WO1986007114A1 - Procede de production de courant et de chaleur au moyen d'une installation de chauffe a lit fluidise sous pression - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for electricity and heat generation by means of a pressure-operated fluidized bed furnace, in which the hot flue gases produced in the fluidized bed furnace are dedusted, then expanded to perform work and then cooled in a heat exchanger.
- Fluid bed furnaces have long been state of the art in numerous embodiments for different areas of application. Significant advantages can be seen in the fact that, in contrast to other types of combustion, low-value fuels with a high ballast content, such as ßallastkohle or processing exits, which are a by-product of hard coal processing and have not previously been used, but have been deposited, ver can be burned.
- this type of furnace is comparatively environmentally friendly, since at the low combustion temperatures there are almost no thermal nitrogen oxides and the sulfur oxides can be bound in the combustion chamber by adding suitable absorption agents such as limestone.
- Fluidized bed furnaces can be operated under atmospheric or overpressure conditions, in order to maintain the bed temperature, the heat generated is usually decoupled by means of so-called immersion heating surfaces, which are arranged in the fluidized bed and from a compressed working medium, e.g. Air for a gas turbine or water or water vapor for a steam turbine are flowed through.
- a compressed working medium e.g. Air for a gas turbine or water or water vapor for a steam turbine are flowed through.
- the working capacity of the flue gases can also be used to generate energy.
- the invention is therefore based on the object of further developing the aforementioned method for generating electricity and heat by means of a pressure-operated fluidized bed furnace in such a way that the furnace can be operated in the broadest possible power range and with a high power density.
- the water condensed out in the heat exchanger as a result of the cooling is again fed to the pressure fluidized bed combustion according to a further feature of the invention.
- Separate preparation is usually not necessary lent, since the solid particles carried in the circulating water, such as dust or CaSO 4 , for the most part attach themselves to the bed material and are removed from the fluidized bed with the ash.
- pre-cool the mixture of flue gas and water vapor leaving the fluidized bed firing before or also after its dedusting or partial dedusting and only then to feed it into the gas turbine.
- the expansion in the turbine takes place even at a lower temperature, with the result that the material stress on the turbine is correspondingly reduced and residual amounts of dust in the working fluid prove to be less disruptive.
- the heat generated in the course of pre-cooling at a relatively high temperature level can be used to generate steam.
- FIG. 1 shows a pressure fluidized bed boiler 1 operated at a pressure of, for example, 10 bar, with an integrated fluidized bed 2.
- the combustion air is used as the carrier gas, which is compressed in a compressor 3 and introduced into the fluidized bed via branch lines 4 in a manner known per se.
- the fresh coal is fed into the fluidized bed 2 via a line 5 together with lime, which serves as an absorbent for the sulfur oxides and is supplied via a line 6.
- Hot ash is passed through a pipe
- Heat is coupled out by means of immersion heating surfaces 8, which are arranged within the fluidized bed and through which a heat transfer medium flows.
- Compressed air can be used as the heat transfer medium as the working medium for a gas turbine, or else high-tension steam can be used as the working medium for a steam turbine.
- water is first fed into line 5 via line 9 and then into fluidized bed 2 together with the fuel.
- the performance of the fluidized bed combustion system can be increased considerably since it is now producing te additional amount of heat, without the temperature in the fluidized bed itself increasing, can be drawn off via the water vapor.
- the water flowing in the line 9 can also be sprayed into the fluidized bed 2 via a spray nozzle arrangement 17.
- the resulting mixture of flue gas and water vapor is first fed to a steam generator 11 via a line 10, there to e.g. Cooled 450 ° C, subjected to a coarse dust separation in a cyclone 12 and then in a turbine 13 to a pressure of e.g. 1.1 bar relaxed.
- the energy obtained in the turbine is used both to drive the compressor 3 and to operate a generator 14.
- the flue gas-water vapor mixture leaving the turbine 13 is now fed to the heat exchanger 15, there on e.g. Cooled 80 ° C and partially condensed.
- the heat obtained in the heat exchanger 15, which also contains the heat of vaporization of the water, can e.g. continue to be used for district heating purposes.
- the water required can at least partially also be used as "wet fuel”, e.g. as sewage sludge, as sludge from sedimentation tanks and as dried lignite.
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Description
Verfahren zur Strom- und Wärmeerzeugung mittels einer druckbetriebenen Wirbelbettfeuerung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Strom- und Wärmeerzeugung mittels einer druckbetriebenen Wirbelbettfeuerung, bei dem die in der Wirbelbettfeuerung anfallenden heißen Rauchgase entstaubt, dann arbeitsleistend entspannt und anschließend in einem Wärmetauscher gekühlt werden.
Wirbelbettfeuerungen zählen in zahlreichen Ausführungsformen für verschiedene Anwendungsbereiche seit langem zum Stand der Technik. Wesentliche Vorteile sind darin zu sehen, daß im Gegensatz zu anderen Feuerungstypen auch geringwertige Brennstoffe mit hohem Ballastgehalt, wie z.B. ßallastkohle oder Aufbereitungsabgänge, die als Nebenprodukt bei der Steinkohleaufbereitung anfallen und bisher nicht verwertet, sondern deponiert wurden, ver
brannt werden können. Darüber hinaus ist dieser Feuerungstyp vergleichsweise umweltfreundlich, da bei den niedrigen Verbrennungstemperaturen nahezu keine thermischen Stickoxide entstehen und die Schwefeloxide durch Zugabe geeigneter Absorptionsmittel, wie z.B. Kalkstein, bereits in der Brennkammer gebunden werden können. Diese Vorteile lassen die Wirbelbettfeuerung auch für die Kraftwerkstechnik, z.B. f ü r die gleichzeitige Erzeugung von Strom und nutzbarer Wärme in Heizkraftwerken, als geeignet erscheinen.
Wirbelbettfeuerungen können dabei unter atmosphärischen oder Überdruckbedingungen betrieben werden, wobei zur Einhaltung der Bettemperatur die Auskopplung der erzeugten Wärme meist mittels sogenannter Tauchheizflächen, die in dem Wirbelbett angeordnet sind und von einem komprimierten Arbeitsmedium, wie z.B. Luft für eine Gasturbine oder auch Wasser bzw. Wasserdampf für eine Dampfturbine, durchströmt werden. Bei unter Druck betriebenen Wirbelbettfeuerungen kann darüber hinaus noch die Arbeitsfähigkeit der Rauchgase zur Energieerzeugung genutzt werden.
Im Zusammenhang mit der Anwendung von Wirbelbettfeuerungen im Bereich der Kraftwerkstechnik ergeben sich Nachteile
im Hinblick auf deren Regelbarkeit. Durch die vorgesehene Art der Wärmeauskopplung über Tauchheizflächen, die unmittelbar in dem Wirbelbett eingelagert und in ihrer Geometrie und somit auch in ihrem Wärmeaufnahmevermögen vorgegeben sind, ist sowohl das Leistungsniveau einer solchen Feuerung als auch deren Lastregelgeschwindigkeit von vorneherein festgelegt. Eine weitere Erhöhung der Leistungsdichte, z.B. durch eine Vergrößerung der Brennstoffzufuhr, würde zu überhitzungen in dem Wirbelbett führen, da die erzeugte Wärme über die Tauchheizflachen nicht genügend schnell abgeführt werden könnte.
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren zur Strom- und Warmeerzeugung mittels einer druckbetriebenen Wirbelbettfeuerung derart weiterzuentwickeln, daß die Feuerung in einem möglichst weiten Leistungsbereich und mit hoher Leistungsdichte gefahren werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in die Wirbelbettfeuerung Wasser eingeführt und das entstehende Gemisch aus Rauchgas und Wasserdampf als Arbeitsbzw. Wärmeträgermedium den der Wirbelbettfeuerung nachgeschalteten Aggregaten zugeführt wird.
Durch das gemäß der Erfindung vorgesehene Einleiten von Wasser in das Wirbelbett, das einer direkten Kühlung des Wirbelbettes gleichkommt, kann die Leistung der Feuerung erhöht werden, ohne daß die eingangs geschilderten Nachteile, wie z.B. die Beschädigung von Tauchheizflächen durch überhitzungen, auftreten. Die bei einer Leistungssteigerung anfallende zusätzliche Wärme wird zur Wasserdampferzeugung genutzt. Dadurch erhöht sich die Menge des für die arbeitsleistende Entspannung in der Turbine zur Verfügung stehenden Arbeitsmittels entsprechend. Bedingt "durch die hohe Verdampfungswärme des Wassers können dabei verhältnismäßig große Wärmemengen zusätzlich aus dem Wirbelbett ausgekoppelt und in der Turbine sowie im nachgeschalteten Wärmetauscher genutzt werden. Die Entspannung des Arbeitsmittels in der Turbine erfolgt zweckmäßigerweise auf ein Druck- bzw. Temperaturniveau, das noch ausreichend hoch ist, um die im Wärmetauscher anfallende Wärme, insbesondere die zurückgewonnene Verdampfungswärme des Wassers, nutzbringend, z.B. für Fernwärmezwecke, verwerten zu können.
Das im Wärmetauscher infolge der Abkühlung auskondensierte Wasser wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung erneut der Druck wirbelbettfeuerung zugeführt. Dabei ist eine gesonderte Aufbereitung in der Regel nicht erforder
lieh, da die im Kreislaufwasser mitgeführten Feststoffteilchen, wie z.B. Staub oder auch CaSO4, sich zum grössten Teil an das Bettmaterial anlagern und mit der Asche aus dem Wirbelbett ausgetragen werden.
Unter Umständen kann es sich auch als zweckmäßig erweisen, das die Wirbelbettfeuerung verlassende Gemisch aus Rauchgas und Wasserdampf vor oder auch nach seiner Entstaubung bzw. Teilentstaubung vorzukühlen und erst dann in die Gasturbine einzuspeisen. In diesem Falle erfolgt die Entspannung in der Turbine selbst bei niedrigerer Temperatur mit der Folge, daß die Materialbeanspruchung der Turbine entsprechend reduziert wird und somit Reststaubmengen im Arbeitsmittel sich als weniger störend erweisen. Die im Zuge der Vorkühlung auf relativ hohem Temperaturniveau anfallende Wärme kann dabei zur Dampferzeugung genutzt werden.
Obwohl die bevorzugte Anwendung der Erfindung im Zusammenhang mit einer druckbetriebenen Wirbelbettfeuerung zu sehen ist, ist jedoch ohne weiteres eine Anwendung auch bei atmosphärischen Wirbelbettfeuerungen möglich.
Weitere Erläuterungen sind dem in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel zu entnehme.n.
Die Figur zeigt einen bei einem Druck von z.B. 10 bar betriebenen Druckwirbelbettkessel 1 mit einem integrierten Wirbelbett 2. Als Trägergas dient die Verbrennungsluft, die in einem Kompressor 3 verdichtet und über Zweigleitungen 4 in an sich bekannter Weise in das Wirbelbett eingeleitet wird.
Die Frischkohle wird über eine Leitung 5 zusammen mit Kalk, der als Absorptionsmittel für die Schwefeloxide dient und über eine Leitung 6 zugeführt wird, in das Wirbelbett 2 eingespeist. Heiße Asche wird über eine Leitung
7 aus dem Wirbelbett 2 abgezogen. Ein Teil der im Wirbelbett 2 bei einer Temperatur vo,n etwa 850º C anfallenden
Wärme wird mittels Tauchheizflächen 8, die innerhalb des Wirbelbettes angeordnet und von einem Wärmeträgermedium durchströmt werden, ausgekoppelt. Als Wärmeträgermedium kann dabei komprimierte Luft als Arbeitsmittel für eine Gasturbine oder auch hochgespannter Wasserdampf als Arbeitsmittel für eine Dampfturbine verwendet werden.
Gemäß der Erfindung wird über eine Leitung 9 Wasser zunächst in die Leitung 5 und dann zusammen mit dem Brennstoff in das Wirbelbett 2 eingespeist. Durch diese Maßnahme kann die Leistung der Wirbelschichtfeuerungsanlage erheblich hochgefahren werden, da die nunmehr produzier
te zusätzliche Wärmemenge, ohne daß sich die Temperatur im Wirbelbett selbst erhöht, über den Wasserdampf abgezogen werden kann. Ggf. kann das in der Leitung 9 strömende Wasser auch über eine Sprühdüsenanordnung 17 in das Wirbelbett 2 eingesprüht werden.
Das entstehende Gemisch aus Rauchgas und Wasserdampf wird zunächst über eine Leitung 10 einem Dampferzeuger 11 zugeleitet, dort auf z.B. 450º C abgekühlt, in einem Zyklon 12 einer Grobstaubabscheidung unterzogen und anschließend in einer Turbine 13 auf einen Druck von z.B. 1,1 bar entspannt.
Die in der Turbine gewonnene Energfe wird sowohl zum Antrieb des Kompressors 3 als auch zum Betreiben eines Generators 14 genutzt.
Das die Turbine 13 verlassende Rauchgas-Wasserdampf-Gemisch wird nunmehr dem Wärmetauscher 15 zugeführt, dort auf z.B. 80° C abgekühlt und dabei partiell kondensiert. Die im Wärmetauscher 15 gewonnene Wärme, die die Verdampf ungswärme des Wassers mit enthält, kann z.B. für Fernwärmezwecke weitergenutzt werden.
Während das im Wärmetauscher 15 anfallende Rauchgas über einen Kamin 16 in die Atmosphäre abgeleitet wird, wird das auskondensierte Wasser gesammelt und zusammen mit
dem ausgewaschenen Feinstaub sowie weiteren ausgewaschenen Schadstoffen über die Leitung 9 erneut der Wirbelbettfeuerung zugeführt.
Gemäß der Erfindung kann das benötigte Wasser zumindest teilweise auch als "nasser Brennstoff", wie z.B. als Klärschlamm, als Schlamm aus Absetzbecken sowie als getrocknete Braunkohle, zugeführt werden.
Claims
1. Verfahren zur Strom- und Wärmeerzeugung mittels einer druckbetriebenen Wirbelbettfeuerung, bei der die heißen Rauchgase entstaubt, dann arbeits lei stend entspannt und anschließend einem Wärmetauscher zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in die Wirbelbettfeuerung Wasser eingeführt und das entstehende Gemisch
aus Rauchgas und Wasserdampf als Arbeits- bzw. Wärmeträgermedium den der Wirbel bettfeuerung nachgeschalteten Aggregaten zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das im Wärmetauscher aus dem Rauchgas-Wasserdampf-Gemisch auskondensierte Wasser erneut der Druckwirbelbettfeuerung zugeführt wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rauchgas-Wasserdampf-Gemisch vor seiner Entspannung vorgekühlt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die im Wärmetauscher ausgekoppelte Wärme für Fernwärmezwecke genutzt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das im Wärmetauscher auskondensierte Wasser als Waschmedium zur Entfernung von Staub und Restschadstoffen aus dem Rauchgas benutzt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser zusammen mit Brenn
stoff in das Wirbelbett eingeführt wird.
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