EP2496796A2 - Fossil befeuerte kraftwerksanlage mit einer kohlendioxid-abscheidevorrichtung sowie verfahren zum betrieb einer fossil befeuerten kraftwerksanlage - Google Patents

Fossil befeuerte kraftwerksanlage mit einer kohlendioxid-abscheidevorrichtung sowie verfahren zum betrieb einer fossil befeuerten kraftwerksanlage

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EP2496796A2
EP2496796A2 EP10775787A EP10775787A EP2496796A2 EP 2496796 A2 EP2496796 A2 EP 2496796A2 EP 10775787 A EP10775787 A EP 10775787A EP 10775787 A EP10775787 A EP 10775787A EP 2496796 A2 EP2496796 A2 EP 2496796A2
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carbon dioxide
fossil
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    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/32—Direct CO2 mitigation

Definitions

  • the object of the invention is therefore to specify a device and a method in a fossil-fired power plant, low-pressure steam from a source other than the
  • the object of the invention directed to a device is solved by the features of claim 1.
  • the invention is based on a steam turbine, which has a kom despreusige middle and low pressure stage.
  • steam turbine also still includes a high-pressure stage in a separate case.
  • the live steam for the high-pressure stage after leaving the high-pressure stage, is returned to the boiler for reheating (reheating) via a vapor return line (cold reheat line).
  • a process steam line which is connected to the carbon dioxide separation device, is connected to the vapor recirculation line, wherein a counterpressure steam turbine is connected in the process steam line. Due to the back pressure steam turbine, the extracted process steam is at the process steam condition (saturated steam) brought.
  • the boiler must be designed accordingly ⁇ .
  • the extracted process steam is converted into electrical energy by a generator connected to the counterpressure steam turbine. Characterized the überschüssi ge ⁇ energy of the process steam for electric power generation is available.
  • the carbon dioxide separation process consists of an absorption unit and a desorption unit.
  • the process steam line is connected to a heat exchanger desorption unit feeding.
  • the desorption unit is connected to a condensate return line.
  • the process steam is removed from the vapor return line in the method according to the invention.
  • the process steam is thereby released in a relaxation process, whereby a relaxed steam (saturated steam) is formed.
  • the expanded vapor is then fed to the carbon dioxide separation device.
  • the relaxation process is used to generate electrical energy.
  • the expanded steam is then ⁇ preferably used in order to heat the desorption of the carbon dioxide deposition process.
  • the preparation measures for "Capture Ready" are limited by the invention to a corresponding Kesselausle ⁇ tion and a connection point outside the plant-critical machine house .
  • the steam turbine can retrofit a carbon dioxide separation device thermodynamically on the then used for the separation process. Connecting the backpressure turbine before reheating results in lower steam temperatures, which can be easily relieved by standard industrial turbines.
  • the fossil fuel-fired power plant 1 shows essentially a fossil-fired power plant ⁇ system 1 with a device connected to a carbon dioxide separating heat exchanger 21.
  • the fossil fuel-fired power plant 1 is here as a gas and steam power station
  • GUID designed.
  • the gas and steam turbine plant is ver ⁇ simplified shown and consists essentially of a gas turbine 13, a steam turbine 2, a generator 20 and a switched into the exhaust duct of the gas turbine steam generator 4, designed as a heat recovery steam generator 15th Die
  • Steam turbine 2 comprises a high pressure stage 24 and a medium- and low-pressure stage 25.
  • the gas turbine 13, the genes ⁇ rator 20 and the steam turbine 2 are located on a ge ⁇ common shaft 8.
  • the high-pressure stage 24 is connected to the steam generator 4 by supplying fresh steam via a main steam line 23 and steam-returning via a cold intermediate superheat line 16.
  • a process steam line 6 is connected to the tapping of a process steam 17.
  • the middle and low pressure stage 25 is connected to the steam generator 4 via a hot intermediate superheat conduit 31.
  • the extracted steam from the cold intermediate superheat line has a temperature of approx. 160 ° C.
  • a back-pressure steam turbine 7 is provided, which is connected to the process steam supply line 6 connected to the process steam.
  • the backpressure steam turbine 7 fin ⁇ det a relaxation of the process steam 17 to a saturated steam 26 instead.
  • the process steam 17 is thereby converted by a connected to the back pressure steam turbine 7 generator 9 into electrical energy.
  • the back pressure steam turbine 7 is connected to a heat exchanger 21 of a carbon dioxide separation device.
  • the carbon dioxide separation device is not shown here in detail.
  • the counterpressure steam turbine 7 is connected to the desorption unit 11 of the carbon dioxide separation device via a saturated steam line 28.
  • the saturated steam 26 in desorption unit 11 assists the boiling out of a solvent for the release of carbon dioxide.
  • a condensate is discharged into the condenser 22 via a condensate return line 29.
  • the condensate return line 29 is connected to the capacitor 22 accordingly.
  • a Kondensatlei ⁇ tung 30 is provided which connects the condenser 22 to the steam generator 4 to the feed water circuit to close ⁇ SEN.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine fossil befeuerte Kraftwerksanlage (1) mit einer Dampfturbine (2), einem der Dampfturbine (2) über eine Dampfrückführleitung (3) nach geschalteten Dampferzeuger (4) und eine Kohlendioxid-Abscheidevorrichtung (5). Erfindungsgemäß ist dabei die Kohlendioxid-Abscheidevorrichtung (5) über eine Prozessdampfleitung (6) mit der Dampfrückführleitung (3) verbunden, wobei in die Prozessdampfleitung (6) eine Gegendruckdampfturbine (7) geschaltet ist.

Description

Beschreibung
Fossil befeuerte Kraftwerksanlage mit einer Kohlendioxid- Abscheidevorrichtung sowie Verfahren zum Betrieb einer fossil befeuerten Kraftwerksanlage
Für die Abscheidung von Kohlendioxid aus Abgasen von fossil befeuerten Kraftwerksanlagen, wie beispielsweise Gas- und Dampfkraftwerksanlagen (GUD) oder Kohle befeuerten Dampf- kraftanlagen (DKW) , ist eine große Menge an Energie erforder¬ lich.
Bei Einsatz eines nasschemischen Absorbtions- Desorptionsver- fahren zur Abscheidung von Kohlendioxid muss diese Energie in Form von thermischer Energie zur Beheizung des Desorpti- onsprozesses aufgebracht werden. Üblicherweise wird dazu Nie¬ derdruckdampf aus dem Wasserdampfkreislauf der Kraftwerksanlage verwendet. Selbst wenn eine im Bau befindliche Kraftwerksanlage noch nicht mit einem an ihr angeschlossenen Kohlendioxid- Abscheidevorrichtung ausgestattet wird, besteht schon heute die Nachweispflicht der späteren Nachrüstbarkeit (Capture Readyness) . Dementsprechend werden bereits heute entsprechen- de Vorkehrungen getroffen, sodass eine Kohlendioxid- Abscheidevorrichtung zu einem späteren Zeitpunkt problemlos in die Kraftwerksanlage integriert werden kann. Betroffen von derartigen Vorkehrungen sind beispielsweise das Maschinenhaus, welches durch die Entnahme des Niederdruckdampfes ent- sprechend vergrößert werden muss.
Zudem besteht die Erfordernis, dass die Dampfturbine bzw. der Kraftwerksprozess für die Entnahme von Niederdruckdampf ent¬ sprechen konfiguriert sein muss. Bei Dampfturbinen mit ge- trenntem Gehäuse für die Mittel- und Niederdruckstufe ist die Entnahme von Niederdruckdampf an der Überströmleitung auf einfache weise möglich. Hingegen bei Dampfturbinen mit einer eingehäusigen Mittel- und Niederdruckstufe ist die Entnahme der erforderlichen großen Dampfmenge aus der Turbine bei ge¬ eignetem Druck nicht möglich.
Die Entnahme von Dampf aus anderen Quellen innerhalb des Kraftwerksprozesses ist oft nicht wirtschaftlich, oder auf geeignete Weise möglich. So führt beispielsweise eine Entnah¬ me aus einer Zwischenüberhitzungsleitung der Dampfturbine zur Schieflast des Kessels. Auch die Entnahme von höherwertigem Dampf für die Kohlendioxid-Abscheidevorrichtung muss ausge- schlössen werden, da dies zu unvertretbarem Energieverlusten führt .
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren bei einer fossil befeuerte Kraftwerksanlage an- zugeben, Niederdruckdampf aus einer anderen Quelle als der
Überstömleitung zwischen Mittel- und Niederdurckstufe für ei¬ ne Kohlendioxid-Abscheidevorrichtung bereitzustellen, sodass eine Schieflast des Kraftwerksprozesses vermieden wird, und die Energieverluste durch die Dampfentnähme weitgehend mini- miert werden.
Gelöst wird die auf eine Vorrichtung gerichtete Aufgabe der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1. Die Erfindung geht dabei von einer Dampfturbine aus, die eine eingehäusige Mittel- und Niederdruckstufe hat. Neben der Mit¬ tel- und Niederdruckstufe umfasst die Dampfturbine zudem noch eine Hochdruckstufe in einem separaten Gehäuse. Dabei ist vorgesehen, dass der Frischdampf für die Hochdruckstufe nach Austritt aus der Hochdruckstufe über eine Dampfrückführlei- tung (kalte Zwischenüberhitzungs-Leitung) in den Kessel zur Wiedererwärmung ( Zwischenüberhitzung) zurück geführt wird. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass an die Dampfrück- führleitung eine Prozessdampfleitung angeschlossen ist, die mit der Kohlendioxid-Abscheidevorrichtung verbunden ist, wobei in die Prozessdampfleitung eine Gegendruckdampfturbine geschaltet ist. Durch die Gegendruckdampfturbine wird der entnommene Prozessdampf auf Prozessdampfzustand (Sattdampf) gebracht. Für eine Entnahme des Dampfes muss der Kessel ent¬ sprechend ausgelegt sein.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der fossil befeuerten Kraftwerksanlage wird der entnommene Prozessdampf durch einen an der Gegendruckdampfturbine angeschlossenen Generator in elektrische Energie umgewandelt. Dadurch ist die überschüssi¬ ge Energie des Prozessdampfes zur Erzeugung elektrischer Energie nutzbar.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der fossil befeuerten Kraftwerksanlage besteht der Kohlendioxid-Abscheideprozess aus einer Absorptionseinheit und einer Desorptionseinheit . Die Prozessdampfleitung ist dabei zuführend mit einem Wärme- tauscher der Desorptionseinheit verbunden. Ausleitend ist die Desorptionseinheit mit einer Kondensatrückführleitung verbunden .
Die auf ein Verfahren gerichtete Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 5.
Analog zur Vorrichtung wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Prozessdampf aus der Dampfrückführleitung entnommen. Der Prozessdampf wird dabei in einem Entspannungsprozess ent- spannt wobei ein entspannter Dampf (Sattdampf) gebildet wird. Der entspannte Dampf wird dann der Kohlendioxid- Abscheidevorrichtung zugeführt.
Vorteilhafterweise wird der Entspannungsprozess zur Erzeugung elektrischer Energie verwendet. Der entspannte Dampf wird da¬ bei vorzugsweise zur Beheizung des Desorptionsprozesses des Kohlendioxid-Abscheideprozess verwendet .
Die Vorbereitungsmaßnahmen für „Capture Ready" beschränken sich durch die Erfindung auf eine entsprechende Kesselausle¬ gung und einen Anschlusspunkt außerhalb des anlagekritischen Maschinenhauses. Die Dampfturbine kann bei Nachrüstung einer Kohlendioxid-Abscheidevorrichtung thermodynamisch auf den dann genutzten Abscheideprozess optimiert werden. Der An- schluss der Gegendruckturbine vor der Zwischenüberhitzung führt zu geringeren Dampftemperaturen, die von Standard Industrieturbinen problemlos entspannt werden können.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert: Darin zeigt
FIG 1 Eine fossil befeuerte Kraftwerksanlage mit einer
Kohlendioxid-AbscheideVorrichtung
FIG 1 zeigt im Wesentlichen eine fossil befeuerte Kraftwerks¬ anlage 1 mit einem an eine Kohlendioxid-Abscheidevorrichtung angeschlossenen Wärmetauscher 21. Die fossil befeuerte Kraft- Werksanlage 1 ist hier als Gas- und Dampfkraftwerksanlage
(GUD) ausgestaltet. Die Gas- und Dampfturbinenanlage ist ver¬ einfacht dargestellt und besteht im wesentlichen aus einer Gasturbine 13, einer Dampfturbine 2, einem Generator 20 und einem in den Abgaskanal der Gasturbine geschalteten Dampfer- zeuger 4, ausgestaltet als Abhitzedampferzeuger 15. Die
Dampfturbine 2 besteht aus einer Hochdruckstufe 24 und einer Mittel- und Niederdruckstufe 25. Die Gasturbine 13, der Gene¬ rator 20 und die Dampfturbine 2 befinden sich auf einer ge¬ meinsamen Welle 8. Der Dampfturbine 2 ist ein Kondensator 22 nachgeschaltet.
Die Hochdruckstufe 24 ist mit dem Dampferzeuger 4 frischdampfzuführend über eine Frischdampfleitung 23 und dampfrück- führend über eine kalte Zwischenüberhitzungsleitung 16 ver- bunden. An der kalten Zwischenüberhitzungsleitung 16 ist zur Anzapfung eines Prozessdampfes 17 eine Prozessdampfleitung 6 angeschlossen. Die Mittel- und Niederdruckstufe 25 ist über eine heiße Zwischenüberhitzungsleitung 31 mit dem Dampferzeuger 4 verbunden. Der entnommene Dampf aus der kalten Zwi- schenüberhitzungsleitung weist dabei ein Temperatur von ca. 160°C auf. Neben der Dampfturbine 2 ist eine Gegendruckdampfturbine 7 vorgesehen, die prozessdampfzuführend mit der Prozessdampf¬ leitung 6 verbunden ist. In der Gegendruckdampfturbine 7 fin¬ det eine Entspannung des Prozessdampfes 17 zu einem Sattdampf 26 statt. Der Prozessdampf 17 wird dabei durch einen an die Gegendruckdampfturbine 7 angeschlossenen Generator 9 in elektrische Energie umgewandelt.
Der Gegendruckdampfturbine 7 ist ein Wärmetauscher 21 einer Kohlendioxid-Abscheidevorrichtung geschaltet. Die Kohlendioxid-Abscheidevorrichtung ist dabei hier nicht näher dargestellt. Verbunden ist die Gegendruckdampfturbine 7 mit der Desorptionseinheit 11 der Kohlendioxid-Abscheidevorrichtung über eine Sattdampfleitung 28. Der Sattdampf 26 unterstützt in Desorptionseinheit 11 das auskochen eines Lösungsmittels zur Widerfreisetzung von Kohlendioxid.
Aus dem Wärmetauscher 21 wird über eine Kondensatrückführlei¬ tung 29 ein Kondensat in den Kondensator 22 ausgeleitet. Dazu ist die Kondensatrückführleitung 29 mit dem Kondensator 22 entsprechend verbunden. Schlussendlich ist eine Kondensatlei¬ tung 30 vorgesehen, die den Kondensator 22 mit dem Dampferzeuger 4 verbindet, um den Speisewasserkreislauf zu schlie¬ ßen .

Claims

Patentansprüche
1. Fossil befeuerte Kraftwerksanlage (1) umfassend eine
Dampfturbine (2), einem der Dampfturbine (2) über eine Dampf- rückführleitung (3) nach geschalteten Dampferzeuger (4) und eine Kohlendioxid-Abscheidevorrichtung (5) ,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlendioxid- Abscheidevorrichtung (5) über eine Prozessdampfleitung (6) mit der Dampfrückführleitung (3) verbunden ist, und dass in die Prozessdampfleitung (6) eine Gegendruckdampfturbine (7) geschaltet ist.
2. Fossil befeuerte Kraftwerksanlage (1) nach Anspruch 1, da¬ durch gekennzeichnet, dass die Gegendruckdampfturbine (7) über eine Welle (8) mit einem Generator (9) zur Stromerzeu¬ gung verbunden ist.
3. Fossil befeuerte Kraftwerksanlage (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlendioxid- Abscheidevorrichtung (5) eine Absorptionseinheit (10) und ei¬ ne Desorptionseinheit (11) umfasst.
4. Fossil befeuerte Kraftwerksanlage (1) nach einem der An¬ sprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Ausgestaltung als Gas- und Dampfturbinenkraftwerk (12), umfassend eine Gasturbine (13), wobei der Dampferzeuger (4) ein Abhitzedampferzeu¬ ger (15) ist, und die Dampfrückführleitung (3) eine kalte Zwischenüberhitzungsleitung (16) ist.
5. Verfahren zum Betrieb einer fossil befeuerte Kraftwerksanlage (1), mit einem einer Dampfturbine (2) über eine Dampf- rückführleitung (3) nachgeschalteten Dampferzeuger (4) und einer Kohlendioxid-Abscheidevorrichtung (5) , bei dem
Prozessdampf (17) aus der Dampfrückführleitung (3) entnommen wird, der Prozessdampf (17) in einem Entspannungsprozess (18) entspannt wird, wobei ein entspannter Dampf (19) gebildet wird, und der entspannte Dampf (19) der Kohlendioxid- Abscheidevorrichtung (5) zugeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Entspannungsprozess (18) weiterhin einen Generator (20) umfasst, und zur Erzeugung elektrischer Energie verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem der entspannte Dampf (19) zur Desorption von Kohlendioxid verwendet wird.
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