DE4236512C2 - Verfahren zum Betrieb eines Kombikraftwerkes, wobei Rauchgas eines Kessels mit einer unterstöchiometrisch in vergaserähnlichem Betrieb gefahrenen Wirbelschichtfeuerung gereinigt, mit der Zuführung von Reinluft nachverbrannt und einer Gasturbine zugeführt wird - Google Patents
Verfahren zum Betrieb eines Kombikraftwerkes, wobei Rauchgas eines Kessels mit einer unterstöchiometrisch in vergaserähnlichem Betrieb gefahrenen Wirbelschichtfeuerung gereinigt, mit der Zuführung von Reinluft nachverbrannt und einer Gasturbine zugeführt wirdInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Kombikraftwerkes, wobei Rauchgas eines Kessels mit einer unterstöchiometrisch in vergaserähnlichem Betrieb gefahrenen Wirbelschichtfeuerung gereinigt, mit der Zuführung von Reinluft nachverbrannt und einer Gasturbine zugeführt wird. DOLLAR A Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Brenngas zwar mit hochkalorischen Werten zu gewinnen und zu nutzen (d. h. eine optimale Nachverbrennung des Rauchgases für eine maximale Eintrittstemperatur in die Gasturbine zu erreichen), aber auch eine Leistungssteigerung der Wirbelschichtfeuerung zu erreichen. DOLLAR A Dies wird dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß die Reinluft im Verhältnis 1 : 1 bis 2 : 1 zwischen Kessel und Nachverbrennungseinrichtung aufgeteilt, so ein Luftverhältnis im Kessel von lambda = 0,5 bis 0,7 gefahren und die flüchtigen Schadstoffe nicht aus der Asche ausgetrieben, sondern mit der trockenen Asche aus dem Rauchgasstrom entfernt werden. DOLLAR A Vorteilhafterweise wird das Mengenverhältnis Verbrennungsluft/Reinluft in Abhängigkeit von der Brennstoffqualität gesteuert. Der vergaserähnliche Betrieb des Kessels wird dabei bei Temperaturen im Bereich von 750 DEG C bis 950 DEG C gefahren.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Kombikraftwerkes, wo
bei Rauchgas eines Kessels mit einer unterstöchiometrisch in verga
serähnlichem Betrieb gefahrenen Wirbelschichtfeuerung gereinigt, mit der
Zuführung von Reinluft nachverbrannt und einer Gasturbine zugeführt
wird.
Zur Erzielung hoher Eintrittstemperaturen für das der Gasturbine zugeführte
Heißgas wird dieses mit einem aus der Wirbelschichtfeuerung abgezweigten
und gereinigten Rauchgasteilstrom in einer Zusatzfeuerung direkt nacherhitzt
(DE-OS 36 13 300).
Diese Verfahrensweise hat zwar den Vorteil, daß mit nur einem Brennstoff der
Betrieb der Wirbelschichtfeuerung und der Zusatzfeuerung gewährleistet ist,
von Nachteil ist aber, daß bei einer zirkulierenden Wirbelschichtfeuerung ein
hoher anlagen- und betriebsführungstechnischer Aufwand erforderlich ist, weil
die Gewinnung des Brenngases für die Nacherhitzung im Brennstoff-Asche-
Kanal und im Bereich der Brennstoffzufuhr erfolgt. Eine Steuerung der erforder
lichen Verbrennungsluft ist nicht ohne weiteres möglich, so daß nur eine unge
nügende Ausnutzung des Brenngases aus dem Rauchgasteilstrom erreichbar
ist. Darüber hinaus ist die Enthalpie des Rauchgases der Wirbelschichtfeuerung
nur ungenügend genutzt.
Es ist zwar schon zur verbesserten Ausnutzung des Brenngases und der Ent
halpie des Rauchgases der Feuerung vorgeschlagen worden, im unterstöchio
metrisch gefahrenen Bereich der Wirbelschichtfeuerung vor der Sekundärluft
zuführung einen Rauchgasteilstrom abzuzweigen und in einer Nachverbren
nungseinrichtung zu verbrennen (DE-Patentanmeldung P 42 24 959). Diese
Technologie weist den Mangel auf, daß durch die Fahrweise der Feuerung kein
Potential zur Leistungserhöhung geschaffen wird.
Für ein Kombikraftwerk mit einem aufgeladenen kohlebefeuerten Dampferzeu
ger ist es bekannt, den Dampferzeuger mit einer unterstöchiometrisch betriebe
nen Wirbelschichtfeuerung mit nachgeschaltetem integrierten Staubabscheider
und einem mit Brennern versehenen Schmelzkammer-Kessel zu versehen
(DE-OS 36 44 030).
Dieser Dampferzeuger weist den Mangel auf, daß das nur grob gereinigte
Rauchgas mit allen Schadstoffen (z. B. Alkalien) in der Schmelzkammer zwar
von der Asche befreit wird, aber im vollem Umfang die Schadstoffe flüchtig
werden. Diese Schadstoffe führen zu Schäden an der Gasturbine.
Weiterhin kann dieser Schrift zwar entnommen werden, daß zur Nachver
brennung des Rauchgases nach dessen Reinigung Reinluft zugeführt wird,
es gibt aber keinen Hinweis darauf, wie das Luftverhältnis im Kessel ein
zustellen ist, um die flüchtigen Schadstoffe nicht aus der Asche auszu
treiben, welche somit in die nachgeschaltete Gasturbine gelangen und
dort die Materialien der Gasturbine angreifen. Auch die als Ergebnis der
unterstöchiometrischen Verbrennung genannten Produkte Wasserdampf
und Kohlenmonoxid geben keinen Hinweis auf das einzustellende Luftver
hältnis, da das Produktgas der Verbrennung viel komplexer ist (CO2, H2O,
Teere und Ruß). Weiterhin werden der Frischluft noch Abgasbeimischun
gen zugesetzt, um höheren Temperaturen entgegenzuwirken.
Die US 30 02 347 beschreibt eine Staubfeuerung, in der Rauchgas soweit
erhitzt wird, daß die entstehende Asche schmilzt. Das Rauchgas wird
nachfolgend soweit abgekühlt, daß Wasser als Waschflüssigkeit zur Rei
nigung dienen kann. Weiterhin wird dem gereinigten Rauchgas nach des
sen Verbrennung wiederum Wärme entzogen. Eine hohe Temperatur des
Rauchgases für nachgeschaltete Gasturbinen, welche daraufhin mit Alka
lien belastet werden, erlangt bei der Staubfeuerung nach der US 30 02 347
keine Bedeutung.
In der DE 32 04 672 wird ein kombinierter Gas-/Dampfturbinenprozeß be
schrieben. Neben einem Kohlevergaser wird ein Combustor betrieben.
Diese Schaltung bewirkt zwar eine günstige Nachverbrennung des in dem
Wirbelbett erzeugten Rauchgases in der Brennkammer, aber eine Verhin
derung des Entstehens von die Materialien der Gasturbine belastenden
Schadstoffe (Alkalien) durch Einstellung eines Luftverhältnisses ist der
Schrift nicht entnehmbar. Außerdem erhöht sich durch den zusätzlichen
Betrieb des Kohlevergasers die Rauchgasmenge, was zu erhöhten Auf
wendungen der gesamten Anlage führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Brenngas zwar mit hochkalori
schen Werten zu gewinnen und zu nutzen (d. h. eine optimale Nachverbren
nung des Rauchgases für eine maximale Eintrittstemperatur in die Gasturbine
zu erreichen), aber auch eine Leistungssteigerung der Wirbelschichtfeuerung
zu erreichen.
Dies wird dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß die Reinluft im Verhältnis
1 : 1 bis 2 : 1 zwischen Kessel und Nachverbrennungseinrichtung aufge
teilt, so ein Luftverhältnis im Kessel von λ = 0,5 bis 0,7 gefahren und die
flüchtigen Schadstoffe nicht aus der Asche ausgetrieben, sondern mit der
trockenen Asche aus dem Rauchgasstrom entfernt werden.
Vorteilhafterweise wird das Mengenverhältnis Verbrennungsluft/Reinluft in
Abhängigkeit von der Brennstoffqualität gesteuert. Der vergaserähnliche
Betrieb des Kessels wird dabei bei Temperaturen im Bereich von 750°C
bis 950°C gefahren.
Die Erfindung führt zu einem höheren Durchsatz des Brennstoffes und damit zu
einer Leistungssteigerung und so zu einem höheren Wirkungsgrad.
Durch die unterstöchiometrische Fahrweise des Kessels werden bei einer nied
rigen Temperatur die flüchtigen Schadstoffe nicht aus der Asche ausgetrieben,
sondern vielmehr mit der Asche aus dem Rauchgasstrom entfernt.
An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert. Die Zeich
nung zeigt das Prinzipbild eines Kombikraftwerkes mit dem die Wirbelschicht
feuerung aufweisenden Dampfkessel und der Gasturbinenanlage.
Der Dampfkessel 1 weist die Brennstoffzufuhr 2, die zirkulierende Wirbel
schichtfeuerung 3, den Anströmboden 4 und die Verbrennungsluftzuführung 5
auf.
Der Dampfkessel 1 weist den Rauchgaskanal 6 auf, der in den Zyklon 7 einge
bunden ist.
Der Tauchrohrkanal 8 ist in die Nachverbrennungs-Einrichtung 9 eingebunden,
die die Reinluftzuführung 10 aufweist.
Die Nachverbrennungs-Einrichtung 9 ist über den Heißgaskanal 11 mit der Ga
sturbine 12 verbunden, die den Abgaskanal 13 aufweist.
Der Verdichter 14 weist den Frischluftkanal 15 und den Austritt 16 auf.
Der Austritt 16 ist über den Verbrennungsluftkanal 17 mit der Verbrennungsluft
zuführung 5 und über den Reinluftkanal 18 mit der Reinluftzuführung 10 ver
bunden.
Die Luftkanäle 17; 18 sind mit den Stelleinrichtungen 19; 20 versehen, die die
Antriebe 21; 22 aufweisen. Die Antriebe 21; 22 sind über die Leitungen 23; 24
mit der Steuereinrichtung 25 verbunden, die über die Befehlsleitung 26 mit der
Brennstoffqualitäts-Meßeinrichtung 40 verbunden ist.
Der Aschekanal 27 der Rauchgasreinigungs-Einrichtung 7 ist in die Wirbel
schichtfeuerung 3 eingebunden und weist den Ascheabzug 28 auf.
Die Wirkungsweise ist folgende:
Über die Brennstoffzufuhr wird der zirkulierenden Wirbelschichtfeuerung 3 der
Brennstoff 30, z. B. Braunkohle, zugeführt.
In Abhängigkeit von der Brennstoffqualität (Heizwert, Feuchtegehalt) wird der
Luftstrom 31 zwischen Kessel 1 und Nachverbrennungs-Einrichtung 9 mit Hilfe
der Stelleinrichtungen 19; 20 aufgeteilt.
Durch Aufschalten des Brennstoffqualitätssignals 32 auf die Steuereinrichtung
25 wird der Luftstrom 31 im Mengenverhältnis 1 : 1 aufgeteilt, so daß der ent
sprechende Mengenanteil des Verbrennungsluft-Teilstroms 33 zum Kessel 1
und der des Reinluft-Teilstroms 34 zur Nachverbrennungs-Einrichtung 9 geführt
wird.
Dadurch wird im Kessel 1 das CO-reiche Rauchgas 35 erzeugt, indem die Wir
belschichtfeuerung 3 mit einem Luftverhältnis von λ = 0,5 in einem verga
serähnlichen Betrieb bei Temperaturen im Bereich von 750°C bis 950°C
gefahren wird. Auf eine Änderung des Brennstoffqualitätssignals 32 wird
mit einer Änderung des Mengenverhältnisses Verbrennungsluft-Teilstrom
33/Reinluft-Teilstrom 34 von 1 : 1 bis 2 : 1 reagiert. Damit ändert sich ent
sprechend das Luftverhältnis im Kessel von λ = 0,5 bis 0,7.
Das Rauchgas 35 wird in den Zyklon 7 geleitet. Hier wird die trockene Asche 36
mit den nicht ausgetriebenen Schadstoffen abgeschieden.
Zur Wahrung des Mengengleichgewichtes wird der Asche-Teilstrom 37 in die
Wirbelschichtfeuerung 3 ein- und der Asche-Teilstrom 29 über den Ascheabzug
28 ausgetragen.
Über den Tauchrohrkanal 8 wird das gereinigte Rauchgas 38 der Nachverbren
nungs-Einrichtung 9 zugeführt.
In der Nachverbrennungs-Einrichtung 9 wird das gereinigte CO-reiche Rauch
gas 38 mit Hilfe des Reinluft-Teilstromes 34 nachverbrannt und damit das
Heißgas 39 erzeugt.
Das Heißgas 39 wird der Gasturbine 12 zugeleitet. Das Abgas 40 wird über den
Abgaskanal 13, z. B. einem Abhitzekessel, zugeführt. Die Gasturbine 12 treibt
einen Generator und den Verdichter 14, so daß über den Frischluftkanal 15 die
notwendige Luft 31 am Austritt 16 bereitgestellt wird.
Durch den unterstöchiometrischen Betrieb wird eine wesentliche Durchsatzstei
gerung an Brennstoff erzielt, so daß eine höhere Leistung des Kessels erzielt
wird. Gleichzeitig wird mit der Aufteilung des Verbrennungsprozesses ein höhe
res Temperaturniveau des Heißgases erreicht und über den damit verbundenen
höheren Wirkungsgrad der Gasturbine eine Leistungssteigerung der Gesamt
anlage ermöglicht.
Außerdem wird durch den höheren Wirkungsgrad weniger CO2 imitiert und so
eine geringere Umweltbelastung erreicht.
1
Dampfkessel
2
Brennstoffzufuhr
3
Wirbelschichtfeuerung
4
Anströmboden
5
Verbrennungsluftzuführung
6
Rauchgaskanal
7
Zyklon
8
Tauchrohrkanal
9
Nachverbrennungs-Einrichtung
10
Reinluftzuführung
11
Heißgaskanal
12
Gasturbine
13
Abgaskanal
14
Verdichter
15
Frischluftkanal
16
Austritt
17
Verbrennungsluftkanal
18
Reinluftkanal
19
Stelleinrichtung
20
Stelleinrichtung
21
Antrieb
22
Antrieb
23
Leitung
24
Leitung
25
Steuereinrichtung
26
Befehlsleitung
27
Aschekanal
28
Ascheabzug
29
Asche-Teilstrom
30
Brennstoff
31
Luftstrom
32
Brennstoffqualitätssignal
33
Verbrennungsluft-Teilstrom
34
Reinluft-Teilstrom
35
Rauchgas
36
trockene Asche
37
Asche-Teilstrom
38
gereinigtes Rauchgas
39
Heißgas
40
Meßeinrichtung
Claims (3)
1. Verfahren zum Betrieb eines Kombikraftwerkes, wobei Rauchgas eines Kes
sels mit einer unterstöchiometrisch in vergaserähnlichem Betrieb gefahrenen
Wirbelschichtfeuerung gereinigt, mit der Zuführung von Reinluft nachverbrannt
und einer Gasturbine zugeführt wird,
gekennzeichnet dadurch,
daß die Reinluft im Verhältnis 1 : 1 bis 2 : 1 zwischen Kessel und Nachverbren
nungseinrichtung aufgeteilt, so ein Luftverhältnis im Kessel von λ = 0,5 bis 0,7
gefahren und die flüchtigen Schadstoffe nicht aus der Asche ausgetrieben,
sondern mit der trockenen Asche aus dem Rauchgasstrom entfernt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Mengenver
hältnis Verbrennungsluft/Reinluft in Abhängigkeit von der Brennstoffqualität ge
steuert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der verga
serähnliche Betrieb des Kessels bei Temperaturen im Bereich von 750°C bis
950°C gefahren wird.
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