DE4323469A1

DE4323469A1 - Mit einem trocknungsbedürftigen fossilen Brennstoff, insbesondere mit Braunkohle, betriebene Kraftwerksanlage

Info

Publication number: DE4323469A1
Application number: DE4323469A
Authority: DE
Inventors: Ralf Dr Ing Heitmueller; Friedrich-W Dipl Ing Pandel
Original assignee: RWE Energie AG
Current assignee: RWE Energie AG
Priority date: 1992-02-08
Filing date: 1993-07-14
Publication date: 1995-01-19
Anticipated expiration: 2013-07-15
Also published as: DE4203713C2; DE4203713A1; DE4323469C2

Description

Das Hauptpatent betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer mit einem trocknungsbedürftigen fossilen Brenn stoff, insbesondere mit Braunkohle, befeuerten Kraftwerksanlage, - mit einem Kraftwerkskessel, einer Feuerung, einem Konvektionszug und zumindest einer Dampfturbine, wobei der Brennstoff in einer Mahltrocknungsanlage mit einem Trocknungs-Rauchgasstrom getrocknet und danach mit einem Rauchgas/Brennstoff-Strom aus der Mühle den Brennern des Kraftwerkskessels zugeführt wird. Die Mühle ist vorzugsweise eine Gebläsemühle.

Bei dem bekannten Verfahren, von dem die Erfindung nach dem Hauptpatent ausgeht (vgl. Jahrbuch der Dampferzeu gungstechnik 1976/77, Vulkanverlag Essen, S. 131 bis 135), wird der Trocknungs-Rauchgasstrom als Teil mengenstrom vor dem Konvektionszug aus dem Rauchgas strom abgezweigt, nämlich am Ende der Brennkammer ab gezogen, und zwar bei einer Temperatur von etwa 1000°C. Dieser heiße Rauchgasteilstrom wird von der Mahl trocknungsanlage angesaugt. In der Mahltrocknungsanlage wird der mit Umgebungstemperatur auf gegebene trocknungsbedürftige Brennstoff getrocknet und ge mahlen. Der Rauchgasstrom aus der Mühle mit seinem Brennstoff/Brüden-Gemisch wird mit einer Temperatur von 130°C den Brennern zugeführt. Ein Nachteil dieser bekannten Maßnahmen liegt darin, daß etwa 12% des ein gesetzten Brennstoffes allein dafür benötigt werden, die trocknungsbedürftige Kohle zu trocknen. Rauchgas mit hoher Temperatur wird für den Trocknungsvorgang gleichsam entwertet, der physikalisch auch bei niedrigerer Temperatur durchgeführt werden könnte. Das führt zu einem schlechten thermodynamischen Wirkungs grad.

Im übrigen ist es bekannt, die Trocknung von Rohbraun kohle außerhalb der Kraftwerkstechnik, z. B. im Rahmen einer Brikettherstellung, in Röhrentrocknern vorzuneh men. Dazu wird die trocknungsbedürftige Rohbraunkohle einer Vorzerkleinerung unterworfen und danach durch Röhren geführt, die von außen mit Dampf beheizt werden. Die Temperatur des Trocknungsdampfes beträgt am Eintritt etwa 200°C. Der Trocknungsdampf kondensiert bei der Trocknung. Andererseits ist vorgeschlagen worden, trocknungsbedürftige Brennstoffe, insbesondere Rohbraunkohle, in Wirbelschichttrocknern vorzutrocknen. Hierbei wird ebenfalls mit Dampf getrocknet, der durch Heizflächen geführt wird, die in die Wirbelschicht eingetaucht sind (vgl. Tagungsband VGB TB 212, V40, -VGB-Konferenz 1990 "Trocknung von Braunkohle in der Dampf-Wirbelschicht", H.-J. Weiß et al.). Auch die Wirbelschichttrocknung ist bisher großtechnisch in der Kraftwerkstechnik nicht eingesetzt worden. Der apparative Aufwand ist sehr hoch. Röhrentrockner und Dampf-Wirbelschichttrockner sind bis heute kraftwerks unübliche Aggregate und Komponenten.

Der Erfindung nach dem Hauptpatent liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs beschriebene Verfahren in bezug auf den thermodynamischen Wirkungsgrad zu verbessern, und zwar unter Verwendung von kraftwerksüblichen Aggregaten und Komponenten. Zur Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand der Erfindung nach dem Hauptpatent ein Verfahren zum Betrieb eines mit einem trocknungsbe dürftigen Brennstoff, insbesondere mit Braunkohle, befeuerten Kraftwerks mit einem Kraftwerkskessel, einem Konvektionszug, zumindest einer Mühle und zumindest einer Dampfturbine. Im Rahmen des Verfahrens nach dem Hauptpatent wird der Brennstoff in der Mühle mit einem Trocknungsgasstrom getrocknet, der hinter dem Konvek tionszug abgeführt und mit einer Temperatur von 300 bis 400°C, vorzugsweise von etwa 350°C, in die Mühle einge führt wird. Der aus der Mühle austretende Rauchgas-Brennstoffstrom wird über einen Abscheider geführt, das den Abscheider verlassende Brüdengas wird von dem Restbrennstoff getrennt und über eine Rauchgas entschwefelungsanlage sowie eine Rauchgasableitung ins Freie abgeführt. Der getrocknete Brennstoff sowie der Restbrennstoff werden mit rezirkuliertem Rauchgas den Brennern zugeführt. Dem Kraftwerkskessel wird Verbrennungsluft zugeführt, die mit Abdampf oder Anzapfdampf der Dampfturbinenanlage vorgewärmt und dazu über einen Dampfluftvorwämer geführt sind.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Kraftwerksanlage anzugeben, die für das Verfahren nach dem Hauptpatent besonders geeignet und einfach an unterschiedliche Betriebsverhältnisse anpaßbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand der Erfindung eine mit trocknungsbedürftigem fossilen Brennstoff, insbesondere mit Braunkohle, betriebene Kraftwerksan lage, die für das Verfahren nach dem Hauptpatent eingerichtet ist, mit zumindest einem Kraftwerkskessel, der einen Konvektionszug mit Bündelheizflächen auf weist, einer Einrichtung für die Zuführung von vorge wärmter Verbrennungsluft zu dem Kraftwerkskessel, zu mindest einer Mahltrocknungsanlage für den trocknungs bedürftigen Brennstoff, einer Einrichtung zur Ein führung des gemahlenen und getrockneten Brennstoffes in den Feuerraum des Kraftwerkskessels, einem Rauchgasab zug mit nachgeschalteter Rauchgasreinigungsanlage und Rauchgasableitung sowie mit einer Dampfturbinenanlage mit Hochdruckstufe, Mitteldruckstufe und Niederdruck stufe und mit nachgeschalteter Generatoranlage für die Erzeugung von elektrischer Energie, wobei die Kombi nation der folgenden Merkmale verwirklicht ist:

a) hinter dem Konvektionszug ist ein Flugascheab scheider angeordnet, durch den der gesamte Rauchgasmengenstrom geführt ist,
b) die Mahltrocknungsanlage ist an die Gasseite des Flugascheabscheiders angeschlossen und aus der Mahltrocknungsanlage tritt eine Mischung aus feingemahlenem Brennstoff und Brüden (aus Rauch gas und Wasserdampf) aus,
c) zwischen Mahltrocknungsanlage und Rauchgasreinigungsanlage ist eine Einrichtung zur Feststoffabscheidung angeordnet, in die der aus der Mahltrocknungsanlage aus tretende feingemahlene Brennstoff und die Brüden eintreten und separat abziehbar sind,
d) an den Brüdenabzug der Einrichtung zur Fest stoffabscheidung ist eine zur Rauchgasreini gungsanlage führende Brüdenleitung angeschlos sen,
e) die Einrichtung zur Einführung des gemahlenen und getrockneten Brennstoffes weist eine von der Brüdenleitung abgezweigte Teilstromleitung auf, so daß der aus der Einrichtung zur Feststoffab scheidung austretende, feingemahlene und getrocknete Brennstoff mit Hilfe eines Teil mengenstromes der Brüden in den Feuerraum des Kraftwerkskessels einführbar ist,
f) die Einrichtung für die Zuführung der Verbren nungsluft zu dem Kraftwerkskessel weist einen Luftvorwärm-Wärmetauscher auf, der mit Dampf aus der Dampfturbinenanlage beheizbar ist,

wobei die Kraftwerksanlage insgesamt so ausgelegt ist, daß der Teilmengenstrom der Brüden, mit dem der fein gemahlene getrocknete Brennstoff in den Kraftwerks kessel einführbar ist, 15 bis 25%, vorzugsweise etwa 20%, des gesamten erzeugten Rauchgasmengenstromes ausmacht. Die letztbeschriebene, die Kombination der Merkmale a) bis f) funktionell verschmelzende Ab stimmungsregel ist von besonderer Bedeutung. Im Rahmen der Abstimmungsregel läßt sich ohne weiteres gegenüber den eingangs beschriebenen bekannten Maßnahmen eine Brennstoffeinsparung von etwa 10% erzielen. Der thermische Wirkungsgrad der Kraftwerksanlage kann, wie Untersuchungen auf Basis der üblichen Bilanzgleichungen belegen, beachtlich, zum Beispiel um bis zu 3%-Punkten verbessert werden. Dazu trägt die Tatsache bei, daß bei der erfindungsgemäßen Anlage die Kondensationswärme des Anzapfdampfes genutzt wird. Im übrigen ist im Rahmen der angegebenen zahlenmäßigen Parameter eine Anpassung an unterschiedliche Betriebsverhältnisse möglich. Handelt es sich bei der Anlage um eine klassische, die zu einer erfindungsgemäßen Anlage umgestaltet wurde, so tritt eine geringe Minderleistung der Dampfturbinenan lage auf, die ohne weiteres in Kauf genommen werden kann. Wird die erfindungsgemäße Anlage als Neubau errichtet, so wird man die Dampfturbinenanlage so vergrößern, daß im Vergleich zu einer entsprechenden klassischen Anlage eine Minderleistung der Dampf turbinenanlage nicht eintritt. Es versteht sich, daß in diesem Falle die Brennstoffeinsparung ein wenig geringer ist.

Im einzelnen bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglichkeiten der Auslegung und Gestaltung der erfin dungsgemäßen Kraftwerksanlage. So ist diese für den Betrieb mit Braunkohle vorzugsweise so ausgelegt, daß der feingemahlene, getrocknete Brennstoff eine Rest feuchte von 15% bis 25% aufweist. Die Rohbraunkohle besitzt bekanntlich eine Feuchte von über 50%. Die Mahltrocknungsanlage sowie die Einrichtung zur Einführung des gemahlenen und getrockneten Brennstoffes sind vorzugsweise so ausgelegt, daß der Teilmengenstrom der Brüden für die Zuführung des Brennstoffes eine Temperatur von etwa 150°C aufweist. Im Rahmen der Er findung kann der Luftvorwärm-Wärmetauscher außerdem aus der Brüdenleitung über einen Wärmetauscher beheizbar sein.

Der Brüdenstrom für die Beheizung des Luft vorwärm-Wärmetauschers soll in dem Luftvorwärm-Wärme tauscher auf etwa 100°C bis 110°C abkühlbar sein.

Im einzelnen sind zwei Ausführungsformen von besonderer Bedeutung. Bei einer weist die Einrichtung für die Zu führung der Verbrennungsluft zu dem Kraftwerkskessel einen Luftvorwärm-Wärmetauscher auf, der an die Hoch druckstufe, die Mitteldruckstufe und die Niederdruck stufe der Dampfturbinenanlage angeschlossen ist. Bei der anderen Ausführungsform weist die Einrichtung für die Zuführung der Verbrennungsluft zu dem Kraftwerks kessel einen Vorwärm-Wärmetauscher auf, der lediglich an die Hochdruckstufe und an die Mitteldruckstufe der Dampfturbinenanlage angeschlossen ist, und weist diese Kraftwerksanlage einen weiteren Luftvorwärm-Wärme tauscher auf, der an einen Wärmetauscher in der Brüdenleitung angeschlossen ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung aus führlicher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 das Schema einer erfindungsgemäßen Kraftwerks anlage,

Fig. 2 entsprechend der Fig. 1 das Schema einer anderen erfindungsgemäßen Kraftwerksanlage.

Bei den in den Figuren dargestellten Kraftwerksanlagen handelt es sich um mit trocknungsbedürftigem fossilen Brennstoff, insbesondere mit Braunkohle, betriebenen Kraftwerksanlagen, die für das eingangs erläuterte Verfahren nach dem Hauptpatent eingerichtet sind. Zum grundsätzlichen Aufbau gehören
zumindest ein Kraftwerkskessel 1, der einen Konvek tionszug 2 mit Bündelheizflächen 3 aufweist,
eine Einrichtung 4 für die Zuführung von vor gewärmter Verbrennungsluft zu dem Kraftwerkskessel 1,
zumindest einer Mahltrocknungsanlage 5 für den trocknungsbedürftigen Brennstoff,
eine Einrichtung 6 zur Einführung des gemahlenen getrockneten Brennstoffes in den Feuerraum 7 des Kraftwerkskessels 1,
ein Rauchgasabzug 8 mit nachgeschalteter Rauchgas reinigungsanlage 9 sowie Rauchgaskamin 10 und
eine Dampfturbinenanlage 11, 12, 13, mit Hochdruck stufe 11, Mitteldruckstufe 12 und Niederdruckstufe 13.

Eine Generatoranlage 14 für die Erzeugung von elektrischer Energie ist nachgeschaltet und in den Figuren angedeutet.

Man erkennt, daß hinter dem Konvektionszug 2 ein Flug ascheabscheider 15 angeordnet ist, durch den der gesamte Rauchgasmengenstrom geführt ist. Die Mahltrocknungsanlage 5 ist an die Gasseite des Flugascheabscheiders 15 angeschlossen und aus der Mahltrocknungsanlage 5 tritt eine Mischung aus feingemahlenem Brennstoff und Brüden (Rauchgas und Wasserdampf) aus. Zwischen der Rauchgasreinigungsanlage 9 und der Mahltrocknungsanlage 5 ist eine Einrichtung 16 zur Feststoffabscheidung angeordnet, in die der aus der Mahltrocknungsanlage 5 aus tretende feingemahlene Brennstoff und die Brüden eintreten und aus der sie separat abziehbar sind. An den Brüdenabzug 17 der Einrichtung 16 zur Feststoffabscheidung ist eine zur Rauchgasreinigungsanlage 9 führende Brüdenleitung 18 angeschlossen. Die Einrichtung 6 zur Einführung des gemahlenen und getrockneten Brennstoffes weist eine von der Brüdenleitung 18 abgezweigte Teilstromleitung 19 auf, so daß der aus der Einrichtung 16 zur Feststoffabscheidung austretende, feingemahlene und getrocknete Brennstoff mit Hilfe eines Teilmengenstromes der Brüden aus der Teilstromleitung 19 in dem Feuerraum 7 des Kraftwerkskessels 1 einführbar ist. Die Einrichtung 4 für die Zuführung der Verbrennungsluft zu dem Kraftwerkskessel 1 weis einen Luftvorwärm-Wärmetauscher 20 auf, der mit Dampf aus der Dampfturbinenanlage 11, 12, 13 beheizbar ist. Die Kraftwerksanlage ist insgesamt so ausgelegt, daß der Teilmengenstrom der Brüden aus der Teilmengen stromleitung 19, mit dem der feingemahlene getrocknete Brennstoff in den Kraftwerkskessel 1 einführbar ist, 15% bis 25%, vorzugsweise etwa 20%, des gesamten erzeugten Rauchgasmengenstromes ausmacht. Für den Betrieb mit Braunkohle ist die Mahltrocknungsanlage 5 so ausgelegt, daß der feingemahlene getrocknete Brennstoff eine Restfeuchte von 15% bis 25% aufweist. Die Rohbraunkohle tritt mit einer Feuchte von über 50% in die Mahltrocknungsanlage 5 ein. Wie die in Fig. 1 eingetragenen Temperaturangaben erkennen lassen, sind die Mahltrocknungsanlage 5 sowie die Einrichtung 6 zur Einführung des gemahlenen und getrockneten Brennstoffes so ausgelegt, daß der Teilmengenstrom der Brüden für die Zuführung des Brennstoffes eine Temperatur von 140°C bis 160°C, z. B. von etwa 150°C, aufweist.

In der Fig. 1 erkennt man die Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kraftwerksanlage, bei der die Ein richtung 4 für die Zuführung der Verbrennungsluft zu dem Kraftwerkskessel 1 einen Luftvorwärm-Wärmetauscher 20 aufweist, der an die Hochdruckstufe 11, die Mittel druckstufe 12 und die Niederdruckstufe 13 der Dampf turbinenanlage 11, 12, 13 angeschlossen ist. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist demgegenüber die An ordnung so getroffen, daß die Einrichtung 4 für die Zuführung der Verbrennungsluft zu dem Kraftwerkskessel 1 einen Luftvorwärm-Wärmetauscher 20 aufweist, der lediglich an die Hochdruckstufe 11 und an die Mittel druckstufe 12 der Dampfturbinenanlage 11, 12, 13 ange schlossen ist, er ist zusätzlich an einen Wärmetauscher 21 in der Brüdenleitung 18 angeschlossen. Der Brüden strom für die Beheizung des Luftvorwärm-Wärmetauschers 20 ist hier vor der Rauchgaswäsche 22 von etwa 150°C auf etwa 110°C oder weniger abkühlbar. Die Wärme wird direkt an die Verbrennungsluft übertragen.

Es versteht sich, daß die erwähnten Leitungen auch aus mehreren, parallel geführten Leitungssträngen bestehen können. Auch die Aggregate und Apparate können parallel geschaltet sein.

Eine Abwandlung der Lehre der Erfindung besteht darin, den getrockneten Brennstoff nicht mit rezirkuliertem Rauchgas, sondern mit vorgewärmter Luft in den Feuer raum einzubringen, während alle übrigen Merkmale wie beschrieben beibehalten werden. Das gilt insbesondere für den Teilmengenstrom der Brüden, der in den Kraft werkskessel eingeführt wird.

Es versteht sich, daß eine Rauchgasreinigungsanlage regelmäßig aus einem Reststaubabscheider 9 und einer Rauchgasentschwefelungsanlage 22 besteht. In der Praxis wird der Gasstrom hinter der Mühle 5 zumeist als Brüden oder Brüdengas bezeichnet.

Claims

1. Mit trocknungsbedürftigem fossilen Brennstoff, ins besondere mit Braunkohle, betriebene Kraftwerksanlage, die für das Verfahren nach dem Hauptpatent eingerichtet ist, - mit
zumindest einem Kraftwerkskessel (1), der einen Konvektionszug (2) mit Bündelheizflächen (3) aufweist,
einer Einrichtung (4) für die Zuführung von vorgewärmter Verbrennungsluft zu dem Kraftwerkskessel (1),
zumindest einer Mahltrocknungsanlage (5) für den trocknungsbedürftigen Brennstoff,
einer Einrichtung (6) zur Einführung des gemahlenen und getrockneten Brennstoffes in den Feuerraum (7) des Kraftwerkskessels (1),
einem Rauchgasabzug (8) mit nachgeschalteter Rauchgasreinigungsanlage (9) sowie Rauchgas ableitung (10) und
einer Dampfturbinenanlage (11, 12, 13) mit Hoch druckstufe (11), Mitteldruckstufe (12) und Niederdruckstufe (13) sowie mit nachgeschalteter Generatoranlage (14) für die Erzeugung von elektrischer Energie,
wobei die Kombination der folgenden Merkmale ver wirklicht ist:

a) hinter dem Konvektionszug (2) ist ein Flugascheabscheider (15) angeordnet, durch den der gesamte Rauchgasmengenstrom geführt ist,
b) die Mahltrocknungsanlage (5) ist an die Gasseite des Flugascheabscheiders (15) angeschlossen und aus der Mahltrocknungsanlage (5) tritt eine Mischung aus feingemahlenem Brennstoff und Brüden (aus Rauchgas und Wasserdampf) aus,
c) zwischen Mahltrocknungsanlage (5) und Rauchgasreinigungsanlage (9) ist eine Einrich tung (16) zur Feststoffabscheidung angeordnet, in die der aus der Mahltrocknungsanlage (5) aus tretende feingemahlene Brennstoff und die Brüden eintreten und separat abziehbar sind,
d) an den Brüdenabzug (17) der Einrichtung (16) zur Feststoffabscheidung ist eine zur Rauchgasreini gungsanlage (9) führende Brüdenleitung (18) angeschlossen,
e) die Einrichtung (6) zur Einführung des gemahlenen und getrockneten Brennstoffes weist eine von der Brüdenleitung (18) abgezweigte Teilstromleitung (19) auf, so daß der aus der Einrichtung (16) zur Feststoffabscheidung austretende, feingemahlene und getrocknete Brennstoff mit Hilfe eines Teilmengenstromes der Brüden in den Feuerraum (7) des Kraftwerkskessels (1) einführbar ist,
f) die Einrichtung (4) für die Zuführung der Verbrennungsluft zu dem Kraftwerkskessel (1) weist einen Luftvorwärm-Wärmetauscher (20) auf, der mit Dampf aus der Dampfturbinenanlage (11, 12, 13) beheizbar ist,

wobei die Kraftwerksanlage insgesamt so ausgelegt ist, daß der Teilmengenstrom der Brüden, mit dem der fein gemahlene getrocknete Brennstoff in den Kraftwerks kessel (1) einführbar ist, 15 bis 25%, vorzugsweise etwa 20%, des gesamten erzeugten Rauchgasmengenstromes ausmacht.

2. Kraftwerksanlage nach Anspruch 1, wobei für den Betrieb der mit Braunkohle die Mahltrocknungsanlage (5) so ausgelegt ist, daß der feingemahlene getrocknete Brennstoff eine Restfeuchte von 15% bis 25% aufweist.

3. Kraftwerksanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Mahltrocknungsanlage (5) sowie die Einrichtung (6) zur Einführung des gemahlenen und getrockneten Brennstoffes so ausgelegt sind, daß der Teilmengenstrom der Brüden für die Zuführung des Brennstoffes eine Temperatur von etwa 150°C aufweist.

4. Kraftwerksanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Luftvorwärm-Wärmetauscher (20) außerdem aus der Brüdenleitung (18) über einen Wärmetauscher (21) beheizbar ist.

5. Kraftwerksanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2 und nach Anspruch 4, wobei der Brüdenstrom für die Be heizung des Luftvorwärm-Wärmetauschers (20) auf 100°C bis 110°C abkühlbar ist.

6. Kraftwerksanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Einrichtung (4) für die Zuführung der Verbrennungsluft zu dem Kraftwerkskessel (1) einen Luftvorwärm-Wärmetauscher (20) aufweist, der an die Hochdruckstufe (11), die Mitteldruckstufe (12) und die Niederdruckstufe (13) der Dampfturbinenanlage (11, 12, 13) angeschlossen ist.

7. Kraftwerksanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und nach Anspruch 4, wobei die Einrichtung (4) für die Zuführung der Verbrennungsluft zu dem Kraftwerkskessel (1) einen Luftvorwärm-Wärmetauscher (20) aufweist, der lediglich an die Hochdruckstufe (11) und an die Mitteldruckstufe (12) der Dampfturbinenanlage (11, 12, 13) angeschlossen ist, sowie außerdem an einen Wärme tauscher (21) in der Brüdenleitung (18) angeschlossen ist.