DE10050520A1

DE10050520A1 - Method for operating a combustion chamber of a gas turbine powered by dried brown coal utilizes water removed from the brown coal in a fluidized bed dryer

Info

Publication number: DE10050520A1
Application number: DE2000150520
Authority: DE
Inventors: Karl Strauss
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-10-12
Filing date: 2000-10-12
Publication date: 2002-04-18

Abstract

Method for operating a combustion chamber (11) of a gas turbine (18) powered by dried brown coal utilizes water removed from the brown coal in a fluidized bed dryer (1) on the action of heat. This water initially leaves the fluidized bed dryer as wet steam which is brought up to a higher pressure and temperature by a pump (7) and then fed into a heat exchanger (2) in the fluidized bed dryer which releases condensation water at its outlet (9). The condensation water is vaporized in a boiler (3) by exhaust gases from the gas turbine and the steam produced is fed to the combustion chamber. An Independent claim is also included for a device for carrying out the method. Preferred Features: Part of the steam produced in the boiler is directed into the fluidized bed dryer to produce heat.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb einer mit Braunkohle befeuerten Brennkammer einer Gasturbine.The invention relates to a method and an apparatus for operation a lignite-fired combustion chamber of a gas turbine.

Eine Kraftwerksanlage, die mit Braunkohle befeuerten Turbinen arbeitet, ist in der Zeitschrift VGB Kraftwerkstechnik 77 (1997), S. 166-173, beschrieben. Die zur Befeuerung dieser Anlage dienende Braunkohle wird vor ihrem Transport zu der Anlage in einer entfernt befindlichen Trocknungsanlage einem Trocknungspro zess unterzogen. Das bei diesem Trocknungsprozess anfallende, der Braunkohle entzogene Wasser, das entweder in flüssiger oder dampfförmiger Form vorliegt, muß bei dieser Art der Anlage im Bereich der Trocknungsanlage entsorgt werden, was wegen Schadstoffen, die in der Braunkohle meist enthalten sind, zu Umwelt problemen führt. Es handelt sich dabei im wesentlichen um organische Stoffe, die entweder im Abwasser oder im Abdampf enthalten sind.A power plant that uses lignite-fired turbines is in the Journal VGB Kraftwerkstechnik 77 (1997), pp. 166-173. The for The lignite used to fire this plant becomes the one before it is transported Plant in a remote drying plant a drying pro subjected to zess. The lignite that arises during this drying process withdrawn water, which is either in liquid or vapor form, this type of system must be disposed of in the area of the drying system, which due to pollutants, which are mostly contained in lignite, to the environment leads to problems. These are essentially organic substances that are contained either in the waste water or in the waste steam.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Befeuerung der Brennkammer einer Gasturbine mit Braunkohle so zu gestalten, daß dabei der Anfall von Schad stoffen weitgehend vermieden wird. Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß die Brennkammer mit dadurch getrockneter Braunkohle befeuert wird, daß aus der Braunkohle in einem Wirbelschichttrockner durch Einwirken von Wärme das in der Braunkohle enthaltene Wasser ausgeschieden wird, das zunächst aus dem Wirbelschichttrockner als Naßdampf austritt, der auf ein höheres Tempera turniveau mittels einer Pumpe gebracht und danach in dem Wirbelschichttrockner einem Wärmeaustauscher zugeführt wird, der Kondenswasser an seinem Ausgang abgibt, das in einem Kessel durch Abgase der Gasturbine verdampft wird, und daß der so erzeugte Wasserdampf der Brennkammer zugeführt wird.The invention has for its object the firing of the combustion chamber to design a gas turbine with lignite so that the occurrence of damage substances is largely avoided. According to the invention, this is done by that the combustion chamber is fired with brown coal dried thereby that from the lignite in a fluidized bed dryer by exposure to heat the water contained in the lignite is excreted, which initially comes out the fluidized bed dryer emerges as wet steam, which is heated to a higher temperature brought level by means of a pump and then in the fluidized bed dryer a heat exchanger is supplied, the condensed water at its outlet emits, which is evaporated in a boiler by exhaust gases from the gas turbine, and that the steam generated in this way is fed to the combustion chamber.

Das erfindungsgemäße Verfahren macht sich ein auf dem bekannten Wirbel schichttrockner beruhendes Verfahren zur Reduzierung des Wassergehaltes von wasserhaltiger Braunkohle zunutze, das in einem Artikel in der Zeitschrift VGB Kraftwerkstechnik 76 (1996), S. 224-229, beschrieben ist. Bei diesem Verfahren wird wasserhaltige Braunkohle einem Wirbelschichttrockner zugeführt, der in bekannter Weise durch Zuführung von Fluidisierungsdampf die Braunkohle in einer Wirbelschicht hält, wobei in diese Wirbelschicht ein mit heissem Dampf beschickter Wärmeaustauscher hineinragt, der die für die Trocknung der Braun kohle erforderliche Wärme der Braunkohle zuführt. Der dabei dem Wärmeaustau scher zugeführte Dampf stammt aus der Braunkohle, die bei diesem Prozess Nassdampf mit einem gewissen Anteil von Nässe abgibt, wonach der Nassdampf auf ein erhöhtes Druck- und Temperaturniveau gebracht wird, um dann über den Wärmeaustauscher der Braunkohle die notwendige Wärme zuzuführen. Am Aus gang des Wärmeaustauschers fließt dann Kondenswasser ab, bei dessen Entsor gung auf den in dem Kondenswasser enthaltenen Schadstoffanteil zu achten ist. The method according to the invention is based on the known vortex Process based on layer dryer to reduce the water content of water-based lignite, which is in an article in the magazine VGB Kraftwerkstechnik 76 (1996), pp. 224-229. With this procedure water-containing lignite is fed to a fluidized bed dryer which in the lignite in known manner by supplying fluidization steam holds a fluidized bed, in which a fluidized bed with hot steam fed heat exchanger protrudes to dry the Braun coal supplies the necessary heat to the lignite. The heat build-up sheared steam comes from the lignite used in this process Wet steam gives off a certain amount of moisture, after which the wet steam is brought to an increased pressure and temperature level, then over the Heat exchangers supply the necessary heat to the brown coal. At the end condenser water then flows out at the disposal of the heat exchanger attention to the pollutant content contained in the condensate.

Dieses Kondenswasser wird nun in dem erfindungsgemäßen Verfahren in einem Kessel verdampft und kann dann als Wasserdampf der Brennkammer Zugeführt werden, wo enthaltene Schadstoffe verbrannt werden und somit gefahrlos an die Umgebung abgegeben werden können. Dabei wird der praktisch reine Wasser dampf in der Brennkammer den Verbrennungsgasen beigemischt und bewirkt dort eine erwünschte Temperatursenkung der Verbrennungsgase, was andernfalls zu einer zu hohen Belastung der Schaufeln der Gasturbine führen könnte. Zur Ver dampfung des Kondenswassers werden die Abgase der Gasturbine verwendet, womit deren erheblicher Energieinhalt innerhalb des erfindungsgemäßen Verfah rens sinnvoll ausgenutzt wird. Es ergibt sich somit ein in sich geschlossenes Ver fahren, das die in ihm erzeugte Wärme weitestgehend in sich ausnutzt und dabei besonders umweltfreundlich arbeitet.This condensed water is now in one in the inventive method The boiler evaporates and can then be fed to the combustion chamber as water vapor be, where contained pollutants are burned and thus safely to the Environment can be delivered. The practically pure water steam in the combustion chamber is mixed with the combustion gases and causes there a desired temperature reduction of the combustion gases, which would otherwise result could lead to excessive stress on the blades of the gas turbine. Ver vaporization of the condensed water, the exhaust gases of the gas turbine are used, whereby their considerable energy content within the process according to the invention rens is used sensibly. This results in a self-contained Ver drive that takes advantage of the heat generated in it as much as possible while doing so works particularly environmentally friendly.

Der in dem Kessel erzeugte Wasserdampf läßt sich vorteilhaft teilweise dazu be nutzen, in dem Wirbelschichttrockner zur Wärmeerzeugung beizutragen, was für eine Energiebilanz der Anlage sich als günstig erwiesen hat.The water vapor generated in the boiler can advantageously be partially use in the fluidized bed dryer to contribute to the generation of heat, what for an energy balance of the plant has proven to be favorable.

Dabei läßt sich besonders vorteilhaft eine von dem Wasserdampf des Kessels an getriebene Pumpe verwenden, mit der der Nassdampf, der aus dem Wirbel schichttrockner austritt, auf ein erhöhtes Druck- und Temperaturniveau gebracht wird, wobei die Pumpe den Nassdampf ansaugt und mit dem erhöhtem Druck- und Temperaturniveau dann dem Wärmeaustauscher in dem Wirbelschichttrock ner zuführt. One of the steam of the boiler can be particularly advantageous Use a powered pump with which the wet steam that comes from the vortex layer dryer emerges, brought to an increased pressure and temperature level the pump sucks in the wet steam and with the increased pressure and temperature level then the heat exchanger in the fluidized bed ner feeds.

Die Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens gestaltet man zweckmäßig so, dass einem einen Wärmeaustauscher enthaltenden Wirbelschichttrockner die Brennkammer der Gasturbine nachgeschaltet und der durch die Abgase der Gasturbine beheizte Kessel der Braunkohletrocknungsanla ge zugeschaltet ist, wobei der Kessel mit einem Wärmeaustauscher versehen ist, dem die Abgase der Gasturbine zugeführt werden, und dass ein Wasser dampfauslass des Kessels an die Brennkammer angeschlossen ist.The device for performing the method described above expediently designed so that one containing a heat exchanger Fluid bed dryer downstream of the combustion chamber of the gas turbine and the Boilers of the lignite drying plant heated by the exhaust gases from the gas turbine ge is switched on, the boiler being provided with a heat exchanger, to which the exhaust gases from the gas turbine are fed, and that a water steam outlet of the boiler is connected to the combustion chamber.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist somit in sich geschlossen. Sie weist ledig lich den Eingang zur Einführung der Braunkohle in den Wirbelschichttrockner und einen Auslass für Wasserdampf aus dem Kessel auf. Damit wird die in der Vorrichtung freigesetzte und überschüssige Energie, die aus der Gasturbine stammt, weitgehend im Inneren der Vorrichtung verbraucht, womit sich ein ent sprechend hoher Wirkungsgrad dieser Vorrichtung ergibt.The device according to the invention is thus self-contained. She shows single Lich the entrance to the introduction of lignite in the fluidized bed dryer and an outlet for water vapor from the boiler. So that in the Device released and excess energy coming from the gas turbine comes largely consumed inside the device, which ent ent speaking high efficiency of this device results.

Der von dem Kessel gelieferte Wasserdampf läßt sich auch mit dazu verwenden, den Wärmeaustauscher in dem Wirbelschichttrockner zu speisen. Dies geschieht dadurch, daß von dem Wasserdampfauslass des Kessels eine Leitung zu dem Wärmeaustauscher des Wirbelschichttrockners abzweigt, die eine vom Wasser dampf des Kessels angetriebene Pumpe enthält, an die ausserdem die den Nass dampf von dem Wirbelschichttrockner führende Leitung angeschlossen ist. Dabei läßt sich die Pumpe vorteilhaft als Dampfstrahlpumpe ausbilden.The water vapor supplied by the boiler can also be used to to feed the heat exchanger in the fluidized bed dryer. this happens characterized in that a line from the steam outlet of the boiler to the The heat exchanger of the fluidized bed dryer branches off, one from the water Steam of the boiler driven pump, to which also the wet steam from the line leading the fluidized bed dryer is connected. there the pump can advantageously be designed as a steam jet pump.

In den Figuren ist in prinzipieller Darstellung die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in zwei Varianten dargestellt, wobei zwecks Erleichterung des Verständnisses für die einzelnen an sich bekannten Baugruppen entsprechende Symbole verwendet werden. Es zeigenIn the figures, the device for carrying out is shown in principle of the method according to the invention shown in two variants, with the purpose Facilitation of understanding for the individual assemblies known per se appropriate symbols are used. Show it

Fig. 1 die Vorrichtung mit alleiniger Zuleitung des von dem Kessel gelie ferten Wasserdampfes zu der Gasturbine, Fig. 1 shows the apparatus with the single supply line of the GELIE from the boiler ferten water vapor to the gas turbine,

Fig. 2 eine weitgehend gleiche Vorrichtung, allerdings mit einer Abzwei gung für den Wasserdampf zur Versorgung des Wärmeaustau schers in dem Wirbelschichttrockner. Fig. 2 is a largely the same device, but with a branch for the water vapor to supply the heat exchanger in the fluidized bed dryer.

Die in der Fig. 1 dargestellte Vorrichtung enthält den Wirbelschichttrockner 1, der einer Anlage entspricht, wie sie in der bereits oben erwähnten Veröffentli chung VGB Kraftwerkstechnik 76 (1996), S. 224-229, insbesondere Bild 1, dar gestellt ist. Bei diesem an sich bekannten Wirbelschichttrockner wird zerkleinerte Braunkohle als Schicht fluidisiert und dabei über den Wärmeaustauscher 2 erhitzt. Dabei spielt sich folgendes ab: Die zerkleinerte Rohbraunkohle 4 gelangt über den Einlass 3 in den Wirbelschichttrockner 1 und wird in diesem in bekannter Weise durch das Gebläse 5 fluidisiert, d. h. als Wirbelschicht aufgelockert, so daß sich die von dem Wärmeaustauscher 2 ausgestrahlte Wärme auf die Braunkohle zwecks deren Trocknung auswirken kann. Hierbei handelt es sich um einen be kannten Vorgang, wie er in der vorstehend erwähnten Druckschrift beschrieben ist, auf die sich jedoch die vorliegende Erfindung nicht bezieht.The device shown in Fig. 1 contains the fluidized bed dryer 1 , which corresponds to a system as it is in the above-mentioned publication VGB Kraftwerkstechnik 76 (1996), pp. 224-229, in particular Figure 1, is shown. In this fluidized bed dryer, which is known per se, comminuted brown coal is fluidized as a layer and thereby heated via the heat exchanger 2 . The following takes place here: The comminuted raw lignite 4 passes through the inlet 3 into the fluidized bed dryer 1 and is fluidized in a known manner by the blower 5 , ie loosened up as a fluidized bed, so that the heat emitted by the heat exchanger 2 is transferred to the lignite for the purpose of drying them. This is a known process, as described in the above-mentioned document, but to which the present invention does not relate.

Bei der Erwärmung der in dem Wirbelschichttrockner 1 fluidisierten Braunkohle entweicht von dieser Feuchtigkeit in Form von Nassdampf über den Auslass 6 und gelangt über die Leitung 27 und die Pumpe 7 zu dem Einlass 8 des Wärmeaustau schers 2. Der Wärmeaustauscher ist in bekannter Weise nach Art einer Heiz schlange ausgebildet mit dem Auslass 9, an dem wegen des Übergangs der Wär me von dem Wärmeaustauscher 2 auf die fluidisierte Braunkohle Kondenswasser austritt. Die bei diesem Vorgang getrocknete Braunkohle wird dem Wirbel schichttrockner 1 über den Braunkohleabzug 10 als Trockenbraunkohle entnom men, feinkörnig zermahlen und der Brennkammer 11 zugeführt.When the lignite fluidized in the fluidized bed dryer 1 is heated, this moisture escapes in the form of wet steam via the outlet 6 and reaches the inlet 8 of the heat exchanger 2 via the line 27 and the pump 7 . The heat exchanger is formed in a known manner in the manner of a heating coil with the outlet 9 , at which condensation escapes from the heat exchanger 2 to the fluidized brown coal due to the transition of the heat. The lignite dried in this process is removed from the fluidized bed dryer 1 via the lignite discharge 10 as dry lignite, finely ground and fed to the combustion chamber 11 .

Das am Ausgang 9 abgenommene Kondenswasser wird über die Pumpe 12 dem Kessel 13 zugeführt, der den Wärmeaustauscher 14 enthält. Der Kessel 13 wird von den aus der Gasturbine 15 über die Zuleitung 16 strömenden Abgasen ge speist (siehe weiter unten), die in dem Kessel 13 ihre Wärme an den Wärmeaus tauscher 14 abgeben, der damit aus dem am Ausgang 9 abgenommenen Kon denswasser Wasserdampf erzeugt, der über die Zuleitung 17 der Brennkammer 11 zugeführt wird. Hier mischt sich der von dem Wärmeaustauscher 14 stammende überhitzte Wasserdampf mit den Verbrennungsgasen, wodurch die Temperatur der Verbrennungsgase auf eine für die Gasturbine 15 zulässige Temperatur abge senkt wird. The condensed water taken off at the outlet 9 is fed via the pump 12 to the boiler 13 , which contains the heat exchanger 14 . The boiler 13 is fed by the ge flowing from the gas turbine 15 via the feed line 16 exhaust gases (see below), which emit their heat to the heat exchanger 14 in the boiler 13 , which thus generates condensate from the water taken off at the outlet 9 , which is fed to the combustion chamber 11 via the feed line 17 . Here, the superheated steam coming from the heat exchanger 14 mixes with the combustion gases, as a result of which the temperature of the combustion gases is reduced to a temperature permissible for the gas turbine 15 .

Die der Brennkammer 11 zugeführte getrocknete Braunkohle wird in dieser ver brannt, und zwar unter Zuführung von Luft aus der Atmosphäre, die über den Kompressor 18 aus der Umgebung 28 angesaugt und über die Zuleitung 19 der Brennkammer 11 zugeführt wird. Die in der Brennkammer 11 entstehenden Brenngase gelangen dann unter hohem Druck über die Zuleitung 20 in die Turbi ne 15, die über die Welle 22 ihre Energie an den elektrischen Generator 23 abgibt. In die Zuleitung 20 ist noch der üblicherweise eingebaute Rauchgasreiniger 21 eingefügt, der in bekannter Weise die unter hohem Druck stehenden Brenngase vor ihrer Zuführung in die Turbine 15 reinigt und dabei silikatisch gebundene Mineralien mit der abgeschiedenen Asche ausschleust.The supplied to the combustion chamber 11 dried lignite is burned in this ver, with the addition of air from the atmosphere, which is sucked in via the compressor 18 from the environment 28 and supplied via the feed line 19 to the combustion chamber 11 . The fuel gases generated in the combustion chamber 11 then pass under high pressure via the feed line 20 into the turbi 15 , which emits its energy to the electrical generator 23 via the shaft 22 . In the feed line 20 , the usually built-in flue gas cleaner 21 is also inserted, which cleans the high-pressure fuel gases before they are fed into the turbine 15 in a known manner and thereby removes silicate-bound minerals with the separated ash.

Wie ersichtlich, wird die Temperatur der aus der Gasturbine 15 über die Zuleitung 16 abströmenden Abgase weitgehend ausgenutzt, und zwar innerhalb des Kessels 13, in dem dann die vorstehend erwähnte Verdampfung des Kondenswassers in dem Wärmeaustauscher 14 stattfindet.As can be seen, the temperature of the exhaust gases flowing out of the gas turbine 15 via the feed line 16 is largely utilized, specifically within the boiler 13 , in which the above-mentioned evaporation of the condensed water takes place in the heat exchanger 14 .

Bei der Variante gemäß Fig. 2, zu deren Erläuterung auf die Beschreibung der Fig. 1 verwiesen wird, handelt es sich darum, von der den überhitzten Wasser dampf führenden Leitung 17 einen Abzweig 24 zu der Leitung 27 zu führen, so dass ein Teil des Wasserdampfes für die Versorgung des Wärmeaustauschers 2 verwendet wird. Dies geschieht hier dadurch, dass über den Abzweig 24 Wasser dampf in die Pumpe 25, hier eine Dampfstrahlpumpe, eingespeist wird, über die von der Leitung 27 geführter Nassdampf angesogen und dann erhitzt und unter erhöhtem Druck dem Eingang 8 des Wärmeaustauschers 2 zugeführt wird. Durch diese Ausnutzung von Wärmeenergie des von der Leitung 17 geführten Heiss dampfes wird weiterhin die Energiebilanz der gesamten Vorrichtung verbessert.In the variant according to FIG. 2, for the explanation of which reference is made to the description of FIG. 1, it is a question of leading a branch 24 to the line 27 from the superheated steam-carrying line 17 , so that part of the Water vapor is used for the supply of the heat exchanger 2 . This is done here in that steam is fed via the branch 24 into the pump 25 , here a steam jet pump, is sucked in via the wet steam guided by the line 27 and then heated and fed to the inlet 8 of the heat exchanger 2 under increased pressure. This utilization of thermal energy of the hot steam guided by line 17 further improves the energy balance of the entire device.

Claims

1. A method for operating a lignite-fired combustion chamber (11) of a gas turbine (18), characterized in that the fuel is fired chamber (11) characterized dried brown coal, that from the brown coal in a fluidized bed dryer (1) by the action of heat the water contained in the brown coal is excreted, which initially emerges from the fluidized bed dryer ( 1 ) as wet steam, which is brought to a higher pressure and temperature level by means of a pump ( 7 ) and then in the fluidized bed dryer ( 1 ) a heat exchanger ( 2 ) is supplied, the condensed water at its outlet ( 9 ) gives off, which is evaporated in a boiler ( 3 ) by exhaust gases from the gas turbine ( 18 ), and that the steam generated in this way leads to the combustion chamber ( 11 ).

2. The method according to claim 1, characterized in that part of the water vapor generated in the boiler ( 3 ) is branched off into the fluidized bed dryer ( 1 ) for heat generation.

3. The method according to claim 2, characterized in that the wet steam is brought to an increased pressure and temperature level by a pump driven by the steam of the boiler ( 25 ), which sucks in the wet steam and the heat exchanger ( 2 ) in the fluidized bed dryer ( 1 ) feeds.

4. Apparatus for carrying out the method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a fluidized bed dryer to a heat exchanger (2) containing (1) downstream of the combustion chamber (11) of the gas turbine (18) and by the exhaust gases of the gas turbine (18 ) heated boiler ( 13 ) of the lignite drying system is connected, the boiler ( 13 ) being provided with a heat exchanger ( 14 ) to which the exhaust gases of the gas turbine ( 18 ) are fed, and that a water vapor outlet ( 26 ) of the boiler ( 13 ) to the combustion chamber ( 11 ) is connected.

5. The device according to claim 4, characterized in that from the water vapor outlet ( 26 ) of the boiler ( 13 ) branches a line ( 24 ) to the heat exchanger ( 2 ) of the fluidized bed dryer ( 1 ), which is a pump driven by the water vapor of the boiler ( 25 ) contains, to which the wet steam from the fluidized bed dryer ( 1 ) leading line ( 27 ) is connected.

6. The device according to claim 5, characterized in that the pump is a steam jet pump ( 25 ).