DE4323469C2 - Verfahren zum Betrieb eines mit einem trocknungsbedürftigen Brennstoff, insbesondere mit Braunkohle, befeuerten Kraftwerks - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines mit einem trocknungsbedürftigen Brennstoff, insbesondere mit Braunkohle, befeuerten Kraftwerks mit einem Kraftwerkskessel, einem Konvektionszug, zumindest einer Mahltrocknungsanlage und zumindest einer Dampfturbine, wobei

• a) der Brennstoff in der Mahltrocknungs­ anlage mit einem Rauchgasstrom ge­ trocknet wird, der hinter dem Kon­ vektionszug abgeführt und mit einer Temperatur von 300 bis 400°C, vor­ zugsweise von etwa 350°C, in die Mahltrocknungsanlage eingeführt wird,
• b) der aus der Mahltrocknungsanlage aus­ tretende Rauchgas/Brüden/Brennstoff­ strom über einen Abscheider geführt, das den Abscheider verlassende Rauch­ gas/Brüden von dem Brennstoff getrennt und über eine Rauchgasentschwefelungs­ anlage ins Freie abgeführt wird,
• c) der getrocknete Brennstoff mit einem rezirkulierten Teilstrom des Rauch­ gases/Brüdens den Brennern zugeleitet wird,
• d) dem Kraftwerkskessel Verbrennungsluft zugeführt wird, die mit Abdampf oder Anzapfdampf der Dampfturbinenanlage vorgewärmt ist, gemäß Hauptpatent 42 03 713 C2.

Damit gelingt es, den thermodynamischen Wirkungsgrad eines Kraftwerks zu verbessern, und zwar unter Verwendung von kraftwerksüblichen Aggregaten und Komponenten.

Bei einem anderen Verfahren (vgl. Jahrbuch der Dampferzeu­ gungstechnik 1976/77, Vulkanverlag Essen, S. 131 bis 135), wird der Trocknungs-Rauchgasstrom als Teilmengenstrom vor dem Konvektionszug aus dem Rauchgasstrom abgezweigt, nämlich am Ende der Brennkammer abgezogen, und zwar bei einer Temperatur von etwa 1000°C. Dieser heiße Rauchgasteilstrom wird von der Mahltrocknungsanlage angesaugt. In der Mahltrocknungsanlage wird der mit Umgebungstemperatur aufgegebene trocknungsbe­ dürftige Brennstoff getrocknet und gemahlen. Der Rauchgas­ strom aus der Mahltrocknungsanlage mit seinem Brennstoff/- Brüden-Gemisch wird mit einer Temperatur von 130°C den Brennern zugeführt. Ein Nachteil dieser bekannten Maßnahmen liegt darin, daß etwa 12% des eingesetzten Brennstoffes allein dafür benötigt werden, die trocknungsbedürftige Kohle zu trocknen. Rauchgas mit hoher Temperatur wird für den Trocknungsvorgang gleichsam entwertet, der physikalisch auch bei niedrigerer Temperatur durchgeführt werden könnte. Das führt zu einem schlechten thermodynamischen Wirkungsgrad.

Im übrigen ist es bekannt, die Trocknung von Rohbraunkohle außerhalb der Kraftwerkstechnik, z. B. im Rahmen einer Brikettherstellung, in Röhrentrocknern vorzunehmen. Dazu wird die trocknungsbedürftige Rohbraunkohle einer Vorzerkleinerung unterworfen und danach durch Röhren geführt, die von außen mit Dampf beheizt werden. Die Temperatur des Trocknungs­ dampfes beträgt am Eintritt etwa 200°C. Der Trocknungsdampf kondensiert bei der Trocknung. Andererseits ist vorgeschlagen worden, trocknungsbedürftige Brennstoffe, insbesondere Roh­ braunkohle, in Wirbelschichttrocknern vorzutrocknen. Hierbei wird ebenfalls mit Dampf getrocknet, der durch Heizflächen geführt wird, die in die Wirbelschicht eingetaucht sind (vgl. Tagungsband VGB TB 212, V40, - VGB-Konferenz 1990 "Trocknung von Braunkohle in der Dampf-Wirbelschicht", H.-J. Weiß et al.). Auch die Wirbelschichttrocknung ist bisher groß­ technisch in der Kraftwerkstechnik nicht eingesetzt worden. Der apparative Aufwand ist sehr hoch. Röhrentrockner und Dampf-Wirbelschichttrockner sind bis heute kraftwerks­ unübliche Aggregate und Komponenten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren nach dem Hauptpatent so zu verbessern, daß es einfach an unter­ schiedliche Betriebsverhältnisse anpaßbar ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der rezirkulierte Teilstrom, mit dem der feingemahlene getrocknete Brennstoff in den Kraftwerkskessel einführbar ist, 15 bis 25%, vorzugs­ weise etwa 20%, des gesamten erzeugten Rauchgasmengenstroms ausmacht.

Dadurch läßt sich ohne weiteres gegenüber den eingangs be­ schriebenen bekannten Maßnahmen eine Brennstoffeinsparung von etwa 10% erzielen. Der thermische Wirkungsgrad einer Kraft­ werksanlage kann, wie Untersuchungen auf Basis der üblichen Bilanzgleichungen belegen, beachtlich, zum Beispiel um bis zu 3%-Punkten verbessert werden. Dazu trägt die Tatsache bei, daß die Kondensationswärme des Anzapfdampfes genutzt wird. Im übrigen ist im Rahmen der angegebenen zahlenmäßigen Parameter eine Anpassung an unterschiedliche Betriebsverhältnisse möglich. Handelt es sich bei der Anlage um eine klassische, die zu einer erfindungsgemäßen Anlage umgestaltet wurde, so tritt eine geringe Minderleistung der Dampfturbinenanlage auf, die ohne weiteres in Kauf genommen werden kann. Wird eine Anlage als Neubau errichtet, so wird man die Dampf­ turbinenanlage so vergrößern, daß im Vergleich zu einer entsprechenden klassischen Anlage eine Minderleistung der Dampfturbinenanlage nicht eintritt. Es versteht sich, daß in diesem Falle die Brennstoffeinsparung ein wenig geringer ist.

Im einzelnen bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglichkeiten der Auslegung und Gestaltung. So kann die Trocknung der Braunkohle ausschließlich in der Mahltrockn­ ungsanlage erfolgen. Die Rohbraunkohle besitzt bekanntlich eine Feuchte von über 50%. Bevorzugt wird das Verfahren so geführt, daß der rezirkulierte Teilstrom eine Temperatur von etwa 150°C aufweist. Im Rahmen der Erfindung kann die Verbrennungsluft teilweise von dem Rauchgas/Brüdenstrom be­ heizbar sein, wobei insbesondere der Rauchgas/Brüdenstrom auf 100°C bis 110°C abkühlbar ist.

Im einzelnen sind zwei Ausführungsformen von besonderer Be­ deutung. Bei einer Ausführungsform erfolgt die Erwärmung der Verbrennungsluft unter Verwendung von Anzapfdampf aus der Hochdruckstufe, der Mitteldruckstufe und der Niederdruckstufe der Dampfturbinenanlage. Bei der anderen Ausführungsform er­ folgt die Erwärmung der Verbrennungsluft unter Verwendung von Anzapfdampf der Hochdruckstufe und der Mitteldruckstufe der Dampfturbinenanlage sowie außerdem durch Wärmeaustausch mit dem Rauchgas/Brüdenstrom.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung aus­ führlicher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 das Schema einer Kraftwerks­ anlage,

Fig. 2 entsprechend der Fig. 1 das Schema einer anderen Kraftwerksanlage.

Bei den in den Figuren dargestellten Kraftwerksanlagen handelt es sich um mit trocknungsbedürftigem fossilen Brennstoff, insbesondere mit Braunkohle, betriebenen Kraftwerksanlagen, die für das eingangs erläuterte Verfahren nach dem Hauptpatent eingerichtet sind. Zum grundsätzlichen Aufbau gehören
zumindest ein Kraftwerkskessel 1, der einen Konvek­ tionszug 2 mit Bündelheizflächen 3 aufweist,
eine Einrichtung 4 für die Zuführung von vor­ gewärmter Verbrennungsluft zu dem Kraftwerkskessel 1,
zumindest einer Mahltrocknungsanlage 5 für den trocknungsbedürftigen Brennstoff,
eine Einrichtung 6 zur Einführung des gemahlenen getrockneten Brennstoffes in den Feuerraum 7 des Kraftwerkskessels 1,
ein Rauchgasabzug 8 mit nachgeschalteter Rauchgas­ reinigungsanlage 9 sowie Rauchgaskamin 10 und
eine Dampfturbinenanlage 11, 12, 13, mit Hochdruck­ stufe 11, Mitteldruckstufe 12 und Niederdruckstufe 13.

Eine Generatoranlage 14 für die Erzeugung von elektrischer Energie ist nachgeschaltet und in den Figuren angedeutet.

Man erkennt, daß hinter dem Konvektionszug 2 ein Flug­ ascheabscheider 15 angeordnet ist, durch den der gesamte Rauchgasmengenstrom geführt ist. Die Mahltrocknungsanlage 5 ist an die Gasseite des Flugascheabscheiders 15 angeschlossen und aus der Mahltrocknungsanlage 5 tritt eine Mischung aus feingemahlenem Brennstoff und Brüden (Rauchgas und Wasserdampf) aus. Zwischen der Rauchgasreinigungsanlage 9 und der Mahltrocknungsanlage 5 ist eine Einrichtung 16 zur Feststoffabscheidung angeordnet, in die der aus der Mahltrocknungsanlage 5 austretende feingemahlene Brennstoff und die Brüden eintreten und aus der sie separat abziehbar sind. An den Brüdenabzug 17 der Einrichtung 16 zur Feststoffabscheidung ist eine zur Rauchgasreinigungsanlage 9 führende Brüdenleitung 18 angeschlossen. Die Einrichtung 6 zur Einführung des gemahlenen und getrockneten Brennstoffes weist eine von der Brüdenleitung 18 abgezweigte Teilstromleitung 19 auf, so daß der aus der Einrichtung 16 zur Feststoffabscheidung austretende, feingemahlene und getrocknete Brennstoff mit Hilfe eines Teilmengenstromes der Brüden aus der Teilstromleitung 19 in den Feuerraum 7 des Kraftwerkskessels 1 einführbar ist. Die Einrichtung 4 für die Zuführung der Verbrennungsluft zu dem Kraftwerkskessel 1 weist einen Luftvorwärm-Wärmetauscher 20 auf, der mit Dampf aus der Dampfturbinenanlage 11, 12, 13 beheizbar ist. Die Kraftwerksanlage ist insgesamt so ausgelegt, daß der Teilmengenstrom der Brüden aus der Teilmengen­ stromleitung 19, mit dem der feingemahlene getrocknete Brennstoff in den Kraftwerkskessel 1 einführbar ist, 15% bis 25%, vorzugsweise etwa 20%, des gesamten erzeugten Rauchgasmengenstromes ausmacht. Für den Betrieb mit Braunkohle ist die Mahltrocknungsanlage 5 so ausgelegt, daß der feingemahlene getrocknete Brennstoff eine Restfeuchte von 15% bis 25% aufweist. Die Rohbraunkohle tritt mit einer Feuchte von über 50% in die Mahltrocknungsanlage 5 ein. Wie die in Fig. 1 eingetragenen Temperaturangaben erkennen lassen, sind die Mahltrocknungsanlage 5 sowie die Einrichtung 6 zur Einführung des gemahlenen und getrockneten Brennstoffes so ausgelegt, daß der Teilmengenstrom der Brüden für die Zuführung des Brennstoffes eine Temperatur von 140°C bis 160°C, z. B. von etwa 150°C, aufweist.

In der Fig. 1 erkennt man die Ausführungsform einer Kraftwerksanlage, bei der die Ein­ richtung 4 für die Zuführung der Verbrennungsluft zu dem Kraftwerkskessel 1 einen Luftvorwärm-Wärmetauscher 20 aufweist, der an die Hochdruckstufe 11, die Mittel­ druckstufe 12 und die Niederdruckstufe 13 der Dampf­ turbinenanlage 11, 12, 13 angeschlossen ist. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist demgegenüber die An­ ordnung so getroffen, daß die Einrichtung 4 für die Zuführung der Verbrennungsluft zu dem Kraftwerkskessel 1 einen Luftvorwärm-Wärmetauscher 20 aufweist, der lediglich an die Hochdruckstufe 11 und an die Mittel­ druckstufe 12 der Dampfturbinenanlage 11, 12, 13 ange­ schlossen ist, er ist zusätzlich an einen Wärmetauscher 21 in der Brüdenleitung 18 angeschlossen. Der Brüden­ strom für die Beheizung des Luftvorwärm-Wärmetauschers 20 ist hier vor der Rauchgaswäsche 22 von etwa 150°C auf etwa 110°C oder weniger abkühlbar. Die Wärme wird direkt an die Verbrennungsluft übertragen.

Es versteht sich, daß die erwähnten Leitungen auch aus mehreren, parallel geführten Leitungssträngen bestehen können. Auch die Aggregate und Apparate können parallel geschaltet sein.

Eine Abwandlung der Lehre der Erfindung besteht darin, den getrockneten Brennstoff nicht mit rezirkuliertem Rauchgas, sondern mit vorgewärmter Luft in den Feuer­ raum einzubringen, während alle übrigen Merkmale wie beschrieben beibehalten werden. Das gilt insbesondere für den Teilmengenstrom der Brüden, der in den Kraft­ werkskessel eingeführt wird.

Es versteht sich, daß eine Rauchgasreinigungsanlage regelmäßig aus einem Reststaubabscheider 9 und einer Rauchgasentschwefelungsanlage 22 besteht. In der Praxis wird der Gasstrom hinter der Mühle 5 zumeist als Brüden oder Brüdengas bezeichnet.

Claims (8)

1. Verfahren zum Betrieb eines mit einem trocknungs­ bedürftigen Brennstoff, insbes. mit Braunkohle, befeuerten Kraftwerks mit einem Kraftwerkskessel, einem Konvektions­ zug, zumindest einer Mahltrocknungsanlage und zumindest einer Dampfturbine, wobei

• a) der Brennstoff in der Mahltrocknungsanlage mit einem Rauchgasstrom getrocknet wird, der hinter dem Konvektionszug abgeführt und mit einer Temperatur von 300 bis 400°C, vorzugsweise von etwa 350°C, in die Mahltrocknungsanlage einge­ führt wird,
• b) der aus der Mahltrocknungsanlage austretende Rauchgas/Brüden/Brennstoffstrom über einen Ab­ scheider geführt, das den Abscheider ver­ lassende Rauchgas/Brüden von dem Brennstoff getrennt und über eine Rauchgasentschwefelungs­ anlage ins Freie abgeführt wird,
• c) der getrocknete Brennstoff mit einem rezirkulierten Teilstrom des Rauchgases/Brüdens den Brennern zugeleitet wird,
• d) dem Kraftwerkskessel Verbrennungsluft zuge­ führt wird, die mit Abdampf oder Anzapfdampf der Dampfturbinenanlage vorgewärmt ist, gemäß Hauptpatent 42 03 713 C2,

dadurch gekennzeichnet, daß der rezirkulierte Teilstrom, mit dem der feingemahlene getrocknete Brennstoff in den Kraft­ werkskessel einführbar ist, 15 bis 25%, vorzugsweise etwa 20%, des gesamten erzeugten Rauchgasmengenstromes ausmacht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Trocknung der Braun­ kohle ausschließlich in der Mahltrocknungsanlage erfolgt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der rezirkulierte Teilstrom eine Temperatur von etwa 150°C aufweist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsluft teilweise beheizbar ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Rauchgas/Brüdenstrom auf 100°C bis 110°C abkühlbar ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Erwärmung der Verbrennungsluft unter Ver­ wendung von Anzapfdampf aus der Hochdruckstufe (11), der Mitteldruckstufe (12) und der Niederdruckstufe (13) der Dampfturbinenanlage (11, 12, 13) erfolgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung der Verbrennungsluft unter Verwendung von Anzapfdampf der Hoch­ druckstufe (11) und der Mitteldruckstufe (12) der Dampf­ turbinenanlage (11, 12, 13) sowie außerdem durch Wärme­ austausch mit dem Rauchgas/Brüdenstrom erfolgt.