DE102009032537A1

DE102009032537A1 - Kohlekraftwerk mit zugeordneter CO2-Wäsche und Wärmerückgewinnung

Info

Publication number: DE102009032537A1
Application number: DE102009032537A
Authority: DE
Inventors: Brian Stöver; Dieter König; Christian Bergins; Martin SCHÖNWÄLDER; Torsten Buddenberg
Original assignee: Hitachi Power Europe GmbH
Current assignee: Hitachi Power Europe GmbH
Priority date: 2009-07-10
Filing date: 2009-07-10
Publication date: 2011-01-13
Also published as: WO2011003892A2; CA2767590A1; EP2452051A2; WO2011003892A3; US20120216540A1

Abstract

Bei einem Verfahren zur Wärmerückgewinnung mittels Verbindung mehrerer Wärmeströme eines fossil befeuerten, insbesondere kohlebefeuerten, Kraftwerks (1) mit der Verbrennung nachgeschalteter CO₂-Wäsche (58) des Rauchgases mittels chemischer Absorption und zugeordneter CO₂-Kompression (27), soll eine Lösung geschaffen werden, die eine wärmetechnisch günstige Einbindung einer CO₂-Wäsche des Rauchgases mit zugeordneter CO₂-Kompression in den Gesamtenergiewärmestrom und/oder die Gesamtwärmeenergiebilanz eines fossil befeuerten, insbesondere kohlebefeuerten, vorzugsweise konventionellen, Kraftwerks ermöglicht. Dies wird dadurch erreicht, dass aus dem Wärmestrom der CO₂-Wäsche (58) mit zugeordneter CO₂-Kompression (27) thermische Energie in Form mindestens eines Teilwärmestroms (Q₈, Q₉, Q₁₀, Q₁₁) ausgekoppelt und in ein unmittelbar oder mittelbar an den Wärmestrom des Kessels (2) oder Dampferzeugers des Kraftwerks (1) gekoppelten Wärmestrom wieder eingekoppelt wird und/oder dass aus dem Rauchgaswärmestrom (Q₃) thermische Energie in Form mindestens eines Teilwärmestroms (Q₁₂, Q₁₃, Q₁₄) ausgekoppelt und in den Wärmestrom der CO₂-Wäsche (58) mit zugeordneter CO₂-Kompression (27) wieder eingekoppelt wird.

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Wärmerückgewinnung mittels Verbindung mehrerer Wärmeströme eines fossil befeuerten, insbesondere kohlebefeuerten, Kraftwerks mit nachgeschalteter CO₂-Wäsche des Rauchgases mittels chemischer Absorption und zugeordneter CO₂-Kompression. Weiterhin richtet sich die Erfindung auf ein Kraftwerk, insbesondere fossil befeuertes und vorzugsweise kohlebefeuertes Kraftwerk, mit einer der Verbrennung nachgeschalteten CO₂-Wäsche des Rauchgases mittels chemischer Absorption und zugeordneter CO₂-Kompression.
Seit geraumer Zeit, spätestens seit Unterzeichnung des Kyoto-Protokolls, werden intensive Anstrengungen unternommen, um die Emission des bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe entstehenden Gases CO₂ in die Atmosphäre zu vermindern, um dieses für die Klimaerwärmung verantwortliche Treibhausgas in der Atmosphäre zu reduzieren. Bei fossil befeuerten, insbesondere kohlebefeuerten, Kraftwerken stehen hierfür drei grundsätzliche Verfahrensrouten zur Verfügung: Die Abscheidung vor der Verbrennung, die integrierte Abscheidung und die Abscheidung nach der Verbrennung.
Das Prinzip der Abscheidung vor der Verbrennung (pre-combustion) basiert auf der Umsetzung des fossilen Brennstoffes zu einem aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff bestehenden Synthesegas, wobei in einem weiteren Schritt das Kohlenmonooxid zu Kohlendioxid (CO₂) aufoxidiert und dann aus dem Prozess entfernt wird.
Die integrierte Abscheidung wird beim so genannten Oxy-Fuel-Prozess realisiert. Hierbei wird ein hochkonzentrierter Kohlendioxid(CO₂)-Abgasstrom durch die Verbrennung des fossilen Brennstoffes, insbesondere Kohle, mit reinem Sauerstoff anstelle von Luft erzeugt, der nach Kondensation des Wasserdampfanteils ohne zusätzliche Wäsche direkt entsorgt werden kann.
Bei dem dritten Verfahren, der Abscheidung nach der Verbrennung (post-combustion), das insbesondere bei konventionellen Kraftwerken Anwendung findet, wird das Kohlendioxid (CO₂) mittels einer Wäsche abgetrennt. Hierbei wird das Rauchgas am Ende des Rauchgasreinigungsstranges mittels einer CO₂-Wäsche mittels chemischer Absorption aus dem Rauchgas größtenteils entfernt, so dass ein CO₂-armes Abgas das Kraftwerk verlässt. Diese CO₂-Wäsche findet in einem Absorber statt, wobei die chemische Absorption mittels eines Waschmittels, insbesondere Monoethanolamin (MEA), aber auch Diethanolamin (DEA) oder Methyldiethanolamin (MDEA), erfolgt. Das mit CO₂ beladene Waschmittel wird in einem Desorber oder Regenerator von dem CO₂ befreit und aufbereitet und anschließend im Kreislauf zum Absorber zurückgeführt. Den Desorber oder Regenerator verlässt ein höchst CO₂-haltiges Abgas, das in einer anschließenden CO₂-Kompression verflüssigt und danach zur endgültigen Lagerung oder Weiterverwendung aus dem Bereich des Kraftwerks entfernt wird. Der große Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass damit bestehende konventionelle Kraftwerksanlagen ohne weiteres nachrüstbar sind. Der Nachteil dieses Verfahrens ergibt sich aus dem für die CO₂-Abscheidung notwendigen hohen Energieaufwand. Zum einen ist für die Regeneration des eingesetzten Waschmittels ein hoher Energiebedarf erforderlich, der üblicherweise in Form von aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf des zugeordneten Kraftwerkes abgezapftem Dampf gedeckt wird. Mit diesem abgezapften Dampf wird ein Reboiler oder Verdampfer des Desorbers oder Regenerators gespeist, mittels welchem das im Kreislauf geführte Waschmittel auf die für die Austreibung von CO₂ notwendige Temperatur erhitzt wird. Weiterer energetischer Aufwand wird für die anschließende CO₂-Kompression zur Verflüssigung des Kohlendioxids benötigt. Schließlich wird auch noch zusätzliche Energie benötigt, um das zunächst drucklose Rauchgas vor dem Absorber der CO₂-Wäsche des Rauchgases auf den notwendigen Absorberdruck anzuheben. Aufgrund dieses relativ hohen Energieaufwandes für die CO₂-Wäsche mit zugeordneter CO₂-Kompression wird der Wirkungsgrad des zugeordneten Kraftwerkes – im Vergleich zu einem solchen ohne CO₂-Wäsche – vermindert. Auch hat die Maßnahme des Abführens von Anzapfdampf aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf des Kraftwerkes Einfluss auf diesen Kreislauf und die Energieströme, insbesondere die Wärmeenergieströme des Kraftwerks.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Lösung zu schaffen, die eine wärmetechnisch günstige Einbindung einer CO₂-Wäsche des Rauchgases mit zugeordneter CO₂-Kompression in den Gesamtwärmestrom und/oder die Gesamtwärmeenergiebilanz eines fossil befeuerten, insbesondere kohlebefeuerten, vorzugsweise konventionellen, Kraftwerks ermöglicht.
Bei einem Verfahren der eingangs näher bezeichneten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass aus dem Wärmestrom der CO₂-Wäsche mit zugeordneter CO₂-Kompression thermische Energie in Form mindestens eines Teilwärmestroms ausgekoppelt und in einen unmittelbar oder mittelbar an den Wärmestrom des Kessels oder Dampferzeugers des Kraftwerks gekoppelten Wärmestrom wieder eingekoppelt wird und/oder dass aus dem Rauchgaswärmestrom thermische Energie in Form mindestens eines Teilwärmestrom ausgekoppelt und in den Wärmestrom der CO₂-Wäsche mit zugeordneter CO₂-Kompression wieder eingekoppelt wird.
In Ausgestaltung der Erfindung kann dies dadurch realisiert sein, dass im Bereich der CO₂-Wäsche mit zugeordneter CO₂-Kompression vorhandene thermische Energie mittels mindestens einer dort als Wärmequelle nutzbaren Anlagenkomponente als Teilwärmestrom aus dem Wärmestrom der CO₂-Wäsche mit zugeordneter CO₂-Kompression ent- oder ausgekoppelt wird und/oder im Bereich einer Rauchgasleitung vorhandene thermische Energie mittels mindestens einer dort als Wärmequelle nutzbaren Anlagenkomponente aus dem Wärmestrom des Rauchgases ent- oder ausgekoppelt wird und die jeweils durch die Ent- oder Auskoppelung in Form des mindestens einen Teilwärmestromes gewonnene thermische Energie im Bereich des Kraftwerks außerhalb des jeweiligen Ent- oder Auskoppelungsbereiches mittels mindestens einer dort für die gewonnene thermische Energie jeweils als Wärmesenke nutzbaren weiteren Anlagenkomponente wieder in den Wärmestrom des Kraftwerks eingekoppelt wird.
Ebenso wird die vorstehende Aufgabe bei einem Kraftwerk der eingangs näher bezeichneten Art dadurch gelöst, dass im Bereich der CO₂-Wäsche mit zugeordneter CO₂-Kompression mindestens eine als Wärmequelle genutzte und die Ent- oder Auskoppelung von thermischer Energie aus dem Wärmestrom der CO₂-Wäsche mit zugeordneter CO₂-Kompression bewirkende Anlagenkomponente angeordnet und/oder ausgebildet ist und/oder im Bereich einer Rauchgasleitung und/oder einer einen Luftvorwärmer umgehenden Bypass-Rauchgasleitung mindestens eine als Wärmequelle genutzte und die Ent- oder Auskoppelung von thermischer Energie aus dem Rauchgasstrom bewirkende Anlagenkomponente angeordnet und/oder ausgebildet ist und im Bereich des Kraftwerks mindestens eine mit dieser Anlagenkomponente wärmeenergieleitungsmäßig verbundene sowie als Wärmesenke genutzte und die Wiedereinkoppelung der entkoppelten oder ausgekoppelten thermischen Energie in den Wärmestrom des Kraftwerks außerhalb des jeweiligen Ent- oder Auskoppelungsbereichs bewirkende, vorzugsweise weitere, Anlagenkomponente angeordnet und/oder ausgebildet ist.
Hierbei zeichnet sich das Verfahren weiterhin dadurch aus, dass, im Bereich der CO₂-Wäsche mit zugeordneter CO₂-Kompression in einem CO₂-reichen Gasstrom und/oder im verwendeten Absorptionsmittel vorhandene thermische Energie ent- oder ausgekoppelt wird.
Weiterhin sieht die Erfindung in Ausgestaltung des Verfahrens vor, dass im Bereich der Rauchgasleitung und/oder im Bereich einer einen Luftvorwärmer umgehenden Bypass-Rauchgasleitung im Rauchgas vorhandene thermische Energie ent- oder ausgekoppelt wird.
Bei einer Energieauskoppelung im Bereich der CO₂-Wäsche mit zugeordneter CO₂-Kompression ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die im Bereich der CO₂-Wäsche mit zugeordneter CO₂-Kompression ent- oder ausgekoppelte thermische Energie außerhalb des Bereiches der CO₂-Wäsche mit zugeordneter CO₂-Kompression, insbesondere in den Wasser-Dampf-Kreislauf und/oder einen Fernwärmekreislauf und/oder in eine kohleführende Kohleleitung und/oder eine Frischluftleitung, wieder in den Wärmestrom des Kraftwerks eingekoppelt wird.
Bei einer Wärmeauskoppelung im Bereich der Rauchgasleitung und/oder der Bypass-Rauchgasleitung ist es weiterhin zweckmäßig, wenn die im Bereich der Rauchgasleitung und/oder der Bypass-Rauchgasleitung ent- oder ausgekoppelte thermische Energie außerhalb des Bereiches der Rauchgasleitung und/oder der Bypass-Rauchgasleitung in den Wasser-Dampf-Kreislauf und/oder den Fernwärmekreislauf und/oder den Bereich der CO₂-Wäsche mit zugeordneter CO₂-Kompression, insbesondere einen Wärmetauscher eines Reboilers, wieder eingekoppelt wird.
Zweckmäßige Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen sowohl des erfindungsgemäßen Verfahrens als auch des erfindungsgemäßen Kraftwerks sind Gegenstand der jeweiligen (weiteren) Unteransprüche.
Durch die Erfindung wird erreicht, dass die CO₂-Wäsche des Rauchgases mittels chemischer Absorption und zugeordneter CO₂-Kompression wärmetechnisch günstig und optimiert in den Gesamtwärmestrom und damit die Gesamtwärmeenergiebilanz eines fossil befeuerten, insbesondere kohlebefeuerten, vorzugsweise konventionellen, Kraftwerks eingebunden ist und/oder eingebunden werden kann.
Zum einen ist vorgesehen, dass im Bereich der CO₂-Wäsche und im Bereich der CO₂-Kompression entstehenden Abwärmeströme als Wärmequelle(n) genutzt werden. Hierbei wird unter Wärmequelle die Möglichkeit verstanden, aus dem jeweiligen Abwärmestrom, d. h. einem thermische Energie in Form von messbarer Wärme führenden Medium, nicht benötigte thermische Energie in Form mindestens eines Teilwärmestromes ent- und auszukoppeln und danach wärmeenergieleitungsmäßig einer an anderer Stelle des Kraftwerks außerhalb des Bereiches der CO₂-Wäsche des Rauchgases mit zugeordneter CO₂-Kompression angeordneten Wärmesenke zuzuführen. Unter Wärmesenke wird hierbei verstanden, dass die wärmeleitungsmäßig zugeführte, im Bereich der CO₂-Wäsche mit zugeordneter CO₂-Kompression aus- oder entkoppelte thermische Energie in den Wärmestrom des Kraftwerkes wieder eingekoppelt, d. h. auf ein dort fließendes oder strömendes Medium mit einem niedrigeren Wärmeenergieniveau, d. h. einer niedrigeren Temperatur, übertragen, und somit aus dem Bereich der CO₂-Wäsche mit zugeordneter CO₂-Kompression entnommene Wärme rückgeführt und rückgewonnen wird. Die ansonsten mit dem gereinigten Rauchgasstrom oder mit dem verflüssigten Kohlendioxidstrom den Bereich der CO₂-Wäsche des Rauchgases mit zugeordneter CO₂-Kompression ungenutzt verlassende thermische Energie wird erfindungsgemäß somit zumindest teilweise genutzt und im Wege der Wärmerückgewinnung in den Wärmestrom des Kraftwerkes zurückgeführt.
Zum anderen ist zur Verbesserung und Optimierung des Gesamtwärmestromes und der Gesamtwärmeenergiebilanz des Kraftwerkes vorgesehen, dass rauchgasseitig in Rauchgasströmungsrichtung vor der CO₂-Wäsche thermische Energie in Form eines Teilwärmestromes aus der im Rauchgas enthaltenen thermischen Energie ent- oder ausgekoppelt wird und im Bereich der CO₂-Wäsche, insbesondere dort im Bereich des Reboilers oder Verdampfers, in den Wärmestrom der CO₂-Wäsche wieder eingekoppelt wird. Diese Ausführungsform lässt sich auch unabhängig von der vorstehend beschriebenen Ent- und Auskoppelung von thermischer Energie aus dem Bereich der CO₂-Wäsche mit zugeordneter CO₂-Kompression realisieren.
Weitere Möglichkeiten der Verwendung und Wiedereinkoppelung von im Bereich der Rauchgasleitung oder einer den Luftvorwärmer umgehenden Bypass-Rauchgasleitung aus dem Rauchgas ent- oder ausgekoppelter thermischer Energie in den Gesamtwärmestrom des Kraftwerks bestehen erfindungsgemäß darin, die entkoppelte oder ausgekoppelte thermische Energie in den Wasser-Dampf-Kreislauf des Kraftwerks, und hier vorzugsweise im Bereich der Niederdruckvorwärmung und/oder der Hochdruckvorwärmung, und/oder in einen zugeordneten Fernwärmekreislauf wieder einzukoppeln. Diese Verwendung oder Rückeinkoppelung rauchgasseitig ent- oder ausgekoppelter thermischer Energie wird vorzugsweise in Kombination mit aus dem Bereich der CO₂-Wäsche mit zugeordneter CO₂-Kompression ent- oder ausgekoppelter und im Bereich außerhalb der CO₂-Wäsche mit zugeordneter CO₂-Kompression wieder in den Wärmestrom des Kraftwerkes eingekoppelter thermischer Energie vorgesehen. Insbesondere ist es in diesem Zusammenhang zweckmäßig, wenn dann die dem Kessel oder Dampferzeuger des Kraftwerks zugeführte Frischluft mittels eines Wärmetauschers erwärmt wird, dem aus dem Bereich der CO₂-Wäsche mit zugeordneter CO₂-Kompression ent- oder ausgekoppelte thermische Energie zur Abgabe an den zuströmenden Frischluftmassestrom zugeführt wird.
Ergänzend kann in nicht dargestellter Weise zudem vorgesehen sein, dass dem Kraftwerk solarthermische oder geothermische Energieerzeugungsanlagen zugeordnet sind, deren darin gewonnene Energie dem Wärmestrom des Kraftwerkes in Form von thermischer Energie und/oder elektrischer Energie zugeführt oder zur Verfügung gestellt wird.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Ent- oder Auskoppelung am CO₂-Wäsche-Desorber- oder Regeneratorkopf sowie in CO₂-Strömungsrichtung hinter der CO₂-Kompression erfolgt. Vorteilhafte Orte für die Ausbildung von Wärmesenken für die Ent- oder Auskoppelung von thermischer Energie bestehen weiterhin im Bereich der CO₂-Wäsche-Absorberzwischenkühlung und im Bereich der CO₂-Kompression-Zwischenkühlung. Für die Wiedereinkoppelung der ausgekoppelten thermischen Energie besonders vorteilhafte Orte sind der Bereich der Niederdruckvorwärmung sowie der Bereich in Strömungsrichtung hinter einer hinter einem Kondensator angeordneten Kondensatpumpe, wobei die vorstehenden Bereiche alle im Wasser-Dampf-Kreislauf des Kraftwerks ausgebildet sind. Weitere vorteilhafte Orte für die Ausbildung von Wärmesenken zur Wiedereinkoppelung der im Bereich der CO₂-Wäsche mit zugeordneter CO₂-Kompression ausgekoppelten thermischen Energie sind der dem Kraftwerk zugeordnete Fernwärmekreislauf, die Frischlufterwärmung der den Brennern des Kraftwerks zuzuführenden Frischluft oder die Kohletrocknung der einer Kohlemühle zuzuführenden Kohle als fossilem Brennstoff. Dies gilt insbesondere bei der Verwendung von Braunkohle, wobei das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Kraftwerk aber sowohl bei Steinkohle- als auch bei Braunkohle-Verfeuerung anwendbar ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass die Ent- oder Auskoppelung der thermischen Energie mittels einer oder mehrerer am CO₂-Wäsche-Desorber- oder Regeneratorkopf und/oder in CO₂-Strömungsrichtung hinter der CO₂-Kompression und/oder im Bereich der CO₂-Wäsche-Absorberzwischenkühlung und/oder im Bereich der CO₂-Kompression-Zwischenkühlung ausgebildeter Wärmequelle(n) und die Wiedereinkoppelung der thermischen Energie mittels einer oder mehrerer im Bereich der Niederdruckvorwärmung und/oder in Kondensatströmungsrichtung vor der Niederdruckvorwärmung und/oder in einem Fernwärmekreislauf und/oder in einer Frischlufterwärmung und/oder in einer Kohletrocknung ausgebildeten/ausgebildeter und wärmeenergieleitungsmäßig mit der/den Wärmequelle(n) verbundene(n) Wärmesenke(n) durchgeführt wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Ent- oder Auskoppelung der thermischen Energie mittels einer oder mehrerer in der Rauchgasleitung und/oder in der Bypass-Rauchgasleitung ausgebildeter Wärmequelle(n) und die Wiedereinkoppelung der thermischen Energie in den Wasser-Dampf-Kreislauf im Bereich der Niederdruckvorwärmung und/oder der Hochdruckvorwärmung und/oder in den Fernwärmekreislauf und/oder in den Bereich der CO₂-Wäsche, insbesondere in den Reboiler, vorzugsweise einen Wärmetauscher des Reboilers, durchgeführt wird.
Ebenso ist es von Vorteil, wenn die im Bereich der CO₂-Wäsche mit zugeordneter CO₂-Kompression ent- oder ausgekoppelte thermische Energie mittels in einem Rankine-Kreislauf angeordneter Wärmetauscher wieder in den Wärmestrom des Kraftwerks eingekoppelt wird.
Für die Durchführung des Verfahrens ist es erfindungsgemäß besonders zweckmäßig, wenn das Verfahren in einem Kraftwerk nach einem der Ansprüche 11 bis 29 durchgeführt wird.
Ebenso zeichnet sich das Kraftwerk in Ausgestaltung der Erfindung daher dadurch aus, dass am CO₂-Wäsche-Desorber- oder Regeneratorkopf und/oder in CO₂-Strömungsrichtung hinter der CO₂-Kompression und/oder im Bereich der CO₂-Wäsche-Absorberzwischenkühlung und/oder im Bereich der CO₂-Kompression-Zwischenkühlung eine oder mehrere zur Wärmeübertragung als Wärmequelle(n) genutzte Anlagenkomponente(n) angeordnet und/oder ausgebildet ist/sind, die jeweils in ein Wärmeträgermedium führender Weise wärmeenergieleitungsmäßig mit einer oder mehreren im Bereich der Niederdruckvorwärmung und/oder in Kondensatströmungsrichtung vor der Niederdruckvorwärmung und/oder in einem Fernwärmekreislauf und/oder in der Frischlufterwärmung und/oder in der Kohletrocknung angeordneten und als Wärmesenke(n) eine Wärmeübertragung bewirkenden Anlagenkomponente(n) verbunden ist/sind.
Eine verfahrenstechnisch und anlagentechnisch gut zu realisierende Möglichkeit Wärmequellen und Wärmesenken auszubilden, besteht darin, hierfür vorhandene und/oder als zusätzliche Wärmetauscher ausgebildete Anlagenkomponenten zu verwenden. Die Erfindung sieht daher bezüglich des Kraftwerkes in weiterer Ausgestaltung auch vor, dass im Bereich der CO₂-Wäsche mit zugeordneter CO₂-Kompression mindestens eine, eine Wärmequelle, insbesondere für ein separates Wärmeträgermedium, ausbildende Anlagenkomponente, vorzugsweise ein Wärmetauscher, ausgebildet und in der wärmeenergieleitungsmäßig ein Medium, vorzugsweise das separate Wärmeträgermedium, führenden Weise mit mindestens einer im Bereich des Kraftwerks angeordneten weiteren, eine Wärmesenke, insbesondere für das separate Wärmeträgermedium, ausbildenden Anlagenkomponente, vorzugsweise ein weiterer Wärmetauscher, verbunden ist, wobei eine oder mehrere der aus einem Wärmetauscher am CO₂-Wäsche-Desorber- oder Regeneratorkopf und/oder einem Wärmetauscher hinter der CO₂-Kompression und/oder einem Wärmetauscher der CO₂-Wäsche-Absorberzwischenkühlung und/oder einem Wärmetauscher der CO₂-Kompression-Zwischenkühlung ausgewählte(n) Anlagenkomponente(n) je einen als Wärmequelle fungierenden Wärmetauscher und/oder eine nach einem Desorber hoch CO₂-haltiges Gas führende Leitung eine als Wärmequelle genutzte Anlagenkomponente und/oder eine nach der CO₂-Kompression flüssiges CO₂ führende Leitung eine als Wärmequelle genutzte Anlagenkomponente(n) sowie eine oder mehrere der aus einem Wärmetauscher der Niederdruckvorwärmung und/oder einem Wärmetauscher vor der Niederdruckvorwärmung und/oder einem Wärmetauscher im Fernwärmekreislauf und/oder einem Wärmetauscher der Kohletrocknung und/oder einem Wärmetauscher der Frischlufterwärmung ausgewählte(n) Anlagenkomponente(n) je einen als Wärmesenke fungierenden weiteren Wärmetauscher ausbilden.
Eine Möglichkeit, die Entkoppelung von thermischer Energie und Wiedereinkoppelung von thermischer Energie zu realisieren besteht insbesondere darin, dass der eine Wärmequelle ausbildende Wärmetauscher am CO₂-Wäsche-Desorber- oder Regeneratorkopf wärmeenergieleitungsmäßig mit einem eine Wärmesenke ausbildenden Wärmetauscher der Niederdruckvorwärmung, insbesondere mit dem einer stromaufwärtsseitig zur Kondensatströmungsrichtung gelegenen Kondensatpumpe nächstgelegenen Wärmetauscher, verbunden ist.
Eine weitere Möglichkeit, in vorteilhafterweise die Auskoppelung und Wiedereinkoppelung von thermischer Energie zu realisieren besteht weiterhin darin, dass der eine Wärmequelle ausbildende Wärmetauscher hinter der CO₂-Kompression wärmeenergieleitungsmäßig mit einem eine Wärmesenke ausbildenden Wärmetauscher der Niederdruckvorwärmung, insbesondere dem in Kondensatströmungsrichtung einem Speisewasserbehälter nächstgelegenen Wärmetauscher, und/oder dem eine Wärmesenke ausbildenden Wärmetauscher vor der Niederdruckvorwärmung verbunden ist.
Hierbei ist es dann besonders zweckmäßig, wenn der Wärmetauscher vor der Niederdruckvorwärmung in einer Kondensatleitung in Kondensatströmungsrichtung hinter einer Kondensatpumpe und/oder die Wärmetauscher der Niederdruckvorwärmung in einer von der Kondensatleitung abzweigenden Bypass-Leitung angeordnet ist/sind, was die Erfindung ebenfalls vorsieht.
Gemäß weiterer Ausgestaltung lässt sich eine wärmetechnisch besonders günstige Aneinanderkopplung der Wärmetauscher WT2 und WT5 dadurch erreichen, dass der Rücklauf des Wärmetauschers der Niederdruckvorwärmung wärmeenergieleitungsmäßig mit dem Vorlauf des Wärmetauschers vor der Niederdruckvorwärmung verbunden ist.
Eine weitere vorteilhafte und zweckmäßige wärmeenergieleitungsmäßige Verbindung zwischen den einzelnen Wärmequellen und den einzelnen Wärmesenken lässt sich insbesondere dann erreichen, wenn zwischen den Wärmequellen und den Wärmesenken ein, insbesondere zum übrigen Stofffluss des Kraftwerks separates, Wärmeträgermedium zwischen diesen im Kreislauf geführt wird, was vorzugsweise dann der Fall ist, wenn die Wärmequellen und Wärmesenken als Wärmetauscher ausgebildet sind. Die Erfindung sieht in weiterer Ausgestaltung daher auch vor, dass ein Wärmeträgermedium in einem vom Wärmetauscher hinter der CO₂-Kompression, dem in Kondensatströmungsrichtung einem Speisewasserbehälter nächstgelegenen Wärmetauscher und dem Wärmetauscher vor der Niederdruckvorwärmung gebildeten Kreislauf und/oder in einem vom Wärmetauscher am CO₂-Wäsche-Desorber- oder Regeneratorkopf und dem einer in stromaufwärtsseitiger Kondensatströmungsrichtung gelegenen Kondensatpumpe nächstgelegenen Wärmetauscher gebildeten Kreislauf jeweils durch diese Wärmetauscher geführt ist.
Eine zweckmäßige Möglichkeit zur Ausbildung einer Wärmerückgewinnung besteht auch darin, die ent- oder ausgekoppelte thermische Energie in den Fernwärmekreislauf eines Kraftwerkes wiedereinzukoppeln, falls ein solcher Fernwärmekreislauf vorgesehen ist. Die Erfindung sieht in Ausgestaltung daher weiterhin auch vor, dass der Wärmetauscher am CO₂-Wäsche-Desorber- oder Regeneratorkopf und/oder der Wärmetauscher hinter der CO₂-Kompression mit einem oder mehreren in dem Fernwärmekreislauf angeordneten Wärmetauscher(n) wärmeenergieleitungsmäßig verbunden ist/sind.
Hierbei kann eine leitungsmäßige Verbindung und Ankoppelung zwischen den im Fernwärmekreislauf angeordneten Wärmetauschern und den im Bereich des Wasser-Dampf-Kreislaufes des Kraftwerkes angeordneten Wärmetauschern von Vorteil sein, weshalb sich die Erfindung auch dadurch auszeichnet, dass einer oder mehrere der in dem Fernwärmekreislauf angeordneten Wärmetauscher mit einem oder mehreren der der Niederdruckvorwärmung zu- oder vorgeordneten Wärmetauscher(n) wärmeenergieleitungsmäßig verbunden ist/sind.
Hierbei kann wiederum der Wärmetauscher vor der Niederdruckvorwärmung im Rücklauf des in dem Fernwärmekreislauf angeordneten Wärmetauschers und/oder im Rücklauf des der Niederdruckvorwärmung zugeordneten Wärmetauschers angeordnet sein.
Aufgrund der Möglichkeit, durch die Auskoppelung von thermischer Energie im Bereich der CO₂-Wäsche mit zugeordneter CO₂-Kompression eine ausreichend hohe Wärmeenergiemenge oder ausreichend hohe Menge an thermischer Energie für eine Wiedereinkoppelung zur Verfügung zu stellen, besteht eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung des Kraftwerks auch darin, dass die Wärmeenergiezufuhr für den Reboiler oder Verdampfer in den Fernwärmekreislauf integriert ausgebildet ist (Die Begriffe „Wärmeenergie” und „thermische Energie” werden im vorliegenden Text als Synonyme verwendet).
Eine weitere Möglichkeit zur Nutzung der durch Auskoppelung wieder rückgewonnenen thermischen Energie besteht darin, diese zur Kohletrocknung und/oder zur Frischlufterwärmung zu verwenden. Eine vorteilhafte Nutzung besteht erfindungsgemäß daher weiterhin darin, dass der Wärmetauscher am CO₂-Wäsche-Desorber- oder Regeneratorkopf und/oder der Wärmetauscher hinter der CO₂-Kompression mit einem oder mehreren in einer mit einer Kohlemühle verbundenen Kohleleitung des Kraftwerks angeordneten Wärmetauscher(n) wärmeenergieleitungsmäßig verbunden ist/sind.
Ebenso sieht die Erfindung noch vor, dass der Wärmetauscher am CO₂-Wäsche-Desorber- oder Regeneratorkopf und/oder der Wärmetauscher hinter der CO₂-Kompression mit einem oder mehreren in einer dem Kessel des Kraftwerks Frischluft zuführenden Frischluftzuleitung angeordneten Wärmetauscher(n) wärmeenergieleitungsmäßig verbunden ist/sind.
In vorteilhafter Ausgestaltung sieht die Erfindung weiterhin vor, dass das mindestens ein in der Bypass-Rauchgasleitung angeordneter Wärmetauscher mit dem Wasser-Dampf-Kreislauf des Kraftwerks im Bereich der Niederdruckvorwärmung oder der Hochdruckvorwärmung wärmerenergieleitungsmäßig verbunden ist.
In Weiterbildung ist darüber hinaus vorgesehen, dass ein in der Bypass-Rauchgasleitung angeordneter Wärmetauscher wärmeenergieleitungsmäßig mit dem Fernwärmekreislauf verbunden ist.
Vor Vorteil ist es gemäß Weiterbildung der Erfindung darüber hinaus, dass ein in der Bypass-Rauchgasleitung angeordneter Wärmetauscher wärmeenergieleitungsmäßig mit dem Reboiler und/oder einem Wärmetauscher des Reboilers verbunden ist.
Es ist dann weiterhin von Vorteil, wenn im Reboilerrücklauf ein wärmeleitungsmäßig mit dem Fernwärmekreislauf verbundener Wärmetauscher und/oder ein mit dem Wasser-Dampf-Kreislauf des Kraftwerks, vorzugsweise im Bereich der Niederdruckvorwärmung, wärmeleitungsmäßig verbundener Wärmetauscher angeordnet ist.
Schließlich sieht die Erfindung auch noch vor, dass der Wärmetauscher am CO₂-Wäsche-Desorber oder -Regeneratorkopf und/oder der Wärmetauscher hinter der CO₂-Kompression und/oder der Wärmetauscher der CO₂-Wäsche-Absorberzwischenkühlung und/oder der Wärmetauscher der CO₂-Kompression-Zwischenkühlung wärmeleitungsmäßig mit einem in einem Rankine-Kreislauf angeordneten Wärmetauscher verbunden ist/sind.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind. Der Rahmen der Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert.
Die Erfindung ist nachstehend anhand einer Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Diese zeigt in
1 in schematischer Darstellung Kraftwerkskomponenten eines kohlebefeuerten, insbesondere braunkohlebefeuerten, Kraftwerks,
2 in schematischer Darstellung Kraftwerkskomponenten eines kohlebefeuerten Kraftwerks mit Wärme(rück)einkoppelung von im Bereich der CO₂-Wäsche mit zugeordneter CO₂-Kompression ausgekoppelter thermischer Energie in den Wasser-Dampf-Kreislauf und in einen dem Kraftwerk zugeordneten Fernwärmekreislauf,
3 in schematischer Darstellung den Fernwärmekreislauf nach 2 mit zusätzlich integrierter Verdampfererwärmung,
4 in schematischer Darstellung eine alternative Ausführungsform einer Wärme(rück)einkopplung in einen Fernwärmekreislauf,
5 in schematischer Darstellung eine Wärme(rück)einkopplung in eine Kohleförderung und/oder Kohletrocknung einer einem Kraftwerk zugeordneten Kohlemühle,
6 in schematischer Darstellung eine Wärme(rück)einkopplung in die Frischlufterwärmung einer Brennern eines Kessels des Kraftwerks Frischluft zuführenden Frischluftleitung,
7 in schematischer Darstellung eine Wärme(rück)einkopplung von im Bereich der CO₂-Wäsche mit zugeordneter CO₂-Kompression ausgekoppelter und von im Bereich einer Bypass-Rauchgasleitung ausgekoppelter thermischer Energie in den Wasser-Dampf-Kreislauf des Kraftwerks,
8 in schematischer Darstellung eine Wärme(rück)einkopplung entsprechend der 7 mit zusätzlicher Wärme(rück)einkopplung in einen zugeordneten Fernwärmekreislauf,
9 in schematischer Darstellung eine indirekte Dampfbeheizung eines Wasserkreislaufes einer indirekten Beheizung eines Reboilers,
10 in schematischer Darstellung eine Wärme(rück)einkopplung in einen Rankine-Kreislauf,
11 in schematischer Darstellung eine Auskoppelung von thermischer Energie im Bereich einer Bypass-Rauchgasleitung und Einkoppelung der thermischen Energie im Bereich des Verdampfers/Reboilers des Desorbers der CO₂-Wäsche,
12 in schematischer Darstellung eine Wärme(rück)einkopplung gemäß 11 ergänzt um eine Frischluftvorwärmung und in
13 eine schematische Prinzipdarstellung verschiedener Teilwärmeströme eines Kraftwerkes mit mehreren zur Wärmerückgewinnung Wärmeströme des Kraftwerks verbindenden Teilwärmeströmen.
Die 13 zeigt in schematischer Prinzipdarstellung ein insgesamt mit 1 bezeichnetes Kraftwerk, das den Dampferzeuger oder Kessel 2, einen, vorzugsweise Hochdruckturbinen 3, Mitteldruckturbinen 4 und Niederdruckturbinen 5, umfassenden Turbinensatz 76, eine eine CO₂-Wäsche 58 mit zugeordneter CO₂-Kompression 27 umfassende CO₂-Abscheidung 77 und ein zugeordnetes, einen Fernwärmekreislauf 44 umfassendes Fernwärmenetz 78. Untereinander stehen diese Anlagenkomponenten 2, 76, 77 und 78 über verschiedene Teilwärmeströme miteinander in Verbindung, wobei diese Teilwärmeströme zusammen den Gesamtwärmestrom und die Gesamtwärmeenergiebilanz des Kraftwerks 1 ausbilden. Von diesen Teilwärmeströmen sind in der 13 der Wasser-Dampf-Kreislauf Q₁, die Fernwärmeeinbindung Q₂, die rauchgasseitige Wärmestromanbindung der CO₂-Abscheidung 77 an den Kessel 2 als Q₃, der dem Kessel mit der Luft zugeführte Wärmestrom als Q₄, der dem Kessel 2 mittels der Kohle zugeführte Wärmestrom als Q₅, der die CO₂-Abscheidung verlassende CO₂-arme Abgaswärmestrom als Q₆ und der die CO₂-Abscheidung 77 verlassende Teilwärmestrom des hoch CO₂-haltigen Mediums als Q₇ bezeichnet, wobei alle Teilströme Q₁ bis Q₇ gestrichelt gezeichnet sind. Erfindungsgemäß werden nun aus dem innerhalb der CO₂-Abscheidung 77 sich ausbildenden Wärmestrom Teilwärmeströme Q₈ bis Q₁₁ abgezweigt und entkoppelt und, wie durch die entsprechend gekennzeichneten und mit durchgezogener Linie dargestellten Pfeilen angedeutet, in andere Teilwärmeströme und damit den Gesamtwärmestrom des Kraftwerks 1 rückgeführt. Ebenso werden aus dem rauchgasseitigen Teilwärmestrom Q₃ die Teilwärmeströme Q₁₂ bis Q₁₄ abgezweigt bzw. entkoppelt und entsprechend der Pfeildarstellung ebenfalls wieder in den Gesamtwärmestrom des Kraftwerks 1 (rück)eingekoppelt. Hierbei wird der Teilwärmestrom Q₈ aus der CO₂-Abscheidung 77 ausgekoppelt und in den im Wasser-Dampf-Kreislauf des Kraftwerks 1 geführten Teilwärmestrom Q₁ eingekoppelt. Der Teilwärmestrom Q₉ wird aus der CO₂-Abscheidung 77 ausgekoppelt und in den Fernwärmekreislauf 44 des Fernwärmenetzes 78 und damit im Prinzip dem Teilwärmestrom Q₂ eingekoppelt. Der Teilwärmestrom Q₁₀ wird aus der CO₂-Abscheidung 77 aus- oder entkoppelt und dem Teilwärmestrom Q₄ der Frischluftzuführung zugeführt und in diesen wieder (rück)eingekoppelt. Der Teilwärmestrom Q₁₁ wird ebenfalls aus dem Wärmestrom der CO₂-Abscheidung 77 ausgekoppelt und dann in den in einer zu einer Kohlenmühle 54 und/oder dem Kessel 2 führenden Kohleleitung 55 geführten Teilwärmestrom Q₅ wieder (rück)eingekoppelt. Ebenso wird aus dem rauchgasseitigen Teilwärmestrom Q₃ ein Teilwärmestrom Q₁₂ ausgekoppelt, der in den in der CO₂-Abscheidung 77 geführten Teilwärmestrom wieder (rück)eingekoppelt wird. Weiterhin werden aus dem Teilwärmestrom Q₃ die Teilwärmeströme Q₁₃ und Q₁₄ ausgekoppelt, wovon der Teilwärmestrom Q₁₃ in den Teilwärmestrom Q₁ des Wasser-Dampf-Kreislaufs des Kraftwerks 1 und der Teilwärmestrom Q₁₄ in den Fernwärmekreislauf 44 des Fernwärmenetzes 78 wieder (rück)eingekoppelt wird.
Das in 1 insgesamt mit 1 bezeichnete Kraftwerk ist im oberen Teilbild mit seinem an den Kessel 2 angeschlossenen Wasser-Dampf-Kreislauf und im unteren Teilbild mit seinem rauchgasseitig an den Kessel 2 angeschlossenen Rauchgasweg mit der im Kessel 2 erfolgenden Verbrennung nachgeschalteter CO₂-Wäsche des Rauchgases mittels chemischer Absorption und zugeordneter CO₂-Kompression 27 schematisch dargestellt. Auf der Seite des Wasser-Dampf-Kreislaufes umfasst das Kraftwerk eine Hochdruckturbine 3, zwei Mitteldruckturbinen 4 und vier Niederdruckturbinen 5, wobei die Anzahl der Turbinen lediglich beispielhaft ist. Am Ende der Turbinenstrecke ist ein Generator 6 angeordnet. Nachfolgend zu der letzten Niederdruckturbine 5 ist im Wasser-Dampf-Kreislauf ein Kondensator 7 angeordnet, der wie üblich mit einem Kühlturm 8 verbunden ist. In Strömungsrichtung des Kondensats ist nachfolgend zum Kondensator 7 im Wasser-Dampf-Kreislauf eine Kondensatpumpe 9 angeordnet, die das Kondensat einem fünf Wärmetauscher umfassenden Niederdruckvorwärmer 10 zuführt. An den Niederdruckvorwärmer 10 schließt sich ein Speisewasserbehälter 11 mit zugeordneter Speisewasserpumpe 12 an, die das aus dem Speisewasserbehälter 11 stammende Speisewasser einem Hochdruckvorwärmer 13 zuführt, wonach es dann in den Dampferzeuger des Kessels 2 gelangt. Weiterhin sind in dem Wasser-Dampf-Kreislauf von den jeweiligen Turbinen 3, 4, 5 ausgehende Dampfleitungen eingezeichnet. Insofern besteht dieser Teil des Kraftwerkes aus Komponenten, wie sie von konventionellen kohlebefeuerten Kraftwerken bekannt sind. Zusätzlich weist der Wasser-Dampf-Kreislauf des Kraftwerks 1 darüber hinaus drei Wärmetauscher WT1, WT2 und WT5 auf. Hiervon ist der Wärmetauscher WT5 vor der Niederdruckvorwärmung, und zwar in Kondensatströmungsrichtung hinter der Kondensatpumpe 9, aber vor dem Niederdruckvorwärmer 10 in die zum Speisewasserbehälter 11 führende Kondensatleitung 14 eingebunden. Die Wärmetauscher WT1 und WT2 sind in einer in Kondensatströmungsrichtung hinter dem Wärmetauscher WT5 von der Kondensatleitung 14 abzweigenden und hinter dem Niederdruckvorwärmer 10, aber vor dem Speisewasserbehälter wieder in die Kondensatleitung 14 einmündenden Bypass-Leitung 15 angeordnet.
Befeuert wird der Kessel 2 wie durch den Pfeil 16 angedeutet ist, mit Luft und Kohle. Das den Kessel 2 über die Rauchgasleitung 17 verlassende Rauchgas wird einer zumindest die Komponenten Entstickungsanlage, Elektrofilter und Rauchgasentschwefelungsanlage umfassenden Rauchgasbehandlung 18 zugeführt und gelangt dann in eine eine CO₂-Wäsche 58 mit zugeordneter CO₂-Kompression 27 umfassende Dekarbonisierungsanlage 19.
Bei dieser der Verbrennung nachgeschalteten Dekarbonisierungsanlage 19 wird das im Rauchgas enthaltene CO₂ mittels chemischer Absorption mit einem Waschmittel entfernt. Als Waschmittel wird vorzugsweise MEA (Monoethanolamin, H₂N-CH₂-CH₂-OH), aber auch DEA (Diethanolamin, HO-CH₂-CH₂-NH-CH₂-CH₂-OH) oder MDEA (Methyldiethanolamin, HO-CH₂-CH₂-NCH₃-CH₂-CH₂-OH), verwendet. Hierbei findet die eigentliche Wäsche des Rauch- oder Abgases mittels des Waschmittels in einem Absorber 20 oder einer Absorptionskolonne statt, welchen/welche das Rauchgas im Gegenstrom zu dem Waschmittel durchströmt. Das Rauchgas verlässt den Absorber 20 an dessen Kopfende als CO₂-armes Abgas 21. Um das im Absorber 20 beladene Wasch- oder Lösungsmittel wieder aufzubereiten und für einen dauerhaften Einsatz zu regenerieren ist dem Absorber 20 ein Desorber oder Regenerator 22, vorzugsweise in Form einer Desorptionskolonne, nachgeschaltet, dem das CO₂-reiche Wasch- oder Lösungsmittel nach dem Durchströmen des Absorbers 20 zugeführt wird. Für die Regeneration des Waschmittels und das Austreiben des CO₂ aus dem Waschmittel ist ein hoher Energiebedarf notwendig, der in Form von dem Wasser-Dampf-Kreislauf abgezapftem Dampf dem Verdampfer oder Reboiler 23 des Desorbers/Regenerators 22 zugeführt wird, wie dies im oberen Teilbild der 1 durch die gestrichelte Linie und die Buchstaben D₁ in diesem Bereich sowie am Reboiler 23 angedeutet ist. Der Rücklauf S1 des im oder am Verdampfer 23 angeordneten Wärmetauschers 24 mündet in Kondensatströmungsrichtung hinter dem Niederdruckvorwärmer 10 und vor dem Speisewasserbehälter 11 in die Kondensatleitung 14 des Wasser-Dampf-Kreislaufs ein.
Vor dem Eintritt in den Absorber 20 wird das zunächst drucklose Rauchgas isotherm auf einen Druck von unter 10 bar, beispielsweise 2 bar, verdichtet und dann durch den Absorber 20 geführt, wobei ihm das Wasch- oder Lösungsmittel entgegenströmt. Das CO₂-reiche Waschmittel oder Lösungsmittel wird danach unter Durchströmen eines Wärmetauschers 25 in den Desorber/Regenerator 22 eingeleitet. Im Desorber/Regenerator 22 wird das CO₂-reiche Waschmittel durch Erhitzung aufgebrochen und regeneriert, so dass am Kopfende des Desorbers/Regenerators 22 ein nahezu reines CO₂-H₂O-Gemisch austritt, das durch einen Kondensationsprozess getrennt werden kann, so dass dann ein ca. 90% reiner CO₂-Strom freigesetzt wird, der über eine Leitung 26 einer im Ausführungsbeispiel zehnstufigen CO₂-Kompressionsanlage der CO₂-Kompression 27 zugeführt wird, die den CO₂-Strom auf ca. 100 bar verdichtet und verflüssigt. Danach wird das verflüssigte CO₂, mittels einer Leitung 28 einer weiteren Verwendung oder einer Lagerung zugeführt.
Da für die Desorption/Regeneration des Waschmittels im Desorber/Regenerator 22 hohe Temperaturen erforderlich sind, wird der CO₂-reiche Wasch- oder Lösungsmittelstrom im Wärmetauscher 25 auf ca. 95°C erhitzt. Dies geschieht mit Hilfe von ebenfalls durch den Wärmetauscher 25 geleitetem, im Desorber/Regenerator 22 regeneriertem CO₂-armem Wasch- oder Reinigungsmittel 29, das im Verdampfer/Reboiler 23 ausreichend temperiert wird. Der Verdampfer oder Reboiler 23 verdampft einen Teil des Lösungsmittels, wodurch das Kohlendioxid von dem Wasch- oder Lösungsmittel desorbiert wird, so dass sich am Kopfende ein nahezu reines CO₂-H₂O-Gemisch bildet, das in den Kondensator 31 am Kopf des Desorbers/Regenerators 22 gelangt, wo das Wasser auskondensiert, so dass ein nahezu reiner CO₂-Strom abgeführt wird. Das regenerierte, CO₂-arme Wasch- oder Lösungsmittel 29 wird am Sumpf des Desorbers/Regenerators 22 abgezogen, über den Wärmetauscher 25 geführt, in welchen der entgegenströmende, beladene, CO₂-reiche Wasch- oder Lösungsmittelstrom 30 erwärmt wird. Nach Durchlaufen einer Pumpe auf den notwendigen Absorberdruck gebracht und entsprechend abgekühlt, wird das CO₂-arme Wasch- oder Lösungsmittel 29 wieder dem Absorber 20 zugeführt. Da sich während des ganzen Vorganges Verluste an Wasser und Waschmittel ergeben, werden diese an einer Mischstelle 32 wieder dem System zugegeben.
An dem CO₂-Wäsche-Desorber- oder Regeneratorkopf des Desorbers/Regenerators 22 ist in der Leitung 26 ein eine als Wärmequelle genutzte Anlagenkomponente in Form eines Wärmetauschers 33 angeordnet. In Strömungsrichtung des CO₂-H₂O-reichen Gasstromes ist in der Leitung 26 hinter dem Wärmetauscher 33 ferner ein Kondensatauffangbehälter 34 angeordnet, mit welchem aufgrund der mit dem Wärmetauscher 33 einhergehenden Kühlung des in der Leitung 26 geführten CO₂ H₂O-Stromes auskondensierendes H₂O aufgefangen werden kann. Ein weiterer, der Kühlung des verflüssigten CO₂-Stromes nach der CO₂-Kompression 27 dienender und ebenfalls eine als Wärmequelle genutzte Anlagenkomponente ausbildender Wärmetauscher 35 ist der CO₂-Kompression 27 nachgeschaltet in der Leitung 28 angeordnet. Weitere als Wärmequellen in Form von Wärmetauschern 36 genutzte Anlagenkomponenten sind als Wärmetauscher der CO₂-Wäsche-Absorberzwischenkühlung vorgesehen, wobei auch ein am Kopf des Absorbers 20 angeordneter Wärmetauscher 36 als zur CO₂-Wäsche-Absorberzwischenkühlung gehörig angesehen wird. Insgesamt sind im Ausführungsbeispiel vier Wärmetauscher 36 vorhanden. Weiterhin sind als Wärmequellen genutzte Anlagenkomponenten auch noch in Form von Wärmetauscher 37 der CO₂-Kompression-Zwischenkühlung zwischen den Kompressoren 38 der CO₂-Kompression 27 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel sind sechs Wärmetauscher 37 zwischen den Kompressoren 38 dargestellt, es können aber bei den zehn vorhandenen Kompressoren 38 bis zu neun Wärmetauscher 37 der CO₂-Kompression-Zwischenkühlung vorhanden sein. Da alle diese Wärmetauscher 33, 35, 36 und 37 der Kühlung dienen, bilden sie gleichzeitig eine Wärmequelle für das in den Wärmetauschern 33, 35 bis 37 jeweils ansonsten noch geführte Wärmeträgermedium aus. Diese Funktion der Wärmetauscher 33, 35 bis 37 als Wärmequelle wird erfindungsgemäß nun dazu genutzt, einen Teil der über die angezapfte Dampfleitung D1 dem Wasser-Dampf-Kreislauf des Kraftwerks 1 entnommenen Energie wieder zurückzugewinnen und dem Kraftwerk 1 wieder zuzuführen, insbesondere dem Wasser-Dampf-Kreislauf oder aber anderen Bereichen oder Anlagenteilen, die mit dem Kraftwerk 1 in Verbindung stehen, wieder zuzuführen. Hierzu dienen an den entsprechenden Stellen positionierte Wärmetauscher WT1–WT11, die, wie nachstehend noch erläutert wird, jeweils eine als Wärmesenke genutzte Anlagenkomponente ausbilden, mit deren Hilfe sich jeweils thermische Energie auf einen Teilwärmestrom übertragen lässt. Mit Hilfe der als Wärmequelle für ein in ihnen geführtes Wärmeträgermedium wirkenden Wärmetauscher 33, 35 bis 37 wird im Bereich der CO₂-Wäsche und der die zugeordnete CO₂-Kompression 27 umfassenden Dekarbonisierungsanlage 19 thermische Energie aus dem Wärmestrom der Dekarbonisierungsanlage 19 entkoppelt, auf das in den Wärmetauschern 33, 35 bis 37 strömende Wärmeträgermedium übertragen und danach durch Abgabe aus diesem Wärmeträgermedium mit Hilfe der für das Wärmeträgermedium Wärmesenken ausbildenden Wärmetauschern WT1–WT11 an anderer Stelle wieder als thermische Energie in den Wärmestrom des Kraftwerkssystem eingekoppelt.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach der 1 erfolgt eine Ent- oder Auskoppelung von thermischer Energie aus dem Wärmestrom der CO₂-Wäsche 58 mit zugeordnetem Regenerator 22 und zugeordneter CO₂-Kompression 27 mittels der Wärmetauscher 33 und 35.
Im Ausführungsbeispiel nach der 1 ist der als Wärmequelle fungierende Wärmetauscher 33 im Vorlauf über die Leitung 39 und im Rücklauf über die Leitung 40 mit dem als Wärmesenke fungierenden und genutzten, in der Bypass-Leitung 15 angeordneten Wärmetauscher WT1 der Niederdruckvorwärmung verbunden. In den Leitungen 39, 40 zirkuliert ein Wärmeträgermedium, das im Wärmetauscher 33 thermische Energie aufnimmt und diese im Wärmetauscher WT1 an das in der Bypass-Leitung 15 fließende Kondensat abgibt und so wieder in den eigentlichen Wärmestrom des Kraftwerks 1 eingekoppelt wird. Ebenso ist der als Wärmequelle fungierende Wärmetauscher 35 über eine Leitung 41 mit dem als Wärmesenke fungierenden und genutzten, in der Bypass-Leitung 15 angeordneten Wärmetauscher WT2 verbunden. Der Rücklauf des Wärmetauschers WT2 der Niederdruckvorwärmung ist über eine Leitung 42 mit dem in der Kondensatleitung 14 angeordneten und ebenfalls eine Wärmesenke ausbildenden Wärmetauscher WT5 verbunden. Rücklaufseitig ist der Rücklauf des Wärmetauschers WT5 über eine Leitung 43 wiederum mit dem Wärmetauscher 35 verbunden. Auch hier zirkuliert in den Leitungen 41, 42 und 43 ein Wärmeträgermedium. Hier wird demnach thermische Energie aus dem Wärmestrom der CO₂-Wäsche 58 mit zugeordnetem Desorber 22 und zugeordneter CO₂-Kompression 27 entkoppelt und an zwei Stellen, nämlich den als Wärmesenken genutzten Anlagenkomponenten in Form der Wärmetauscher WT2 und WT5, wieder in den eigentlichen Wärmestrom des Kraftwerks 1 eingekoppelt. In einer nicht dargestellten Ausführungsform ist es auch möglich, auf die Wärmetauscher 33 und 35 zu verzichten und stattdessen die Leitung 26 mit dem Wärmetauscher WT1 und die Leitung 28 mit den Wärmetauschern WT2 und WT5 zu verbinden, so dass das in der Leitung 26 transportierte CO₂-reiche Gas sowie das in der Leitung 28 transportierte oder geförderte flüssige CO₂ unmittelbar als Wärmeträgermedium fungiert, aus welchem thermische Energie entkoppelt und über die Wärmetauscher WT1, WT2 und WT5 in den Wasser-Dampf-Kreislauf wieder eingekoppelt wird. In diesem Falle ist dann im Bereich der CO₂-Wäsche mit zugeordneter CO₂-Kompression und im Bereich des Kraftwerkes jeweils eine Anlagenkomponente, im vorliegenden Beispiel die zu einer Einheit zusammengefassten Wärmetauscher 35 und WT2 und die zu einer Einheit zusammengefassten Wärmetauscher 33 und WT1, vorhanden, die im Bereich der CO₂-Wäsche mit zugeordneter CO₂-Kompression sowohl als Wärmequelle genutzt und die Ent- oder Auskoppelung von thermischer Energie bewirkt und die im Bereich des Kraftwerks 1 als Wärmesenke genutzt wird und die Einkoppelung der im Bereich der CO₂-Wäsche mit zugeordneter CO₂-Kompression aus- oder entkoppelten thermischen Energie bewirkt.
Im Ausführungsbeispiel allerdings ist jeweils ein Kreislauf eines separaten Wärmeträgermediums, wie durch die Leitungen 39, 40 und 41 bis 43 angedeutet, vorgesehen, in welchem Wasser als separates Wärmeträgermedium zirkuliert.
Im Bereich des Wärmetauschers 35 befindet sich der in der Leitung 28 geförderte flüssige CO₂-Strom auf einer Temperatur von ca. 185°C, wobei der Wärmetauscher 35 als Wärmequelle für das in den Leitungen 41, 42 und 43 geförderte Wärmeträgermedium dient, das die aufgenommene thermische Energie an das in Kondensatströmungsrichtung hinter der Kondensatpumpe 9 circa 18°C kühle Kondensat abgibt, das in einer Menge von ca. 2/3 des gesamten durch die Kondensatleitung 14 geführten Kondensatstromes über die Bypass-Leitung 15 an dem Niederdruckvorwärmer 10 vorbeigeführt und mit Hilfe des als Wärmesenke wirkenden Wärmetauschers WT2 erwärmt wird, so dass das Kondensat vor Wiedereinlauf in die Leitung 14 oder den Speisewasserbehälter 11 eine Temperatur von ca. 120°C aufweist. Der zum Wärmetauscher WT5 führende Rücklauf des Wärmetauschers WT2 weist dann immer noch eine so hohe Temperatur auf, dass der Wärmetauscher WT5 ebenfalls als Wärmequelle für die Wärmerückübertragung in das in der Leitung 14 fließenden Kondensat genutzt werden kann und gemäß Ausführungsbeispiel auch wird, wobei der Wärmetauscher WT5 im Sinne der Erfindung allerdings eine Wärmesenke für die im Bereich der CO₂-Wäsche gewonnenen thermischen Energie ausbildet.
Neben den eine Wärmequelle zur Ent- oder Auskoppelung von thermischer Energie aus dem Wärmestrom der CO₂-Wäsche mit zugeordneter CO₂-Kompression 27 ausbildenden Anlagenkomponenten Wärmetauscher 33 am CO₂-Wäsche-Desorber- oder Regeneratorkopf und Wärmetauscher 35 hinter der CO₂-Kompression 27 ist am Reboiler oder Verdampfer 23 des Desorbers/Regenerators 22 ein weiterer Wärmetauscher 24 vorgesehen. Dieser Wärmetauscher 24 bildet aber im Sinne der hier verwendeten Terminologie eine Wärmesenke aus, mittels welcher thermische Energie in den Wärmestrom der CO₂-Wäsche mit zugeordneter CO₂-Kompression eingekoppelt wird. Hier wird aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf entnommener Anzapfdampf D1 zur Aufheizung des CO₂-armen Wasch- oder Lösungsmittels 29 verwendet, wobei der Rücklauf S1 des Wärmetauschers 24 vor dem Speisewasserbehälter 11 in die Kondensatleitung 14 einmündet und dort Kondensat mit einer Temperatur von ca. 120°C in die Kondensatleitung 14 rückführt. Diese Rückführstelle bildet eine Wärmequelle für das in der Kondensatleitung 14 strömende Kondensat aus.
Im Bereich des Wärmetauschers 33 ist die Temperatur des in der Leitung 26 geführten CO₂-haltigen Gases so hoch, dass im Vorlauf des Wärmetauschers 33 durch die Leitung 26 eine Temperatur von 95°C in dem zwischen dem Wärmetauscher 33 und dem Wärmetauscher WT1 geführten Kreislauf einstellbar ist.
Die 2 zeigt in schematischer Darstellung ein Kraftwerk 1, das ebenfalls mit einer in der 2 nicht dargestellten CO₂-Wäsche mit zugeordneter CO₂-Kompression wie beim Ausführungsbeispiel nach der 1 ausgebildet ist.
Insofern finden in der 2 für identische und gleiche Teile, Elemente und Komponenten dieselben Bezugszeichen Verwendung. Der wesentliche Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach der 1 besteht darin, dass dem Kraftwerk 1 nun zusätzlich ein Fernwärmekreislauf 44 zugeordnet ist, dessen Wärmebedarf im Wesentlichen durch die Dampfleitungen 45a–45d aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf des Kraftwerks 1 gespeist wird.
Zusätzlich sind in dem Fernwärmekreislauf 44 als Wärmesenken genutzte weitere Anlagenkomponenten in Form von Wärmetauschern WT3 und Wt4 vorgesehen. Mittels der Wärmetauscher WT3 und WT4 wird in den Fernwärmekreislauf 44 thermische Energie wieder eingekoppelt, die ebenfalls an den als Wärmequelle genutzten Wärmetauschern 33 und 35 der CO₂-Wäsche mit zugeordneter CO₂-Kompression 27 durch dortige Ent- oder Auskoppelung aus dem Wärmestrom der CO₂-Wäsche gewonnen wurde. Die die Wärmetauscher WT4 und WT3 mit den Wärmetauschern 33 und 35 verbindenden Leitungen 39, 40 und 41, 43 sind aus der 2 ersichtlich. Während der Wärmetauscher WT4 in einer die gesamte Vorwärm- und Aufheizstrecke von einer Kondensatpumpe 46 bis zu einer Fernwärmeentnahmestelle 47 überbrückenden Bypass-Leitung 48 angeordnet ist, ist der Wärmetauscher WT3 in einer zwischen Kondensatpumpe 46 und Fernwärmeentnahmestelle 47 lediglich die erste Hälfte der Vorwärm- und Aufheizstrecke des Fernwärmekreislaufes 44 überbrückenden Bypassleitung 49 angeordnet. Hierbei ist die Verschaltung beziehungsweise Verrohrung derart, dass der Wärmetauscher 35 hinter der CO₂-Kompression 27 wärmeenergieleitungsmäßig in seinem Vorlauf über die Leitung 41 wie aus dem Ausführungsbeispiel nach der 1 bekannt, mit dem Wärmetauscher WT2 verbunden ist, dessen Rücklauf mit der zum Wärmetauscher 35 zurückführenden Leitung 43 verbunden ist. Über die Leitung 42 ist der Rücklauf des Wärmetauschers WT2 mit dem Vorlauf des Wärmetauschers WT5 verbunden, dessen Rücklauf wiederum in die Leitung 43 einmündet. Weiterhin zweigt von Leitung 41 die den Vorlauf zum Wärmetauscher WT4 im Fernwärmekreislauf 44 bildende Leitung 50 ab, während eine mit dem Rücklauf des Wärmetauschers WT4 verbundende Leitung 51 in die zum Rücklauf des Wärmetauschers 35 führende Leitung 43 einmündet. Ebenso ist im Bereich der Niederdruckvorwärmung und des Niederdruckvorwärmers 10 wiederum der Wärmetauscher WT1 angeordnet und mit der Vorlaufleitung 39 des Wärmetauschers 33 am CO₂-Wäsche-Desorber- oder Regeneratorkopf wärmeenergieleitungsmäßig verbunden. Ebenso ist der Rücklauf des Wärmetauschers WT1 an die Rücklaufleitung 40 des Wärmetauschers 33 angebunden. Von der Vorlaufleitung 39 zweigt eine zum Wärmetauscher WT3 im Fernwärmekreislauf 44 führende Leitung 52 ab, wobei rücklaufseitig der Wärmetauscher WT3 über eine Leitung 53 an die Rücklaufleitung 40 angebunden ist. Durch diese wärmeenergieleitungsmäßige Führung ist es möglich, thermische Energie, die durch Entkoppelung mittels der als Wärmequelle genutzten Anlagenkomponenten in Form der Wärmetauscher 33 und 35 aus dem Wärmestrom der CO₂-Wäsche mit zugeordneter CO₂-Kompression gewonnen wird, sowohl in den Wärmestrom des Kraftwerks 1 beim Bereich des Niederdruckvorwärmers 10 über die Wärmetauscher WT1, WT2 und WT5, als auch im Bereich des Fernwärmekreislaufs 44 mittels der dort als Wärmesenken in Form von Wärmetauschern WT3 und WT4 ausgebildeten Anlagenkomponenten vorzunehmen. Hierbei kann die Schaltung verschiedenartig ausgeführt sein. So ist es möglich, alternativ entweder den Wärmetauscher WT2 oder den Wärmetauscher WT4 über den Wärmetauscher 35 und/oder alternativ den Wärmetauscher WT1 oder den Wärmetauscher WT3 über den Wärmetauscher 33 zu speisen. Es ist aber auch möglich kombiniert jeweils die beiden zugeordneten Wärmetauscher WT2 und WT4 und/oder WT1 und WT3 über die entsprechenden Zuleitungen 41 und 39 zu speisen. Ebenso ist es möglich, den Wärmetauscher WT5 sowohl aus dem Rücklauf vom Wärmetauscher WT2 als auch aus dem Rücklauf vom Wärmetauscher WT4 zu speisen. Im Fernwärmekreislauf 44 wird dabei hinter der Kondensatpumpe 46 im Bereich der Abzweigung der Bypass-Leitungen 48, 49 eine Temperatur von 46°C bei 13 bar erreicht und im Bereich der Einmündung der Bypass-Leitung 48 in den Fernwärmekreislauf 44 eine Temperatur von 136°C bei ca. 14 bar eingestellt. Es ist natürlich je nach gewünschter Anordnung oder Nutzung einer oder mehrerer Wärmetauscher(s) WT1, WT2, WT3, WT4 und/oder WT5 jeweils nur die Zuleitungen oder Schaltungen von Leitungen vorzusehen, die für den gewünschten Betrieb erforderlich sind.
Die 3 zeigt ausschnittsweise eine weitere alternative Ausführungsform, die im Wesentlichen identisch zu der in 2 dargestellten Ausführungsform mit dem alleinigen Unterschied ist, dass der Reboiler oder Verdampfer 23 nun nicht mehr mit dem Dampf D1 aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf gespeist und sein Rücklauf S1 der Kondensatleitung 14 zugeführt wird. Vielmehr ist der Reboiler 23 nun in den Fernwärmekreislauf 44 integriert, so dass die für die CO₂-Austreibung notwendige thermische Energie aus dem Fernwärmekreislauf 44 mittels der Anzapfdampfleitungen 45a–45d sowie der darin wie beim Ausführungsbeispiel nach der 2 angeordneten und verschalteten Wärmetauscher WT3 und WT4 bereitgestellt wird. Zu den Ausführungsbeispielen der vorhergehenden 1 und 2 gleiche oder identische Teile oder Elemente sind wiederum mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, in welchem die als Wärmesenke in Form von Wärmetauschern WT6 und WT7 ausgebildeten Anlagenkomponenten die einzigen in dem Fernwärmekreislauf 44 angeordneten Anlagenkomponenten zur Erwärmung/Aufheizung des Fernwärmekreislaufes 44 sind. Es sind also keine Dampfzuführungen 45a–45d vorhanden, wie sie im Ausführungsbeispiel nach der 3 und dem Ausführungsbeispiel nach der 2 vorhanden sind. Auch sind die weiteren in den anderen Ausführungsbeispielen vorhandenen Wärmetauscher WT3 und WT4 im Fernwärmekreislauf 44 nicht mehr vorhanden. In diesem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die gesamte im Bereich der CO₂-Wäsche mit zugeordneter CO₂-Kompression 27 entkoppelte thermische Energie komplett und vollständig dem Fernwärmekreislauf 44 zugeführt wird. Hierbei ist der Wärmetauscher WT6 mit dem Wärmetauscher 33 am CO₂-Wäsche-Desorber- oder Regeneratorkopf verbunden, was durch die Leitungen 39 und 40 angedeutet ist. Der Wärmetauscher WT7 ist an den Wärmetauscher 35 hinter der CO₂-Kompression 27 angeschlossen, was durch die Leitungen 41 und 43 angedeutet ist. In diesem Falle ist jeweils ein separat vorhandenes Wärmeträgermedium kontinuierlich in einem durch die Leitungen 41 und 43 gebildeten Kreislauf zwischen den Wärmetauschern 35 und WT7 sowie einem mittels der Leitungen 39 und 40 zwischen den Wärmetauschern 33 und WT6 ausgebildeten Kreislaufs rezirkulierend geführt. Analog zu der Ausführungsform gemäß 3 kann auch bei der Ausführungsform nach der 4 in den Fernwärmekreislauf 44 der Erwärmungskreislauf für den Reboiler oder Verdampfer 33 mit Vorlauf D₂' und Rücklauf S₂' integriert angeordnet sein.
Auch wenn in den Ausführungsformen nach den 1 bis 3 jeweils ein Wärmetauscher WT5 nach der Kondensatpumpe und vor der Niederdruckvorwärmung 10 angeordnet und ausgebildet ist, besteht auch die Möglichkeit, auf einen solchen zu verzichten und ausschließlich über mindestens einen oder mehrere der Wärmetauscher WT1 und/oder WT2 und/oder WT3 und/oder WT4 die Wiedereinkoppelung der rückgewonnenen thermischen Energie durchzuführen.
In nicht dargestellter Art und Weise können auch die weiteren Wärmetauscher 36 der CO₂-Wäsche-Absorberzwischenkühlung und/oder die Wärmetauscher 37 der CO₂-Kompression-Zwischenkühlung als Wärmequelle in Form von Wärmetauschern zur Wärmeübertragung genutzte Anlagenkomponenten ausbilden, die dann mit einer der als Wärmesenke ausgebildeten Anlagenkomponenten WT1–WT7 sowie der nachfolgend erläuterten Anlagenkomponenten in Form von Wärmetauschern WT8–WT11 zusammenwirkend genutzt werden.
Bei der Anordnung des Reboilers oder Verdampfers 23 integriert in den Fernwärmekreislauf 44 bildet der Zulauf aus dem Fernwärmekreislauf 44 den Vorlauf oder die Verdampfererwärmung D₂' und der Rücklauf S₂' den Rücklauf des Verdampfers 23 in den Fernwärmekreislauf 44 aus.
An Stelle zur Aufheizung des Fernwärmekreislaufes 44 kann die aus den Wärmetauschern 33 und 35 ausgekoppelte thermische Energie auch in die Luftvorwärmung oder Frischlufterwärmung der Frischluftzufuhr zum Kessel 2 des Kraftwerks 1 oder zur Kohletrocknung in dem einer Mühle 54 zugeführten Kohlestrom genutzt werden, wie dies die weiteren Ausführungsbeispiele gemäß 5 und 6 schematisch darstellen.
Die 5 zeigt eine zur Kohlemühle 54 führende Kohlezuführleitung 55, in deren Verlauf zwei als Wärmesenken ausgebildete Wärmetauscher WT8 und WT9 angeordnet sind, wobei der Wärmetauscher WT8 mit mindestens einem der Wärmetauscher 36 und/oder 37 und der Wärmetauscher WT9 mit mindestens einem der Wärmetauscher 33 und/oder 35 verbunden ist, wobei insbesondere wiederum durch die Leitungen 39, 40 und/oder 41, 43 ein Wärmeträgermedium im Kreislauf geführt wird. Bei der zugeführten Kohle kann es sich insbesondere um Braunkohle handeln. Die Wärmetauscher WT8 und WT9 sind vorzugsweise in Form von Trommeltrocknern ausgebildet, in denen der Kohlestrom und der durch die Leitungen 39 und 40 jeweils zugeführte Wärmeträgermediumstrom getrennt voneinander im Gegenstrom geführt sind. Wie durch die punktierte Linie bis zum Wärmetauscher WT angedeutet, können in der Leitung 55 aber auch noch mehr (oder aber auch weniger) als die beiden Wärmetauscher WT8 und WT9 angeordnet sein.
Der 6 ist ein Ausführungsbeispiel zu entnehmen, bei welchem Wärmetauscher WT10 und WT11 als Wärmesenken in einer Frischluftzu(führungs)leitung 56 vor dem Luftvorwärmer 57 angeordnet sind. Hierbei ist wiederum der Wärmetauscher WT10 über Leitungen 39, 40 mit dem Wärmetauscher 33 und der Wärmetauscher WT11 über Leitungen 41, 43 mit dem Wärmetauscher 35 verbunden, wobei in den Leitungen 39/40 und 41/43 wiederum ein separates Wärmeträgermedium im Kreislauf geführt wird. Auch hier können weitere oder weniger Wärmetauscher WT in der Leitung 56 angeordnet sein.
Die Wärmetauscher 33 und 35 sind in den Ausführungsbeispielen derart ausgelegt, dass sich am Wärmetauscher WT1 und am Wärmetauscher WT3 eine Vorlauftemperatur des zugeführten Wärmeträgermediums von 95°C und eine Rücklauftemperatur des rückgeführten Wärmeträgermediums von ca. 50–60°C einstellt. Dasselbe Temperaturniveau von Vorlauf und Rücklauf stellt sich bei den Wärmeträgern WT6, WT8 und WT10 ein.
Die Temperaturführung am Wärmetauscher 35 ist so ausgelegt, dass sich dort ein als Vorlauf abgehenden Wärmeträgermediumstrom eine Temperatur von 185°C einstellt.
Auch wenn dies im Einzelnen nicht dargestellt ist, so liegt es auch im Rahmen der Erfindung, jeden eine Wärmesenke ausbildenden Wärmetauscher WT1–WT11 und/oder jeden eine Wärmequelle ausbildenden Wärmetauscher 33 am CO₂-Wäsche-Desorber- oder Regeneratorkopf und/oder Wärmetauscher 35hinter der CO₂-Kompression und/oder Leitung 26 und/oder Leitung 28 in jeder beliebigen Kombination sowohl miteinander als auch untereinander derart zu verbinden, dass eine Wärmeauskoppelung an den Wärmequellen und eine Wiedereinkoppelung von thermischer Energie an den Wärmesenken erfolgt oder realisierbar ist.
Eine ergänzend mit weiteren rückgewonnenen Energieströmen, die nicht ausschließlich aus dem Bereich der CO₂-Wäsche rückgewonnene Energieströme umfassen, die dann in den Wasser-Dampf-Kreislauf rückgeführt werden, ausgestattete Kraftwerksanlage ist aus der 7 ersichtlich. Hier ist zunächst ein Wärmetauscher WT12 vorgesehen, der von dem vom Reboiler 23 bzw. dem dort angeordneten Wärmetauscher 24 ausgehenden Rücklauf S₁ durchströmt wird, wobei der Rücklauf S₁ dann in die Kondensatleitung 14 in Kondensatströmungsrichtung vor dem Speisewasserbehälter 11 einmündet. Ebenso wird der Wärmetauscher WT12 von aus der Kondensatleitung 14 abgezweigtem Kondensat im Gegenstrom zum Reboilerrücklauf S₁ durchströmt, welches Kondensat einem in einer Bypass-Rauchgasleitung 59 des Luftvorwärmers 57 angeordneten weiteren Wärmetauschers WT13 zugeführt wird. Vom Wärmetauscher WT13 aus strömt das dort von heißem Rauchgas erwärmte Kondensat wieder in die Kondensatleitung 14 in Kondensatströmungsrichtung stromaufwärts des in Kondensatströmungsrichtung letzten Wärmetauschers des Niederdruckvorwärmers 10 zurück.
In der Bypass-Rauchgasleitung 59 ist ein weiterer Wärmetauscher 14 angeordnet, der im Gegenstrom zu dem in der Bypass-Rauchgasleitung 59 geführten Rauchgas ebenfalls von Kondensat durchströmt wird, das in Kondensatströmungsrichtung hinter dem Speisewasserbehälter 11 und vor dem Hochdruckerwärmer 13 aus der Kondensatleitung 14 abgezweigt wird. Nach Durchströmen des Wärmetauschers 14 wird das Kondensat in Kondensatströmungsrichtung hinter dem letzten Wärmetauscher des Hochdruckvorwärmers 13 wieder in die Kondensatleitung 14 rückgeführt. Außerdem ist in der 7 noch der in der Frischluftleitung 56 angeordnete Wärmetauscher WT10, der dem Luftvorwärmer 57 vorgeschaltet ist, dargestellt.
Das durch den Wärmetauscher WT14 geführte Kondensat kann auch in Strömungsrichtung des Kondensats hinter dem ersten Wärmetauscher des Hochdruckvorwärmers 13 in die Kondensatleitung 14 einmünden.
Eine ähnliche Ausführungsform im Zusammenhang mit einer Wärmeeinkoppelung in einen zugeordneten Fernwärmekreislauf 44 in Weiterentwicklung des Ausführungsbeispiels nach der 2 zeigt die 8. Zusätzlich zu den schon im Ausführungsbeispiel nach der 2 vorhandenen Elementen ist hier zunächst wiederum ein vom Rücklauf S₁ des Reboilers 23 gespeister Wärmetauscher WT15 vorhanden, nach dessen Durchlaufen die Rücklaufflüssigkeit des Rücklaufs S₁ in die Kondensatleitung 14 einmündet. Im Gegenstrom wird durch den Wärmetauscher WT15 Kondensat von der Kondensatleitung 14 in einer in Strömungsrichtung des Kondensats vor dem letzten Wärmetauscher des Niederdruckvorwärmers 10 abzweigenden Leitung durch den Wärmetauscher WT15 mit Wiedereinmündung in die Kondensatleitung 14 ebenfalls wiederum in Strömungsrichtung des Kondensats 14 vor dem letzten Wärmetauscher des Niederdruckvorwärmers 10 geführt. Parallel zum Wärmetauscher WT15 ist ein ebenfalls vom Rücklauf S₁ des Reboilers 23 durchströmter Wärmetauscher WT16 angeordnet. Im Gegenstrom zum Rücklauf S₁ wird durch den Wärmetauscher WT16 im Fernwärmekreislauf 44 geführtes Fluid durch den Wärmetauscher WT16 geführt.
Weiterhin zweigt in Strömungsrichtung vor der zum Wärmetauscher WT16 führenden Abzweigung aus dem Fernwärmekreislauf 44 eine Leitung 60 ab, die zu einem weiteren Wärmetauscher WT17 führt, der im Gegenstrom zu dem vom Wärmekreislauf 44 abgezweigten Fluid von in der Bypass-Leitung 59 geführtem Rauchgas durchströmt wird. Über eine Rücklaufleitung 61 ist der Wärmetauscher WT17 mit dem Fernwärmekreislauf 44 verbunden.
Bei einer zur Ausführungsform der Kraftwerksanlage nach der 8 alternativen Ausführungsform kann in den Fernwärmekreislauf 44 eine Reboilerentnahme mit Vorlauf D'₂ und Rücklauf S'₂ mit Abzweigung vom und Rückführung zum Fernwärmekreislauf 44 vorgesehen sein, wie dies in 3 dargestellt ist. Bei dieser Ausführungsform entfällt dann der Zulauf D₁ zum Reboiler 23 und der Rücklauf S₁ vom Reboiler 23 mit den darin integrierten Wärmetauschern WT15 und WT16, wie sie noch im Ausführungsbeispiel nach der 8 enthalten sind.
Bei der Ausführungsform nach der 6 ist eine Einkoppelung von Niedertemperaturwärme aus der CO₂-Wäsche/Kompression 58/27 über die dort dargestellten Wärmetauscher WT10 und WT11 möglich. Hierbei kann es ergänzend auch so sein, dass der Wärmetauscher WT10 mit den Wärmetauschern 36, 37 der CO₂-Wäsche 58 mit CO₂-Kompression 27 in Leitungsverbindung steht und der Wärmetauscher WT11 mit dem Wärmetauscher 33. In diesem Fall bietet sich die Möglichkeit auf einem höheren Temperaturniveau Wärme für die Niederdruck- oder Hochdruckvorwärmer 10, 13 oder auch für einen Fernwärmekreislauf 44 auszukoppeln. Hierbei ist es möglich, über die Bypass-Leitung 59 auf der Rauchgasseite Wärmetauscher WT14 und/oder Wärmetauscher WT17 vorzusehen, über die aus der Kondensatleitung 14 abgezweigtes und in die Kondensatleitung 14 rückgeführtes Kondensat und/oder aus dem Wärmekreislauf 44 abgezweigtes und in diesen wieder rückgeführtes Fluid des Wärmekreislaufes 44 geführt werden kann, wie dies für die Kombination WT13 und WT14 in der 7 und die Kombination von WT14 und WT17 in der 8 ersichtlich ist. Die Anordnung eines Wärmetauschers WT13 und/oder WT14 und/oder WT17 in der von Rauchgas durchströmten Bypass-Rauchgasleitung 59 hat den Vorteil, dass zur Aufrechterhaltung des Rauchgasstromes kein zusätzliches Gebläse notwendig ist, da die Bypass-Rauchgasleitung 59 in Richtung der generellen Rauchgasströmungsrichtung durchströmt wird. Dies hat allerdings den Nachteil, dass der jeweilige Wärmetauscher WT13, WT14, WT17 mit schmutzigem Rauchgas in Kontakt kommt, weshalb der jeweilige Wärmetauscher aus hochwertigem Stahl gefertigt sein muss. Außerdem besteht bei Anlagen mit einer Entstickungsanlage die Gefahr der Bildung von Ammoniumbisulfat, das sich auf den Wärmetauscherflächen niederschlägt.
Wie die 6 weiterhin zeigt, ist es auch möglich, auf der Luftseite eine Rückführleitung 62 vorzusehen, in welcher ein weiterer Wärmetauscher WT18 angeordnet ist, der dann mit der Kondensatleitung 14 im Bereich des Niederdruckvorwärmers 10 oder des Hochdruck-Vorwärmers 13 in Leitungsverbindung steht. Die Rückführleitung 62 zweigt in Strömungsrichtung der Frischluft hinter dem Luftvorwärmer 57 von der Luftzuführungsleitung 56 ab und mündet in Luftströmungsrichtung vor dem Wärmeverschubsystem 63 wieder in die Frischluftleitung 56. Die Bypass-Rauchgasleitung 59 auf der Rauchgasseite zweigt in Rauchgasströmungsrichtung vor dem Luftvorwärmer 57 von der Rauchgasleitung 17 ab und mündet in Rauchgasströmungsrichtung hinter dem Luftvorwärmer 57 und vor dem Wärmeverschubsystem 63 wieder in die Rauchgasleitung 17 ein. In der Rückführleitung 62 ist ein Gebläse 64 angeordnet, um die darin rückgeführte Frischluft gegen die generelle Strömungsrichtung der Frischluft in der Leitung 56 bewegen zu können.
Neben der direkten Beheizung des Wärmetauschers 24 des Reboilers 23 mit aus dem Dampfkreislauf abgezweigtem Dampf in der Vorlaufleitung D₁ mit Reboiler-Rücklauf S₁, ist es auch möglich, den Wärmetauscher 24 indirekt mit Dampf zu beheizen. Dies ist in der 9 dargestellt. Hierbei wird in einem Wärmeträgermediumkreislauf 65, in welchem der Wärmetauscher 24 des Reboilers 23 angeordnet ist, ein Wärmeträgermedium im Kreislauf geführt. Auf der Vorlaufstrecke zum Wärmetauscher 24 sind in dem Wärmeträgermediumkeislauf 65 drei Wärmetauscher 66, 67 und 68 angeordnet, die mit zugeführtem Dampf, und zwar beispielsweise Frischdampf zum Wärmetauscher 66, Mitteldruckdampf zum Wärmetauscher 67 und Niederdruckdampf zum Wärmetauscher 68, beheizt werden, wobei der Dampf gemäß der Bezeichnung D₁ dem Wasser-Dampf-Kreislauf eines Kraftwerks 1 entnommen ist. Diese mittels des Wärmeträgermediumkreislaufes 65 indirekte (Warmwasser)Beheizung des Reboilers 23 vermindert gegenüber einer direkten und unmittelbaren Dampfbeheizung die Gefahr, dass das Speisewasser durch mögliche Leckagen im Reboilerwärmetauscher 24 mit dem chemischen Absorptionsmittel 29 kontaminiert wird. Hierbei ist durch die Anordnung der Wärmetauscher in der Strömungsrichtung des im Wärmeträgermediumkreislauf 65 geführten Wärmeträgermediums Wasser in der Reihenfolge Wärmetauscher 68, Wärmetauscher 67 und dann Wärmetauscher 66 eine gestufte Beheizung vorgesehen.
Mit Niedertemperaturwärme aus der CO₂-Wäsche/CO₂-Kompression 58/27 kann auch ein Rankine-Kreislauf versorgt werden, wie dies der 10 zu entnehmen ist. Hierbei sind in einem Rankine-Kreislauf 69 zwei Wärmetauscher WT19 und WT20 angeordnet. Im Rankine-Kreislauf wird mittels eines organischen Lösungsmittels oder vorzugsweise Ammoniak (NH₃) ein Kreislauf betrieben, in dem Niedertemperaturabwärme aus der CO₂-Wäsche 58/CO₂-Kompression 27 verwendet wird. Im Ausführungsbeispiel ist der Wärmetauscher WT19 in der „kalten Stufe” des Rankine-Kreislaufes 69 angeordnet und wird ihm in Abwärme aus der Absorber-Zwischenkühlung 36 oder der CO₂-Kompression-Zwischenkühlung 37 zugeführt. Mittels des Wärmetauschers WT20, der in der „heißen Stufe” des Rankine-Kreislaufes 69 angeordnet ist, wird in der CO₂-Wäsche nicht benötigte Abwärme aus dem Desorberkopf, d. h. über den Wärmetauscher 33 gewonnene thermische Energie, oder aus der CO₂-Kompression, d. h. über den Wärmetauscher 35 gewonnene thermische Energie, dem Rankine-Kreislauf 69 zugeführt. Der der Turbinenstufe des Rankine-Kreislaufes 69 zugeordnete Abnehmer 75 kann ein Generator zur Stromerzeugung, aber auch ein mechanischer Antrieb einer Speisepumpe oder eines CO₂-Kompressors sein. Auch wenn im Ausführungsbeispiel nach der 10 sowohl ein Wärmetauscher WT19 als auch ein Wärmetauscher WT20 vorgesehen sind, ist es auch möglich, je nach Ausgestaltung des Kraftwerkes lediglich einen der beiden Wärmetauscher WT19 oder WT20 vorzusehen.
Natürlich ist es auch möglich, anstelle der jeweils in den 1–10 dargestellten Wärmetauscher WT1–WT20 jeweils mehrere in Reihe oder parallel geschaltete Wärmetauscher eines Typs vorzusehen. Dies hängt von der gewünschten Dimensionierung der jeweiligen Wärmetauscher ab und liegt im Belieben des Fachmannes.
Die 11 und 12 zeigen die Verwendung eines Wärmetauschers WT21, der rauchgasseitig thermische Energie von dem durch die Bypass-Rauchgasleitung 59 strömenden Rauchgas aufnimmt, wobei die Bypass-Rauchgasleitung 59 eine als Wärmequelle genutzte Anlagenkomponente darstellt. Der Wärmetauscher WT21 gibt die aufgenommene Wärme an den zum Wärmetauscher 24 des Reboilers 23 führenden Vorlauf D₃ ab, wobei das Wärmeträgermedium vom Wärmetauscher 24 über den Reboilerrücklauf S₃ zum Wärmetauscher WT21 rückgeführt wird. Insofern wird der Wärmetauscher WT21 als rauchgasseitig gespeiste und als Wärmequelle genutzte Anlagenkomponente ausgebildet und ist der dem Reboiler 23 zugeordnete Wärmetauscher 24 dann eine als Wärmesenke genutzte Anlagenkomponente.
Das Ausführungsbeispiel nach der 12 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel nach der 11 lediglich darin, dass hier in der Frischluftleitung 56 in Luftströmungsrichtung vor dem Wärmeverschubsystem 63 ein von den Wärmetauschern 37 der Zwischenkühlung des Kompressors 27 gespeister Wärmetauscher WT11 angeordnet ist, der somit eine von der CO₂-Kompression 27 gespeiste Wärmesenke als Anlagenkomponente darstellt.
Die 11 zeigt eine Rauchgasleitung 17, die in Strömungsrichtung des Rauchgases nach einer Entstickungsanlage 70 zum Luftvorwärmer 57 und danach zu einem Elektrofilter 71 führt. Auf dem Weg zwischen der Entstickungsanlage 70 und dem Elektrofilter 71 umgeht die von der Rauchgasleitung 17 abzweigende und wieder in diese einmündende Bypass-Rauchgasleitung 59 den Luftvorwärmer 57, mündet aber vor dem Elektrofilter 71 wieder in die Rauchgasleitung 17 ein. Dem Elektrofilter 71 ist in der Rauchgasleitung 17 nachgeordnet ein Wärmeverschubsystem 63 angeordnet, in welchem zwei über ein im Kreislauf geführtes Wärmeträgermedium miteinander verbundene Wärmetauscher 73 und 74 angeordnet sind, wovon der Wärmetauscher 73 thermische Energie aus dem in der Leitung 17 geführten Rauchgasstrom entnimmt und an das im Wärmeverschubsystem 63 im Kreislauf geführte Wärmeträgermedium abgibt. Dem Wärmeverschubsystem 63 nachgeschaltet ist dann weiterhin noch eine Rauchgasentschwefelungsanlage 72, der dann die den Absorber 20 mit zugeordnetem Desorber 22 umfassende CO₂-Wäsche 58 zur CO₂-Abscheidung folgt, bevor dann das CO₂-arme Abgas 21 die Anlage verlässt. Weiterhin ist die Frischluftleitung 56 vorgesehen, die in Frischluftströmungsrichtung vor dem Luftvorwärmer 57 zunächst durch das Wärmeverschubsystem 63 geführt wird und dort in dem Wärmetauscher 74 die vom Rauchgas über den Wärmetauscher 74 an das im Wärmeverschubsystem 63 im Kreislauf geführte Wärmeträgermedium angegebene thermische Energie aufnimmt. Bei dem dieser Ausführungsform zugrundegelegten 800–850 MW_el Kraftwerk wird im Wärmeverschubsystem 63 die vor der Rauchgasentschwefelungsanlage 72 vorhandene Niedertemperaturwärme in Frischluftströmungsrichtung vor dem Luftvorwärmer 57 in den Frischluftstrom übertragen. Der dadurch vorgewärmte Frischluftstrom benötigt im Luftvorwärmer 57 dann nur noch eine geringere Wärmeenergiezufuhr, um die in Strömungsrichtung hinter dem Luftvorwärmer 57 vorgesehene Temperatur aufzuweisen. Dies wird dazu benutzt, die im Rauchgas zwar vorhandene, aber im Luftvorwärmer 57 zur Erwärmung der Frischluft nun nicht mehr benötigte Wärmemenge über die Bypass-Rauchgasleitung 59 zu führen und dort in dem Wärmetauscher WT18 an das darin und als Vorlauf D₃ zum Wärmetauscher 24 des Reboilers 23 geführte Wärmeträgermedium ZM übertragen. Hierdurch kann diesem Wärmeträgermedium soviel dem Reboiler 23 zuzuführende Energie zur Verfügung gestellt werden, dass das Wärmeträgermedium eine Temperatur von über 120°C bis maximal 360°C aufweist. Auf diese Weise können ca. 60 MW_th gewonnen werden, wodurch der durch die zugeschaltete CO₂-Abscheidungsanlage (CO₂-Wäsche/CO₂-Kompression) gegenüber einer Anlage ohne eine solche CO₂-Abscheidungung auftretende Wirkungsgradverlust um 1,5 vermindert werden kann.
Weitere 12 MW lassen sich bei der Ausführungsform nach 12 dadurch gewinnen, dass mittels des von der Zwischenkühlung 37 der CO₂-Kompression 27 gespeisten Wärmetauschers WT11 auf eine Temperatur auf unter 60°C erwärmt wird, so dass das Wärmeverschubsystem 63 unvermindert seine volle vorgesehene Wirkung entfalten kann, hierbei dennoch aber die Frischluft schon vorgewärmt wird, so dass im Luftvorwärmer 57 nur noch weniger thermische Energie aus dem Rauchgas abgenommen werden muss, so dass in der Bypass-Rauchgas-Leitung 59 eine erhöhte Menge an thermischer Energie zur Verfügung steht. Im Wärmetauscher WT18 können auf diese Weise 72 MW_th gewonnen werden.
Insgesamt sind bei den verschiedenen Ausführungsbeispielen somit der Wärmetauscher 33, die Leitung 26, der Wärmetauscher 35, die Leitung 28, der Wärmetauscher 36 und der Wärmetauscher 37 als als Wärmequelle genutzte Anlagenkomponenten ausgebildet und in einer Kraftwerksanlage angeordnet, wobei diese Wärmequellen von im Bereich der CO₂-Wäsche 58 mit zugeordneter CO₂-Kompression 27 vorhandener oder dort entstandener thermischer Energie gespeist werden. Als Wärmesenken genutzte Anlagenkomponenten, die von den vorstehenden Wärmequellen, also aus dem Bereich der CO₂-Wäsche 58 mit zugeordneter CO₂-Kompression 27, eingekoppelte thermische Energie wieder abgehen, sind die Wärmetauscher WT1–WT12 sowie die Wärmetauscher WT15 und WT16. Hierbei speisen die Wärmetauscher WT1, WT2, WT5, WT12 und WT15 die von der CO₂-Wäsche 58 mit zugeordneter CO₂-Kompression 27 erhaltene thermische Energie in den Dampf-Wasser-Kreislauf des Kraftwerks 1 ein. Die Wärmetauscher WT3, WT4, WT6, WT7 und WT16 speisen die erhaltene thermische Energie in den Fernwärmekreislauf 44 ein. Die Wärmetauscher WT8 und WT9 speisen die erhaltene oder aufgenommene thermische Energie in die zur Kohlemühle 54 führende Kohleleitung 55 ein. Die Wärmetauscher WT10 und WT11 speisen die erhaltene oder aufgenommene thermische Energie in die Frischluftleitung 56 ein. Die ebenfalls von der CO₂-Wäsche 58 mit zugeordneter CO₂-Kompression 27 mit thermischer Energie gespeisten Wärmetauscher WT19 und WT20 geben die aufgenommene thermische Energie in ihrer Funktion als Wärmesenke an den Rankine-Kreislauf 69 ab.
Von der Rauchgasseite, d. h. von dem in der Bypass-Rauchgasleitung 59 geführten Rauchgaswärmeenergie aufnehmende Anlagenkomponenten mit der Funktion einer Wärmequelle stellen weiterhin die Wärmetauscher WT13, WT14, WT17 und WT21 dar, wobei die Wärmetauscher WT13 und WT14 die aufgenommene thermische Energie in die insofern eine Wärmesenke ausbildende Anlagenkomponente des Wasser-Dampf-Kreislaufs des Kraftwerks 1 einspeisen und der Wärmetauscher WT17 die aufgenommene thermische Energie in den Fernwärmekreislauf 44 als die die zugehörige Wärmesenke ausbildende Anlagenkomponente abgibt. Der Wärmetauscher WT21 gibt die aufgenommene Wärme an den Vorlauf D₃ zum Wärmetauscher 24 des Reboilers 23 ab, so dass der Wärmetauscher 24 ebenfalls die Funktion einer thermischen Energie an die CO₂-Wäsche abgebenden Anlagenkomponente mit Funktion als Wärmesenke ausbildet.
Der Wärmetauscher WT18 bildet eine unmittelbar von der thermischen Energie der den Luftvorwärmer 57 verlassenden Frischluft, damit aber indirekt eine von thermischer Energie aus dem Bereich der CO₂-Wäsche 58 und/oder CO₂-Kompression 27 gespeiste Wärmequelle dar, da aus dem Bereich der CO₂-Wäsche 58 und/oder CO₂-Kompression 27 entnommene Wärme in Luftströmungsrichtung vor der Rückführleitung 62 über die Wärmetauscher WT10 und/oder WT11 in die Frischluft eingekoppelt oder eingespeist wird. Die Wärmequelle WT18 gibt die aufgenommene Wärme an die als Wärmesenke fungierende Kondensatleitung 14 im Bereich der Niederdruck- und/oder der Hochdruck-Vorwärmung 10 und/oder 13 an den Wasser-Dampf-Kreislauf des Kraftwerks 1 ab.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur „optimalen” Einbindung von Wärmeströmen in einen konventionellen Kraftwerksprozess. Bei dem konventionellen Kraftwerksprozess kann es sich um alle bekannten, fossil befeuerten Kraftwerksprozesse handeln. Insbesondere handelt es sich um einen Steinkohle befeuerten Kraftwerksprozess im Nettoleistungsbereich zwischen 500 und 1000 MW_el. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Steinkohle gefeuerten Kraftwerksprozess mit einer Nettoleistung von Ca. 850 MW_el. Die zu integrierenden Wärmeströme können in einem Temperaturbereich zwischen 50 und 400°C liegen. Insbesondere liegen die zu integrierenden Wärmen in einem Temperaturbereich zwischen 50 und 200°C. Die Quelle der Wärmeströme können Anlagen zur Gewinnung solarthermischer oder geothermischer Energie sein oder es können Anlagen sein, die in direktem Bezug zu dem genannten konventionellen Kraftwerksprozess stehen. Bei den Anlagen, die in einem direkten Bezug zu dem genannten konventionellen Kraftwerksprozess stehen, kann es sich um Abwärmeströme handeln, die aus einer Brennstofftrocknungsanlage stammen. Insbesondere können die Abwärmeströme aus einer, dem Kraftwerksprozess nachgeschalteten chemischen CO₂-Wäsche mit einem Absorber und Desorbersystem und einer anschließenden Kompression des abgeschiedenen Kohlendioxids stammen.
In dem Ausführungsbeispiel wird von einem konventionellen Steinkohle befeuerten Kraftwerksblock mit einer Nettoleistung von 850 MW_el ausgegangen. Dieser Steinkohle befeuerte Kraftwerksblock hat einen elektrischen Bruttowirkungsgrad von 47,83% und einen elektrischen Nettowirkungsgrad von 45,25%. Der elektrische Eigenbedarf liegt bei ca. 40 MW_el, wobei der Antrieb der Speisepumpe elektrisch erfolgt. Mit einer chemischen CO₂-Wäsche/Kompression 58/27 hat der Kraftwerksblock ohne eine Rückführung der Abwärme einen elektrischen Bruttowirkungsgrad von 32,42% und einen elektrischen Nettowirkungsgrad von 32,86%, bei einem elektrischen Eigenbedarf von 93 MW thermisch. Der Kraftwerksblock bietet optional die Möglichkeit Fernwärme 44 auszukoppeln. Außerdem soll die Vorwärmstrecke des Wasser/Dampf-Kreislaufs aus fünf Niederdruckvorwärmern 10 und drei Hochdruckvorwärmern 13 bestehen. Die Temperaturen des Brennstoffs, der Frischluft und des Kühlwassers wird mit 15°C angenommen. Für einen Steinkohle befeuerten 850 MW_el Kraftwerksblock wird, für den Volllastfall, für eine CO₂-Wäsche des gesamten Rauchgases, bei einem Abscheidegrad von 95%, ein Wärmestrom von mindestens 510 MW_th auf einem Temperaturniveau zwischen 120 und 170°C benötigt. Hierbei wird als Annahme vorausgesetzt, dass der spezifische Gesamtenergiebedarf für die CO₂-Wäsche in einem Absorber- und Desorbersystem bei 3600 kJ (kg CO₂) liegt. Dieser Bedarf entspricht Werten für das in diesem Bezug bekannte Waschmittel Monoethanolamin (MEA) in einer Konzentration von 30% in Wasser. Die benötigte Prozesswärme für die chemische CO₂-Wäsche wird dem Kraftwerksprozess in geeigneter Weise D1 über ein Sammlersystem zwischen den verschiedenen Turbinenstufen 3, 4, 5 entnommen. Wichtig bei der Entnahme des Prozessdampfes aus dem Wasser/Dampf-Kreislauf ist, dass die Druckdifferenzen der nachfolgenden Turbinenstufen in den werkstoffseitigen Grenzen bleiben. Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, den Wirkungsgradverlust des Gesamtprozesses zu minimieren, der durch den hohen Bedarf an thermischer Energie in der chemischen CO₂-Wäsche hervorgerufen wird. Aus diesem Grund werden zusätzliche Wärmetauscher in den Wasser-Dampfkreislauf des konventionellen Kraftwerks installiert, in denen an geeigneter Stelle und auf geeignetem Temperaturniveau Abwärmen aus dem CO₂-Wäsche-System und der CO₂-Kompression zurückgeführt werden und somit ein verbesserter Wirkungsgrad für die Gesamtanlage erzielt wird. Ein weiteres Ziel ist es den Bedarf an Kühlwasser, der durch die chemische CO₂-Wäsche/Kompression 58/27 gesteigert wird, möglichst gering zu halten. D. h. je mehr Wärme aus der CO₂-Wäsche/Kompression 58/27 an den konventionellen Wasser-Dampf-Kreislauf zurückgeführt werden kann, desto weniger zusätzliche Kühlleistung (Kühlturmkapazität) muss installiert werden.
Bei der Co₂-Wäsche handelt es sich um ein Absorber- 20 und Desorber-22-System in dem das CO₂ mittels chemischer Absorption aus dem Rauchgasstrom abgetrennt wird. Bei der chemischen Absorption wird aufgrund der chemischen Reaktion Wärme frei, die um einen besseren Umsatz zu erzielen durch Zwischenkühlungen 26 abgeführt wird. Das beladene Waschmittel gelangt anschließend in die Desorptionkolonne 22 in der über einen Reboiler 23 die Energie zugeführt wird, die zum Aufbrechen der chemischen Bindung zwischen dem Waschmittel und dem CO₂ benötigt wird. Zusätzlich ist die Wasserbeladung des wieder freigesetzten CO₂ am Desorberkopf aufgrund der höheren Temperatur höher als die, des im Absorber 20 behandelten Rauchgases, sodass hierzu ebenfalls Energie zugeführt werden muss. Gesamtbedarf 3600 kJ/(kg CO₂) für im MEA/Wasser-Verhältnis von 30/70. Die Temperatur die in der Desorptionskolonne 22 für das Aufbrechen der chemischen Bindung notwendig ist liegt bei dem beschriebenen System bei etwa 120°C. Damit ergibt sich am Desorberkopf ein vollständig wassergesättigter CO₂-Strom, der eine Temperatur von etwa 115°C aufweist. Nach einer Abkühlung des CO₂ und einer damit einhergehenden Kondensation des mitgeführten Wassers kann eine CO₂-Kompression erfolgen. Im Ausführungsbeispiel nach 1 wird das CO₂ in einer neunstufigen Kompression auf 200 bar verdichtet. Dabei wird aufgrund einer energieeffizienten Verdichtung zwischen den ersten sieben Stufen jeweils eine Zwischenkühlung 37 zwischengeschaltet. Die Zwischenkühlung findet auf einem Temperaturniveau von etwa 65 auf 30°C statt. Die letzten Kompressionsstufen werden ohne Zwischenkühlung aneinandergereiht. Anschließend hat der komprimierte CO₂-Strom eine Temperatur von etwa 190°C. Diese Temperatur ist für eine weitere Verarbeitung des CO₂ zu hoch, sodass eine weitere Kühlung 35 notwendig wird. Im Anschluss liegt das CO₂ bei ca. 25°C/200 bar und in flüssigem Aggregatzustand vor.
Als „Wärmequelle” nutzbare Anlagenkomponenten sind:

– Das am Kopf des Desorbers 22 austretende CO₂ ist vollständig mit Wasser gesättigt und hat bei einem Druck von ca. 2 bar eine Temperatur von etwa 115°C. Bei einem Massenstrom von ca. 250 kg/s sind ca. 40% Wasser enthalten. Mit einem separaten Wasser-Kreislauf kann ein Wassermassenstrom von ca. 1050 kg/s auf etwa 105°C aufgeheizt werden. Für die Aufheizung eines solchen Wassermassenstroms ist der Wärmetauscher 33 die als „Wärmequelle” nutzbare Anlagenkomponente. Aber auch die Leitung 26 kann als Wärmequelle fungieren. Mit dem Wassermassenstrom können die als „Wärmesenke” genutzten Anlagenkomponenten Wärmetauscher WT1 und/oder WT3 und/oder WT6 und/oder WT10 und/oder WT9 betrieben werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Wasser gesättigte CO₂ in jedem Fall vor der Kompression abgekühlt und von einem Großteil des Wassers befreit werden muss. Im Volllastfall kann das CO₂ mit den genannten Wärmetauschern WT1 und/oder WT3 und/oder WT6 und/oder WT9 und/oder WT10 auf eine Temperatur von 60°C und einen Wassergehalt von 4% gesenkt werden.
– Das in der CO₂-Kompression 27 auf 200 bar und 190°C komprimierte CO₂ muss für die weitere Verarbeitung kondensiert bzw. abgekühlt werden. Der CO₂-Massenstrom beträgt ca. 150 kg/s. Mit diesem CO₂-Massenstrom können die als „Wärmesenke” genutzten Anlagenkomponenten Wärmetauscher WT2 oder alternativ WT4 oder WT7 und WT5 oder WT9 betrieben werden. Als „Wärmequelle” genutzte Anlagenkomponenten sind hierbei der Wärmetauscher 35 und/oder die Leitung 28.
– In der Zwischenkühlung der CO₂-Kompression 27 wird das CO₂ von ca. 65°C auf ca. 35°C heruntergekühlt. Hiermit können die als „Wärmesenke” genutzten Anlagenkomponenten Wärmetauscher WT8 und/oder WT11 betrieben werden. Hierbei werden die Wärmetauscher 37 als „Wärmequellen” ausbildenden Anlagenkomponenten genutzt.
– In der Zwischenkühlung des Absorbers 20 wird die Waschlösung, die sich aufgrund der Absorptionswärme auf Ca. 60°C erwärmt, wieder auf ca. 40°C heruntergekühlt um die CO₂-Aufnahmefähigkeit der Waschlösung zu verbessern. Diese Kühlung erfolgt mittels der als „Wärmequelle” genutzten Anlagenkomponenten Wärmetauscher 36. Mit der dadurch gewonnenen thermischen Energie können die als „Wärmesenke” genutzten Anlagenkomponenten Wärmetauscher WT8 und/oder WT11 betrieben werden.
– Der Rücklauf 31 des Reboilers hat eine Temperatur von ca. 120°C. Der Massenstrom an warmem Wasser beträgt ca. 220 kg/s. Damit können die Wärmetauscher WT12 und/oder WT15 und/oder WT16 betrieben werden. Der Wärmetauscher 24 stellt in diesem Fall (7 und 8) eine als „Wärmequelle” genutzte Anlagenkomponente dar.

Als „Wärmesenken” im Ausführungsbeispiel eines Steinkohle befeuerten 850 MW_el Kraftwerksblocks dienen:

– Die ND-Vorwärmstrecke 10 mit einer Temperaturspanne von 20 bis 120°C. Hier sind die Wärmetauscher WT1, WT2, WT5, WT12 und WT15 hinzugefügt.
– Die HD-Vorwärmstrecke 13 mit einer Temperaturspanne von 160 bis 290°C. Hier ist der Wärmetauscher WT14 hinzugefügt. Dies ist ein Sonderfall, da hier nicht direkt aus CO₂-Wäsche/Kompression beheizt wird, sondern aus einem Luvo-Bypass 59, der durch WT10 möglich wird.
– Das Fernwärmeauskopplungssystem mit einer Temperaturspanne von 46 bis 136°C. Hier sind die Wärmetauscher WT3, WT4 und WT16 hinzugefügt.
– Die Frischluftvorwärmung wobei die Frischluft je nach Jahreszeit mit einer Temperatur zwischen –10 und 30°C vorliegt. Hier ist der Wärmetauscher WT10 hinzugefügt.
– Im Fall einer teilweisen Behandlung des Rauchgases werden die rückführbaren Wärmemengen aus der CO₂-Wäsche/Kompression geringer, so dass hier auch Abwärmen aus der Absorberzwischenkühlung (36) oder der der Kompressionszwischenkühlung (37) im Wärmetauscher WT11 zu verwenden sind.
– Die Trocknungsanlage für den Brennstoff (bei Braunkohle), wobei der Brennstoff mit einer Eingangstemperatur von 15°C vorliegt. Hier ist der Wärmetauscher WT9 hinzugefügt. Im Fall einer teilweisen Behandlung des Rauchgases werden die rückführbaren Wärmemengen aus der CO₂-Wäsche/Kompression geringer, so dass Abwärmen aus der Absorberzwischenkühlung (37) der der Kompressionszwischenkühlung (36) im Wärmetauscher WT8 zu verwenden sind.

Der WT11 überträgt Wärme aus einem Teilstrom 33 der Desorberkopfwärme auf die ND-Vorwärmstrecke (10). Hier wird ca. 50% (100% bei 200 MW Fernwärmeauskopplung) des ankommenden Kondensats von 20 (29°C bei 200 MW Fernwärmeauskopplung) auf 100°C erwärmt. Dabei werden ca. 32 MW (ca. 60 MW bei 200 MW Fernwärmeauskopplung) auf den Wasser-Dampf-Kreislauf übertragen. Die Wirkungsgradsteigung durch diesen Wärmetauscher WT1 beträgt 0,38%-Punkte (0,79%-Punkte bei 200 MW Fernwärmeauskopplung).
Der WT2 überträgt Wärme (25) aus der letzten Stufe der CO₂-Kompression auf die ND-Vorwärmstrecke (10). Hier wird ca. 50% des ankommenden Kondensats von 20 auf 120°C erwärmt. Dabei werden ca. 49 MW auf den Wasser-Dampf-Kreislauf übertragen. Die Wirkungsgradsteigerung durch diesen Wärmetauscher WT2 beträgt 1,19%-Punkte. Dieser Wärmetauscher wird alternativ zum WT4 eingesetzt, welcher nur eingesetzt wird, wenn Fernwärme (44) ausgekoppelt wird.
Der WT3 überträgt Wärme (33) aus einem Teilstrom der Desorberkopfwärme auf den Fernwärmekreislauf (44). Hier wird ca. 60% des Fernwärmerücklaufs von 46°C auf 100°C erwärmt. Dabei werden ca. 80 MW auf den Fernwärmekreislauf 44 übertragen. Die Wirkungsgradsteigerung durch diesen Wärmetauscher WT3 beträgt 1,70%-Punkte.
Der WT4 überträgt Wärme 35 aus der letzten Stufe der CO₂-Kompression 27 auf den Fernwärmekreislauf 44. Hier wird Ca. 20% des Fernwärmerücklaufs von 46°C auf 136°C erwärmt. Dabei werden ca. 40 MW auf den Fernwärmekreislauf 44 übertragen. Die Wirkungsgradsteigerung durch diesen Wärmetauscher WT4 beträgt 1,36%-Punkte. Dieser Wärmetauscher wird alternativ zum WT2 eingesetzt, der nur eingesetzt wird, wenn keine Fernwärme ausgekoppelt wird.
Der WT5 überträgt Wärme (35) aus der letzten Stufe der CO₂-Kompression 27 auf die ND-Vorwärmstrecke 10. Der Wärmetauscher WT5 wird allerdings nicht direkt aus der CO₂-Kompression gespeist sondern vorzugsweise aus dem Rücklauf aus WT4. Der Wärmetauscher WT5 wird also vorzugsweise nur eingesetzt, wenn der Wärmetauscher WT4 arbeitet, also wenn Fernwärme ausgekoppelt wird. Grund dafür ist, dass der Rücklauf von WT4 mit ca. 50°C deutlich höher ist als der von WT2 mit 25°C und somit sich noch dazu eignet sowohl den komprimierten CO₂-Strom weiter abzukühlen als auch 100% des Kondensates von 20 auf 30°C aufzuwärmen. Dabei werden ca. 10 MW auf das Kondensat vor den ND-Vorwärmern übertragen. Die Wirkungsgradsteigerung durch diesen Wärmetauscher beträgt 0,36%-Punkte.
Der WT6 überträgt Wärme (33) aus einem Teilstrom der Desorberkopfwärme auf den Fernwärmekreislauf 44. Hier wird in der Ausführungsform gemäß 4 eine Fernwärmeerzeugung betrachtet, die ausschließlich mit Abwärme aus der CO₂-Wäsche/Kompression 58/27 gespeist wird. Dabei werden ca. 30 MW auf den Fernwärmkreislauf 44 übertragen.
Der WT7 überträgt Wärme (35) aus der letzten Stufe der CO₂-Kompression 27 auf den Fernwärmekreislauf 44. Hier wird (4) eine Fernwärmeerzeugung betrachtet, die ausschließlich mit Abwärme aus der CO₂-Wäsche/Kompression 58/27 gespeist wird. Dabei werden ca. 20 MW auf den Fernwärmkreislauf übertragen.
Der WT10 überträgt Wärme (33) aus einem Teilstrom der Desorberkopfwärme auf die Frischluft 50. Dabei werden ca. 57 MW Wärme auf die Frischluft übertragen, die bei einem Massenstrom von ca. 640 kg/s mit 15°C eintritt und mit 100°C austritt. Die Wirkungsgradsteigerung durch diesen Wärmetauscher beträgt 1,22%-Punkte (1,16%-Punkte bei 200 MW Fernwärmeauskopplung).
Der Wärmetauscher WT11 kann auf zwei Weisen betrieben werden: a) durch Abwärme (36) aus der Absorberzwischenkühlung oder b) durch die Kompressionszwischenkühlung (37). Auf beide Weisen wird der WT11 mit einer Vorlauftemperatur von ca. 60°C eingesetzt. Dieser Wärmetauscher WT11 kann eingesetzt werden, wenn nur ein geringer Teilstrom des Rauchgases in der CO₂-Wäsche/Kompression 58/27 behandelt wird. Damit wird die rückführbare Wärmemenge aus der CO₂-Wäsche/Kompression 58/27 geringer, so dass Abwärmen aus der Absorberzwischenkühlung 36 oder der Kompressionszwischenkühlung 37 im WT11 zu verwenden sind.
Der WT14 wird mittels eines Luvo-Bypasses 59 betrieben. Dieser Wärmetauscher WT14 kann eingesetzt werden, da durch den WT10 die Frischluft um ca. 85°C wärmer in den Luvo 57 eintritt. Die Luvoaustrittstemperatur der Frischluft ist allerdings auf 340°C begrenzt, so dass hier durch den Luvo-Bypass 59 Wärme auf einem höheren Temperaturniveau abgenommen werden muss. In diesem Wärmetauscher WT14 werden ca. 150 kg/s Rauchgas von 380°C auf 170°C abgekühlt. Auf der anderen Seite kann durch diese Wärmemenge ca. 200 kg/s Wasser von 160°C auf 205°C aufgeheizt werden. Dieser Wassermassenstrom wird zur Überbrückung des ersten HD-Vorwärmers der Hochdruckerwärmung 13 eingesetzt. Mit diesem Wärmetauscher WT14 werden ca. 40 MW übertragen. Die Wirkungsgradsteigerung durch diesen Wärmetauscher WT14 beträgt 1,3%-Punkte (ebenfalls bei 200 MW Fernwärme auch).
Der Wärmetauscher WT16 überträgt Wärme (35) aus dem Reboiler-Rücklauf S1 auf den Fernwärmekreislauf 44. Hier wird der gesamte Fernwärmemassenstrom von 95°C auf 105°C erwärmt. Der Reboiler-Rücklauf S1 wird dabei von ca. 120°C auf 100°C abgekühlt. Dabei werden ca. 20 MW an Wärme übertragen. Der Wärmetauscher wird zwischen dem dritten und vierten Wärmetauscher des im Ausführungsbeispiel der 2, 3, 7 und 8 jeweils vier Wärmetauscher aufweisenden Fernwärmekreislaufes 44 eingesetzt und verringert den Bedarf an KZÜ-Dampf erheblich. Die Wirkungsgradsteigerung durch den Wärmetauscher WT16 beträgt 0,90%-Punkte.
Die Wärmetauscher WT12 und WT15 übertragen Wärme aus dem Reboiler-Rücklauf S1 auf die ND-Vorwärmstrecke. Hier wird vorzugsweise der gesamte im WT1 auf 100°C aufgewärmte Massenstrom auf 116°C erwärmt. Der Reboiler-Rücklauf wird dabei von ca. 120°C auf 110°C abgekühlt. Dabei werden Ca. 8 MW an Wärme übertragen. Diese Wärmetauscher WT12 und WT15 sind sowohl zwischen dem vierten und fünften Wärmetauscher der in den Ausführungsbeispielen der 1, 2, 7 und 8 jeweils fünf Wärmetauscher aufweisenden ND-Vorwärmstrecke der Niederdruckvorwärmung 10 eingesetzt und verringern den Bedarf an MD-Dampf. Die Wirkungsgradsteigerung durch diesen Wärmetauscher beträgt 0,4%-Punkte.
Der WT9 überträgt Wärme aus: a) einem Teilstrom der Desorberkopfwärme (33) und b) der letzten Stufe der CO₂-Kompression (35) auf den Brennstoff, um ihn von 15°C ausgehend vorzuwärmen.
Der Wärmetauscher WT8 kann auf zwei Weisen betrieben werden: a) durch Abwärme aus der Absorberzwischenkühlung 36 oder b) durch die Kompressionszwischenkühlung 37. Auf beide Weisen wird der WT8 mit einer Vorlauftemperatur von Ca. 60°C eingesetzt.
Legt man ein Kraftwerk 1 mit einer 200 MW thermischen Fernwärmeauskoppelung ohne die erfindungsgemäße Abwärmenutzung zugrunde, kann man von einem elektrischen Gesamtbruttowirkungsgrad von 31,4% und einem Nettowirkungsgrad von 25,91% bei einem elektrischen Eigenbedarf von 94 MW ausgehen. Wenn bei einem solchen Kraftwerk die Wärmetauscher WT1, WT2, WT10, WT14 und WT12 oder WT15 eingesetzt und in Betrieb sind, beträgt der Gesamtbruttowirkungsgrad des Kraftwerkblocks einschließlich der kompletten CO₂-Wäsche/CO₂-Kompression durch die Rückeinkoppelung der Wärme 43,13% bei einem Nettowirkungsgrad von 37,42% und einem elektrischen Eigenbedarf von ca. 93 MW. Im Vergleich zu einem identischen Kraftwerk ohne CO₂-Wäsche bedeutet dies einen Gesamtnettowirkungsgradverlust von 7,83%-Punkten, wobei durch die erfindungsgemäße Wärmerückkoppelung dieser Gesamtnettowirkungsgradverlust um 4,56%-Punkte vermindert wird, durch den Einsatz der CO₂-Wäsche/Kompression also lediglich noch ein Gesamtnettowirkungsgradverlust von 3,27%-Punkten eintritt.
Bei einem Kraftwerk mit Fernwärmeauskopplung, bei welchem dann die Wärmetauscher WT1, WT3, WT4, WT5, WT10, WT14 und WT16 eingesetzt und in Betrieb sind, lässt sich dann ein elektrischer Gesamtbruttowirkungsgrad des Kraftwerksblockes mit vollständiger CO₂-Wäsche/CO₂-Kompression und Rückeinkopplung der wärme bei 200 MW thermischer Wärmeauskopplung von 39,31% erreichen. Der Nettowirkungsgrad liegt dann bei 33,64% bei einem elektrischen Eigenbedarf von 93 MW. Damit liegt der Gesamtnettowirkungsgrad einer solchen Gesamtanlage dann um 7,73%-Punkte über dem eines identischen Prozesses ohne erfindungsgemäße Rückeinkopplung von Abwärme.

Claims

Verfahren zur Wärmerückgewinnung mittels Verbindung mehrerer Wärmeströme eines fossil befeuerten, insbesondere kohlebefeuerten, Kraftwerks (1) mit der Verbrennung nachgeschalteter CO₂-Wäsche (58) des Rauchgases mittels chemischer Absorption und zugeordneter CO₂-Kompression (27), dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Wärmestrom der CO₂-Wäsche (58) mit zugeordneter CO₂-Kompression (27) thermische Energie in Form mindestens eines Teilwärmestroms (Q₈, Q₉, Q₁₀, Q₁₁) ausgekoppelt und in ein unmittelbar oder mittelbar an den Wärmestrom des Kessels (2) oder Dampferzeugers des Kraftwerks (1) gekoppelten Wärmestrom wieder eingekoppelt wird und/oder dass aus dem Rauchgaswärmestrom (Q₃) thermische Energie in Form mindestens eines Teilwärmestroms (Q₁₂, Q₁₃, Q₁₄) ausgekoppelt und in den Wärmestrom der CO₂-Wäsche (58) mit zugeordneter CO₂-Kompression (27) wieder eingekoppelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der CO₂-Wäsche (58) mit zugeordneter CO₂-Kompression (27) vorhandene thermische Energie mittels mindestens einer dort als Wärmequelle nutzbaren Anlagenkomponente (26, 28, 33, 35, 36, 37) als Teilwärmestrom aus dem Wärmestrom der CO₂-Wäsche (58) mit zugeordneter CO₂-Kompression (27) ent- oder ausgekoppelt wird und/oder im Bereich einer Rauchgasleitung (17) vorhandene thermische Energie mittels mindestens einer dort als Wärmequelle nutzbaren Anlagenkomponente (WT13, WT14, WT17, WT21) aus dem Wärmestrom des Rauchgases ent- oder ausgekoppelt wird und die jeweils durch die Ent- oder Auskoppelung in Form des mindestens einen Teilwärmestromes gewonnene thermische Energie im Bereich des Kraftwerks (1) außerhalb des jeweiligen Ent- oder Auskoppelungsbereiches mittels mindestens einer dort für die gewonnene thermische Energie jeweils als Wärmesenke nutzbaren weiteren Anlagenkomponente (WT1–WT12, WT15, WT16, WT19, WT20) wieder in den Wärmestrom des Kraftwerks (1) eingekoppelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der CO₂-Wäsche (58) mit zugeordneter CO₂-Kompression (27) in einem CO₂-reichen Gasstrom und/oder im verwendeten Absorptionsmittel vorhandene thermische Energie ent- oder ausgekoppelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Rauchgasleitung und/oder im Bereich einer einen Luftvorwärmer (57) umgehenden Bypass-Rauchgasleitung (59) im Rauchgas vorhandene thermische Energie ent- oder ausgekoppelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im Bereich der CO₂-Wäsche (58) mit zugeordneter CO₂-Kompression (27) ent- oder ausgekoppelte thermische Energie außerhalb des Bereiches der CO₂-Wäsche (58) mit zugeordneter CO₂-Kompression (27), insbesondere in den Wasser-Dampf-Kreislauf und/oder einen Fernwärmekreislauf (44) und/oder in eine kohleführende Kohleleitung (55) und/oder eine Frischluftleitung (56), wieder in den Wärmestrom des Kraftwerks (1) eingekoppelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im Bereich der Rauchgasleitung (17) und/oder im Bereich der Bypass-Rauchgasleitung (59) ent- oder ausgekoppelte thermische Energie außerhalb des Bereiches der Rauchgasleitung (17) und/oder der Bypass-Rauchgasleitung (59) in den Wasser-Dampf-Kreislauf und/oder den Fernwärmekreislauf (44) und/oder den Bereich der CO₂-Wäsche (58) mit zugeordneter CO₂-Kompression (27), insbesondere einen Wärmetauscher (24) eines Reboilers (23), wieder eingekoppelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ent- oder Auskoppelung der thermischen Energie mittels einer oder mehrerer am CO₂-Wäsche-Desorber- oder Regeneratorkopf und/oder in CO₂-Strömungsrichtung hinter der CO₂-Kompression und/oder im Bereich der CO₂-Wäsche-Absorberzwischenkühlung und/oder im Bereich der CO₂-Kompression-Zwischenkühlung ausgebildeter Wärmequelle(n) (26, 28, 33, 35, 36, 37) und die Wiedereinkoppelung der thermischen Energie mittels einer oder mehrerer im Bereich der Niederdruckvorwärmung (10) und/oder in Kondensatströmungsrichtung vor der Niederdruckvorwärmung (10) und/oder in einem Fernwärmekreislauf (44) und/oder in einer Frischlufterwärmung und/oder in einer Kohletrocknung ausgebildeten/ausgebildeter und wärmeenergieleitungsmäßig mit der/den Wärmequelle(n) (26, 28, 33, 35, 36, 37) verbundene(n) Wärmesenke(n) (WT1, WT2, WT3, WT4, WT5, WT6, WT7, WT8, WT9, WT10, WT11, WT12) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ent- oder Auskoppelung der thermischen Energie mittels einer oder mehrerer in der Rauchgasleitung und/oder in der Bypass-Rauchgasleitung (59) ausgebildeter Wärmequelle(n) (WT13, WT14, WT17, WT21) und die Wiedereinkoppelung der thermischen Energie in den Wasser-Dampf-Kreislauf im Bereich der Niederdruckvorwärmung (10) und/oder der Hochdruckvorwärmung (13) und/oder in den Fernwärmekreislauf (44) und/oder in den Bereich der CO₂-Wäsche (58), insbesondere in den Reboiler (23), vorzugsweise einen Wärmetauscher (24) des Reboilers (23), durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im Bereich der CO₂-Wäsche (58) mit zugeordneter CO₂-Kompression (27) ent- oder ausgekoppelte thermische Energie mittels in einem Rankine-Kreislauf (69) angeordneter Wärmetauscher (WT19, WT20) wieder in den Wärmestrom des Kraftwerks (1) eingekoppelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einem Kraftwerk nach einem der Ansprüche 11–29 durchgeführt wird.
Kraftwerk, insbesondere fossil befeuertes und vorzugsweise kohlebefeuertes Kraftwerk (1), mit einer der Verbrennung nachgeschalteten CO₂-Wäsche (58) des Rauchgases mittels chemischer Absorption und zugeordneter CO₂-Kompression (27), dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der CO₂-Wäsche (58) mit zugeordneter CO₂-Kompression (27) mindestens eine als Wärmequelle genutzte und die Ent- oder Auskoppelung von thermischer Energie aus dem Wärmestrom der CO₂-Wäsche mit zugeordneter CO₂-Kompression bewirkende Anlagenkomponente (26, 28, 33, 35, 36, 37) angeordnet und/oder ausgebildet ist und/oder im Bereich einer Rauchgasleitung (17) und/oder einer einen Luftvorwärmer (57) umgehenden Bypass-Rauchgasleitung (59) mindestens eine als Wärmequelle genutzte und die Ent- oder Auskoppelung von thermischer Energie aus dem Rauchgasstrom bewirkende Anlagenkomponente (WT13, WT14, WT17, WT21) angeordnet und/oder ausgebildet ist und im Bereich des Kraftwerks (1) mindestens eine mit dieser Anlagenkomponente wärmeenergieleitungsmäßig verbundene sowie als Wärmesenke (WT1, WT2, WT3, WT4, WT5, WT6, WT7, WT8, WT9, WT10, WT11, WT12) genutzte und die Wiedereinkoppelung der entkoppelten oder ausgekoppelten thermischen Energie in den Wärmestrom des Kraftwerks (1) außerhalb des jeweiligen Ent- oder Auskoppelungsbereiches bewirkende, vorzugsweise weitere, Anlagenkomponente (WT1–WT12, WT15, WT16, WT19, WT20) angeordnet und/oder ausgebildet ist.
Kraftwerk (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass am CO₂-Wäsche-Desorber- oder Regeneratorkopf und/oder in CO₂-Strömungsrichtung hinter der CO₂-Kompression (27) und/oder im Bereich der CO₂-Wäsche-Absorberzwischenkühlung und/oder im Bereich der CO₂-Kompression-Zwischenkühlung eine oder mehrere zur Wärmeübertragung als Wärmequelle(n) genutzte Anlagenkomponente(n) (33, 35, 36, 37) angeordnet und/oder ausgebildet ist/sind, die jeweils in ein Wärmeträgermedium führender Weise wärmeenergieleitungsmäßig mit einer oder mehreren im Bereich der Niederdruckvorwärmung (10) und/oder in Kondensatströmungsrichtung vor der Niederdruckvorwärmung (10) und/oder in einem Fernwärmekreislauf (44) und/oder in der Frischlufterwärmung und/oder in der Kohletrocknung angeordneten und als Wärmesenke(n) eine Wärmeübertragung bewirkenden Anlagenkomponente(n) (WT1, WT2, WT3, WT4, WT5, WT6, WT7, WT8, WT9, WT10, WT11, WT12) verbunden ist/sind.
Kraftwerk (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der CO₂-Wäsche (58) mit zugeordneter CO₂-Kompression (27) mindestens eine, eine Wärmequelle, insbesondere für ein separates Wärmeträgermedium, ausbildende Anlagenkomponente, vorzugsweise ein Wärmetauscher (33, 35), ausgebildet und in der wärmeenergieleitungsmäßig ein Medium, vorzugsweise das separate Wärmeträgermedium, führenden Weise mit mindestens einer im Bereich des Kraftwerks (1) angeordneten weiteren, eine Wärmesenke, insbesondere für das separate Wärmeträgermedium, ausbildenden Anlagenkomponente, vorzugsweise einem weiteren Wärmetauscher (WT1, WT2, WT3, WT4, WT5, WT6, WT7, WT8, WT9, WT10, WT11), verbunden ist, wobei eine oder mehrere der aus einem Wärmetauscher (33) am CO₂-Wäsche-Desorber- oder Regeneratorkopf und/oder einem Wärmetauscher (35) hinter der CO₂-Kompression und/oder einem Wärmetauscher (36) der CO₂-Wäsche-Absorberzwischenkühlung und/oder einem Wärmetauscher (37) der CO₂-Kompression-Zwischenkühlung ausgewählte(n) Anlagenkomponente(n) je einen als Wärmequelle fungierenden Wärmetauscher (33, 35, 36, 37,) und/oder eine nach einem Desorber (22) hoch CO₂-haltiges Gas führende Leitung (26) eine als Wärmequelle genutzte Anlagenkomponente und/oder eine nach der CO₂-Kompression flüssiges CO₂ führende Leitung (28) eine als Wärmequelle genutzte Anlagenkomponente(n) sowie eine oder mehrere der aus einem Wärmetauscher der Niederdruckvorwärmung (WT1, WT2) und/oder einem Wärmetauscher vor der Niederdruckvorwärmung (WT5) und/oder einem Wärmetauscher im Fernwärmekreislauf (WT3, WT4, WT6, WT7) und/oder einem Wärmetauscher der Kohletrocknung (WT8, WT9) und/oder einem Wärmetauscher der Frischlufterwärmung (WT10, WT11) ausgewählte(n) Anlagenkomponente(n) je einen als Wärmesenke fungierenden weiteren Wärmetauscher (WT1–WT11) ausbilden.
Kraftwerk (1) nach einem der Ansprüche 11–13, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Wärmequelle ausbildende Wärmetauscher (33) am CO₂-Wäsche-Desorber- oder Regeneratorkopf wärmeenergieleitungsmäßig mit einem eine Wärmesenke ausbildenden Wärmetauscher (WT1, WT2) der Niederdruckvorwärmung (10), insbesondere mit dem einer stromaufwärtsseitig zur Kondensatströmungsrichtung gelegenen Kondensatpumpe (9) nächstgelegenen Wärmetauscher (WT1), verbunden ist.
Kraftwerk (1) nach einem der Ansprüche 11–14, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Wärmequelle ausbildende Wärmetauscher (35) hinter der CO₂-Kompression wärmeenergieleitungsmäßig mit einem eine Wärmesenke ausbildenden Wärmetauscher (WT1, WT2) der Niederdruckvorwärmung (10), insbesondere dem in Kondensatströmungsrichtung einem Speisewasserbehälter (11) nächstgelegenen Wärmetauscher (WT2), und/oder dem eine Wärmesenke ausbildenden Wärmetauscher (WT5) vor der Niederdruckvorwärmung (10) verbunden ist.
Kraftwerk (1) nach einem der Ansprüche 11–15, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (WT5) vor der Niederdruckvorwärmung (10) in einer Kondensatleitung (14) in Kondensatströmungsrichtung hinter einer Kondensatpumpe (9) und/oder die Wärmetauscher (WT1, WT2) der Niederdruckvorwärmung (10) in einer von der Kondensatleitung (14) abzweigenden Bypass-Leitung (15) angeordnet ist/sind.
Kraftwerk (1) nach einem der Ansprüche 11–16, dadurch gekennzeichnet, dass der Rücklauf des Wärmetauschers (WT2) der Niederdruckvorwärmung (10) wärmeenergieleitungsmäßig mit dem Vorlauf des Wärmetauschers (WT5) vor der Niederdruckvorwärmung verbunden ist.
Kraftwerk (1) nach einem der Ansprüche 11–17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmeträgermedium in einem vom Wärmetauscher (35) hinter der CO₂-Kompression (27), dem in Kondensatströmungsrichtung einem Speisewasserbehälter (11) nächstgelegenen Wärmetauscher (WT2) und dem Wärmetauscher (WT5) vor der Niederdruckvorwärmung (10) gebildeten Kreislauf und/oder in einem vom Wärmetauscher (33) am CO₂-Wäsche-Desorber- oder Regeneratorkopf und dem zu einer in stromaufwärtsseitiger Kondensatströmungsrichtung gelegenen Kondensatpumpe (9) nächstgelegenen Wärmetauscher (WT1) gebildeten Kreislauf jeweils durch diese Wärmetauscher (35, WT2, WT5; 33, WT1) geführt ist.
Kraftwerk (1) nach einem der Ansprüche 11–18, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (33) am CO₂-Wäsche-Desorber- oder Regeneratorkopf und/oder der Wärmetauscher (35) hinter der CO₂-Kompression mit einem oder mehreren in dem Fernwärmekreislauf (44) angeordneten Wärmetauscher(n) (WT3, WT4, WT6, WT7) wärmeenergieleitungsmäßig verbunden ist/sind.
Kraftwerk (1) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass einer oder mehrere der in dem Fernwärmekreislauf (44) angeordneten Wärmetauscher (WT3, WT4, WT6, WT7) mit einem oder mehreren der der Niederdruckvorwärmung (10) zu- oder vorgeordneten Wärmetauscher(n) (WT1, WT2, WT5) wärmeenergieleitungsmäßig verbunden ist/sind.
Kraftwerk (1) nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (WT5) vor der Niederdruckvorwärmung (10) im Rücklauf des in dem Fernwärmekreislauf (44) angeordneten Wärmetauschers (WT4) und/oder im Rücklauf des der Niederdruckvorwärmung (10) zugeordneten Wärmetauschers (WT2) angeordnet ist.
Kraftwerk (1) nach einem der Ansprüche 11–21, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeenergiezufuhr für den Reboiler oder Verdampfer (23) in den Fernwärmekreislauf (44) integriert ausgebildet ist.
Kraftwerk (1) nach einem der Ansprüche 11–22, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (33) am CO₂-Wäsche-Desorber- oder Regeneratorkopf und/oder der Wärmetauscher (35) hinter der CO₂-Kompression (27) mit einem oder mehreren in einer mit einer Kohlemühle (54) verbundenen Kohleleitung (55) des Kraftwerks (1) angeordneten Wärmetauscher(n) (WT8, WT9) wärmeenergieleitungsmäßig verbunden ist/sind.
Kraftwerk (1) nach einem der Ansprüche 11–23, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (33) am CO₂-Wäsche-Desorber- oder Regeneratorkopf und/oder der Wärmetauscher (35) hinter der CO₂-Kompression mit einem oder mehreren in einer dem Kessel (2) des Kraftwerks (1) Frischluft zuführenden Frischluftzuleitung (56) angeordneten Wärmetauscher(n) (WT10, WT11) wärmeenergieleitungsmäßig verbunden ist/sind.
Kraftwerk (1) nach einem der Ansprüche 11–24, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein in der Bypass-Rauchgasleitung (59) angeordneter Wärmetauscher (WT13, WT14) mit dem Wasser-Dampf-Kreislauf des Kraftwerks (1) im Bereich der Niederdruckvorwärmung (10) oder der Hochdruckvorwärmung (13) wärmerenergieleitungsmäßig verbunden ist.
Kraftwerk (1) nach einem der Ansprüche 11–25, dadurch gekennzeichnet, dass ein in der Bypass-Rauchgasleitung (59) angeordneter Wärmetauscher (WT17) wärmeenergieleitungsmäßig mit dem Fernwärmekreislauf (44) verbunden ist.
Kraftwerk (1) nach einem der Ansprüche 11–26, dadurch gekennzeichnet, dass ein in der Bypass-Rauchgasleitung (59) angeordneter Wärmetauscher (WT21) wärmeenergieleitungsmäßig mit dem Reboiler (23) und/oder einem Wärmetauscher (24) des Reboilers (23) verbunden ist.
Kraftwerk (1) nach einem der Ansprüche 11–27, dadurch gekennzeichnet, dass im Reboilerrücklauf (S₁) ein wärmeleitungsmäßig mit dem Fernwärmekreislauf (44) verbundener Wärmetauscher (WT16) und/oder ein mit dem Wasser-Dampf-Kreislauf des Kraftwerks (1), vorzugsweise im Bereich der Niederdruckvorwärmung (10), wärmeleitungsmäßig verbundener Wärmetauscher (WT12) angeordnet ist.
Kraftwerk (1) nach einem der Ansprüche 11–28, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (33) am CO₂-Wäsche-Desorber oder -Regeneratorkopf und/oder der Wärmetauscher (35) hinter der CO₂-Kompression (27) und/oder der Wärmetauscher (36) der CO₂-Wäsche-Absorberzwischenkühlung und/oder der Wärmetauscher (37) der CO₂-Kompression-Zwischenkühlung wärmeleitungsmäßig mit einem in einem Rankine-Kreislauf (69) angeordneten Wärmetauscher (WT19, WT20) verbunden ist/sind.