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Dokumentenidentifikation DE69530105T2 25.09.2003
EP-Veröffentlichungsnummer 0793790
Titel VERFAHREN ZUM BETRIEB EINES KOMBIKRAFTWERKES
Anmelder Wärtsilä North America, Inc., Annapolis, Md., US
Erfinder SHELOR, Mack, F., Midlothian, US
Vertreter Samson & Partner, Patentanwälte, 80538 München
DE-Aktenzeichen 69530105
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 30.11.1995
EP-Aktenzeichen 959428673
WO-Anmeldetag 30.11.1995
PCT-Aktenzeichen PCT/US95/15087
WO-Veröffentlichungsnummer 0096017209
WO-Veröffentlichungsdatum 06.06.1996
EP-Offenlegungsdatum 10.09.1997
EP date of grant 26.03.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 25.09.2003
IPC-Hauptklasse F23D 14/00

Beschreibung[de]
I. HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von Abgasen einer Brennkraftmaschine in Kombikraftwerken. Spezieller betrifft die vorliegende Erfindung das Erreichen größerer Wirkungsgrade des Systems durch Steuerung der Qualität und Verteilung des Abgases zu dem Kesselraum eines typischen dampfbetriebenen elektrischen Kraftwerks.

In Bezug auf die Ausgestaltung von Kraftwerken liefert der Wirkungsgrad ein nützliches Maß für die Leistung des Systems. Da ein Kraftwerk Energie von der einen in die andere Form umwandelt, sind Verluste unvermeidbar. Dort, wo der Entwickler derartige Verluste reduziert oder selbst die Nebenprodukte oder den Abfall gewisser Prozesse in verfügbare Energiequellen umwandelt, wird der Gesamtwirkungsgrad des Systems natürlich erhöht.

Im Stand der Technik ist es bekannt, daß Wirkungsgrade bei der Energieerzeugung erreicht werden können durch das Wiederrückführen bzw. Recyclen der Abgase einer Brennkraftmaschine als Sekundärverbrennungsgas und als überfeuerte oder unterfeuerte Luft in einem typischen kohlebefeuerten, dampfbetriebenen Kraftwerk. In meinem US- Patent Nr. 4,928,635, offenbare ich ein derartiges System. Eines der Ziele dieser Erfindung bestand darin, die Wärmeenergie des Abgases verfügbar zu machen zur Erzeugung von Dampf. Dadurch wurden Wirkungsgrade einfach durch Umwandlung, was andernfalls Abfall wäre, zu produktiver Energie errreicht. Zu diesem Zeitpunkt erkannte ich, daß es notwendig war, die Temperatur des Abgases zu erhöhen, um hochqualitativen Dampf herzustellen. Ich schlug vor, daß das Wiederbefeuern eines Gemisches aus Abgas mit etwa 13% Sauerstoff und vorerwärmter Luft als Sekundärverbrennungsgas, ein geeignetes Verfahren wäre, um zu diesem Ergebnis zu gelangen. Ich schlug ferner vor, daß der Gesamtstrom an Abgas in den Kessel vorzugsweise etwa 40-70% des gesamten Gasstroms in den Kessel sein sollte.

Bei weiterer Nachforschung stellte ich fest, daß größere Gesamtwirkungsgrade des Systems erreicht werden konnten durch Steuerung der Menge an Sauerstoff bei Schlüsselstellen innerhalb des Brenners und durch direktes Leiten im wesentlichen höherer Anteile an Abgas zu dem Kesselraum, gegenüber deren Leiten als sekundäres Verbrennungsgas oder Verbrennungsgas höheren Niveaus, wodurch der Anteil an in dem Kessel erforderlicher zusätzlicher Befeuerung gemindert wird. Der gesamte Strom an Abgas in den Kessel sollte einen höheren Prozentsatz des Gesamtgasstroms in den Kessel bilden, gegenüber dem, was ich zuvor vorgeschlagen hatte, um vollständig Vorteil aus der thermischen Energie des Abgases zu ziehen und um so weit wie möglich ein Einführen von Gasen niedrigerer Temperatur in den Kessel zu vermeiden. Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung spiegelt die Entdeckung wieder.

US-A-4928635 offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines Kombikraftwerks, bei dem Abgase bzw. Rauchgase rückgeleitet werden können. FR-A-2107449 offenbart einen Generator mit einer Abgasmischung. US-A-4706612 offenbart einen Verbrenner mit Abgasheizung.

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Betrieb eines Kombikraftwerks vorgesehen, das eine Brennkraftmaschine, einen Brenner und einen Kesselraum umfaßt, wobei das Verfahren aufweist:

Leiten eines ersten Teils des Abgases von der Brennkraftmaschine zu dem Kesselraum über eine Strecke, die nicht durch den Brenner verläuft;

Leiten von Brennstoff durch einen primären Brennerauslaß;

Führen eines zweiten Teils des Abgases von der Brennkraftmaschinenstrecke durch wenigstens einen Auslaß des Brenners, der nicht der primäre Brennerauslaß ist;

Mischen eines Anteils an Luft mit dem zweiten Teil des Abgases und

Verbrennen des Brennstoffs;

gekennzeichnet durch die Schritte:

Durchmischen eines Anteils an Luft mit dem zweiten Teil des Abgases derart, daß das Gemisch an Luft und Abgas etwa den minimalen Gehalt an Sauerstoff beinhaltet, das geeignet bzw. erforderlich ist für die vollständige und stabile Verbrennung des Brennstoffs und Leiten des Gemisches an Luft und Abgas durch den wenigstens einen Auslaß des Brenners; und

Einstellen des ersten Teils des Abgases auf zumindest etwa 54% der gesamten Masse aller Gase, die in den Kesselraum gelangen.

Dort, wo Abgase einer Brennkraftmaschine verwendet werden, um Dampf entweder für Prozeßerfordernisse zu erzeugen oder für die Herstellung von Elektrizität, kann es notwendig sein, die Temperatur der Abgase von der Brennkraftmaschine auf Niveaus zu erhöhen, die geeignet sind für die Erzeugung hochqualitativen Dampfes. Eine Wiederbefeuerung des Abgases unter Verbrennung zusätzlichen Brennstoffs in seiner Anwesenheit führt zu diesem Ergebnis. Eine Verbrennung des Brennstoffes erhöht dessen Temperatur und derjenigen des umgebenden und stromabwärts vorliegenden Abgases, wie auch jeglicher anderer vorliegender Gase.

Die Menge an Brennstoff, die verbrannt werden muß, um die Temperatur des Abgases zu erhöhen, hängt natürlich vom Typ des verwendeten Brennstoffs ab. Sie hängt auch von der Gesamtmenge an Gas ab, das auf die Temperatur erhöht werden muß und der ursprünglichen Temperatur des Gases. Größere Gesamtwirkungsgrade des Systems werden dann realisiert, wenn die dem System zugeführte Wärme zur Erreichung der Dampfzustände, anders als die von dem Abgas vorgesehene, minimiert ist, da diese Wärme Brennstoff darstellt, der verbrannt werden muß. Die Menge an Wärme, die dem System hinzugeführt werden muß, erhöht sich im allgemeinen, wenn sich die Menge an Gas innerhalb des Systems erhöht.

Brennstoff muß in Anwesenheit von Sauerstoff verbrannt werden. Im allgemeinen ist es notwendig, Außenluft mit einem Prozentsatz an Sauerstoff dem Brenner als sekundäres Verbrennungsgas zuzuführen, um dadurch sicherzustellen, daß ausreichend Sauerstoff verfügbar ist, um eine vollständige und stabile Verbrennung des Brennstoffs zu erzielen. Da jedoch die Außenluft notwendigerweise in das System gelangen muß, muß deren Temperatur ebenfalls erhöht werden, um die Dampfbedingungen zufriedenzustellen. Je mehr Außenluft verwendet wird, desto mehr Wärme muß dem System in Form von verbranntem Brennstoff zugeführt werden.

Dort, wo Abgas als sekundäres Verbrennungsgas Verwendung findet, führt seine höhere Temperatur relativ zur Außenluft zu einer Minderung der Menge an Wärme, die hinzugefügt werden muß, um Dampfbedingungen zufriedenzustellen. Obgleich das Abgas im allgemeinen etwas Sauerstoff beinhaltet, kann dies ungenügend sein, um eine vollständige und stabile Verbrennung des Brennstoffs zu erzielen. Demgemäß muß ein wenig Außenluft mit dem Abgas gemischt werden, um die Menge an Sauerstoff innerhalb des Gemisches auf einen Betrag zu bringen, der ausreichend ist, um eine über den Brenner vorgesehene, vollständige und stabile Verbrennung des Brennstoffes zu erreichen. Die notwendige Menge an Sauerstoff zur Erzielung einer vollständigen und stabilen Verbrennung hängt natürlich ebenso von der Volatilität des gewählten oder schon verfügbaren Brennstoffs ab.

Eine Erhöhung der Menge an Sauerstoff für den gesamten Querschnitt an Abgasen würde das Hinzufügen einer beträchtlichen Menge an Außenluft erfordern. Um die Menge an in den Kessel gelangender Außenluft zu reduzieren, wird Außenluft lediglich mit demjenigen Teil des Abgases vermischt, der durch die Brenneröffnungen als sekundäres ode Verbrennungsgas höheren Niveaus, gelangt. Der Rest des Abgases wird dem Kesselraum über eine Strecke zugeführt, die nicht diejenige durch den Brenner ist. Die höchsten Gesamtsystemwirkungsgrade werden erzielt, wenn die Menge an Außenluft, die vermischt ist mit dem Anteil an Abgas, der durch den Brenner gelangt, derart ist, daß das Gemisch etwa die minimale Menge an Sauerstoff enthält, die erforderlich ist für eine vollständige und stabile Verbrennung des ausgewählten Brennstoffs, wobei eine wesentlicher Prozentsatz des gesamten Abgases über eine Strecke zu dem Kesselraum geleitet wird, welche nicht durch den Brenner führt, und wobei die Menge an Brennstoff ausreichend ist, um eine gewünschte Kesseleintrittstemperatur bei seiner Verbrennung zu erzielen.

Größere Gesamtwirkungsgrade des Systems können erreicht werden durch Ausübung der Erfindung ungeachtet des ursprünglichen Sauerstoffgehalts des Abgases. In gleicher Weise können größere Wirkungsgrade ungeachtet des speziell ausgewählten Brennstoffs erzielt werden. Die Erfindung liefert ein Betriebsverfahren, das aufgrund seiner Natur flexibel ist und sich selbst anpaßt an jegliche potentiellen Energiequellen, die verfügbar sind. Existierende Kombikraftwerke können mit vernünftigen Kosten modifiziert werden, um eine Durchführung des Verfahrens zu erlauben. Wo immer ein existierendes, dampfbetriebenes elektrisches Kraftwerk an eine Kombiverwendung angepaßt werden kann, kann das Verfahren durchgeführt werden.

Diese und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung, wie auch ein bevorzugtes Verfahren zur Ausführung der Erfindung sind am besten verständlich angesichts der beigefügten FIGUR und darauffolgenden Erläuterung.

III. KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die FIGUR ist eine schematische Darstellung der grundsätzlichsten Elemente, die typischen Kombikraftwerken gemein sind.

IV. DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN WEISE ZUR DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Um das bevorzugte Verfahren nach der Erfindung darzustellen, komme ich nun zu der FIGUR. Die FIGUR zeigt die grundsätzlichsten Elemente, die typischen Kombikraftwerken gemein sind. Das Kraftwerk verwendet wenigstens eine Brennkraftmaschine 1. Die Maschine kann jegliche Brennkraftmaschine sein, ist jedoch vorzugsweise ein Dieselmotor. Eine derartige Maschine kann dazu ausgelegt sein, um Erdgas, leichtes Brennöl oder Schweröl, unter anderen Brennstoffen, zu verbrennen. Ableitungen 2 und 2' leiten Abgas von den Maschinen zu einem typischen dampfbetriebenen elektrischen Kraftwerk, von dem nicht alle Elemente in der FIGUR aus Klarheitsgründen gezeigt sind. In der FIGUR gezeigt ist ein Kesselraum 3, um dessen Umfang Dampfrohre 4 angeordnet sind. Innerhalb der Dampfrohre 4, um den Umfang des Kesselraums 3, zirkuliert Wasser oder Dampf. An dieser Schnittstelle wird Wärme ausgetauscht zwischen dem Kesselraum 3 und dem Dampf in den Dampfrohren 4. Ein Aussetzen gegenüber den heißen Gasen innerhalb des Kesselraums 3 bewirkt, daß sich die Temperatur des Dampfes innerhalb der Dampfrohre 4 erhöht. Der überhitzte Dampf wird dann zirkuliert zu einem Dampfturbinengenerator (nicht gezeigt), wo der größte Anteil der thermischen Energie des Dampfes in Elektrizität umgewandelt wird.

Lediglich ein Teil des Abgases tritt in den Kesselraum über einen oder mehrere Auslässe des Brenners ein. Wie in der FIGUR gezeigt, leiten Ableitungen 5 und 6 jeweils einen Teil des Abgases zu dem Brenner 20. Die Ableitung 7 leitet den Rest des Abgases direkt zu dem Kesselraum 3 und umgeht den Brenner 20. Dieser Teil des Abgases gelangt über Öffnungen oder Düsen 8 in den Kesselraum 3.

Der Brenner 20 weist einen Primärauslaß oder eine Düse 21 auf. Der Primärauslaß 21 ist derart ausgestaltet, daß er einer Verbrennungszone 30 Brennstoff zuführt. Der Brennstoff kann Kohle, entweder feinst zerkleinerter oder pulverisierter, verflüssigter, bituminöser Brennstoff, Schweröl, Restöl, Ormulsion oder jeder geeignete Brennstoff sein. Die Auswahl eines geeigneten Brenners hängt von der Wahl des Brennstoffs, der Natur des dampfbetriebenen elektrischen Kraftwerks und den vorgegebenen Dampfverhältnissen ab. Kommerziell verfügbare Brenner, wie diejenigen, die von Babcock & Wilcox hergestellt werden, sind dann geeignet, wenn der Brenner ein Mischen und Durchmischen von Brennstoff und Sauerstoff vorsieht unter Beibehaltung geeigneter Sauerstoffgehalte für die Verbrennung des ausgewählten Brennstoffs an der Brennerspitze und Zuführung sekundärer oder Verbrennungsgasen höherer Niveaus. Der Babcock & Wilcox XCL Brenner, wie auch Anpassungen daran und darauffolgende Generationen derartiger Brenner werden am meisten bevorzugt. Dort, wo der Brennstoff Kohle ist, beläuft sich der durchschnittliche Sauerstoffgehalt an der Brennerspitze auf vorzugsweise etwa 14,5%. Dort, wo Schweröl oder Erdgas verwendet wird, beläuft sich der Gehalt vorzugsweise auf etwa 14,1% bzw. 13%.

Vorzugsweise wird der Brennstoff durchmischt mit einer Menge an Luft, die ausreichend ist, um den Brennstoff zu tragen oder zu transportieren. Vorteile können verstärkt werden durch die Bemühung, eine reduzierende Atmosphäre in einem Teil der Verbrennungszone 30 aufrechtzuerhalten und zu erlauben, daß eine Verbrennung in Stufen fortschreitet, wobei sekundäre, tertiäre oder Verbrennungsgasströme höherer Niveaus den Sauerstoff zuführen, der notwendig ist für die Vollendung aufeinanderfolgender Stufen der Verbrennung.

Über Ableitungen 5 und 6 geleitetes Abgas gelangt schließlich in den Kesselraum über Brennerauslässe 22 und 23. Vorzugsweise beläuft sich der Brennerabgasstrom auf höchstens 40% des gesamten Abgasstroms, der schließlich dem Kesselraum 3 zugeführt wird. Am bevorzugtesten beläuft sich der Brennerabgasstrom auf etwa 20% des Gesamtabgasstromes, der schließlich dem Kesselraum 3 zugeführt wird. Der Brennerabgasstrom wirkt als sekundäres oder tertiäres Verbrennungsgas, das in umfangsmäßigen Ringen um den primären Brennerauslaß 21 abgegeben wird und über der Flamme Form, Stabilität und Sauerstoff liefert.

Der Sauerstoffgehalt des durch die Ableitungen 5 und 6 geleiteten Abgases reicht normalerweise nicht aus zur Erzielung einer vollständigen und stabilen Verbrennung des Brennstoffs. Zusätzlicher Sauerstoff muß dem Abgasstrom zugeführt werden. Dieser Sauerstoff wird durch Mischen der Außenluft mit dem durch die Ableitungen 5 und 6 geleiteten Abgas, zugeführt. Vorzugsweise wird die Außenluft vorerwärmt, indem sie durch einen Dampfschlangenlufterhitzer 40 geleitet wird, bevor sie durch die Ableitung 41 zu dem Brenner 20 geleitet wird. Ein Vorheizen reduziert die Menge an Wärme, die darauffolgend aufgewendet werden muß, um die Temperatur der Luft zu erhöhen und reduziert daher die Menge an Brennstoff, die verbrannt werden muß. Ein optimaler Wirkungsgrad wird dann erreicht, wenn die Menge an Außenluft, die mit dem Abgasstrom durchmischt wird, derart ist, daß sie den minimalen Sauerstoffzusatz zuführt, der notwendig ist, um eine vollständige und stabile Verbrennung des Brennstoffs zu erreichen, was im allgemeinen zu der minimalen Menge an Außenluft führt, die notwendig ist, um denselben Zweck zu erzielen.

Durch die Ableitung 7 geleitetes Abgas gelangt an dem Brenner 20 vorbei. Der vorbeigeleitete Abgasstrom gelangt stromabwärts der Verbrennungszone 30 in den Kesselraum 3 und wird vorzugsweise dem Kesselraum 3 über Auslässe oder Düsen 8 in einer Wand oder Wänden des Kesselraums 3 zugeführt. Nachdem der vorbeigeleitete Abgasstrom in den Kesselraum 3 gelangt ist, mischt er sich mit den Verbrennungsprodukten und dem Abgasstrom des Brenners (nun auf erhöhter Temperatur). Beim Mischen neigen die Gase zu einer gleichförmigen durchschnittlichen Kesseleintrittstemperatur. Vorzugsweise beläuft sich der vorbeigeleitete Abgasstrom auf zumindest etwa 60% des gesamten Abgasstromes, der zu dem Kesselraum 3 geführt wird. Am bevorzugtesten beläuft sich der vorbeigeleitete Abgasstrom auf mindestens etwa 80% des gesamten Abgasstroms, der zu dem Kesselraum 3 geführt wird. Optimale Wirkungsgrade werden erreicht, wenn die durchschnittliche Kesseleintrittstemperatur sich auf die minimale Temperatur beläuft, die notwendig ist, um die vorgegebenen Dampfbedingungen zu erreichen.

Das Verfahren nach der Erfindung kann erläutert werden unter Bezugnahme auf ein einfaches System, das die folgenden Komponenten und betriebsmäßigen Nebenbedingungen oder Eigenschaften umfaßt:

(1) Ein VASA 18V46 Dieselmotorgenerator bei voller Last mit Nr. 6 Öl.

(2) Ein Kessel, befeuert mit Nr. 6 Öl. Frische Verbrennungsluft wird dem Brennstoff hinzugefügt, um 14,6% Sauerstoff (Feuchtgutmassebasis) im Brennerwindkasten aufrechtzuerhalten. Ein Brenner wird befeuert, um minimal 10% überschüssigen Sauerstoff am Brennerausgang aufrechtzuerhalten, was zu etwa 1538ºC (2800 Grad Fahrenheit) Feuerungstemperatur führt beim Austritt aus dem Brenner. Die Windkastentemperatur wird auf etwa 295ºC (563 Grad Fahrenheit) aufrechterhalten.

(3) Die Dampferzeugung basiert auf 149ºC (300 Grad Fahrenheit) Auslaßtemperatur des Abgasvorwärmes, ohne Abblasen. Dampf wird erzeugt bei Verhältnissen von 8,96 MPa/510ºC (1300 psig/950 Grad Fahrenheit) von Zuleitungswasser;

(4) Die Brennstoffeingabe basiert auf Nr. 6 Öl, LHV Basis, 40,2 MJ/kg (17,233 BTU/lb).

(5) Umgebungsbedingungen sind 45ºC (86 Grad Fahrenheit), 60% R. F. (relative Feuchte) bei Meereshöhe.

Typische Betriebsparameter für dieses System werden in der folgenden Tabelle geliefert;

Typische Betriebsparameter für mit Nr. 6 Öl befeuerten Dieselkombis:

Daher werden für vorgegebene Dampfbedingungen dort optimale Wirkungsgrade erzielt, wo die Zugabe an Brennstoff und Luft minimiert ist oder umgekehrt, wo ein wesentlicher Teil des Abgases von der Brennkraftmaschine über eine Strecke in den Kesselraum gelangt, welche nicht durch den Brenner führt.

Das vorgeschlagene System ist besser verständlich, wenn man den Kessel als separate Komponente gegenüber der Brennkraftmaschine behandelt. Das Abgas führt dem Kessel einen festen Betrag an Wärme zu und Brennstoff wird dem festen Betrag bzw. der Menge zugeführt, um es dem Kessel zu erlauben, Dampf einer vorgegebenen Qualität zu erzeugen. Basierend auf der Menge an erforderlichem Brennstoff, wobei die Menge notwendigerweise eine Funktion der Qualität und der Natur des Brennstoffs ist, muß eine Menge an Sauerstoff in der und um die Verbrennungszone verfügbar sein, um eine vollständige und stabile Verbrennung des Brennstoffs zu erzielen. Wie in der Tabelle gezeigt, ist die Stelle des größten augenscheinlichen Kesselwirkungsgrades die Stelle, wo die minimale Menge an Brennstoff hinzugefügt wird, um den Dampfbedingungen zu genügen. Die minimale Kesseleintrittstemperatur (maximale Vorbeileitung) in diesem Beispiel beläuft sich auf etwa 660ºC (1230 Grad Fahrenheit), und liefert einen augenscheinlichen Kesselwirkungsgrad von 150%.

Mit dem Ziel, ein effizientes Kombisystem für große Energieerzeugung unter Verwendung von Dieselmotoren als Grundlage zu liefern und die flexiblen Brennstoffeigenschaften von Dieselkombisystemen beizubehalten, verwendet eine bevorzugte Anordnung, mit welcher das Verfahren durchgeführt werden kann 6 VASA 18V46 Diesel in Kombination mit einem Dreidruck-Nachverbrennungs- Wiedergewinnungsdampfgenerator (three pressure reheat recovery steam generator). Unter Erkennung, daß das Dieselabgas eine feste Menge an wiedergewinnbarer Wärme liefert und daß Brennstoff dem Abgas hinzugefügt werden kann, um Kessel-Einschnürstellen bzw. -Pinchpunkte für jeden Dampfzyklus zu überwinden, ist es nichtsdestoweniger klar, daß eine gesamte Reihe von potentiellen Kraftwerkgrößen unter Verwendung von Überhitzer- oder Nicht-Überhitzer-Dampfturbinen erzeugt werden kann.

Schweröl wird den Dieseln bei 260 MW (885,8 MBTU) 40 MJ/kg (17233,0 BTU/LB) zugeführt. Die gesamte Dieselgeneratorabgabeleistung beläuft sich auf 90,7 MW. Der Brennerabgasstrom ist 1,23 Tonnen/H (271,3 KLB/H) bei 349ºC (660 Grad Fahrenheit). Der vorbeigeleitete Abgasstrom beläuft sich auf 4,92 Tonnen/H (1085,4 KLB/H) oder etwa 80% des gesamten Abgasstroms, der in den Kesselraum gelangen wird bei 349ºC (660 Grad Fahrenheit), Außenluft bei 31ºC (88 Grad) und relativer Feuchtigkeit von 80% wird vorerwärmt auf 149ºC (300 Grad Fahrenheit) und wird zugeführt und gemischt mit dem Brennerabgasstrom bei 0,22 Tonnen/H (48,25 KLB/H).

Nr. 6 Schweröl wird dem Brenner zugeführt mit 6,77 MW (231,1 MBTU/H) 37913/kg (17233,0/LB). Alternative Brennstoffe schließen Erdgas oder leichtes Brennöl ein. Die Verwendung von Orimulsion oder Kohle würde selbstverständlich einige Änderungen des Dampfsystemteils der Anlage erfordern. Dort, wo schwierigere Brennstoffe verwendet werden, kann im allgemeinen der Dreidruckkessel nicht verwendet werden und ein Zweidrucksystem kann Verwendung finden. Insbesondere können es verschmutzte Brennstoffe erforderlich machen, daß spezielle, umweltverträgliche Steuerungsmaßnahmen Verwendung finden nach dem Dampfsystemabschnitt der Anlage.

Unter diesen Bedingungen wird eine Kesseleintrittstemperatur von 666ºC (1230 Grad Fahrenheit) und eine Bruttowärmerate von (7016,6 BTU/KWH) (niedriger Heizwert, Bruttoanlagenabgabe) erreicht. Die Bruttoanlagenabgabe und die Nettoabgabe belaufen sich auf 130,6 MW bzw. 126,7 MW, wobei die Dampfturbine betrieben wird mit 10 Mpa/538ºC (1465 psig/1000 Grad Fahrenheit), um 39,9 MW zu liefern.

Wird der vorbeigeleitete Abgasstrom auf 60% heruntergefahren, wird eine höhere Bruttoheizrate von (7172,51 BTU) KWH (geringerer Heizwert, Bruttoanlagenabgabe) erreicht. Die Bruttoanlagenabgabe und Nettoabgabe belaufen sich auf 160,0 MW bzw. 155,2 MW mit der gleichen Turbine, die bei 10 MPa/538ºC (1465 psig/1000 Grad Fahrenheit) arbeitet, um 69,3 MW zu erzeugen. Ein erhöhter Verbrauch an Brennstoff und Außenluft ist der Grund für den Unterschied im Wirkungsgrad. Relativ zu der vorhergehenden Anordnung hat sich der Brennerabgasstrom erhöht auf 1, 2 Tonnen/H (542,5 KLB/H) bei 349ºC (660 Grad Fahrenheit). Der vorbeigeleitete Abgasstrom hat sich erniedrigt auf 18 Tonnen/H bei 349ºC (814,0 KLB/H bei 660 Grad Fahrenheit), Außenluft mit 31ºC (88 Grad) und relativer Feuchtigkeit von 80% wird vorgeheizt auf 149ºC (300 Grad Fahrenheit) und wird dem Brennerabgasstrom zugeführt und mit diesem durchmischt bei einer erhöhten Rate von 0,2 Tonnen/H (96,5 KLB/H). Nr. 6 Schweröl wird dem Brenner zugeführt mit erhöhter Rate von 141 MW (482,2 MBTU/H) 40 MJ/kg (17233,0 BTU/LB).


Anspruch[de]

1. Verfahren zum Betrieb eines Kombikraftwerks, das eine Brennkraftmaschine (1), einen Brenner (20) und einen Kesselraum (3) umfaßt, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:

Leiten eines ersten Teils des Abgases von der Brennkraftmaschine zu dem Brennraum über eine Strecke (7), die nicht durch den Brenner führt;

Leiten von Brennstoff durch einen primären Brennerauslaß (21);

Vorsehen eines zweiten Teils des Abgases der Brennkraftmaschine und dessen Leiten durch wenigstens einen Auslaß (22, 23) des Brenners, der nicht der primäre Brennerauslaß ist,

Durchmischen einer Menge an Luft mit dem zweiten Teil des Abgases und Verbrennen des Brennstoffs;

gekennzeichnet durch die zusätzlichen Schritte:

Einstellen der Durchmischung der Menge an Luft mit dem zweiten Teil des Abgases, derart, daß das Gemisch aus Luft und Abgas etwa den minimalen Gehalt an Sauerstoff beinhaltet, der geeignet ist für eine vollständige und stabile Verbrennung des Brennstoffes und Leiten des Gemisches aus Luft und Abgas durch den wenigstens einen Auslaß (22, 23) des Brenners (20); und

Einstellen des ersten Teils des Abgases auf wenigstens 54% der Gesamtmasse aller Gase, die in den Kesselraum (3) eintreten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Brennstoff sich auf etwa die minimale Menge an Brennstoff beläuft, die notwendig ist, um eine gewünschte, durchschnittliche Kesseleintrittstemperatur bei seiner Verbrennung zu erzielen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem der erste Teil des Abgases sich auf wenigstens etwa 60% allen Abgases beläuft, das zu dem Kesselraum (3) geleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem der erste Teil des Abgases sich auf etwa bis zu 80% allen Abgases beläuft, das zu dem Kesselraum (3) geleitet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der erste Teil des Abgases sich auf etwa bis zu 76% der gesamten Masse an Gas beläuft, das in den Kesselraum (3) eintritt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem das Gemisch aus Luft und Abgas als sekundäres und tertiäres Verbrennungsgas geliefert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem die Mengen an Sauerstoff in dem zweiten und dritten Verbrennungsgas nicht gleich sind.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem die Brennkraftmaschine (1) ein Dieselmotor ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem die Luft erwärmt wird, bevor sie mit dem zweiten Teil des Abgases durchmischt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem der Brennstoff vor der Verbrennung mit einer Menge an Trägergas gemischt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei welchem eine reduzierende Atmosphäre in einem Teil einer Verbrennungszone aufrechterhalten wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, bei welchem die Verbrennung des Brennstoffs in Stufen fortschreitet.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei welchem kein Abgas von der Brennkraftmaschine (1) durch den primären Brennerauslaß geleitet wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei welchem der erste Teil des Abgases in den Kesselraum (3), stromabwärts einer Verbrennungszone, eintritt.







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