DE4315482A1 - Verfahren zur Erzeugung von Energie in einer mit fossilen Brennstoffen betriebenen Dampfkraftanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Energie in einer mit fossilen Brennstoffen betriebenen Dampfkraftanlage, bei dem die im Dampferzeuger anfallenden heißen Rauchgase in einem Luftvorwärmer im Wärmetausch mit Frischluft abgekühlt, entstaubt, entschwefelt und dann in die Atmosphäre abgeleitet werden.

Bei derartigen mit fossilen, d. h. gasförmigen, flüssigen bzw. festen Brennstoffen betriebenen Dampfkraftanlagen sind die Wärmestromkapazitäten (Massenstrom × spezifische Wärmekapazität) des abzukühlenden Rauchgases und der anzuwärmenden Frischluft (Verbrennungsluft) unterschiedlich, so daß sich bei einer üblichen Temperaturdifferenz zwischen Rauchgas und Frischluft von rd. 30 K am warmen Ende des Luftvorwärmers am kalten Ende dieses Wärmetauschers eine Temperaturdifferenz von bis zu 90 K einstellt. Diese hohen Temperaturdifferenzen führen zu entsprech­ enden Exergieverlusten und wirken sich entsprechend nachteilig auf den Gesamtwirkungsgrad der Anlage aus.

Als weiterer Nachteil kommt hinzu, daß bei Kraftwerken, bei denen keine Möglichkeit zur weiteren Nutzung der noch auf relativ hohem Temperaturniveau vorliegenden Restwärme in dem den Luftvorwärmer verlassenden Rauchgas, sei es durch Wiederauf­ heizung der gereinigten Rauchgase vor Eintritt in den Kamin, oder sei es durch Auskoppelung von Wärme für Fernwärmezwecke, vorhanden ist, diese in der Rauchgasentschwefelungsanlage vernichtet wird, was zu einer weiteren Verringerung des Gesamtwirkungsgrades des Kraftwerkes führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art, Energieverluste zu verringern und die Wärmenutzung des Rauchgases zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zumindest ein Teil der vor der Entschwefelung im Rauchgas noch enthaltenen Restwärme auf die Frischluft übertragen wird, daß der erwärmten Frischluft vor Eintritt in den Luftvorwärmer ein Rezirkulations­ luftstrom zugemischt wird, daß der im Luftvorwärmer miterhitzte Rezirkulationsluftstrom im Wärmetausch mit Speisewasser aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf abgekühlt und dann erneut der dem Luftvor­ wärmer zuströmenden Frischluft zugemischt wird.

Die gemäß der Erfindung vorgeschlagenen Maßnahmen führen zu einer im Vergleich zum Stand der Technik deutlichen Reduzierung von Exergieverlusten im Luftvorwärmer, zu einer wesentlich verbesserten Nutzung der im Rauchgas enthaltenen Wärme und somit zu einer deutlichen Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades einer derartigen Dampfkraftanlage.

Mit dem Rezirkulationsluftstrom, der der Frischluft im Bereich des Luftvorwärmers überlagert wird, gelingt eine weitgehende Angleichung der Wärmestromkapazitäten in den beiden Wärme­ tauscherquerschnitten mit der Folge kleiner Temperaturdiffe­ renzen sowohl am warmen als auch am kalten Ende und entsprechend verringerten Exergieverlusten. Eine Teilmenge der im Luft­ vorwärmer freigesetzten Rauchgaswärme, die bei der herkömmlichen Schaltung auf relativ kalte Frischluft übertragen wurde, wird jetzt auf höherem Temperaturniveau direkt in den Wasser-Dampf- Kreislauf des Kraftwerkes eingekoppelt.

Da gemäß der Erfindung mit dem Rezirkulationsluftstrom ein Regulativ zur Einstellung des Gleichgewichtes der Wärmestrom­ kapazitäten zwischen den beiden Querschnitten im Luftvorwärmer zur Verfügung steht, kann die Frischluft auch vorgewärmt dem Luftvorwärmer zugeführt werden, d. h. auch die im Rauchgas vor der Entschwefelung noch enthaltene Restwärme kann durch die gemäß der Erfindung vorgesehenen Übertragung auf die Frischluft nunmehr im Gesamtprozeß genutzt werden mit der Folge einer weiteren Verbesserung des Wirkungsgrades.

Die Erfindung erweist sich bei Kraftwerken als besonders vorteilhaft, bei denen die entschwefelten kalten Rauchgase unmittelbar in den Kühlturm des Kraftwerkes eingeleitet und zusammen mit der Kühlluft in die Atmosphäre ausgetragen werden und bei denen eine Auskoppelung von Rauchgasrestwärme für Fern­ wärmezwecke oder sonstige Zwecke nicht vorgesehen ist. In diesem Falle kann durch die erfindungsgemäße Schaltung die im Rauchgas noch enthaltene Restwärme in vollem Umfang unter thermodynamisch günstigen Bedingungen dem Kraftwerkskreisprozeß erneut zugeführt werden.

Für Kraftwerke, bei denen die Rauchgasrestwärme entweder für Fernwärmezwecke oder für die Aufheizung der über einen Kamin in die Atmosphäre abzuleitenden entschwefelten Rauchgase benötigt wird, läßt sich gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung eine Verbesserung des Wirkungsgrades auch dadurch erzielen, daß nunmehr die Frischluft vor Eintritt in den Luftvorwärmer in einem Dampfluftvorwärmer durch Übertragung von Niedertemperatur­ wärme aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf vorgewärmt wird.

Im Grunde ist es durch die erfindungsgemäße Verfahrensführung generell möglich, im Kraftwerk anfallende Niedertemperaturwärme durch Übertragung auf die Frischluft und Einkoppelung in den Luftvorwärmer auf höheres Temperaturniveau anzuheben und dem Wasser-Dampf-Kreislauf erneut zuzuführen.

Weitere Erläuterung zu der Erfindung sind dem in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel zu entnehmen.

Gemäß der Figur wird heißes Rauchgas aus einem Dampferzeuger eines Steinkohlenkraftwerkes über eine Leitung 1 zunächst einer Entstickungsanlage 2 und dann unter einer Temperatur von etwa 380°C einem Luftvorwärmer 3 zugeführt. Im Luftvorwärmer 3 wird das Rauchgas im Wärmetausch mit Luft auf etwa 130°C abgekühlt. Nach Passieren eines Elektrofilters 7 und eines Saugzuggebläses 8 erfolgt eine weitere Abkühlung von etwa 130°C auf etwa 80-90°C in einem Wärmetauscher 6. Anschließend wird das abge­ kühlte Rauchgas über eine Leitung 7 in eine Rauchgasentschwe­ felungsanlage 8 eingespeist und schließlich über den hier nicht dargestellten Kühlturm des Kraftwerkes zusammen mit der Kühlluft in die Atmosphäre abgeleitet.

Die im Dampferzeuger benötigte Verbrennungsluft wird über eine Leitung 9 und ein Gebläse 10 dem Kraftwerk zugeführt und zu­ nächst in einem Wärmetauscher 11 auf eine Temperatur von etwa 70-80°C vorgewärmt. Die zur Vorwärmung benötigte Wärme wird mittels eines geschlossenen Kreislaufwassersystems 12 vom Wärme­ tauscher 6 in den Wärmetauscher 11 übertragen.

Der im Wärmetausch 11 vorgewärmten Frischluft wird an einer Mischstelle 13 Rezirkulationsluft zugemischt, deren Temperatur und Massenstrom so bemessen sind, daß im Luftvorwärmer 3 sich in etwa ein Wärmestromgleichgewicht einstellt, d. h. daß sowohl am kalten als auch am warmen Ende des Luftvorwärmers nunmehr die gewünschten kleinen Temperaturdifferenzen zwischen dem Rauchgas und der Luft vorliegen.

Nach Passieren des Luftvorwärmers wird der Rezirkulationsluft­ strom an einer Abzweigstelle 14 erneut von dem Frischluftstrom abgetrennt. Während die Frischluft unter einer Temperatur von 350°C über eine Leitung 15 der Feuerung des Dampferzeugers zu­ geführt wird, wird die Rezirkulationsluft in einem Wärmetauscher 16 im Wärmetausch mit Hochdruckspeisewasser und, falls erforder­ lich, in einem weiteren Wärmetauscher 17 im Wärmetausch mit Nie­ derdruckspeisewasser erneut abgekühlt und über ein regelbares Gebläse 18 wieder zur Mischstelle 13 gefördert.

Claims (6)

1. Verfahren zur Erzeugung von Energie in einer mit fossilen Brennstoffen betriebenen Dampfkraftanlage, bei dem die im Dampferzeuger anfallenden heißen Rauchgase in einem Luftvorwärmer im Wärmetausch mit Frischluft weiter abgekühlt, entstaubt, entschwefelt und dann in die Atmos­ phäre abgeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß zumin­ dest ein Teil der vor der Entschwefelung im Rauchgas noch enthaltenen Restwärme auf die Frischluft übertragen wird, daß der erwärmten Frischluft vor Eintritt in den Luftvorwärmer ein Rezirkulationsluftstrom zugemischt wird, daß der im Luftvorwärmer miterhitzte Rezirkulationsluftstrom im Wärmetausch mit Speisewasser aus dem Wasser-Dampf- Kreislauf der Dampfkraftanlage abgekühlt und dann erneut der dem Luftvorwärmer zuströmenden Frischluft zugemischt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Restwärme des Rauchgases über ein geschlossenes Kreislauf­ wassersystem auf die Frischluft übertragen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung der Frischluft vor Eintritt in den Luftvorwärmer im Wärmetausch mit Abzapfdampf aus dem Wasser-Dampf-Kreis­ lauf der Kraftanlage erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Rezirkulationsluftstrom regelbar ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche l bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abkühlung des heißen Rezirkulationsluft­ stroms im Wärmetausch mit Hochdruckspeisewasser erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rezirkulationsluftstrom im Wärmetausch mit Niederdruckspeise­ wasser weiter abgekühlt wird.