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Dokumentenidentifikation DE19622299C2 12.10.2000
Titel Verfahren zum Betrieb einer druckaufgeladenen zirkulierenden Wirbelschichtfeuerung zur Erzeugung eines arbeitsfähigen Gases für die Gasturbine eines Kombikraftwerkes
Anmelder VEAG Vereinigte Energiewerke AG, 10115 Berlin, DE
Erfinder Bauer, Franz, Dr. phil., 45525 Hattingen, DE;
Meier, Hans-Joachim, Dipl.-Ing., 46519 Alpen, DE
DE-Anmeldedatum 21.05.1996
DE-Aktenzeichen 19622299
Offenlegungstag 27.11.1997
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 12.10.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.10.2000
IPC-Hauptklasse F23C 10/08
IPC-Nebenklasse F02C 1/00   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Entsprechend der Einzugstemperatur der Gasturbine ist in einer mit zerkleinerter Braunkohle betriebene druckaufgeladene Wirbelschichtfeuerung ein arbeitsfähiges Gas mit der entsprechenden Prozeßtemperatur zu erzeugen.

Bei den erreichten Prozeßtemperaturen unter 850°C ist es erforderlich, das Gas in einer gesonderten brennstoffetriebenen Brennkammer oder in einer gekoppelten Vergasungs-/Verbrennungs-Reaktoranlage bis auf die erforderliche Einzugstemperatur der Gasturbine T ~ 1100°C zu erwärmen (DE 42 24 958 A1, DE 42 24 959 A1, DE 42 36 512 A1, DE 36 12 888 A1).

Diese Verfahrensweise erfordert jedoch einen hohen zusätzlichen apparativen und betriebsführungstechnischen Aufwand sowie zusätzlichen Brennstoff bei vergleichsweise geringem Wirkungsgrad.

Die Zuführung vom Zusatzbrennstoff in eine Wirbelschichtfeuerung (DE 44 09 057 A1, DE 41 02 959 A1, DE 39 33 286 A1) zur Erzielung einer höheren Prozeßtemperatur wird jedoch nur mit einem hohen Zusatzbrennstoffaufwand bei ebenfalls vergleichsweise geringem Wirkungsgrad ermöglicht.

Die Teilvergasung des Brennstoffs in einem Wirbelschichtreaktor (DE 43 40 459 C1) zur Erzeugung eines Brenngases für ein Kombikraftwerk ergibt lediglich Brenngastemperaturen, die unterhalb der Einzugstemperatur einer Gasturbine liegen. Entweder wird mit einem geringeren Wirkungsgrad der Anlage gerechnet oder in einer gesonderten Brennkammer die Temperatur des Brenngases erhöht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine integrierte Vergasung und Verbrennung zur Erzielung der geforderten Einzugstemperatur für eine Gasturbine zu erreichen.

Dies wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale erreicht.

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Die dazugehörige Zeichnung zeigt das Anlagenschema für die druckaufgeladene zirkulierende Wirbelschichtfeuerung.

Der Vergasungs- und Verbrennungsreaktor 1 weist den Düsenboden 2, die Primärluftzuführung 3, die Sekundärluftzuführung 4, die Luftleitung 5 und die Tertiärluftzuführung 6 auf. In dem Vergasungs- und Verbrennungsreaktor 1 ist die Brennstoffzuführung 7 mit Additivdosierung 8 und die Rückführung 9 eingebunden. Innerhalb des Vergasungs- und Verbrennungsreaktors 1 ist das Wirbelbett 10 und der Freiraum 11 ausgebildet. In den Vergasungs- und Verbrennungsreaktor 1ist der Rauchgaskanal 12 eingebunden und mit dem Zyklon 13 verbunden. Der Zyklon 13 ist über den Rohgaskanal 14 mit dem die Filterkerzen 15 aufweisenden Heißgasfilter 16 verbunden. In den die Ascheleitung 18 aufweisenden Heißgasfilter 16 ist die Reingasleitung 17 eingebunden. In der Rückführung 9 ist der Fließbettkühler 28 angeordnet, in dem die Dampfleitung 29 eingebunden ist.

Wahlweise sind neben oder anstelle der Tertiärluftzuführung 6 die Luftzuführungen 34; 35; 36; 37 im oberen Bereich 39 des Freiraumes 11, vor Zyklon 13, nach Zyklon 13 und/oder vor Heißgasfilter 16 angeordnet.

Die Wirkungsweise ist folgende:

In das Wirbelbett 10 wird über die Brennstoffzuführung 7 die zerkleinerte Braunkohle 19 sowie mit der Additivdosierung 8 die Additive 20, über die Rückführung 9 die Aschefeststoffe 21 und über die Luftleitung 5 die Prozeßluft 22 für die in der Primärluftzuführung zugeführte Primärluft 23 sowie für die in der Sekundärluftzuführung 4 zugeführte Sekundärluft 24 eingebracht. Über die Tertiärluftzuführung 6 wird die Tertiärluft 26 eingebracht. Die Primärluft 23 gelangt durch den Düsenboden 2 in das Wirbelbett 10. Das Wirbelbett 10 wird bei einer Temperatur von T1 = 850°C und einem Luftverhältnis von λ1 ~ 0,6 bis 0,8 unterstöchiometrisch als Teilvergasungsabschnitt betrieben, so daß die Braunkohleteilchen vergast werden. Die entgasten Braunkohleteilchen werden mit den eingebrachten Additiven 20 konditioniert, so daß eine Entschwefelung gewährleistet ist.

Im Bereich der Sekundärluftzuführung 4 wird der erste Feuerungsabschnitt mit einem Luftverhältnis von λ2 ~ 1,0 stöchiometrisch betrieben, so daß die entgasten Braunkohleteilchen partiell verbrannt werden.

Im Bereich der Tertiärluftzuführung 6 wird der zweite Feuerungsabschnitt mit einem Luftverhältnis von λ3 ~ 1,2 überstöchiometrisch betrieben, so daß die flüchtigen Bestandteile der entgasten und verbrannten Braunkohleteilchen verbrannt werden.

Die räumliche Anordnung der Sekundärluftzuführung 4 sowie der Tertiärluftzuführung 6 sowie die Höhe des Freiraumes 11 ist entsprechend der Geschwindigkeit des Vergasungsgases, dessen Verwirbelung und des Ausbrandverhältnisses der Braunkohle 20 abhängig und ist entsprechend auszubilden und zu betreiben.

Am Ende des Freiraumes 11 wird ein der Einzugstemperatur der Gasturbine entsprechendes Rauchgas 27 mit einer Prozeßtemperatur bis 1100°C mit einem Luftverhältnis λ4 < 1,2 erzeugt. Das Rauchgas 27 wird über die Rauchgasleitung 12 in den Zyklon 13 gefördert, die heißen Aschefeststoffe 21 ausgehalten und diese in die Rückführung 9 gefördert. Das den Zyklon 13 über den Rohgaskanal verlassende Rohgas 30 wird in den die Filterkerzen 15 aufweisenden Heißgasfilter 16 gefördert. Am Filterkuchen der Filterkerzen 15 absorbieren Feinasche, Additive und die das gasförmige SO3 absorbierte Substanz. Bei der Abreinigung der Filterkerzen 15 wird das Gemisch 32 o. g. Stoffe über die Ascheleitung 18 abgezogen. Über die Reingasleitung 17 wird das Reingas 31 zur Gasturbine (nicht dargestellt) gefördert. Die Wärme des über die Rückführung 9 geförderten heißen Aschefeststoffes wird im Fließbettkühler 28 entbunden, Prozeßdampf 33 erzeugt und diesen über die Dampfleitung 29 in den Dampfkessel (nicht dargestellt) gefördert. Aufgrund der hohen Temperaturen des Rauchgases 27 sind zur Beeinflussung des Ascheschmelzverhaltens weitere Additive in den Feuerungsprozeß zuzugeben, die ebenfalls nach Reaktion am Filterkuchen der Filterkerzen 15 des Heißgasfilters 16 absorbiert werden.

Wahlweise wird Luft 38 über die Luftzuführungen 34; 35; 36; 37 zur weiteren Anhebung der Temperatur des Brenngases eingebracht. Dadurch ist außerdem das Aschesinterverhalten, die Staubbeladung und die Standzeit der Kerzenfilter beeinflußbar.

Durch die Erfindung werden folgende Vorteile erreicht:

  • 1. Rauchgas mit einer Prozeßtemperatur bis 1100°C wird in nur einem Reaktor steuerbar erzeugt, so daß damit die erforderliche Einzugstemperatur der Gasturbine erreichbar ist.
  • 2. Additive zur Entschwefelung und zur Beeinflussung des Ascheschmelzverhaltens sind aufgrund der Temperaturzonenausbildung in den Reaktor einzubringen.
  • 3. Feinstasche, Feinstadditive und Feinstentschwefelungsprodukte werden vor Gasturbine ausgehalten und so diese vor Korrosionen geschützt.
  • 4. Die Dampferzeugung ist wegen der Trennung von Wärmequelle und Wärmesenke unabhängig von der Fahrweise des Vergasungs- und Verbrennungsreaktors realisierbar.
  • 5. Aufgrund der hohen Temperaturen sind auch wesentlich verbesserte Dampfparameter erreichbar, so daß mit einem Netto-Wirkungsgrad η > 50% zu rechnen ist.
Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen 1 Vergasungs- und Verbrennungsreaktor

2 Düsenboden

3 Primärluftzuführung

4 Sekundärluftzuführung

5 Luftleitung

6 Tertiärluftzuführung

7 Brennstoffzuführung

8 Additivdosierung

9 Rückführung

10 Wirbelbett

11 Freiraum

12 Rauchgaskanal

13 Zyklon

14 Rohgaskanal

15 Filterkerze

16 Heißgasfilter

17 Reingasleitung

18 Ascheleitung

19 Braunkohle

20 Additiv

21 Aschefeststoff

22 Prozeßluft

23 Primärluft

24 Sekundärluft

25 -

26 Tertiärluft

27 Rauchgas

28 Fließbettkühler

29 Dampfleitung

30 Rohgas

31 Reingas

32 Gemisch

33 Prozeßdampf

34, 35, 36, 37 Luftzuführungen

38 Luft


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Betrieb einer druckaufgeladenen zirkulierenden Wirbelschichtfeuerung zur Erzeugung eines arbeitsfähigen Gases für die Gasturbine eines Kombikraftwerkes, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
    1. a) das mit Braunkohle betriebene Wirbelbett wird bei einer Temperatur von T1 ~ 850°C und einem Luftverhältnis von λ1 ~ 0,6 bis 0,8 unterstöchiometrisch betrieben und die Braunkohleteilchen vergast sowie mit Additive konditioniert;
    2. b) im Bereich der Sekundärluftzuführung wird die Wirbelschichtfeuerung mit einem Luftverhältnis von λ2 ~ 1,0 stöchiometrisch betrieben und die Braunkohleteilchen partiell verbrannt;
    3. c) im Bereich der Tertiärluftzuführung und des Freiraumes wird die Wirbelschichtfeuerung mit einem Luftverhältnis von λ3 ~ 1,2 überstöchiometrisch betrieben und die flüchtigen Bestandteile der entgasten sowie verbrannten Braunkohleteilchen verbrannt;
    4. d) die Sekundär- und/oder Tertiärluftzuführungen sowie das Ausbrandvolumen des Freiraumes werden entsprechend der Geschwindigkeit des Vergasungsgases aus dem Wirbelbett betrieben;
    5. e) am Ende des Freiraumes wird ein der Einzugstemperatur der Gasturbine entsprechendes Brenngas mit einer Prozeßtemperatur bis 1100°C mit einem Luftverhältnis von λ4 ~ 1,2 erzeugt;
    6. f) entsprechend der gewählten Prozeßtemperatur wird das Ascheschmelzverhalten der im Prozeßgas mitgeführten Ascheteilchen aus der Vergasung und Verbrennung durch Zugabe von Additiven erhöht und die Ascheteilchen an dem, aus Additiven sowie Asche gebildeten Filterkuchen der Filterkerzen angelagert.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zur Anhebung der Temperatur des Brenngases Luftzuführungen im oberen Teil des Freiraumes und/oder vor Zyklon und/oder nach Zyklon und/oder nach Heißgasfilter angeordnet sind.






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