DE4328648A1

DE4328648A1 - Kraftwerksprozeß

Info

Publication number: DE4328648A1
Application number: DE19934328648
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dipl Ing Rueter
Original assignee: Rheinische Braunkohlenwerke AG
Current assignee: Rheinbraun AG
Priority date: 1993-08-26
Filing date: 1993-08-26
Publication date: 1995-03-02

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftwerksprozeß. Durch die Verbrennung von stark wasserhaltiger Kohle, insbesondere Braunkohle, mit Luft im Brenner eines Dampferzeugers fällt ein Rauchgas bei erhöhter Temperatur an. Hierbei ist unterstellt, daß es sich bei dem Dampferzeuger um einen Dampfkessel beliebiger Bauart handelt, die auch einen modernen Wirbel schichtkessel mit einschließt. Ein solcher Dampferzeuger ist üblicher weise mit einer Mehrzahl von Brennern und Zusatzeinrichtungen ausge stattet; zur Vereinfachung der nachfolgenden Beschreibung ist jeweils nur von einem einzelnen Brenner bzw. Zusatzeinrichtung die Rede.

Bei Dampferzeugern der genannten Art wird die zu verbrennende Kohle in einer Flugstaubwolke verbrannt. Zu diesem Zweck wird die grubenfeuchte aber auf vorbestimmte Korngrößen vorzerkleinerte Kohle zusammen mit einer Teilmenge des im Dampferzeuger erzeugten Rauchgases und Luft einer Ventilatormühle zugeführt. Die Ventilatormühle zerkleinert die Kohle staubfein, wobei diese zugleich in dem Gasgemisch aus heißem Rauchgas und vorgewärmter Luft getrocknet wird. Das in der Kohle ent haltene bzw. an die Kohle gebundene Wasser tritt als Brüden aus und vermischt sich mit dem Gasgemisch. Am Ausgang der Ventilatormühle liegt also eine Mischung aus getrockneter gemahlener Kohle und einer Gas mischung vor, welche neben dem Gasgemisch auch noch den Brüden beinhal tet. Zur Regulierung der Temperatur der Gasmischung ist es üblich, hin ter der Ventilatormühle Heißluft, Kaltluft oder ein Kaltgas beizu mischen. In einem der Ventilatormühle nachgeschalteten Abscheider wird die getrocknete und gemahlene Kohle von der Gasmischung getrennt und in einen Zwischenbunker hinein abgezogen.

Von dort aus wird sie nach Bedarf dem Brenner des Dampferzeugers zuge führt. Zur Vereinfachung der nachfolgenden Beschreibung wird die die Ventilatormühle verlassende Gasmischung als Gasgemisch bezeichnet.

Der Dampfkreislauf des Kraftwerksprozesses weist die üblichen Über hitzer und Zwischenüberhitzer für den Dampf auf, der in einer mehr stufigen Dampfturbine entspannt wird. Am Ende der Entspannung liegt flüssiges Kondensats bei niedriger Temperatur vor, das entgast und vor gewärmt wird, bevor es wieder in den Dampferzeuger eingespeist wird. Bisher war es üblich, zur Vorwärmung des Speisewassers vor dem Ausgang der letzten Turbinenstufe eine Teilmenge Dampf abzuzweigen und dem Speisewasservorwärmer zuzuführen.

Die vorstehende Darstellung entspricht dem allgemeinen Stande der Tech nik, von dem die vorliegende Erfindung ausgeht. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, sowohl den Kesselwirkungsgrad als auch den thermischen Wir kungsgrad des Kraftwerksprozesses zu erhöhen. Damit soll gleichzeitig eine Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades des Kraftwerksprozesses erzielt werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches gelöst. Dabei geht die Erfindung von der Überlegung aus, die in dem Gasgemisch, das aus dem Abscheider austritt, enthaltene Wärme anstelle des Niederdruckdampfes für die Vorwärmung des Speisewas sers zu nutzen. Bei dieser Nutzung kondensieren die in dem Gasgemisch enthaltenen Brüden weitgehend im Speisewasservorwärmer. Dabei fällt ein flüssiges Brüdenkondensat an, das auch noch geringe Anteile an Kohlen staub enthalten kann, sofern sie von dem Abscheider nicht völlig aus dem Gasgemisch abgetrennt wurden. Dieser Brüdenschlamm eignet sich zur Aufbereitung und Rückführung in die Feuerung des Dampferzeugers.

Die nicht kondensierbaren Anteile des Gasgemisches, vermischt mit einem Rest von ggf. nicht kondensierten Brüden werden sodann erfindungsgemäß über eine Rückführleitung zur Ansaugseite der Ventilatormühle zurückge führt und zusammen mit dem Rauchgas, Luft und der Kohle der Ventilator mühle erneut aufgegeben. Eine weitere Abzweigung sieht vor, eine Teil menge der überwiegend nicht kondensierbaren Anteile des Gasgemisches zusammen mit der Verbrennungsluft dem Brenner zuzuführen. Auf dem Wege zum Brenner wird dieser Mischung die getrocknete Kohle zudosiert, die zur Verbrennung vorgesehen ist und vorher im Abscheider aus dem Gasge misch abgetrennt wurde. Über die abgezweigte Teilmenge der rückgeführ ten, nicht kondensierbaren Anteile des Gasgemischs kann auf diese recht einfache Weise die Verbrennungstemperatur am Brenner beeinflußt werden.

Ein eventueller Überschuß an den überwiegend nicht kondensierbaren An teilen des Gasgemisches kann sodann über eine weitere Zweigleitung von der Rückführleitung direkt vor den Kamin geleitet werden, über den das Rauchgas in die Atmosphäre entlassen wird.

Die Rückführleitung und die beiden Abzweigungen sind jeweils über Schieber öffen- und schließbar, so daß die jeweils abgezweigten Teil mengen der überwiegend nicht kondensierbaren Anteile des Gasgemischs den jeweiligen Bedürfnissen entsprechend in den Verbrennungsprozeß ein geleitet bzw. um diesen herumgeführt werden können. Mit diesen Mitteln ist eine sehr feinfühlige Steuerung des Verbrennungsvorgangs möglich, welcher darauf abzielt, die Verbrennungstemperatur am Brenner optimal einzustellen. Durch die Brüdenkondensation wird vermieden, daß das aus der Kohle bei der Mahltrocknung freigewordene Wasser unnütz durch den Dampferzeuger transportiert und über den Kamin in die Umgebung ausge tragen wird. Statt dessen wird die Verdampfungswärme des Brüden zumin dest teilweise in den Dampferzeugungsprozeß eingebracht.

Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher be schrieben.

In der Figur ist ein Kraftwerksprozeß schematisch und stark vereinfacht dargestellt. Der erfindungsgemäße Kraftwerksprozeß geht von einem Dampferzeuger 1 aus, in dem Kohle 2 mit Hilfe von Luft 3 und einem Brenner 4 in einem Kessel verbrannt wird. Dabei fällt Rauchgas an, von dem eine erste Teilmenge 5 der Ansaugleitung 6 für eine Ventilatormüh le 7 zugeführt wird. In die Ansaugleitung 6 mündet auch der Ausgang 8 eines Bunkers 9, worin die Kohle 2 bevorratet ist.

Eine andere Teilmenge 10 des Rauchgases wird durch einen Luftvorwär mer 11 und Entstauber 12 geleitet, bevor sie über den Kamin 13 an die Atmosphäre abgegeben werden kann. Zur Förderung dieser Teilmenge 10 des Rauchgases ist ein Gebläse 14 vorgesehen, das vorzugsweise zwischen dem Entstauber 12 und dem Kamin 13 angeordnet ist. Die zur Verbrennung der Kohle 2 benötigte Luft 3 wird von einem Gebläse 15 durch den Luftvor wärmer 11 geschickt, bevor sie als heiße Verbrennungsluft 16 dem Brenner 4 zugeführt wird. Ein Teilstrom 63 der Verbrennungsluft 16 kann über die Leitung 64 auch der Ansaugleitung 6 zugeführt werden.

In den Dampferzeuger 1 tritt vorgewärmtes Kesselspeisewasser 17 ein und wird darin verdampft. Aus dem Überhitzer 18 tritt überhitzter Dampf aus, der in der Hochdruckturbine 20 teilweise entspannt wird. Danach wird eine Teilmenge 19 des teilentspannten Dampfes einem Zwischenüber hitzer 21 zugeführt und tritt als zwischenüberhitzter Dampf 22 in eine Niederdruckturbine 23 ein, die er schließlich als Turbinendampf 24 ver läßt.

Die Hochdruckturbine 20 und die Niederdruckturbine 23 sind üblicher weise auf eine gemeinsame Welle 25 geschaltet und treiben einen Genera tor 26 an, mit dessen Hilfe elektrischer Strom 27 erzeugt wird.

Der Turbinendampf 24 wird durch einen Kondensator 28 geführt und darin verflüssigt. Das Kondensat 29 wird sodann bei einer Temperatur von etwa 30°C von einer Pumpe 30 durch einen Speisewasservorwärmer 31 geför dert. Der Speisewasservorwärmer 31 bildet die erste Stufe einer beispielsweise mehrstufigen Vorwärmung des Kondensats 29, das sodann am Ausgang des zweiten Vorwärmers 32 als Kesselspeisewasser 17 vorliegt, bevor es wieder in den Dampferzeuger 1 eingespeist wird. Zwischen den beiden Speisewasservorwärmern 31 und 32 ist ein Entgaser 33 vorge sehen, aus welchem das vorgewärmte Speisewasser 34 mit Hilfe einer Pum pe 35 abgezogen und durch den zweiten Vorwärmer 32 gefördert wird. Zur weiteren Vorwärmung des Speisewassers 34 wird vom Ausgang der Hoch druckturbine 20 eine weitere Teilmenge 36 an teilentspanntem Dampf ab gezweigt und dem Vorwärmer 32 zugeführt. Dabei fällt ein Kondensat 37 an, das in den Entgaser 33 eingeleitet wird. Auch von der Niederdruck turbine 23 wird eine Teilmenge 38 an nicht vollständig entspanntem Dampf abgezweigt und dem Entgaser 33 zugeführt.

Nachdem die vorgebrochene Kohle 2 in der Ventilatormühle 7 mit Hilfe der Teilmenge 5 des Rauchgases und des Teilstromes 63 der heißen Ver brennungsluft 16 getrocknet und staubfein gemahlen wurde, wird sie über die Leitung 39 einem Abscheider 40 zugeführt. In dem Abscheider 40 wird die getrocknete und gemahlene Kohle 41 von einem Gasgemisch 42 ge trennt, daß aus dem aus der Rohkohle 2 ausgetriebenen Brüden, dem Rauchgas 5 und Luft 63 besteht.

Während die gemahlene Kohle 41 in einem Zwischenbunker 43 vor der Ver brennung zwischengelagert wird, wird das Gasgemisch 42 auf direktem Wege über die Leitung 44 dem Speisewasservorwärmer 31 zugeführt. Dort gibt das Gasgemisch 42 den größten Teil seiner Wärme an das Konden sat 29 ab, d. h. der größte Anteil der wasserdampfenthaltenden Bestand teile des Gasgemischs 42 kondensiert dabei und fällt am Speisewasser vorwärmer 31 als flüssiges Brüdenkondensat 45 an und kann von dort ab gezogen werden. Soweit in dem Gasgemisch 42 nicht vollständig abge schiedene gemahlene Kohle 41 enthalten ist, ist diese an das flüssige Brüdenkondensat gebunden und wird zusammen damit abgezogen. Die nicht- kondensierbaren Anteile des Gasgemischs 42 sowie die nicht vollständig kondensierten Reste des Brüden treten in der Form von überwiegend nicht-kondensierbaren gasförmigen Anteilen 46 aus dem Speisewasservor wärmer 31 aus. Von hier ab werden sie von einem Gebläse 47 in die Leitung 48 gefördert, von der eine erste Teilmenge 49 in die Ansaug leitung 6 für die Ventilatormühle 7 abgezweigt wird. Eine andere Teil menge 50 wird zum Brenner 4 abgezweigt. Außerdem mündet in der Zweig leitung für die Teilmenge 50 der Abzug 51 einer Zellenradschleuse 52, mit deren Hilfe gemahlene Kohle 41 aus dem Zwischenbunker 43 abgezogen und der Verbrennung zugeführt wird. Vor der Mündung des Abzugs 51 in die Zweigleitung für die Teilmenge 50 ist außerdem noch die Mündung eines Abzweigs 53 für die Verbrennungsluft 16 vorgesehen. Der Abzweig 53 kann von der Leitung 54 mit Hilfe eines Schiebers 55 getrennt wer den, über welche die Verbrennungsluft 16 dem Brenner 4 zugeführt wird. Auch am Abzweig der Leitung für die Teilmenge 50 aus der Leitung 48 ist ein Schieber 56 vorgesehen, der nach Bedarf geöffnet oder geschlossen werden kann. Je nachdem, welche Teilmenge des aus überwiegend nicht- kondensierbaren Anteilen bestehenden Gasgemischs 46 über die Zweiglei tung für die Teilmenge 49 in die Ventilatormühle 7 zurückgeführt wird, wird die Abzweigung 53 mit Verbrennungsluft 16 beaufschlagt.

Bei ausreichendem Durchfluß durch die Leitung für die Teilmenge 50 von überwiegend nicht-kondensierbare Anteile enthaltendem Gasgemisch 46 kann die gemahlene Kohle 41 über den Abzug 51 mit Hilfe des Gasge mischs 46 pneumatisch zum Brenner 4 gefördert werden. Falls die abge zweigte Menge des Gasgemischs 46 allein dafür nicht ausreicht, wird über den Abzweig 53 und geöffneten Schieber 55 Verbrennungsluft 16 vor den Abzug 51 geleitet und unterstützt das abgezweigte Gasgemisch 46 bei der pneumatischen Förderung. Mit Hilfe eines weiteren Schiebers 57 kann auch die Menge des abgezweigten Gasgemischs 46, welche durch die Zweig leitung für die Teilmenge 49 zur Ventilatormühle 7 zurückströmt, beein flußt werden.

Ein evtl. Überschuß an überwiegend nicht kondensierbare Anteile enthal tendem Gasgemisch 46 kann schließlich noch über eine Zweigleitung 58 der Mündung 60 in die Leitung 65 zugeführt werden, wo die Teilmenge 10 des Rauchgases strömt, bevor es über den Kamin 13 in die Atmosphäre entlassen wird. Mit Hilfe eines Schiebers 59 kann die über die Zweig leitung 58 fließende Menge des Gasgemischs 46 beliebig eingestellt werden. Insbesondere zur Einstellung von optimalen Trocknungsbedingun gen an der Ventilatormühle 7 kann es vorteilhaft sein, über eine Zweig leitung 61 eine Teilmenge des Rauchgases 10 bei ausreichender Tempera tur dem Gasgemisch 46 zuzuführen, das als Teilmenge 49 der Ventilator mühle 7 zufließt. Zu diesem Zweck weist die Zweigleitung 61 einen ein stellbaren Absperrschieber 62 auf. Die Gesamtheit der Schieber 55, 56, 57 und 59 kann in ihren jeweiligen Stellungen so aufeinander abgestimmt werden, wie das die aufgabengemäße Verbesserung des Wirkungsgrades des erfindungsgemäßen Kraftwerksprozesses jeweils erfordert. Der Wirkungs grad wird durch die folgenden Maßnahmen verbessert:

- die Kondensation des Brüden und Nutzung seiner Kondensationswärme im Dampferzeugungsprozeß,
- die Verbrennung von getrocknetem Brennstoff ohne daß der Trocknungs brüden durch den Kessel und Kamin geführt wird; hierdurch wird der Abgasverlust des Kessels verringert.

Bezugszeichenliste

1 Dampferzeuger
2 Kohle
3 Luft
4 Brenner
5 Teilmenge Rauchgas
6 Ansaugleitung
7 Ventilatormühle
8 Ausgang Kohle
9 Bunker Kohle
10 Teilmenge Rauchgas
11 Luftvorwärmer
12 Entstauber
13 Kamin
14 Gebläse
15 Gebläse
16 Verbrennungsluft
17 Kesselspeisewasser
18 Überhitzer
19 Teilmenge teilentspannter Dampf
20 Hochdruckturbine
21 Zwischenüberhitzer
22 zwischenüberhitzter Dampf
23 Niederdruckturbine
24 Turbinenabdampf
25 gemeinsame Welle
26 Generator
27 el. Strom
28 Kondensator
29 Kondensat
30 Pumpe
31 Speisewasservorwärmer
32 Speisewasservorwärmer
33 Entgaser
34 vorgewärmtes Speisewasser
35 Pumpe
36 Teilmenge teilentspannter Dampf
37 Kondensat
38 Teilmenge nicht-vollständig entspannter Dampf
39 Ausgang Ventilatormühle
40 Abscheider
41 gemahlene Kohle
42 Gasgemisch
43 Zwischenbunker
44 Leitung
45 Brüdenkondensat
46 nicht-kondensierbare gasförmige Anteile
47 Gebläse
48 Leitung
49 Teilmenge nicht-kondensierbare gasförmige Anteile
50 Teilmenge nicht-kondensierbare gasförmige Anteile
51 Abzug
52 Zellenradschleuse
53 Abzweig
54 Leitung
55 Schieber
56 Schieber
57 Schieber
58 Zweigleitung
59 Schieber
60 Mündung
61 Zweigleitung
62 Absperrschieber
63 Teilstrom Heißluft
64 Leitung
65 Leitung

Claims

1. Kraftwerksprozeß, bei welchem durch die Verbrennung von stark was serhaltiger Kohle, insbesondere Braunkohle, mit Luft im Brenner eines Dampferzeugers ein Rauchgas bei erhöhter Temperatur anfällt, von dem ständig eine Teilmenge zusammen mit Luft und der vorzer kleinerten Kohle von einer Ventilatormühle angesaugt wird während die Kohle darin getrocknet und gemahlen wird, wobei das in der Kohle enthaltene Wasser als Brüden austritt, der zusammen mit weiteren gasförmigen Bestandteilen in einem Abscheider von der Kohle als Gasgemisch abgetrennt wird und bei welchem der im Dampf erzeuger erzeugte Wasserdampf nach der Entspannung in wenigstens einer Turbinenstufe als Kondensat vorliegt, das als Speisewasser durch wenigstens eine Vorwärmstufe geführt wird, bevor es erneut in den Dampferzeuger eingespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gasgemisch (42)

- durch eine erste Vorwärmstufe (31) für das Speisewasser (29) leitet, wobei ein flüssiges Brüdenkondensat (45) und überwiegend nicht-kondensierbare gasförmige Anteile des Gasgemisches (46) anfallen, von denen man
- wenigstens eine Teilmenge (49) jener Teilmenge (5) des Rauch gases und der Luft zuschlägt, die durch die Ventilatormühle (7) geführt werden und/oder
- wenigstens eine Teilmenge (50) der Luft (16) zuführt, mit der die gemahlene Kohle (41) verbrannt wird, während man
- das Brüdenkondensat (45) von der ersten Vorwärmstufe (31) für das Speisewasser (29) in flüssigem Zustand abzieht.

2. Kraftwerksprozeß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man mit Hilfe der der Luft (16) zugeführten Teilmenge (50) der über wiegend nicht-kondensierbaren Anteile des Gasgemisches (46) die zu verbrennende Kohle (41) aus einem Zwischenbunker (43) abzieht und zum Brenner (4) fördert.

3. Kraftwerksprozeß nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß man wenigstens eine Teilmenge (58) der überwie gend nicht-kondensierbaren Anteile des Gasgemisches (46) jener Teilmenge des Rauchgases (10) zuschlägt, die über den Kamin (13) geführt wird.

4. Kraftwerksprozeß nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man eine der abgezweigten Teilmenge (58) an nicht-kondensierbaren gas förmigen Anteilen (46) entsprechende Teilmenge durch das Rauchgas (10) ersetzt, welches zur Abgabe an die Atmosphäre vorgesehen ist.

5. Kraftwerksprozeß nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die zur Verbrennung der Kohle (41) vorgesehene Luft (3) mit Hilfe von wenigstens einer Teilmenge der über den Kamin geführten Teilmenge des Rauchgases (10) vorwärmt.

6. Kraftwerk zur Durchführung des Kraftwerksprozesses nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5 mit einer Ventilatormühle, wel cher eine stark wasserhaltige Kohle, insbesondere Braunkohle, eine Teilmenge des aus einem Dampferzeuger bei hoher Temperatur austre tenden Rauchgases und Luft zuführbar sind und welcher ein Abschei der nachgeschaltet ist zur Trennung der gemahlenen Kohle von dem aus dem Brüden der Kohle, dem Rauchgas und Luft bestehenden Gasge misch und mit einem Speisewasservorwärmer für den Dampferzeuger, gekennzeichnet durch

- eine Verbindungsleitung (44) für das Gasgemisch (42) zwischen dem Abscheider (40) und dem Speisewasservorwärmer (31),
- eine Rückführleitung (49) für die überwiegend nichtkondensierba ren Anteile des Gasgemisches (46) zur Saugseite (6) der Venti latormühle (7),
- wenigstens eine Abzweigung (50, 58) von der Rückführleitung (48) zum Brenner (4) und/oder zum Kamin (13) des Dampferzeugers (1) und
- einen Abzug (45) für flüssiges Brüdenkondensat vom Speisewasser vorwärmer (31).

7. Kraftwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ab zweigung (50) von der Rückführleitung (48) zum Brenner (4) der Eintrag (51) für gemahlene Kohle (41) mündet.

8. Kraftwerk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Mündung des Eintrags (51) von gemahlener Kohle (41) in die Abzwei gung (50) von der Rückführleitung (48) ein Leitungsstrang (53) und am Brenner (4) ein Leitungsstrang (54) für die Zufuhr von Verbren nungsluft (16) mündet, wobei zwischen den beiden Leitungssträngen (53, 54) wenigstens ein Absperrschieber (55) vorgesehen ist.

9. Kraftwerk nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeich net, daß in den folgenden Abzweigungen (49, 50, 58) der Rückführ leitung (48) je ein Absperrschieber (56, 57, 59) vorgesehen ist

- zur Ventilatormühle (7)
- zum Brenner (4) und
- zum Kamin (13).

10. Kraftwerk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Ab sperrschieber (56, 57, 59) unabhängig von der jeweiligen Öffnungs- oder Schließstellung der übrigen Absperrschieber (56, 57, 59) öffen- oder schließbar ist.

11. Kraftwerk nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeich net, daß zwischen dem Gebläse (14) und der Mündung (60) der Zweig leitung (58) in den Ausgang zum Kamin (13) eine Zweigleitung (61) zur Leitung (48) abzweigt.

12. Kraftwerk nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zweigleitung (61) ein Absperrschieber (62) vorgesehen ist.