DE2802361C2 - Dampfkraftwerk mit einem Wirbelschicht-Dampferzeuger - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet, daß

— der Speisewasservorwärmer (23) im Druckraum des Dampferzeugers (1) oberhalb des Oberhitzers (22) angeordnet ist;

— der Überhitzer (22) oberhalb der Wirbelschicht (2) angeordnet ist und von den Rauchgasen beheizt ist;

— die Gasturbine (12) und der Verdichter (13) eine reine Aufladegruppe ohne Generator bilden;

— und daß das fruJer Ga£.urbine (12) entspannte Abgas unmittelbar in ein Kamin abgeleitet wird

35

Die Erfindung betrifft ein Dampfkraftwerk mit einem Wirbelschicht-Dampferzeuger gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches. Derartige Dampfkraftwerke sind aus der Zeitschrift »Energietechnik«, April 1977, S. 147 bekannt

Bei dieser Lösung handelt es sich um ein kombiniertes Gasturbinen-/Dampfturbinen-Kraftwerk mit einem mehrstufigen Wirbelschicht-Druckkessel. Der Speisewasservorwärmer ist hier in der Vorwärmerstraße angeordnet und die Gasturbinengruppe ist eine stromerzeugende Kraftwerkskomponente die ca. 35% der Gesamtleistung liefern. Darüber hinaus entnimmt der Überhitzer die erforderliche Wärme direkt einer Wirbelschicht Da die Stromerzeugung zu einem beträchtlichen Anteil in einer Gasturbine vorgenommen wird, muß in der Turbine ein relativ großes Wärmegefälle verarbeitet werden.

Großes Wärmegefälle bedingt hohe Gaseintritts- und Austrittstemperaturen an der Turbinenbeschaufelung. Die hohe Gaseintrittstemperatur verschärft das Problem der Entstaubung der Rauchgase, da der Abscheidegrad eines Staubabscheiders von der kinematischen Zähigkeit des Gases abhängt und diese temperaturabhängig ist. Darüber hinaus bleibt das Problem der Erosion und Hochtemperaturkorrosion der Turbinenbeschaufelung offen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Dampfkraftwerk der eingangs genannten Art zu schaffen, welches bei höchstmöglichem Anlagenwirkungsgrad eine wirksame Stauscheidung ermöglicht und bei welcnem ein korrosions- und erosionssicherer Betrieb erreicht wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Speisewasservorwärmer im Druckraum des Dampferzeugers oberhalb des Überhitzers angeordnet ist, daß der Überhitzer oberhalb der Wirbelschicht angeordnet ist und von den Rauchgasen beheizt ist, daß die Gasturbine und der Verdichter eine reine Aufladegruppe ohne Generator bilden und daß u^s.s in der Gasturbine entspannte Abgas unmittelbar in einen Kamin abgeleitet wird.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß durch die Verlegung des Speisewasservorwärmers in den Druckraum des Dampferzeugers eine relativ niedrige Gasturbineneintrittstemperatur von etwa 400⁰C erreicht wird. Dadurch haben auch die Abgase nach der Gasturbine nur noch eine Temperatur von etwa 140 bis 150⁰C und können ohne nachgeschalteten Wärmeaustauscher in die Atmosphäre ausgestoßen werden. Der Wegfall dieses sonst üblicherweise in der Vorwärmestraße angeordneten Wärmeaustauschers ermöglicht eine optimale Anzapfdampf-Vorwärmung im Dampfturbinenkreislauf, was zu den gewünschten hohen thermischen Anlagenwirkungsgrad führt

Zwar ist die Anordnung eines Speisewasservorwärmers oberhalb das Überhitzers beispielsweise aus der Zeitschrift »VGB-Kraftwerktechnik« Aug. 1967, S. 510, Bild 2 bekannt dort sind jedoch die Überhitzerrohre innerhalb der Wirbelschicht angeordnet

Hier ist aber auf Kombikraftwerke zu schließen und nicht auf solche, in denen nur über einer Dampfturbine Strom erzeugt wird, während der Dampferzeuger mit einer Tieftemperatur-Gasturbinengruppe, wie sie der Aufladung von Dieselmotoren entsprechen könnte, unter Überdruck gehalten wird.

Ein weiterer Vorteil, der aus der relativ niedrigen Abgastemperatur resultiert, ist die Möglichkeit der Anwendung einer Tieftemperatur-Gasturbine und eines einfachen und betriebssicheren Staubabscheiders. Bei einer derartigen Tieftemperaturturbine mit nur ca. 400⁰C Eintrittstemperatur ist das Problem der Entstaubung des Abgases wesentlich entschärft Außerdem können Materialien mit größerer Härte und somit größerer Erosionsbeständigkeit angewendet werden. Schließlich wird bei dieser Temperatur auch das Hochtemperaturkorrosionsproblem entschärft

In der Zeichnung ist ein Ausfuhrungsbeispiel einer Anlage gemäß der Erfindung schematisch dargestellt

Erfindungsunwesentliche Elemente wie bspw. die vollständige Vorwärmerstraße, die Beschickungsvorrichtung und die Ascheaustragevorrichtung des Dampferzeugers und dergl. sind nicht gezeigt Die Strömungsrichtung der diversen Arbeitsmedien ist mit Pfeilen bezeichnet.

Mit 1 ist der Dampferzeuger der Kraftwerksanlage bezeichnet, in welchem in 2 eine nicht näher dargestellte Wirbelschichtfeuerung angeordnet ist In bekannter Weise wird darin eine Kohlewirbelschicht verfeuert, welcher ein Absorbent wie beispielsweise Kalkstein oder Dolomit zugesetzt ist.

Überhitzter Dampf gelangt aus dem Dampferzeuger 1 über die Frischdampfleitung 3 zur Dampfturbine 4 und expandiert darin unter Energieabgabe. Mit der Dampfturbine 4 ist der Generator 5 gekuppelt, der die alleinige Stromerzeugung im Kraftwerk übernimmt. Der entspannte Dampf wird im Kondensator 6 niedergeschlagen und das Kondensat wird mittels der Kondensat-

pumpe 7 durch die vert·tnfacht dargestellte VorwSrmerstraOe 8 gefördert, in welcher eine mehrstufige Vorwärmung des Speisewassers durch Anzapfungen 9 der Dampfturbine 4 erfolgt. Die Speisepumpe 10 fördert das Kesseispejsewasser über die Speiseleitung 11 zurück zum Dampferzeuger 1.

Die Verbrennung der Kohle geschieht unter Druck, Die hierfür benötigte Verbrennungsluft wird außerhalb des Dampferzeugers 1 in einer reinen Aufladegruppe erzeugt; dabei treibt eine Gasturbine 12 einen Verdichter 13 an, in dem die bei 14 angesaugte Luft auf bspw. 8 bis 10 bar verdichtet wird. In der Startphase wird zum Antrieb des Verdichters 13 ein nach dem Anfahren abkuppelbarer (15) Startmotor 16 benutzt

Die verdichtete Luft wird über die Druckleitung 17 unter den Anströmboden 18 im Dampferzeuger 1 gefördert, durchströmt diesen und bildet einen aufwärtsgerichteten Trägerstrom, der die Feststoffpartikel anhebt und so den Wirbelschichtzustand hervorruft

Die Feststoffpartikel sind im vorliegenden Fall gemahlene Kohle sowie ein Absorbermaterial wie bspw. Kalkstein oder Dolomit, welche bei 19 rasp, bei 20 in die Feuerung eingeführt werden.

Durch die turbulente Feststoffbewegung, die große spezifische Oberfläche und die hohe Wärmekapazität des Wirbelgutes ergeben sich große Wärmeübergangszahlen vom Brennstoff auf die wärmeübertragenden Flächen, welche im gezeigten Beispiel durch die Rohre des Speisewasserverdampfers 21 gebildet werden. Die Betriebstemperatur der Wirbelschicht wird zweckmäßigerweise um etwa 800⁰C gewählt, wodurch keine Probleme bezüglich der Reaktion des Kohleschwefels mit dem Absorbent entstehen.

Die heißen Rauchgase geben danach einen Teil ihres Wärmeinhaltes am Überhitzer 22 und einen weiteren Teil am Speisewasservorwärmer 23 ab, bevor sie den Dampferzeuger 1 verlassen. Die Schaltung der Wärmeaustauscher 21, 22 und 23 innerhalb des Dampferzeugers ist am Strömungsweg des dampfturbinenseitigen Arbeitsmittels erkennbar.

Die Stromerzeugung geschieht somit aufgrund eines reinen Dampfprozesses, wodurch eine optimale Anzapfdampfvorwärmung vorgesehen werden kann, die zu einem hohen thermischen Wirkungsgrad der Anlage führt.

Nach Beaufschlagung des Speisewasservorwärmers 23 treten die Rauchgase in den Staubabscheider 24, der im vorliegenden Falle ein einfacher Zentrifugalabscheider sein kann, da er bei einer Temperatur von nur etwa 400⁰C arbeitet und somit Korrosions- und Erosionsprobleme relativ einfach lösbar sind. Im Abscheider werden die Rauchgase von Asche befreit, die anläßlich dar Verbrennung entsteht und vom Gasstrom mitgerissen wird.

Gegenüber bekannten Aniagen weist auch dieser Apparat wesentlich kleinere Dimensionen auf, zum einen wegen einfacherer Konstruktion, zum anderen, weil das zu verarbeitende Gasvolumen durch die Aufladung verhältnismäßig gering ist

Nach dem Staubabscheider 24 gelangen die Rauchgase über die Gasleitung 25 zur Gasturbine 12 — welche als reine Entspannungsturbine konzipiert ist und Bestandteil der Aufladegruppe ist — und geben darin ihren restlichen Wärmeinhalt ab. Die niedrige Gasturbinen-Eintrittsiemperatur (<400°C) ist deshalb möglich, weil die Entspannungsturbine nur a;f. Verdichter 13 antreibt und nichts zur Stromerzeugung beiträgt Entsprechend dieser bescheidenen Eintrittstemperatur

ist auch die Antrittstemperatur der Abgase niedrig (etwa 120—150⁰C), wodurch diese direkt bei 26 über den nich¹ gezeigten Kamin in die Atmosphäre geführt werden, und nicht wie üblich zunächst einen der Entspannungsturbine nachgeschalteten Wärmeaustauscher beaufschlagen müssen.

Dieser bisher übliche Wärmeaustauscher ist im vorliegenden Falle der Speisewasservorwärmer 23; und durch dessen erfindungsgemäße Verlegung in den Druckraum des Dampferzeugers 1 wird die optimale Anzapfdampfvorwärmung im Dampfturbinenkreislauf möglich, dabei dennoch die Abgastemperatur genügend niedrig und hieraus erfolgt ein entsprechend hoher Anlagenwirkungsgrad.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das in der Zeichnung Gezeigte und das Beschriebene beschränkt So könnte beispielsweise der Dampfturbinenkreislauf ohne weiteres mit einer Zwischenüberhitzung verschen sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch;

   Dampfkraftwerk

   — mit einem Wirbelschicht-Dampferzeuger;

   — welcher ober einen von einer Gasturbine angetriebenen Verdichter unter Oberdruck gehalten ist, wobei die Gasturbine von den Rauchgasen der Wirbelschicht beaufschlagt ist; ι"

   — in dem zur Kühlung der Wirbelschicht ein Speisewasser-Verdampfer vorgesehen ist;

   — in dem ein Überhitzer angeordnet ist;

   — und dem wasserseitig eine Dampfturbogruppe mit anschließender Vorwärmer- is straße vor- resp. nachgeschaltet ist;

   — und einem rauchgasseitig zwischen dem Dampferzeuger und der Gasturbine angeordnetem Staubabscheider;

   — sowie einem von den Rauchgasen beaufschlag- 2" ten Speisewasservorwärmer,