EP2372239A2 - Method for operating a steam turbine power plant with fluidized bed combustion - Google Patents

Method for operating a steam turbine power plant with fluidized bed combustion Download PDF

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EP2372239A2
EP2372239A2 EP11001391A EP11001391A EP2372239A2 EP 2372239 A2 EP2372239 A2 EP 2372239A2 EP 11001391 A EP11001391 A EP 11001391A EP 11001391 A EP11001391 A EP 11001391A EP 2372239 A2 EP2372239 A2 EP 2372239A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
air
preheating
fluidized bed
flue gas
fluidizing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11001391A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Christian Fielenbach
Bernhard Röper
Toni Rupprecht
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
RWE Power AG
Original Assignee
RWE Power AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by RWE Power AG filed Critical RWE Power AG
Publication of EP2372239A2 publication Critical patent/EP2372239A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B31/00—Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements of dispositions of combustion apparatus
    • F22B31/0007—Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements of dispositions of combustion apparatus with combustion in a fluidized bed

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a steam turbine power plant with a fluidized bed combustion, in particular one with a circulating fluidized bed combustion, in which primary air, secondary air and fluidization air are provided via separate feed systems, wherein the primary air and / or the secondary air are preheated before entering the fluidized bed boiler.
  • the efficiency of a fossil fuel-fired steam generator is significantly dependent on the temperature of the exhaust gas and the type of use of the exhaust heat.
  • the most effective method of achieving high steam generation efficiency is to utilize exhaust heat by preheating as much combustion air as possible to a high temperature.
  • the regulated, i. quantitatively detectable amount of combustion air compared to the amount of exhaust gas specifically too low to achieve the desired low exhaust gas temperature.
  • steam generators distinguish between dust-fired steam generators and those with fluidized bed combustion.
  • fluidized bed combustors often employs so-called circulating fluidized bed firing, which differs from stationary fluidized bed firing in that the bed material, i. mostly the ashes, are recycled.
  • the combustion air preheating is known by means of regenerative air preheater. This is relatively easy there, since the largest part of the combustion air is regulated with a uniform pressure supplied to the steam generator.
  • the secondary air has an overpressure of approx. 100 mbar and ensures complete combustion.
  • the primary air usually has an overpressure of about 200 mbar and is supplied via a nozzle bottom of the circulating fluidized bed combustion.
  • the fluidizing air which is supplied at about 500 mbar, the fine-grained inert material (bed material / ash) is usually fluidized.
  • the invention is therefore based on the object to provide a method for operating a steam turbine power plant with a fluidized bed combustion, in which a significant increase in the steam generation efficiency and associated overall system efficiency is achieved with constant energy consumption for supplying the combustion air.
  • the object is firstly achieved by a method for operating a steam turbine power plant with a fluidized bed combustion, in which primary air, secondary air and fluidization air are provided via separate feed systems, wherein the primary air and / or the secondary air are preheated before entering the fluidized bed boiler , wherein the inventive method is characterized in that in addition a Fluidleiters Kunststoffvorskysky is provided.
  • the fluidizing air is used in particular in the circulating fluidized bed combustion to fluidize the fine-grained inert materials (ash / bed material).
  • the components such as fluidized bed cooler, external heat exchangers, ash ash, ash return locks, siphons, ash coolers, etc. are also operated, for which an overpressure of about 500 mbar is usually required.
  • separate fluidizing air supply systems with different blowers / compressors are also used.
  • the preheating of the fluidizing air is decoupled from the preheating of the primary and / or secondary air.
  • the flue gas stream is divided before the energy extraction and guided via parallel flue gas paths.
  • both the air preheater required for preheating the primary and secondary air and the air preheater required for the preheating of the fluidization air are subjected to the highest possible flue gas temperature and thus the preheating of the fluidizing air is not at the expense of the hot air temperature of the primary and secondary air takes place.
  • the preheating of the primary air and / or secondary air fed to the fluidized-bed furnace and the fluidizing air are preferably carried out via air preheaters connected in parallel.
  • the decoupling for the heat required for preheating the fluidizing air takes place from the flue gas path of a boiler feed water preheating.
  • the heat which can be used for the preheating of the fluidizing air is coupled out of the flue gas stream in a multistage manner.
  • the coupling-out of the heat required for preheating the fluidizing air can take place by means of a plurality of air preheaters connected in series.
  • These series-connected air preheaters can be operated in series with at least one boiler feedwater pre-heater.
  • FIG. 1 Parts of a dry lignite steam turbine power plant are shown schematically, with essentially mass flows of drying vapors 1, combustion air 2 and flue gas 3 are shown for reasons of simplification.
  • the water-steam cycle of the steam turbine power plant is shown only partially and greatly simplified.
  • the FIG. 1 describes an example of a steam turbine power plant for the purpose of reciting the process schemes FIGS. 2 to 4 in a context.
  • the reference numeral 4 designates the steam generator of the steam turbine power plant.
  • the steam generator 4 is designed as a dry lignite-fired fluidized bed boiler.
  • the mass flow of combustion air 2 in the Steam generator is simplified as a single flow path shown.
  • the steam generator 4 of the steam turbine power plant is designed in particular as a fluidized bed boiler with circulating fluidized bed.
  • a fluidized bed with circulating fluidized bed is basically known and will therefore not be described in detail below.
  • water is evaporated in a manner known per se and expanded in a downstream steam turbine 5.
  • the steam turbine 5 comprises a high-pressure part, a medium-pressure part and a low-pressure part, which are not designated more precisely in the process diagram.
  • the steam turbine 5 drives a generator 6, which in turn feeds electrical energy into a power grid.
  • the steam turbine 5 is followed by a condenser 7, is condensed in the low-pressure steam.
  • the condensate is returned to the steam generator 4.
  • the steam generator 4 is charged with dry lignite as fuel, which was subjected to indirect drying in a fluidized bed dryer 8. It should be noted at this point that the steam generator 4 does not necessarily have to be charged with dry brown coal as fuel. This variant of the method has been chosen here for illustrative purposes only.
  • the fluidized-bed dryer 8 is heated with steam from the low-pressure part of the steam turbine 5. Part of the resulting in the drying of brown coal vapor 1 is first dedusted in a dust collector 9 and fed back to the fluidized bed dryer 8 as a fluidizing means with a blower 10. Further partial streams of the vapor 1 are, as will be described below, used to preheat the combustion air 2.
  • the combustion air 2 is supplied in a known manner to a regenerative air preheater 11, which may be designed, for example, as a rotary vane can.
  • a regenerative air preheater 11 which may be designed, for example, as a rotary vane can.
  • the combustion air is preheated in countercurrent with the flue gas 3.
  • a partial flow of the flue gas 3 is guided via a bypass line 12 to the air preheater 11 over.
  • This first passes through a first high-pressure air bypass economizer 13 (HD-Lubeco), and is then passed through a low-pressure air bypass economizer 14 (ND Lubeco), which are connected in series with respect to the flue gas stream 3.
  • the heat content of the flue gas 3 is coupled via the HD Lubeco 13 in the high pressure part of the feedwater circuit, the remaining heat of the flue gas is coupled in the next stage in the low pressure part of the boiler feedwater cycle.
  • a further flue gas cooler 15 is provided, which emits its heat load via a water / air preheater 16 provided in the combustion air supply.
  • the flue gas cooler 15 and the water / air preheater 16 communicate with each other via water as the heat transfer medium in a closed circuit.
  • the combustion air 2 is first preheated in a Brüdenluftvor lockerr 17.
  • the Brüdenluftvor lockerr 17 is acted upon by a partial flow of the vapor from the fluidized bed dryer 8.
  • the Brüden Kunststoffvor lockerr 17 is viewed from the direction of flow of the combustion air 2, the Wasser Kunststoffvor lockerr 16 downstream, in which the combustion air is further warmed.
  • the combustion air 2 then flows through the regenerative air preheater 11, where it is heated in countercurrent with the about 360 ° C hot flue gas to about 330 ° C.
  • the flue gas, which enters the air preheater 11 at 360 ° C., can leave it, for example, at about 160 ° C.
  • FIG. 1 While in Fig. 1 the combustion air preheating for the steam generator 4 is shown only greatly simplified, shows Fig. 2 a first variant of combustion air preheating according to the invention.
  • a further air preheater 18 is provided, which is connected in parallel to the air preheater 11.
  • the air preheater 18 is designed as a tube air preheater and is acted upon by a portion of the flue gas 3.
  • the combustion air 2 in the form of primary air 2a and secondary air 2b is preheated by means of the blower 19 via the regenerative air preheater 11.
  • the steam generator 4 or the ZWF boiler (circulating fluidized bed combustion) fluidizing air 20 is supplied, which is also heated by the parallel air preheater 18 in countercurrent to the flue gas 3.
  • the flue gas 3 is guided in the region of the air preheater 11 and 18 in two mutually parallel partial streams 3a, 3b.
  • FIG. 3 an alternative embodiment of the combustion air preheating is shown according to the invention and in combination with the air bypass economizer system according to Fig. 1 ,
  • This variant does not represent a plant-technical simplification compared to in Fig. 2
  • the preheating of the fluidizing air 20 in the flue gas path of the boiler feedwater preheating can take place.
  • FIG Fig. 4 Another variant of the combustion air preheating according to the invention is shown in FIG Fig. 4 shown.
  • the preheating of the fluidizing air 20 is provided in two stages by means of the Heilvoriers 11 a and the Heilvormaschiners 11 b, which are connected in series.
  • the air preheaters 11a, 11b are arranged in series with the economizers 13 and 14 in series in the flue gas path of the boiler feedwater preheating, to minimize the performance penalty of the HD-Lubecos 15 (high pressure air bypass economizer).
  • the first stage 11b of the air preheater viewed in the flow direction of the flue gas 3b, is provided at the highest possible flue gas temperature location to raise the temperature of the fluidizing air as much as possible for the purpose of maximizing efficiency.

Abstract

The method involves supplying primary air (2a), secondary air (2b) and fluidization air (20) via a separate delivery system. The primary air and/or secondary air are pre-heated before entering into a fluidized bed kettle. The fluidization air is pre-heated using air pre-heaters (11, 18), where warm necessary for heating the fluidization air is extracted from flue gas (3) in multi-stages. The air pre-heaters are operated in series with a boiler feeding water pre-heater, where one of the heaters (11) is designed as a rotary air pre-heater.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Dampfturbinenkraftwerks mit einer Wirbelschichtfeuerung, insbesondere eines solchen mit einer zirkulierenden Wirbelschichtfeuerung, bei welcher Primärluft, Sekundärluft und Fluidisierungsluft über getrennte Zuführsysteme bereitgestellt werden, wobei die Primärluft und/oder die Sekundärluft vor Eintritt in den Wirbelschichtkessel vorgewärmt werden.The invention relates to a method for operating a steam turbine power plant with a fluidized bed combustion, in particular one with a circulating fluidized bed combustion, in which primary air, secondary air and fluidization air are provided via separate feed systems, wherein the primary air and / or the secondary air are preheated before entering the fluidized bed boiler.

Das Betreiben von Kraftwerken orientiert sich in der Regel an den Zielgrößen Wirtschaftlichkeit, Versorgungssicherheit und Umweltverträglichkeit. Insbesondere bei mit fossilen Brennstoffen befeuerten Kraftwerken erscheinen Maßnahme zur Wirkungsgradsteigerung besonders geeignet, diesem Anforderungsprofil gerecht zu werden. Da durch einen höheren Kraftwerkswirkungsgrad der Brennstoffeinsatz bei konstanter Kraftwerksleistung reduziert wird, sind wirkungsgradsteigernde Maßnahmen gleichbedeutend mit sinkenden Emissionen und einem Beitrag zur Ressourcenschonung.The operation of power plants is usually geared to the objectives of efficiency, security of supply and environmental compatibility. In particular, in power plants fueled with fossil fuels measure to increase efficiency appear particularly suitable to meet this requirement profile. Since a higher power plant efficiency reduces the fuel input at constant power plant output, efficiency-enhancing measures are synonymous with decreasing emissions and a contribution to resource conservation.

Der Wirkungsgrad eines mit fossilen Brennstoffen befeuerten Dampferzeugers ist maßgeblich von der Temperatur des Abgases und der Nutzungsart der Abgaswärme abhängig.The efficiency of a fossil fuel-fired steam generator is significantly dependent on the temperature of the exhaust gas and the type of use of the exhaust heat.

Das wirkungsvollste Verfahren, um einen hohen Dampferzeugungswirkungsgrad zu erreichen, ist die Nutzung von Abgaswärme durch Vorwärmung von möglichst viel Verbrennungsluft auf eine möglichst hohe Temperatur. In der Regel ist jedoch die geregelte, d.h. mengenmäßig erfassbare Verbrennungsluftmenge im Vergleich zur Abgasmenge spezifisch zu gering, um die angestrebte niedrige Abgastemperatur zu erreichen.The most effective method of achieving high steam generation efficiency is to utilize exhaust heat by preheating as much combustion air as possible to a high temperature. As a rule, however, the regulated, i. quantitatively detectable amount of combustion air compared to the amount of exhaust gas specifically too low to achieve the desired low exhaust gas temperature.

Grundsätzlich wird bei Dampferzeugern zwischen staubgefeuerten Dampferzeugern und solchem mit Wirbelschichtfeuerung unterschieden. BeiBasically, steam generators distinguish between dust-fired steam generators and those with fluidized bed combustion. at

Anwendung von Wirbelschichtfeuerungen findet beispielsweise bei der Verbrennung von Braunkohle häufig die sogenannte zirkulierende Wirbelschichtfeuerung Anwendung, die sich von einer stationären Wirbelschichtfeuerung dadurch unterscheidet, dass das Bettmaterial, d.h. größtenteils die Asche, im Kreislauf geführt wird.For example, in the combustion of lignite, the use of fluidized bed combustors often employs so-called circulating fluidized bed firing, which differs from stationary fluidized bed firing in that the bed material, i. mostly the ashes, are recycled.

Beim Betrieb von staubgefeuerten Dampferzeugern ist die Verbrennungsluftvorwärmung mittels Regenerativluftvorwärmer bekannt. Dies ist dort verhältnismäßig einfach möglich, da der größte Teil der Verbrennungsluft mit einem einheitlichen Druck geregelt dem Dampferzeuger aufgegeben wird.When operating dust-fired steam generators, the combustion air preheating is known by means of regenerative air preheater. This is relatively easy there, since the largest part of the combustion air is regulated with a uniform pressure supplied to the steam generator.

Dampferzeuger mit Wirbelschichtfeuerung haben im Vergleich zu staubgefeuerten Dampferzeugern den Nachteil, dass die geregelt zugeführte Verbrennungsluft auf unterschiedlichen Druckniveaus in den Dampferzeuger eingebacht werden muss. Die Sekundärluft hat einen Überdruck von ca. 100 mbar und gewährleistet eine vollständige Verbrennung. Die Primärluft hat in der Regel einen Überdruck von ca. 200 mbar und wird über einen Düsenboden der zirkulierenden Wirbelschichtfeuerung zugeführt. Mit der Fluidisierungsluft, die mit etwa 500 mbar zugeführt wird, wird in der Regel das feinkörnige Inertmaterial (Bettmaterial/Asche) fluidisiert.Steam boilers with fluidized bed combustion have the disadvantage in comparison to dust-fired steam generators that the controlled supply of combustion air at different pressure levels must be conceived in the steam generator. The secondary air has an overpressure of approx. 100 mbar and ensures complete combustion. The primary air usually has an overpressure of about 200 mbar and is supplied via a nozzle bottom of the circulating fluidized bed combustion. With the fluidizing air, which is supplied at about 500 mbar, the fine-grained inert material (bed material / ash) is usually fluidized.

Auch bei Dampferzeugern mit zirkulierender Wirbelschichtfeuerung ist es bekannt, die Primär- und Sekundärluft für die Feuerung über einen Regenerativluftvorwärmer vorzuwärmen bzw. zu erhitzen.Even with steam generators with circulating fluidized bed combustion, it is known to preheat or heat the primary and secondary air for the furnace via a regenerative air preheater.

Bei den bekannten Verfahren ist eine Wirkungsgradsteigerung einhergehend mit einem verringerten Brennstoffeinsatz nach wie vor wünschenswert.In the known methods, an increase in efficiency along with a reduced fuel consumption is still desirable.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Dampfturbinenkraftwerks mit einer Wirbelschichtfeuerung bereitzustellen, bei welchem eine signifikante Erhöhung des Dampferzeugungswirkungsgrades und damit einhergehenden Gesamtanlagenwirkungsgrades bei gleichbleibendem Energiebedarf zur Zuführung der Verbrennungsluft erzielt wird.The invention is therefore based on the object to provide a method for operating a steam turbine power plant with a fluidized bed combustion, in which a significant increase in the steam generation efficiency and associated overall system efficiency is achieved with constant energy consumption for supplying the combustion air.

Die Aufgabe wird zunächst gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Dampfturbinenkraftwerks mit einer Wirbelschichtfeuerung, insbesondere mit einer zirkulierenden Wirbelschichtfeuerung, bei welcher Primärluft, Sekundärluft und Fluidisierungsluft über getrennte Zuführsysteme bereitgestellt werden, wobei die Primärluft und/oder die Sekundärluft vor Eintritt in den Wirbelschichtkessel vorgewärmt werden, wobei sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch auszeichnet, dass zusätzlich eine Fluidisierungsluftvorwärmung vorgesehen ist.The object is firstly achieved by a method for operating a steam turbine power plant with a fluidized bed combustion, in which primary air, secondary air and fluidization air are provided via separate feed systems, wherein the primary air and / or the secondary air are preheated before entering the fluidized bed boiler , wherein the inventive method is characterized in that in addition a Fluidisierungsluftvorwärmung is provided.

Die Fluidisierungsluft dient insbesondere bei der zirkulierenden Wirbelschichtfeuerung dazu, dass feinkörnige Inertmaterialien (Asche/Bettmaterial) zu fluidisieren. Mit der Fluidisierungsluft werden darüber hinaus die Komponenten wie Fließbettkühler, externe Wärmetauscher, Aschesichter, Ascherücklaufschleusen, Siphone, Aschekühler etc. betrieben, wozu in der Regel ein Überdruck von ca. 500 mbar erforderlich ist. Häufig kommen auch separate Fluidisierungsluftversorgungssysteme mit unterschiedlichen Gebläsen/Verdichtern zum Einsatz.The fluidizing air is used in particular in the circulating fluidized bed combustion to fluidize the fine-grained inert materials (ash / bed material). With the fluidizing air, the components such as fluidized bed cooler, external heat exchangers, ash ash, ash return locks, siphons, ash coolers, etc. are also operated, for which an overpressure of about 500 mbar is usually required. Frequently, separate fluidizing air supply systems with different blowers / compressors are also used.

Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass durch eine zusätzliche Vorwärmung der Fluidisierungsluft, d.h. zusätzlich zur Vorwärmung der Primär-und Sekundärluft, eine signifikante Wirkungsgradsteigerung erzielbar ist. Bis jetzt hat man insbesondere deshalb von einer Vorwärmung abgesehen, da übliche Regenerativluftvorwärmer wegen des hohen Überdrucks innerhalb der Fluidisierungsluftsysteme (ca. 500 mbar) und der daraus resultierenden Leckageströme nicht verwendbar sind. Aus diesem Grund wird bei bekannten Wirbelschichtfeuerungen die Fluidisierungsluft unvorgewärmt in den Dampferzeuger eingebracht.Surprisingly, it has been found that by an additional preheating of the fluidizing air, i. In addition to the preheating of the primary and secondary air, a significant increase in efficiency can be achieved. Up to now, therefore, one has refrained from preheating in particular because conventional regenerative air preheaters are not usable because of the high overpressure within the fluidizing air systems (about 500 mbar) and the resulting leakage currents. For this reason, in known fluidized bed combustion, the fluidizing air is introduced into the steam generator without preheating.

Bei einer besonders zweckmäßigen Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorwärmung der Fluidisierungsluft von der Vorwärmung der Primär- und/oder Sekundärluft entkoppelt ist. Das hat insbesondere den Vorteil, dass die Vorwärmung der Fluidisierungsluft nicht zu Lasten der Rauchgaseintrittstemperatur des Regenerativluftvorwärmers geht. Dadurch würde die Heißlufttemperatur der Primär- und Sekundärluft unnötigerweise herabgesetzt, was wiederum eine steigende Abgastemperatur und einen sinkenden Dampferzeugungswirkungsgrad bewirkt.In a particularly expedient variant of the method according to the invention, it is provided that the preheating of the fluidizing air is decoupled from the preheating of the primary and / or secondary air. This has the particular advantage that the preheating of the fluidizing air is not at the expense of the flue gas inlet temperature of the regenerative air preheater. This would make the hot air temperature of the primary and secondary air unnecessarily reduced, which in turn causes an increasing exhaust gas temperature and a decreasing steam generation efficiency.

Bei einer besonders zweckmäßigen und vorteilhaften Variante des Verfahrens der Erfindung ist vorgesehen, dass die für die Fluidisierungsluftvorwärmung benötigte Wärme dennoch aus dem Rauchgasstrom ausgekoppelt wird.In a particularly expedient and advantageous variant of the method of the invention, it is provided that the heat required for the fluidization air preheating is nevertheless decoupled from the flue gas stream.

Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Rauchgasstrom vor der Energieauskopplung geteilt und über parallele Rauchgaswege geführt wird. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass sowohl der für die Vorwärmung der Primär-und Sekundärluft benötigte Luftvorwärmer als auch der für die Vorwärmung der Fluidisierungsluft erforderliche Luftvorwärmer mit einer möglichst hohen Rauchgastemperatur beaufschlagt werden und somit die Vorwärmung der Fluidisierungsluft nicht zu Lasten der Heißlufttemperatur der Primär- und Sekundärluft erfolgt.For this purpose, it can be provided, for example, that the flue gas stream is divided before the energy extraction and guided via parallel flue gas paths. In this way, it is ensured that both the air preheater required for preheating the primary and secondary air and the air preheater required for the preheating of the fluidization air are subjected to the highest possible flue gas temperature and thus the preheating of the fluidizing air is not at the expense of the hot air temperature of the primary and secondary air takes place.

Vorzugsweise erfolgt die Vorwärmung der der Wirbelschichtfeuerung zugeführten Primärluft und/oder Sekundärluft und der Fluidisierungsluft über parallel geschaltete Luftvorwärmer.The preheating of the primary air and / or secondary air fed to the fluidized-bed furnace and the fluidizing air are preferably carried out via air preheaters connected in parallel.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Auskopplung für die zur Vorwärmung der Fluidisierungsluft benötigten Wärme aus dem Rauchgasweg einer Kesselspeisewasservorwärmung erfolgt.In an advantageous embodiment of the method according to the invention, it is provided that the decoupling for the heat required for preheating the fluidizing air takes place from the flue gas path of a boiler feed water preheating.

Zweckmäßigerweise wird die für die Vorwärmung der Fluidisierungsluft nutzbare Wärme mehrstufig aus dem Rauchgasstrom ausgekoppelt.Expediently, the heat which can be used for the preheating of the fluidizing air is coupled out of the flue gas stream in a multistage manner.

Beispielsweise kann die Auskopplung der zur Vorwärmung der Fluidisierungsluft benötigten Wärme mittels mehrerer in Reihe geschalteter Luftvorwärmer erfolgen.For example, the coupling-out of the heat required for preheating the fluidizing air can take place by means of a plurality of air preheaters connected in series.

Diese in Reihe geschalteten Luftvorwärmer können mit wenigstens einem Kesselspeisewasservorwärmer in Reihe betrieben werden.These series-connected air preheaters can be operated in series with at least one boiler feedwater pre-heater.

Besonders günstig ist eine mehrstufige Vorwärmung der Fluidisierungsluft mit einer mehrstufigen Kesselspeisewasservorwärmung in gestaffelter Anordnung, d.h. das Kesselspeisewasservorwärmer und Fluidisierungsluftvorwärmer abwechselnd in Reihe geschaltet sind, so dass eine Leistungseinbuße der Kesselspeisewasservorwärmer möglichst vermieden wird.Particularly favorable is a multi-stage preheating of the fluidizing air with a multi-stage boiler feedwater preheating in staggered arrangement, i. the boiler feedwater preheater and fluidization air preheater are alternately connected in series, so that a performance penalty of the boiler feedwater preheaters is avoided as much as possible.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert:The invention will be explained below with reference to an embodiment shown in the drawings:

Es zeigen:

Fig. 1
das Verfahrensschema einer Variante eines Dampfturbinenkraftwerks mit herkömmlicher Luftvorwärmung,
Fig. 2
das Verfahrensschema einer ersten Verschaltungsvariante der Fluidisierungsluftvorwärmung gemäß der Erfindung,
Fig. 3
ein Verfahrenschema einer zweiten Verschaltungsvariante der Fluidisierungsluftvorwärmung gemäß der Erfindung und
Fig. 4
ein Verfahrenschema einer dritten Verschaltungsvariante der Fluidisierungsluftvorwärmung gemäß der Erfindung.
Show it:
Fig. 1
the process diagram of a variant of a steam turbine power plant with conventional air preheating,
Fig. 2
the process diagram of a first wiring variant of the Fluidisierungsluftvorwärmung according to the invention,
Fig. 3
a process diagram of a second Verschaltungsvariante the Fluidisierungsluftvorwärmung according to the invention and
Fig. 4
a process diagram of a third Verschaltungsvariante the Fluidisierungsluftvorwärmung according to the invention.

In Fig. 1 sind Teile eines Trockenbraunkohle-Dampfturbinenkraftwerks schematisch dargestellt, wobei aus Vereinfachungsgründen im wesentlichen Massenströme von Trocknungsbrüden 1, Verbrennungsluft 2 und Rauchgas 3 dargestellt sind. Der Wasser-Dampf-Kreislauf des Dampfturbinenkraftwerks ist nur teilweise und stark vereinfacht dargestellt. Die Figur 1 beschreibt ein Beispiel eines Dampfturbinen-kraftwerks zu dem Zweck, die Verfahrensschemata nach Figuren 2 bis 4 in einem Kontext darstellen zu können.In Fig. 1 Parts of a dry lignite steam turbine power plant are shown schematically, with essentially mass flows of drying vapors 1, combustion air 2 and flue gas 3 are shown for reasons of simplification. The water-steam cycle of the steam turbine power plant is shown only partially and greatly simplified. The FIG. 1 describes an example of a steam turbine power plant for the purpose of reciting the process schemes FIGS. 2 to 4 in a context.

Mit dem Bezugszeichen 4 ist der Dampferzeuger des Dampfturbinenkraftwerks bezeichnet. Der Dampferzeuger 4 ist als mit Trockenbraunkohle befeuerter Wirbelschichtkessel ausgebildet. Der Massenstrom der Verbrennungsluft 2 in den Dampferzeuger ist vereinfacht als ein einziger Strömungsweg dargestellt. Der Dampferzeuger 4 des Dampfturbinenkraftwerks ist insbesondere als Wirbelschichtkessel mit zirkulierender Wirbelschicht ausgeführt. Eine Wirbelschichtfeuerung mit zirkulierender Wirbelschicht ist grundsätzlich bekannt und wird deshalb im folgenden nicht näher beschrieben. In dem Dampferzeuger 4 wird in an sich bekannter Art und Weise Wasser verdampft und in einer nachgeschalteten Dampfturbine 5 entspannt. Die Dampfturbine 5 umfasst einen Hochdruckteil, einen Mitteldruckteil und einen Niederdruckteil, die im Verfahrensschema nicht genauer bezeichnet sind. Die Dampfturbine 5 treibt einen Generator 6 an, der wiederum elektrische Energie in ein Stromnetz einspeist.The reference numeral 4 designates the steam generator of the steam turbine power plant. The steam generator 4 is designed as a dry lignite-fired fluidized bed boiler. The mass flow of combustion air 2 in the Steam generator is simplified as a single flow path shown. The steam generator 4 of the steam turbine power plant is designed in particular as a fluidized bed boiler with circulating fluidized bed. A fluidized bed with circulating fluidized bed is basically known and will therefore not be described in detail below. In the steam generator 4, water is evaporated in a manner known per se and expanded in a downstream steam turbine 5. The steam turbine 5 comprises a high-pressure part, a medium-pressure part and a low-pressure part, which are not designated more precisely in the process diagram. The steam turbine 5 drives a generator 6, which in turn feeds electrical energy into a power grid.

Der Dampfturbine 5 ist ein Kondensator 7 nachgeschaltet, in dem Niederdruckdampf kondensiert wird.The steam turbine 5 is followed by a condenser 7, is condensed in the low-pressure steam.

Mittels einer Kesselspeisewasserpumpe wird das Kondensat wieder dem Dampferzeuger 4 zugeführt.By means of a boiler feed water pump, the condensate is returned to the steam generator 4.

Der Dampferzeuger 4 wird mit Trockenbraunkohle als Brennstoff beschickt, welcher in einem Wirbelschichttrockner 8 einer indirekten Trocknung unterzogen wurde. An dieser Stelle sei angemerkt, dass der Dampferzeuger 4 nicht notwendigerweise mit Trockenbraunkohle als Brennstoff beschickt werden muss. Diese Variante des Verfahrens wurde hier nur zu Veranschaulichungszwecken gewählt.The steam generator 4 is charged with dry lignite as fuel, which was subjected to indirect drying in a fluidized bed dryer 8. It should be noted at this point that the steam generator 4 does not necessarily have to be charged with dry brown coal as fuel. This variant of the method has been chosen here for illustrative purposes only.

Der Wirbelschichttrockner 8 wird mit Dampf aus dem Niederdruckteil der Dampfturbine 5 beheizt. Ein Teil des bei der Trocknung der Braunkohle anfallenden Brüdens 1 wird zunächst in einem Staubabscheider 9 entstaubt und mit einem Gebläse 10 wieder dem Wirbelschichttrockner 8 als Fluidisierungsmittel zugeführt. Weitere Teilströme des Brüdens 1 werden, wie nachstehend noch beschrieben wird, zur Vorwärmung der Verbrennungsluft 2 genutzt.The fluidized-bed dryer 8 is heated with steam from the low-pressure part of the steam turbine 5. Part of the resulting in the drying of brown coal vapor 1 is first dedusted in a dust collector 9 and fed back to the fluidized bed dryer 8 as a fluidizing means with a blower 10. Further partial streams of the vapor 1 are, as will be described below, used to preheat the combustion air 2.

Die Verbrennungsluft 2 wird in bekannter Art und Weise einem regenerativen Luftvorwärmer 11 zugeführt, der beispielsweise als Drehluvo ausgebildet sein kann. In dem regenerativen Luftvorwärmer 11 wird die Verbrennungsluft im Gegenstrom mit dem Rauchgas 3 vorgewärmt.The combustion air 2 is supplied in a known manner to a regenerative air preheater 11, which may be designed, for example, as a rotary vane can. In the regenerative air preheater 11, the combustion air is preheated in countercurrent with the flue gas 3.

Ein Teilstrom des Rauchgases 3 wird über eine Bypassleitung 12 an dem Luftvorwärmer 11 vorbei geführt. Dieses gelangt zunächst über einen ersten Hochdruck-Luftbypass-Economizer 13 ( HD-Lubeco), und wird dann über einen Niederdruck-Luftbypass-Economizer 14 (ND-Lubeco) geführt, die in bezug auf den Rauchgasstrom 3 in Reihe geschaltet sind. Der Wärmeinhalt des Rauchgases 3 wird über den HD-Lubeco 13 in den Hochdruckteil des Speisewasserkreislaufs eingekoppelt, die verbleibende Wärme des Rauchgases wird in der nächsten Stufe in den Niederdruckteil des Kesselspeisewasserkreislaufs eingekoppelt.A partial flow of the flue gas 3 is guided via a bypass line 12 to the air preheater 11 over. This first passes through a first high-pressure air bypass economizer 13 (HD-Lubeco), and is then passed through a low-pressure air bypass economizer 14 (ND Lubeco), which are connected in series with respect to the flue gas stream 3. The heat content of the flue gas 3 is coupled via the HD Lubeco 13 in the high pressure part of the feedwater circuit, the remaining heat of the flue gas is coupled in the next stage in the low pressure part of the boiler feedwater cycle.

In Strömungsrichtung hinter dem Luftvorwärmer 11 und den Economizern 13, 14 ist bei der in Fig.1 dargestellten Verfahrensvariante ein weiterer Rauchgaskühler 15 vorgesehen, welcher seine Wärmefracht über einen in der Verbrennungsluftzufuhr vorgesehenen Wasser/Luftvorwärmer 16 abgibt. Der Rauchgaskühler 15 und der Wasser/Luftvorwärmer 16 kommunizieren miteinander über Wasser als Wärmeträgermedium in einem geschlossenen Kreislauf.In the flow direction behind the air preheater 11 and the economizers 13, 14 is in the in Fig.1 a further flue gas cooler 15 is provided, which emits its heat load via a water / air preheater 16 provided in the combustion air supply. The flue gas cooler 15 and the water / air preheater 16 communicate with each other via water as the heat transfer medium in a closed circuit.

Die Verbrennungsluft 2 wird zunächst in einem Brüdenluftvorwärmer 17 vorgewärmt. Der Brüdenluftvorwärmer 17 ist mit einem Teilstrom des Brüdens aus dem Wirbelschichttrockner 8 beaufschlagt. Dem Brüdenluftvorwärmer 17 ist aus Strömungsrichtung der Verbrennungsluft 2 betrachtet der Wasserluftvorwärmer 16 nachgeschaltet, in welchem die Verbrennungsluft weiter angewärmt wird. Die Verbrennungsluft 2 strömt sodann durch den regenerativen Luftvorwärmer 11, wo diese im Gegenstrom mit dem etwa 360°C heißen Rauchgas auf etwa 330°C aufgeheizt wird. Das Rauchgas, welches mit 360°C in den Luftvorwärmer 11 eintritt, kann diesen beispielsweise mit etwa 160°C verlassen.The combustion air 2 is first preheated in a Brüdenluftvorwärmer 17. The Brüdenluftvorwärmer 17 is acted upon by a partial flow of the vapor from the fluidized bed dryer 8. The Brüdenluftvorwärmer 17 is viewed from the direction of flow of the combustion air 2, the Wasserluftvorwärmer 16 downstream, in which the combustion air is further warmed. The combustion air 2 then flows through the regenerative air preheater 11, where it is heated in countercurrent with the about 360 ° C hot flue gas to about 330 ° C. The flue gas, which enters the air preheater 11 at 360 ° C., can leave it, for example, at about 160 ° C.

Während in Fig. 1 die Verbrennungsluftvorwärmung für den Dampferzeuger 4 nur stark vereinfacht dargestellt ist, zeigt Fig. 2 eine erste Variante der erfindungsgemäßen Verbrennungsluftvorwärmung. Neben dem zuvor erwähnten regenerativen Luftvorwärmer 11 ist ein weiterer Luftvorwärmer 18 vorgesehen, der zu dem Luftvorwärmer 11 parallel geschaltet ist. Der Luftvorwärmer 18 ist als Röhrenluftvorwärmer ausgebildet und wird mit einem Teil des Rauchgases 3 beaufschlagt.While in Fig. 1 the combustion air preheating for the steam generator 4 is shown only greatly simplified, shows Fig. 2 a first variant of combustion air preheating according to the invention. In addition to the aforementioned regenerative air preheater 11, a further air preheater 18 is provided, which is connected in parallel to the air preheater 11. The air preheater 18 is designed as a tube air preheater and is acted upon by a portion of the flue gas 3.

Die Verbrennungsluft 2 in Form von Primärluft 2a und Sekundärluft 2b wird mittels der Gebläse 19 über den regenerativen Luftvorwärmer 11 vorgewärmt. Parallel hierzu wird dem Dampferzeuger 4 bzw. dem ZWF-Kessel (zirkulierende Wirbelschichtfeuerung) Fluidisierungsluft 20 zugeführt, die über den parallelen Luftvorwärmer 18 ebenfalls im Gegenstrom mit dem Rauchgas 3 aufgeheizt wird. Das Rauchgas 3 wird im Bereich der Luftvorwärmer 11 und 18 in zwei zueinander parallelen Teilströmen 3a, 3b geführt.The combustion air 2 in the form of primary air 2a and secondary air 2b is preheated by means of the blower 19 via the regenerative air preheater 11. Parallel to this, the steam generator 4 or the ZWF boiler (circulating fluidized bed combustion) fluidizing air 20 is supplied, which is also heated by the parallel air preheater 18 in countercurrent to the flue gas 3. The flue gas 3 is guided in the region of the air preheater 11 and 18 in two mutually parallel partial streams 3a, 3b.

Grundsätzlich kann die in Fig. 2 dargestellte Variante der Verbrennungsluftvorwärmung ohne das in Fig. 1 dargestellte Luftbypass-Economizer-System (Speisewasservorwärmung mittels der Economizer 13 und14) realisiert werden.Basically, the in Fig. 2 illustrated variant of the combustion air preheating without the in Fig. 1 represented air bypass economizer system (feedwater pre-heating by means of the economizer 13 and14) can be realized.

In Fig. 3 ist eine alternative Ausführungsform der Verbrennungsluftvorwärmung gemäß der Erfindung dargestellt und zwar in Kombination mit dem Luftbypass-Economizer-System nach Fig. 1. Diese Variante stellt keine anlagentechnische Vereinfachung gegenüber der in Fig. 2 dargestellten Variante sondern die im Hinblick auf den Wirkungsgrad optimale Verschaltung dar. Um die Anzahl der Rauchgaswege zu reduzieren, kann die Vorwärmung der Fluidisierungsluft 20 im Rauchgasweg der Kesselspeisewasservorwärmung (Luftbypass-Economizer-System) erfolgen.In Fig. 3 an alternative embodiment of the combustion air preheating is shown according to the invention and in combination with the air bypass economizer system according to Fig. 1 , This variant does not represent a plant-technical simplification compared to in Fig. 2 However, in order to reduce the number of flue gas paths, the preheating of the fluidizing air 20 in the flue gas path of the boiler feedwater preheating (air bypass economizer system) can take place.

Grundsätzlich ist die Reihenfolge der Schaltung von Teilen der Economizer und des Luftvorwärmers beliebig möglich.Basically, the order of switching of parts of the economizer and the air preheater is possible.

Eine weitere Variante der Verbrennungsluftvorwärmung gemäß der Erfindung ist in Fig. 4 dargestellt.Another variant of the combustion air preheating according to the invention is shown in FIG Fig. 4 shown.

Dort ist die Vorwärmung der Fluidisierungsluft 20 in zwei Stufen mittels des Luftvorwärmers 11a und des Luftvorwärmers 11b vorgesehen, die in Reihe geschaltet sind. Die Luftvorwärmer 11a, 11b sind abwechselnd mit den Economizern 13 und 14 in Reihe im Rauchgasweg der Kesselspeisewasservorwärmung angeordnet, und zwar um die Leistungseinbußen des HD-Lubecos 15 (Hochdruck-Luftbypass-Economizer) zu minimieren. Die in Strömungsrichtung des Rauchgases 3b betrachtete erste Stufe 11b des Luftvorwärmers ist an der Stelle der höchstmöglichen Rauchgastemperatur vorgesehen, um die Temperatur der Fluidisierungsluft zwecks Wirkungsgradmaximierung weitestmöglich anzuheben.There, the preheating of the fluidizing air 20 is provided in two stages by means of the Luftvorwärmers 11 a and the Luftvorwärmers 11 b, which are connected in series. The air preheaters 11a, 11b are arranged in series with the economizers 13 and 14 in series in the flue gas path of the boiler feedwater preheating, to minimize the performance penalty of the HD-Lubecos 15 (high pressure air bypass economizer). The first stage 11b of the air preheater, viewed in the flow direction of the flue gas 3b, is provided at the highest possible flue gas temperature location to raise the temperature of the fluidizing air as much as possible for the purpose of maximizing efficiency.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Brüdenvapors
22
Verbrennungsluftcombustion air
2a2a
Primärluftprimary air
2b2 B
SekundärluftSecondary air
33
Rauchgasflue gas
3a,b3a, b
RauchgasteilströmeFlue gas partial flows
44
Dampferzeugersteam generator
55
Dampfturbinesteam turbine
66
Generatorgenerator
77
Kondensatorcapacitor
88th
WirbelschichttrocknerFluidized bed dryer
99
Staubabscheiderdust collector
1010
Gebläsefan
1111
Luftvorwärmerair preheater
1212
Bypassleitungbypass line
1313
ND-Lubeco (Niederdruck-Luftbypass-Economizer)ND Lubeco (Low Pressure Air Bypass Economizer)
1414
HD-Lubeco (Hochdruck-Luftbypass-Economizer)HD-Lubeco (High Pressure Air Bypass Economizer)
1515
RauchgaskühlerFlue gas cooler
1616
WasserluftvorwärmerWasserluftvorwärmer
1717
BrüdenluftvorwärmerBrüdenluftvorwärmer
1818
Luftvorwärmerair preheater
1919
Gebläsefan
2020
Fluidisierungsluftfluidization

Claims (10)

Verfahren zum Betreiben eines Dampfturbinenkraftwerks mit einer Wirbelschichtfeuerung, insbesondere mit einer zirkulierenden Wirbelschichtfeuerung, bei welcher Primärluft, Sekundärluft und Fluidisierungsluft über getrennte Zuführsysteme bereitgestellt werden, wobei die Primärluft und/oder die Sekundärluft vor Eintritt in den Wirbelschichtkessel vorgewärmt werden, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Fluidisierungsluftvorwärmung vorgesehen ist.Method for operating a steam turbine power plant with a fluidized bed combustion, in particular with a circulating fluidized bed, in which primary air, secondary air and fluidization air are provided via separate feed systems, wherein the primary air and / or the secondary air are preheated before entering the fluidized bed boiler, characterized in that additionally Fluidisierungsluftvorwärmung is provided. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärmung der Fluidisierungsluft von der Vorwärmung der Primär-und/oder Sekundärluft entkoppelt ist.A method according to claim 1, characterized in that the preheating of the fluidizing air is decoupled from the preheating of the primary and / or secondary air. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Fluidisierungsluftvorwärmung benötigte Wärme aus dem Rauchgasstrom ausgekoppelt wird.Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the heat required for the Fluidisierungsluftvorwärmung heat is decoupled from the flue gas stream. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rauchgasstrom vor der Wärmeauskopplung geteilt und über parallele Rauchgaswege geführt wird.A method according to claim 3, characterized in that the flue gas stream is divided before the heat extraction and guided over parallel flue gas paths . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärmung der der Wirbelschichtfeuerung zugeführten Primärluft und/oder Sekundärluft und der Fluidisierungsluft über parallel geschaltete Luftvorwärmer erfolgt.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the preheating of the fluidized bed combustion supplied primary air and / or secondary air and the fluidizing air via parallel connected air preheater takes place. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskopplung der zur Vorwärmung der Fluidisierungsluft benötigten Wärme aus dem Rauchgasweg einer Kesselspeisewasservorwärmung erfolgt.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the decoupling of the heat required for preheating the fluidizing air from the flue gas path of a boiler feed water preheating takes place. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Vorwärmung der Fluidisierungsluft benötigte Wärme mehrstufig aus dem Rauchgasstrom ausgekoppelt wird.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the heat required for the preheating of the fluidizing air is coupled in multiple stages from the flue gas stream. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskopplung der zur Vorwärmung der Fluidisierungsluft benötigten Wärme mittels mehrerer in Reihe geschalteter Luftvorwärmer erfolgt.Method according to one of claims 6 or 7, characterized in that the decoupling of the heat required for preheating the fluidizing air by means of several series-connected air preheater takes place. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftvorwärmer für die Vorwärmung der Fluidisierungsluft in Reihe mit wenigstens einem Kesselspeisewasservorwärmer betrieben werden.A method according to claim 8, characterized in that the air preheaters for preheating the fluidizing air are operated in series with at least one boiler feedwater pre-heater. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine mehrstufige Vorwärmung der Fluidisierungsluft mit einer mehrstufigen Kesselspeisewasservorwärmung in gestaffelter Anordnung vorgesehen ist.Method according to one of claims 8 or 9, characterized in that a multi-stage preheating of the fluidizing air is provided with a multi-stage boiler feedwater preheating in staggered arrangement.
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