DE3518512A1 - Verfahren zur strom- und waermeerzeugung mittels einer druckbetriebenen wirbelbettfeuerung - Google Patents
Verfahren zur strom- und waermeerzeugung mittels einer druckbetriebenen wirbelbettfeuerungInfo
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Description
- Wirbelbettfeuerung mit direkter Wasserkühlung
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Strom- und Wärmeerzeugung mittels einer druckbetriebenen Wirbelbettfeuerung, bei dem die in der Wirbelbettfeuerung anfallenden heißen Rauchgase entstaubt, dann arbeitsleistend entspannt und anschließend in einem Wärmetauscher gekühlt werden.
- Wirbelbettfeuerungen zählen in zahlreichen Aus.führungsformen für verschiedene Anwendungsbereiche seit langem zum Stand der Technik. Wesentliche Vorteile sind darin zu sehen, daß im Gegensatz zu anderen Feuerungstypen auch geringwertige Brennstoffe mit hohem Ballastgehalt, wie z.B. Ballastkohle oder Aufbereitungsabgänge, die als Nebenprodukt bei der Steinkohleaufbereitung anfallen und bisher nicht verwertet, sondern deponiert wurden, verbrannt werden können. Darüber hinaus ist dieser Feuerungstyp vergleichsweise umweltfreundlich, da bei den niedrigen Verbrennungstemperaturen nahezu keine thermischen Stickoxide entstehen und die Schwefeloxide durch Zugabe geeigneter Absorptionsmittel, wie z.B. Kalkstein, bereits in der Brennkammer gebunden werden können. Diese Vorteile lassen die Wirbelbettfeuerung auch für die Kraftwerkstechnik, z.B. für die gleichzeitige Erzeugung von Strom und nutzbarer Wärme in Heizkraftwerken, als geeignet erscheinen.
- Wirbelbettfeuerungen können dabei unter atmosphärischen oder überdruckbedingungen betrieben werden, wobei zur Einhaltung der Bettemperatur die Auskopplung der erzeugten Wärme meist mittels sogenannter Tauchheizflächen, die in dem Wirbelbett angeordnet sind und von einem komprimierten Arbeitsmedium, wie z.B. Luft für eine Gasturbine oder auch Wasser bzw. Wasserdampf für eine Dampfturbine, durchströmt werden. Bei unter Druck betriebenen Wirbelbettfeuerungen kann darüber hinaus noch die Arbeitsfähigkeit der Rauchgase zur Energieerzeugung genutzt werden.
- Im Zusammenhang mit der Anwendung von Wirbelbettfeuerungen im Bereich der Kraftwerkstechnik ergeben sich Nachteile im Hinblick auf deren Regelbarkeit. Durch die vorgesehene Art der Wärmeauskopplung über Tauchheizflächen, die unmittelbar in dem Wirbelbett eingelagert und in ihrer Geometrie und somit auch in ihrem Wärmeaufnahmevermögen vorgegeben sind, ist sowohl das Leistungsniveau einer solchen Feuerung als auch deren Lastregelgeschwindigkeit von vorneherein festgelegt. Eine weitere Erhöhung der Leistungsdichte, z.B. durch eine Vergrößerung der Brennstoffzufuhr, würde zu überhitzungen in dem Wirbelbett führen, da die erzeugte Wärme über die Tauchheizfl-achen nicht genügend schnell abgeführt werden könnte.
- Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren zur Strom- und Wärmeerzeugung mittels einer druckbetriebenen Wirbelbettfeuerung derart weiterzuentwickeln, daß die Feuerung in einem möglichst weiten Leistungsbereich und mit hoher Leistungsdichte gefahren werden kann.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in die Wirbelbettfeuerung Wasser eingeführt und das entstehende Gemisch aus Rauchgas und Wasserdampf als Arbeits-bzw. Wärmeträgermedium den der Wirbelbettfeuerung nachgeschalteten Aggregaten zugeführt wird.
- Durch das gemäß der Erfindung vorgesehene Einleiten von Wasser in das Wirbelbett, das einer direkten Kühlung des Wirbelbettes gleichkommt, kann die Leistung der Feuerung erhöht werden, ohne daß die eingangs geschilderten Nachteile, wie z.B. die Beschädigung von Tauchheizflächen durch überhitzungen, auftreten. Die bei einer Leistungssteigerung anfallende zusätzliche Wärme wird zur Wasserdampferzeugung genutzt. Dadurch erhöht sich die Menge des für die arbeitsleistende EntSpannung in der Turbine zur Verfügung stehenden Arbeitsmittels entsprechend. Bedingt durch die hohe Verdampfungswärme des Wassers können dabei verhältnismäßig große Wärmemengen zusätzlich aus dem Wirbelbett ausgekoppelt und in der Turbine sowie im nachgeschalteten Wärmetauscher genutzt werden.
- Die Entspannung des Arbeitsmittels in der Turbine erfolgt zweckmäßigerweise auf ein Druck- bzw. Temperaturniveau, das noch ausreichend hoch ist, um die im Wärmetauscher anfallende Wärme, insbesondere die zurückgewonnene Verdampfungswärme des Wassers, nutzbringend, z.B. für Fernwärmezwecke, verwerten zu können.
- Das im Wärmetauscher infolge der Abkühlung auskondensierte Wasser wirei nach einem weiteren Merkmal der Erfindung erneut der Druckwirbelbettfeuerung zugeführt. Dabei ist eine gesonderte Aufbereitung in der Regel nicht erforderlich, da die im Kreislaufwasser mitgeführten Feststoffteilchen, wie z.B. Staub oder auch CaS04, sich zum grössten Teil an das Bettmaterial anlagern und mit der Asche aus dem Wirbelbett ausgetragen werden.
- Unter Umständen kann es sich auch als zweckmäßig erweisen, das die Wirbelbettfeuerung verlassende Gemisch aus Rauchgas und Wasserdampf vor oder auch nach seiner Entstaubung bzw. Teilentstaubung vorzukühlen und erst dann in die Gasturbine einzuspeisen. In diesem Falle erfolgt die Entspannung in der Turbine selbst bei niedrigerer Temperatur mit der Folge, daß die Materialbeanspruchung der Turbine entsprechend reduziert wird und somit Reststaubmengen im Arbeitsmittel sich als weniger störend erweisen, Die im Zuge der Vorkühlung auf relativ hohem Temperaturniveau anfallende Wärme kann dabei zur Dampferzeugung genutzt werden.
- Obwohl die bevorzugte Anwendung der Erfindung im Zusammenhang mit einer druckbetriebenen Wirbelbettfeuerung zu sehen ist, ist jedoch ohne weiteres eine Anwendung auch bei atmosphärischen Wirbelbettfeuerungen möglich.
- Weitere Erläuterungen sind dem in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel zu entnehmen.
- Die Figur zeigt einen bei einem Druck von z.B. 10 bar betriebenen Druckwirbelbettkessel 1 mit einem integrierten Wirbelbett 2. Als Trägergas dient die Verbrennungsluft, die in einem Kompressor 3 verdichtet und über Zweigleitungen 4 in an sich bekannter Weise in das Wirbelbett eingeleitet wird.
- Die Frischkohle wird über eine Leitung 5 zusammen mit Kalk, der als Absorptionsmittel für die Schwefeloxide dient und über eine Leitung 6 zugeführt wird, in das Wirbelbett 2 eingespeist. Heiße Asche wird über eine Leitung 7 aus dem Wirbelbett 2 abgezogen. Ein Teil der im Wirbelbett 2 bei einer Temperatur von etwa 8500 C anfallenden Wärme wird mittels Tauchheizflächen 8, die innerhalb des Wirbelbettes angeordnet und von einem Wärmeträgermedium durchströmt werden, ausgekoppelt. Als Wärmeträgermedium kann dabei komprimierte Luft als Arbeitsmittel für eine Gasturbine oder auch hochgespannter Wasserdampf als Arbeitsmittel für eine Dampfturbine verwendet werden.
- GemäR der Erfindung wird über eine Leitung 9 Wasser zunächst in die Leitung 5 und dann zusammen mit dem Brennstoff in das Wirbelbett 2 eingespeist. Durch diese Maßflafime kann die Leistung der Wirbelschichtfeuerungsanlage erheblich hochgefahren werden, da die nunmehr produzierte zusätzliche Wärmemenge, ohne daß sich die Temperatur im Wirbelbett selbst erhöht, über den Wasserdampf abgezogen werden kann. Ggf. kann das in der Leitung 9 strömende Wasser auch über eine Sprühdüsenanordnung 17 in das Wirbelbett 2 eingesprüht werden.
- Das entstehende Gemisch aus Rauchgas und Wasserdampf wird zunächst über eine Leitung 10 einem Dampferzeuger 11 zugeleitet, dort auf z.B. 4500 C abgekühlt, in einem Zyklon 12 einer Grobstaubabscheidung unterzogen und anschließend in einer Turbine 13 auf einen Druck von z.B.
- 1,1 bar entspannt.
- Die in der Turbine gewonnene Energie wird sowohl zum Antrieb des Kompressors 3 als auch zum Betreiben eines Generators 14 genutzt.
- Das die Turbine 13 verlassende Rauchgas-Wasserdampf-Gemisch wird nunmehr dem Wärmetauscher 15 zugeführt, dort auf z.B. 800 C abgekühlt und dabei partiell kondensiert.
- Die im Wärmetauscher 15 gewonnene Wärme, die die Verdampfungswärme des Wassers mit enthält, kann z.B. für Fernwärmezwecke weitergenutzt werden.
- Während das im Wärmetauscher 15 anfallende Rauchgas über einen Kamin 16 in die Atmosphäre abgeleitet wird, wird das auskondensierte Wasser gesammelt und zusammen mit dem ausgewaschenen Feinstaub sowie weiteren ausgewaschenen Schadstoffen über die Leitung 9 erneut der Wirbelbettfeuerung zugeführt.
- Gemäß der Erfindung kann das benötigte Wasser zumindest teilweise auch als "nasser Brennstoff", wie z.B. als Klärschlamm, als Schlamm aus Absetzbecken sowie als getrocknete Braunkohle, zugeführt werden.
- - Leerseite -
Claims (6)
- Wirbelbettfeuerung mit direkter Wasserkühlung Patentansprüche: Verfahren zur Strom- und Wärmeerzeugung mittels einer druckbetriebenen Wirbelbettfeuerung, bei der die heißen Rauchgase entstaubt, dann arbeitsleistend entspannt und anschließend einem Wärmetauscher zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in die Wirbelbettfeuerung Wasser eingeführt und das entstehende Gemisch aus Rauchgas und Wasserdampf als Arbeits- bzw. Wärmeträgermedium den der Wirbelbettfeuerung nachgeschalteten Aggregaten zugeführt wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das im Wärmetauscher aus dem Rauchgas-Wasserdampf-Gemisch auskondensierte Wasser erneut der Druckwirbelbettfeuerung zugeführt wird.
- 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rauchgas-Wasserdampf-Gemisch vor seiner Entspannung vorgekühlt wird.
- 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die im Wärmetauscher ausgekoppelte Wärme für Fernwärmezwecke genutzt wird.
- 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das im Wärmetauscher auskondensierte Wasser als Waschmedium zur Entfernung von Staub und Restschadstoffen aus dem Rauchgas benutzt wird.
- 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser zusammen mit Brennstoff in das Wirbelbett eingeführt wird.
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