DE4307167C2 - Verfahren zur Herstellung eines Brenngases zur Verfeuerung in einer Brennkammer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Brenngases zur Verfeuerung in einer Brennkammern .

Gasturbinen arbeiten mit um so höherem Wirkungsgrad je höher die Eintrittstemperatur des Gases in die Gasturbine ist. Wird das der Gasturbine zugeführte Gas in einer unter erhöhtem Druck betriebenen Wirbelschichtfeuerung herstellt, so ist die Gaseintrittstemperatur durch die in der Wirbelschicht aus prozeßtechnischen Gründen eingestellte Temperatur begrenzt. Zur Erhöhung der Gastemperatur wird mit einer Zusatzfeuerung gearbeitet. Um ein kostengünstiges Brenngas bereit zu stellen, ist es bekannt (DE-OS 32 04 672), der Druckwirbelschichtfeuerung eine Kohlevergasung parallel zu schalten. Dabei wird in der Druckwirbelschichtfeuerung die zum Betreiben der Kohlevergasung und in der Brennkammer notwendige Verbrennungsluft vorgewärmt sowie Dampf erzeugt.

Bei einem aus der JP-A 63-120825 bekannten Verfahren wird Kohle unter Druck vergast und das bei der Vergasung gewonnene Gas der Brennkammer einer Gasturbine zugeführt. Der bei der Vergasung anfallende feste Vergasungsrückstand wird in einer Druckwirbelschichtfeuerung verbrannt. Die dabei erzeugte Wärme wird in den Gasturbinenprozeß eingebunden.

Es ist bekannt (DD-PS 251 568), feingemahlene Kohle unter den Bedingungen einer Fließförderung in einer beheizten Reaktionskammer zu schwelen. Ziel dieses Verfahrens ist es, unter Verzicht auf eine aufwendige Aufbereitung der zu schwelenden Kohle die Qualität des anfallenden Teeres zu erhören und ein Gas mit vermindertem Ballastanteil zu erzeugen. Um die Fließförderung einzustellen, wird die Kohle durch Einblasen eines Wirbelgases in den fluidisierten Zustand versetzt und der Feststoff aus der teilfluidisierten Zone abgezogen.

Aus der DE-PS 601 394 ist ein Verfahren zur Schwelung von feinkörniger Kohle bekannt, bei dem die Kohle durch von außen beheizte Rohre pneumatisch gefördert wird.

Um einen durch ein Fördergas getragenen Feststoffstrom aus einem Raum erhöhten Druckes in einen Raum geringeren Druckes stetig und dosiert zu fördern, wird gemäß der nachveröffentlichen DE-OS 42 25 482 der Feststoffstrom durch einen einstellbaren Drosselquerschnitt gedrückt. In dem Drosselquerschnitt wird das Lückengas zwischen den Feststoffpartikeln entspannt, wobei die Feststoffe fluidisieren und in das entspannte Lückengas hineindispergieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die Zusatzfeuerung einer mit einem heißen Gas betriebenen Gasturbine ein Brenngas von hohem Heizwert unter kontrollierbaren Bedingungen herzustellen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patent­ anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die feinkörnige Kohle kann, wenn einmal fluidisiert, allein durch eine Druckdifferenz als Dichtstrom gefördert werden. Der höhere Druck wird durch ein in dem Prozeß vorhandenes Gas eingestellt. Auf den Zusatz eines besonderen Wirbelgases kann verzichtet werden, wodurch in Verbindung mit der Schwelung ein Brenngas von verhältnismäßig hohem Heizwert erzeugt wird. Der Volumenstrom des pneumatisch geförderten Feststoffes läßt sich durch eine Entspannung in einem Drosselquerschnitt von einstellbarer Größe in Abhängigkeit von der gewünschten Führungsgröße, z. B. von der Mischtemperatur des der Brennkammer zugeführten Gasgemisches, fein dosieren.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgendem näher erläutert. Die Zeichnung stellt schematisch ein Verfahrensschema dar.

Feingemahlene Kohle, z. B. Braunkohlen- oder Steinkohlenstaub in einer Körnung von 80% unter 1 mm wird aus einem Vorratsbehälter 1 über einen Schleusbehälter 2 einem Einspeisebehälter 3 zugeführt. Über absperrbare Gasleitungen 4 werden der Schleusbehälter 2 und der Einspeisebehälter 3 unter erhöhten Druck gesetzt. Der Schleusbehälter 2 ist zusätzlich mit einer absperrbaren Entlüftungsleitung 5 versehen.

Der Einspeisebehälter 3 ist im unteren Teil schlank ausgebildet, so daß sich die vorhandene feinkörnige Schüttung im fließfähigen Zustand befindet. Der Einspeisebehälter 3 ist weiterhin mit einer Fluidisierungseinrichtung 6 bestehend aus einem Wirbelboden 7 und einem Anschluß 8 für die Zuführung eines Wirbelgases versehen. An den Einspeisebehälter 3 sind mehrere Förderleitungen 9 angeschlossen, die in Wärmetauscherrohre 10 übergehen, die innerhalb eines Verbrennungsreaktors 11 angeordnet sind. Aufgrund des über der Schüttung in dem Einspeisebehälter 3 anstehenden Druckes wird der fließfähige Kohle als Dichtstrom pneumatisch durch die Förderleitungen 9 und die Wärmetauscherrohre 10 gefördert. Zur Auflockerung und zur Einleitung des fließfähigen Zustandes nach einem Stillstand wird durch die Fluidisierungseinrichtung 6 ein Wirbelgas die Schüttung innerhalb des Einspeisebehälters 3 eingeblasen, wodurch diese fluidisiert wird. Danach erfolgt die Dichtstromförderung allein aufgrund der Druckdifferenz.

Beim Durchgang durch den Verbrennungsreaktor 11 wird die Kohle in den Wärmetauscherrohren 10 durch Wärmezufuhr von außen geschwelt. Um die Strömungsgeschwindigkeit in den Wärmetauscherrohren 10 innerhalb der Schwelzone trotz der Volumenvergrößerung durch die freiwerdende Schwelgasmenge in etwa beizubehalten, sind in den Wärmetauscherrohren 10 Erweiterungen 12 vorgesehen. In Strömungsrichtung hinter dem Verbrennungsreaktor 11 sind die Wärmetauscherrohre 10 zu einem Abscheider 13 geführt, in dem die Schwelprodukte in Schwelgas und Schwelkoks getrennt werden. Der Abscheider 13 ist ähnlich wie der Einspeisebehälter 3 aufgebaut und mit einer Fluidisierungseinrichtung 6 versehen.

Das in dem Abscheider 13 abgetrennte Schwelgas wird durch eine Schwelgasleitung 14 über ein Filter 38 einer mit einer Luftzuführung 15 versehenen Brennkammer 16 zugeführt. Überschußmengen an Schwelgas werden über eine Fackel 17 abgefackelt. In der Brennkammer 16 wird das Schwelgas mit Luft verbrannt und über eine Heißgasleitung 18 einer Gasturbine 19 zugeführt. Die Gasturbine 19 treibt einen Verdichter 20 und einen Generator 21 an. In der sich an die Gasturbine 19 anschließenden Abgasleitung 22 ist ein Abhitzewärmetauscher 23 angeordnet.

Der Verbrennungsreaktor 11 ist als eine unter Druck betriebene Wirbelschichtfeuerung ausgebildet, die mit einer Primär- oder Wirbelluftzuführung 24, einer oder mehreren Sekundärluftzuführungen 25 und einer Brennstoffzuführung 26 versehen ist. Außerdem ist die Wirbelschichtfeuerung mit einer Schwelkoksleitung 27 verbunden, die an den Feststoffaustrag des Abscheiders 13 angeschlossen ist und über die Schwelkoks in die Wirbelschichtfeuerung rückgeführt wird. Die Schwelkoksleitung 27 kann in mehrere Zuführungsleitungen 54, 55 und 56 münden, in denen Absperrorgane 57 angeordnet sind. Über diese Zuführungsleitungen 54, 55 und 56 kann der Schwelkoks in Höhe der Primärluftzuführung 24 und in mehreren Ebenen oberhalb der Primärluftzuführung 24 in die Wirbelschichtfeuerung des Verbrennungsreaktors 11 eingespeist werden. Da der Schwelkoks hochaktiv ist, bewirkt die Einspeisung des Schwelkokses oberhalb der Primärluftzuführung 24 eine Reduzierung des Gehaltes an Stickoxid in dem in der Wirbelschichtfeuerung gebildeten Verbrennungsgases.

Der Gasausgang der Wirbelschichtfeuerung ist über einen Kanal 28 mit einem zweiten Zug 29 verbunden. Der von dem Verbrennungsgas aus der Wirbelschichtfeuerung mitgeführte Feststoff sammelt sich als Schüttung 30 in dem zweiten Zug 29 an und wird teils über eine Rückführleitung 31 in die Wirbelschichtfeuerung zurückgeführt und teils über ein Abzugsrohr 32 abgezogen. Am Boden des zweiten Zuges 29 ist ein Wirbelboden 33 mit einer Fluidisierungsgaszuführung 34 angeordnet, mit deren Hilfe die Schüttung 30 innerhalb des zweiten Zuges 29 fluidisiert wird. Innerhalb der fluidisierten Schüttung 30 des zweiten Zuges 29 sind Wärmetauscherflächen 35 angeordnet, die zusammen mit den als Wärmetauscherflächen ausgebildeten Wänden 36 des Verbrennungsreaktors 11 zu einem Wasser-Dampf-Kreislauf verbunden sind.

Am Gasausgang des zweiten Zuges 29 ist ein Abscheidezyklon 37 angeordnet, dessen Gasaustrag mit einem Filter 38 verbunden ist. An den Filter 38 schließt sich eine Reingasleitung 39 an, über die das gereinigte Verbrennungsgas, das am Gasaustritt des zweiten Zuges 29 eine Temperatur von etwa 850°C aufweist, zu einer Mischkammer 40 geführt wird. In der Mischkammer 40 wird das Verbrennungsgas mit dem in der Brennkammer 16 verbrannten Schwelgas vermischt und mit diesem durch die Heißgasleitung 18 der Gasturbine 19 zugeführt. In der Heißgasleitung 18 ist ein Temperaturmeßfühler 41 angeordnet, der die Mischtemperatur des Gasgemisches aus Verbrennungsgas und verbranntem Schwelgas bestimmt wird. Diese Mischtemperatur wird auf etwa 1100 bis 1150°C eingestellt.

Ein Teil des gereinigten Verbrennungsgases wird aus der Reingasleitung 39 abgezweigt. Dieses Verbrennungsgas wird nach einer Kühlung in einem Kühler 42 in einem Druckerhöhungsgebläse 43 auf einen um etwa 4 bar höheren Druck verdichtet und in eine Druckgasleitung 44 eingespeist. Das verdichtete Verbrennungsgas wird zur Druckeinstellung über die von der Druckgasleitung 44 abzweigenden Gasleitungen 4 auf den Schleusbehälter 2 und Einspeisebehälter 3 gegeben. Weiterhin dient das verdichtete Verbrennungsgas als Wirbelgas und wird über Anschlüsse 8 zu den Fluidisierungseinrichtungen 6 des Einspeisebehälters 3 und des Abscheiders 13 geführt.

In jeder Förderleitung 9 ist zwischen dem Einspeisebehälter 3 und dem Verbrennungsreaktor 11 ein Absperrorgan 45 und eine Dosiereinrichtung 46 angeordnet. Die Dosiereinrichtung 46 weist einen verstellbaren Drosselquerschnitt auf. In dem Drosselquerschnitt wird der Druck des die feinkörnige Kohle fördernden Gases reduziert. Da sich die Kohle in dem Einspeisebehälter 3 im fließfähigen Zustand befindet, wird durch die Druckreduzierung ein Dichtstrom von einstellbarer Größe eingestellt und zur Schwelung in den Verbrennungsreaktor 11 geführt. Niveaumeßstellen 47 in dem Einspeisebehälter 3 halten den notwendigen Füllstand aufrecht. Dichtemeßsonden 48 kontrollieren die Dichte des Dichtstromes in den Förderleitungen 9. Der Abscheider 13 zur Trennung der Schwelprodukte ist in gleicher Weise wie der Einspeisebehälter 3 zur Erzeugung eines Dichtstromes ausgebildet und mit Niveaumeßstellen 47 ausgerüstet. Ferner ist in der Schwelkoksleitung 27 ist ein Absperrorgan 45, eine Dichtemeßsonde 48 und eine Dosiereinrichtung 46 angeordnet.

Von der das verdichtete Verbrennungsgas führenden Druckgasleitung 44 sind Spülleitungen 49 abgezweigt, die in die Förderleitungen 9 einmünden. Das durch die Spülleitungen 49 eingeblasene Verbrennungsgas hält als Spülgas die Förderleitungen 9 und die Wärmetauscherrohre 10 während der Leerfahrt frei und kühlt die Wärmetauscherrohre 10 während des Anfahrvorganges. Ausblasleitungen 50, die an Förderleitungen 9 angeschlossen sind, sichern diese gegen Verstopfungen.

Die Dosiereinrichtungen 46 in den Förderleitungen 9 und in der Schwelkoksleitung 27 sowie der Temperaturmeßfühler 41 in der Heißgasleitung 18 sind über Steuerleitungen 51 mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung 52 verbunden. Auf diese Weise läßt sich die Mischtemperatur über die Menge der zu schwelenden Kohle und den entsprechenden Wärmebedarf des Verbrennungsreaktors 11 regeln. Weitere Steuerleitungen 51 sind von der speicherprogrammierbaren Steuerung 52 zu Regelorganen 53 in der Druckgasleitung 44, in dem Anschluß 8 für das Wirbelgas, in der zu der Fackel 17 führenden Leitung und in der Zuführung zu dem Vorratsbehälter 1 geführt.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung eines Brenngases durch thermische Zersetzung von Kohle zur Verfeuerung in einer Brennkammer einer Gasturbine, wobei das Brenngas in der Brennkammer verbrannt und zusammen mit einem in einer Druckfeuerung erzeugten Verbrennungsgas auf eine Temperatur von 1150°C und mehr gebracht und der Gasturbine zugeführt wird und der bei der Zersetzung der Kohle anfallende Koks der Druckfeuerung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß feinkörnige Kohle in einem Verbrennungsreaktor geschwelt wird, der durch die Druckfeuerung beheizt wird, daß die Kohle zu dem und durch den Verbrennungsreaktor pneumatisch mit Hilfe des Verbrennungsgases gefördert wird, das zuvor auf einen höheren Druck verdichtet wurde und daß der Strom aus Kohle und Verbrennungsgas vor dem Eintritt in den Verbrennungsreaktor in einem einstellbaren Drosselquerschnitt geregelt auf einen niedrigeren Druck entspannt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Gasgemisches aus verbranntem Brenngas und Verbrennungsgas über die Zuführung der zu schwelenden Kohle in den Verbrennungsreaktor und die Zuführung von Brennstoff und rückgeführtem Schwelkoks in die Druckfeuerung über die einstellbaren Drosselquerschnitte geregelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwelkoks in verschiedenen Höhen in die Druckfeuerung des Verbrennungsreaktors einspeist wird.