugeführt. Da die Chloride und Fluo­ ride in der Heißgasentschwefelung wegen der relativ hohen Temperaturen voraussichtlich nur unzureichend eingebunden werden, können diese Schadgase in einem zusätzlichem Wirbel­ schichtreaktor nach dem Trockenabsorptionsverfahren durch Zugabe von Kalk bei einer Temperatur von ca. 250°C abge­ schieden werden.
Beim Betreiben einer Kohlevergasung ergibt sich durch die notwendige Abkühlung des Rohgases eine relativ große Ab­ wärmemenge, die in den Kraftwerksprozeß eingebunden werden muß. Für die Wirtschaftlichkeit des Kraftwerks ist eine wirkungsgradgünstige Nutzung dieser Abwärmemenge von wesent­ licher Bedeutung.
Üblicherweise wird in bisherigen Konzepten die Abwärme im Kohlegas zur Erzeugung von Hochdruckdampf genutzt, der dann gemeinsam mit Dampf aus dem Abhitzekessel oder der Feuerung in einer Dampfturbine entspannt wird. Dabei ergeben sich Probleme durch eine hohe thermische und mechanische Belas­ tung der Heizrohre infolge eines relativ guten Wärmeüber­ gangs im Bereich Rohgas-Heizrohr und eines weniger günstigen Wärmeübergangs im Bereich Heizrohr-Dampf, der zu einer rela­ tiv hohen Heizrohrtemperatur führt. Zudem ergibt sich für die Heizrohre aufgrund der chemischen Zusammensetzung des Rohgases eine erhöhte Korrosions- und Werkstoffzersetzungs- Gefahr, die mit steigender Rohrwandtemperatur zunimmt.
Zur Verminderung dieser Probleme und zur Erzielung eines guten Wirkungsgrades wird deshalb bei diesem Konzept dieser Teil der Abwärme erfindungsgemäß mit Hilfe eines Wärmeüber­ tragungskreislaufes mit einem flüssigem Wärmeträger in den Dampfprozeß eingebunden und dabei zusammen mit Wärme aus der Wirbelschichtfeuerung zur Überhitzung und/oder Zwischen­ überhitzung des Dampfes eingesetzt. Die Wärmetauscher zur Aufheizung des flüssigen Wärmeträgers werden dabei so in Reihe geschaltet, daß der flüssige Wärmeträger zunächst in der Kohlevergasung vorgewärmt und anschließend in einem Wärmetauscher der aufgeladenen Wirbelschichtfeuerung weiter auf die Vorlauftemperatur von etwa 600°C aufgeheizt wird. Aufgrund dieser Reihenschaltung und aufgrund des guten Wärmeüberganges des flüssigen Wärmeträgers kann die maximale Rohrwandtemperatur der Heizrohre in den Wärmetauschern der Kohlevergasung auf ca. 500°C begrenzt und dadurch die Gefahr der Hochtemperaturkorrosion deutlich gemindert werden. Zudem ergibt sich aufgrund des geringen Betriebsdruckes des Wärme­ übertragungskreislaufes, des relativ geringen Volumenstromes und des Wegfalls von Einrichtungen zur Dampftemperaturregel­ ung ein vereinfachter Aufbau dieser Wärmetauscher im Bereich der Kohlevergasung.
In einem Rohgas-Reingas-Wärmetauscher wird das Kohlegas weiter auf ca. 300°C und in einem Speisewasservorwärmer, Verdampfer oder Wassereinspritzkühler weiter auf ca. 250°C abgekühlt. Das Reingas wird nach der Feinentstaubung und der Abscheidung verschiedener Schadgase nachverdichtet, dann in dem Rohgas-Reingas-Wärmetauscher wieder auf ca. 400°C aufge­ heizt und anschließend in der Gasturbinenbrennkammer ver­ feuert.
Durch den Einsatz eines Wärmeübertragungskreislaufes ist es möglich, die Abwärme aus der Rohgaskühlung auf einem höherem Temperaturniveau zu nutzen und optimaler in den Gesamtpro­ zeß zu integrieren als bei der direkten Erzeugung von Hochdruckdampf, wodurch sich eine deutliche Verbesserung des Wirkungsgrades ergibt.
Ein wesentlicher Vorteil des Gesamtkonzeptes besteht darin, daß durch die Kombination einer Kohleteilvergasung mit einer aufgeladenen Wirbelschichtfeuerung im Vergleich zu anderen Konzepten ein besonders guter Wirkungsgrad erreichbar ist, wobei die Kohlevergasung aufgrund der Auslegung als Teilver­ gasung einfach in das Kraftwerk integrierbar ist und auf­ grund der Vorwärmung des Rauchgasgemisches in der Wirbel­ schichtfeuerung für eine relativ kleine Leistung ausgelegt werden kann. Als Brennstoff sind neben Kohle auch andere Festbrennstoffe, wie z.B. Biomassen geeignet.
Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Das Kombikraftwerk besteht im wesentlichem aus einer Gasturbinengruppe 1 bis 3, einer aufgeladenen Wirbel­ schichtfeuerung 8 bis 23, einer Kohlevergasungsanlage 50 bis 66 und einem Dampfturbinenprozeß 30 bis 41.
Mit Hilfe eines Verdichters 1, der mit einer Gasturbine 2 und einem Synchrongenerator 3 über eine Welle gekoppelt ist, wird angesaugte Luft auf 15 bar verdichtet und einer aufge­ ladenen Wirbelschichtfeuerung 11 zugeführt. Die Gasturbine 1, 2 ist eine modifizierte Seriengasturbine mit einer Turbi­ neneintrittstemperatur von ca. 1100°C und einer Leistung von 150 MW. Die vom Verdichter angesaugte Luftmenge beträgt 500 kg/s, der Abgasmassenstrom beträgt ca. 530 kg/s. Die Gastur­ bine wird über Rohrleitungen 4, 7 mit der aufgeladenen Wirbelschichtfeuerung verbunden.
Die Verbrennungsluft für die Wirbelschichtfeuerung wird von der Bypaßleitung 5 abgezweigt, in regelbaren Zusatzverdich­ tern 8 um ca. 0,5 bar nachverdichtet und dann den Modulen 12, 13 der Wirbelschichtfeuerung zugeführt. Dabei ist das Kraftwerk in diesem Beispiel so ausgelegt, daß im Vollastbe­ reich etwa die Hälfte der Verdichterluft der Wirbelschicht­ feuerung als Verbrennungsluft zugeführt wird. Die Wirbel­ schichtfeuerung wird mit gemahlener Kohle 9 bzw. 65, mit den Vergasungsrückständen 66 und zur Einbindung des Schwefeldio­ xyds mit Kalkstein 10 beschickt.
Die aufgeladene Wirbelschichtfeuerung ist ausgelegt als expandierte, zirkulierende Wirbelschichtfeuerung mit einer Verbrennungstemperatur von 800 bis 900°C. Der Wärmetauscher 15 zur Aufheizung des Rauchgas-Bypaßluft-Gemisches wird ebenso wie der Wärmetauscher 16 des Dampferzeugersystems und der Wärmetauscher 72 des Wärmeübertragungskreislaufes als Konvektionswärmetauscher direkt oberhalb der Wirbelbrennkam­ mern 14 angeordnet und über das durchströmende Rauchgas- Flugasche-Gemisch beheizt, wobei das Rauchgas-Flugasche- Gemisch auf ca. 600 bis 700°C abkühlt wird. Die Wärmeüber­ tragung erfolgt dabei vorwiegend über die mit dem Rauchgas ausgetragene Flugasche als Wärmeträger. In Zyklonabscheidern 18 wird die Flugasche größtenteils vom Rauchgas getrennt und über Asche-Rückführeinrichtungen 19 in die Wirbelbrennkam­ mern, zur Kühlung dieser, zurückgeführt. Die Strömungsge­ schwindigkeit des Rauchgases beträgt innerhalb der Wirbel­ brennkammern 1,0 bis 2,0 m/s, vorzugsweise ca. 1,5 m/s (gerechnet als Leerraumgeschwindigkeit).
Das vorentstaubte Rauchgas wird in einem Vorverdampfer 20 auf 400°C, in einem Rohgas-Reingas-Rekuperativwärmetauscher 21 auf 300°C und in einem Teilstrom-Speisewasservorwärmer 22 auf 250°C abgekühlt. Nach einer hochwirksamen Entstaubung des Rauchgases in einer Schlauchfilteranlage 23 auf einen Reststaubgehalt von weniger als 5 ppm wird das gereinigte Rauchgas in dem Rekuperativwärmetauscher 27 wieder auf 350°C aufgeheizt und anschließend mit der Bypaßluft 5 gemischt.
Das Rauchgas-Bypaßluft-Gemisch 6 wird einem Wärmetauscher 75 zugeführt, dort auf 750 bis 800°C vorgewärmt, dann über eine Heißgasleitung 7 der Gasturbinenbrennkammer 25 zugeführt und dort durch Verfeuern von Kohlegas 26 weiter auf 1100°C er­ hitzt. In der Gasturbine 2 wird das Rauchgasgemisch unter Energieabgabe entspannt und mit einer Temperatur von ca. 530°C den Abhitzekesseln 35, 34, 31 zugeführt, dort auf 80 bis 100°C abgekühlt und über einen Kamin, der in einen Kühlturm 43 integriert ist, an die Atmosphäre abgegeben.
Die Kohleteilvergasung 50 arbeitet nach dem Verfahrensprin­ zip der zirkulierenden Wirbelschicht. Die Vergasungsluft für die Kohlevergasung wird von der Verdichterluftleitung 4 abgezweigt, in einem Verdichter 64 um 2 bar auf ca. 17 bar nachverdichtet und über eine Heißgasleitung 62 dem Verga­ sungsreaktor 50 zugeführt.
Die zugeführte Kohle wird in dem Wirbelschichtreaktor mit Hilfe der Vergasungsluft 62 und gegebenfalls Dampf 63 bei einer Temperatur von ca. 1100°C zu ca. 70% teilvergast. Der Vergasungsrückstand 66, bestehend aus Feinkoks und Asche, wird aus dem Vergasungsreaktor abgezogen und der Wirbel­ schichtfeuerung zur vollständigen Verbrennung zugeführt. Nach einer Vorentstaubung in einem Rückführzyklon 51 wird das Kohlegas in einem Wärmetauscher 52 auf 800°C abgekühIt und dann in einem Wirbelschichtreaktor 53 durch Zugabe von Kalkstein 54 entschwefelt. Das sich bei der Entschwefelung bildende Kalziumsulfid (CaS) wird zusammen mit dem nicht umgesetztem Kalziumoxyd (CaO) aus dem Wirbelschichtreaktor über eine Leitung 55 abgezogen und zusammen mit dem Verga­ sungsrückstand der Wirbelschichtfeuerung zugeführt, wo das Kalziumsulfid unter Energieabgabe zu Kalziumsulfat (CaSO4) aufoxidiert wird. Das Kalziumoxyd dient in der Wirbel­ schichtfeuerung zur Einbindung von Schwefeldioxyd.
Das Rohgas wird in einem weiterem Konvektionswärmetauscher 56, einem Rohgas-Reingas-Wärmetauscher 57 und einem Wärme­ tauscher 58 zur Speisewasservorwärmung auf 250°C abgekühlt. In einer Filteranlage 59 wird der restliche Feinkoks und andere Feinstäube abgeschieden und ebenfalls der Wirbel­ schichtfeuerung zugeführt. In einer weiteren Gasreinigungs­ stufe 60 werden Chloride und Fluoride abgeschieden. Das Reingas wird in einem regelbarem Verdichter 67 nachverdich­ tet, in dem Rohgas-Reingas-Wärmetauscher 57 wieder auf 450°C aufgeheizt und anschließend in der Gasturbinenbrennkammer 25 verfeuert.
Die bei der Rohgaskühlung anfallende Wärme wird größtenteiIs mit Hilfe eines Wärmeübertragungskreislaufes 70 mit flüssi­ gem Natrium als Wärmeträger zusammen mit Wärme aus der Wirbelschichtfeuerung in den Dampfprozeß eingebunden. Dazu wird das Natrium mittels einer Umlaufpumpe 71 zu den paral­ lel geschalteten Wärmetauschern 52, 56 der Rohgaskühlung gefördert, dort auf ca. 480°C vorgewärmt und danach in einem Wärmetauscher 72 der Wirbelschichtfeuerung weiter auf 580°C erhitzt. Anschließend wird das Natrium den Wärmetauschern 73, 74 zugeführt, die zur Überhitzung und Zwischenüberhit­ zung des Dampfes dienen und dabei unter Energieabgabe wieder auf 400°C abgekühlt.
Das Kondensatwasser wird mittels einer Kondensatpumpe 30 einem Abhitzekessel 31 und einer mehrstufigen, regenerativen Speisewasservorwärmung 36 zugeführt, dort jeweils auf 150°C vorgewärmt und danach einem Speisewasserbehälter und Entga­ ser 32 zugeleitet. Mit Speisewassserpumpen 33 wird das Spei­ sewasser auf 280 bar verdichtet und, aufgeteilt in Teilströ­ me, einem Abhitzekessel 34, einer mehrstufigen, regenerati­ ven Hochdruck-Speisewasservorwärmung 37, einem Rauchgaswär­ metauscher 22 und einem Kohlegaswärmetauscher 58 zugeführt, dort jeweils auf 250°C vorgewärmt und anschließend in einem Vollstrom-Abhitzekessel 35 weiter vorgewärmt und teilweise verdampft.
Danach wird das Wasser-Dampf-Gemisch in einem Vorverdampfer 20 weiter verdampft und anschließend in einem Verdampfer und Überhitzer 16 vollständig verdampft und teilweise überhitzt. In einem Wärmetauscher 73, der über den Natriumkreislauf 70 beheizt wird, wird der Dampf weiter überhitzt und dann mit einer Temperatur von 540°C und einem Druck von 250 bar einer Hochdruckturbine zugeführt und in dieser unter Energieabgabe auf 40 bar entspannt. Der Zwischendampf wird in einem Zwi­ schenüberhitzer 74, der ebenfalls über den Natriumkreislauf beheizt wird, wieder auf 540°C erhitzt, in einer Nieder­ druckturbine auf 0,05 bar entspannt und in einem Kondensator 47 kondensiert. Die Dampfturbine 39 hat eine Leistung von 350 MW und treibt einen Generator 40 an.
Die thermische Leistung des Kombikraftwerkes beträgt 1000 MW (zugeführter Brennstoffstrom), die abgegebene elektrische Leistung beträgt 455 MW. Der Wirkungsgrad beträgt 45,5%.
Bei Teillastbetrieb wird zunächst nur die Dampfleistung reduziert und dabei der Speisewasserstrom durch die dampfbe­ heizte Speisewasservorwärmung reduziert. Dabei steigt bis zu einer Teillast von 70% der Wirkungsgrad zunächst noch auf über 46% an, so daß sich das Kraftwerk auch gut für den Teillastbetrieb eignet.

Claims (9)

1. Kombiniertes Gas- und Dampfturbinenkraftwerk mit aufgela­ dener Wirbelschichtfeuerung,
  • - mit einer Gasturbinengruppe (1 bis 3) zur Aufladung der Wirbelschichtfeuerung,
  • - mit einem Dampferzeugersystem zum Betreiben einer Dampfturbine (39),
  • - mit einem hochwirksamen Entstaubungssystem (23) im Rauch­ gasstrom nach der Wirbelschichtfeuerung (11) und vor Eintritt des Rauchgases in die Gasturbine (2),
  • - mit einem Abhitzekessel (37, 34, 35) hinter dem Gasturbinen­ austritt zur Nutzung der Restwärme im Rauchgas zur Vorwär­ mung und gegebenfalls Verdampfung von Speisewasser,
  • - mit einer Vergasungsanlage (50 bis 66) zur Vergasung eines festen Brennstoffes,
dadurch gekennzeichnet, daß das Rauchgas (24) aus der aufgeladenen Wirbelschichtfeuerung nach einer Feinentstaubung (23) mit der Bypaßluft (5) aus dem Verdichter (1) einer Gasturbine gemischt und das Rauch­ gas-Bypaßluft-Gemisch (6) danach in einem Wärmetauscher (15) vorgewärmt und anschließend in einer Brennkammer (25) durch Verfeuern von Brenngas (26) aus der Vergasungsanlage (50 bis 66) weiter aufgeheizt wird, wobei der Wärmetauscher (15) zur Aufheizung des Rauchgasgemisches oberhalb einer Wirbelbrenn­ kammer (14) der aufgeladenen Wirbelschichtfeuerung angeord­ net wird und der Wärmetransport aus der Wirbelbrennkammer (14) zu diesem Wärmetauscher (15) größerenteils über die, mit dem Rauchgas ausgetragene Flugasche als Wärmeträger erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Brenngas in der Vergasungsanlage (50 bis 66) dadurch erzeugt wird, daß fester Brennstoff zu mindestens 50% teil­ vergast wird, wobei die festen Vergasungsrückstände in der aufgeladenen Wirbelschichtfeuerung (11) verbrannt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entschwefelung des Brenngases in einem Wirbelschicht­ reaktor (53) bei 750 bis 950°C durch Zugabe eines kalzium­ haltigen Absorbenten erfolgt und das beladene Absorbent der aufgeladenen Wirbelschichtfeuerung (11) zugeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der bei der Kühlung des Rohgases in der Vergasung anfallenden Abwärme mit Hilfe eines Wärmeüber­ tragungskreislaufes (70) mit einem flüssigem Wärmeträgerme­ dium auf Überhitzer (73) und/oder Zwischenüberhitzer (74) des Dampfprozesses übertragen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscher (52, 56, 72) zur Aufheizung des flüssigen Wärmeträgers derart in Reihe geschaltet werden, daß das flüssige Wärmeträgermedium zuerst in Wärmetauschern (52, 56) der Kohlevergasung vorgewärmt und anschließend in mindestens einem Wärmetauscher (72) der aufgeladenen Wirbelschicht­ feuerung weiter aufgeheizt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Wärmetauscher (16) des Dampferzeugersystems und/oder Wärmetauscher (72) des Wärmeübertragungskreislaufes oberhalb einer Wirbelbrennkammer (14) der Wirbelschichtfeuerung ange­ ordnet werden und der Wärmetransport aus der Wirbelbrennkam­ mer zu diesen Wärmetauschern (16, 72) größerenteils über die mit dem Rauchgas ausgetragene Flugasche als Wärmeträger erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelschichtfeuerung auf einen Druck von 8 bis 20 bar aufgeladen wird und die Strömungsgeschwindigkeit des in vertikaler Richtung strömenden Rauchgases im Bereich der Wirbelbrennkammern (14) 1,0 bis 2,0 m/s beträgt (gerechnet als mittlere Leerraumgeschwindigkeit).
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur innerhalb der Wirbelbrennkammern 700 bis 1100°C, vorzugsweise 800 bis 900°C, innerhalb des Verga­ sungsreaktors 800 bis 1500°C, die Temperatur des Rauchgas- Flugasche-Gemisches vor Eintritt in die Abscheider (18) 400 bis 800°C, vorzugsweise 600 bis 700°C und die Temperatur des Rauchgases und des Kohlegases vor der Feinentstaubung (23) 250 bis 450°C beträgt.
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