EP2745065A2 - Verfahren zum betreiben eines kraftwerks - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines kraftwerks

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EP2745065A2
EP2745065A2 EP12730155.4A EP12730155A EP2745065A2 EP 2745065 A2 EP2745065 A2 EP 2745065A2 EP 12730155 A EP12730155 A EP 12730155A EP 2745065 A2 EP2745065 A2 EP 2745065A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
flue gas
lignite
heat
steam generator
power plant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12730155.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Pohl
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RWE Generation SE
Original Assignee
RWE Generation SE
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Filing date
Publication date
Application filed by RWE Generation SE filed Critical RWE Generation SE
Publication of EP2745065A2 publication Critical patent/EP2745065A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B23/00—Heating arrangements
    • F26B23/001—Heating arrangements using waste heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/16—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23K—FEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
    • F23K1/00—Preparation of lump or pulverulent fuel in readiness for delivery to combustion apparatus
    • F23K1/04—Heating fuel prior to delivery to combustion apparatus
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/10—Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a power plant with at least one fired with solid, granular or powdered fossil fuels or biomass steam generator.
  • solid fossil fuels contain a greater or lesser amount of water, which is vaporized during combustion and contained in vapor form in the flue gas.
  • this proportion of water is relatively low; for biomass or lignite fired steam generators, this proportion of water can be more than 50% of the fuel.
  • Much of the thermal energy in the flue gas applied to the evaporation of the water is not fully exploited in modern power plants. In addition, however, there is also a need to make the energy content of the flue gas largely usable.
  • thermal energy contained in the flue gas by means of known heat transfer systems.
  • the heat displacement systems known for this purpose allow an increase in the efficiency of the power plant process concerned, in some power plants also by utilizing the heat of condensation.
  • a power plant internal use, for example in the form of a feedwater or air preheating directly leads to an increase in power plant efficiency, combined with reduced fuel consumption with constant electrical power or, if possible according to turbine and generator design, to a power increase of the power plant with constant fuel consumption, and in each of these cases, a reduction in labor costs and C0 2 emissions.
  • the invention has for its object to provide a method for operating a power plant with fossil solid fuels, which allows a meaningful energetic use of the heat content of the flue gases, regardless of the heat transfer medium used in the respective power plant.
  • the object is achieved by a method for operating a power plant with at least one of solid, granular or powdered fossil fuels or biomass fired steam generator, the method is a heat extraction from the flue gas of the steam generator in the flow direction of the flue gas behind a device for comburent air preheating and / or behind a steam separating upstream Brüdentrennung in the fuel supply of the steam generator and the drying of lignite comprises, wherein at least one lignite dryer is heated with the decoupled from the flue gas flow heat.
  • the dry lignite is not energetically converted as product or only with a share of ⁇ 50%, preferably with a share of ⁇ 30%, more preferably with a share of ⁇ 20% of the total required amount of fuel in the steam generator operated according to the method.
  • the invention can be summarized to the effect that in particular the decoupled from the flue gas stream of the operated power plant heat is largely withdrawn from the power plant process and is supplied to another use.
  • the method according to the invention relates to the operation of a power plant with solid fossil fuels or biomass
  • the invention should be understood to mean that the power plant can be operated, at least in part, also with liquid or gaseous fuels.
  • the method comprises operating a lignite-fired power plant, which essentially serves to generate electricity from not pre-dried lignite, since due to the process a high usable temperature level in the flue gas in front of a flue gas desulfurization is present on the power plant internal internal mill drying a large amount of water vapor in the power plant process whose condensation energy can be harnessed for heat recovery and the power plants are are located near the brown coal deposits underlying the production of dry lignite.
  • a lignite-fired power plant which essentially serves to generate electricity from not pre-dried lignite, since due to the process a high usable temperature level in the flue gas in front of a flue gas desulfurization is present on the power plant internal internal mill drying a large amount of water vapor in the power plant process whose condensation energy can be harnessed for heat recovery and the power plants are are located near the brown coal deposits underlying the production of dry lignite.
  • the dry lignite produced by the process may be entirely or predominantly intended for incineration in other power plants.
  • the dry lignite coal produced by the process can be used, for example, as fuel in coal-fired power plants, for the firing or as a complete substitute for hard coal.
  • Part of the dried lignite may be incinerated in the plant operated by the process itself, but this part will rather constitute a minor part of the dry fuel produced.
  • the steam generator is fired with lignite, which is subjected to a mill drying with flue gas, wherein a broth separation is provided between the grinding of the lignite and the introduction into the steam generator, wherein a heat extraction from a flue gas - / Brüdengemisch done using the heat of condensation of the vapor.
  • a heat extraction from the flue gas / vapor mixture or carrier gas / vapor mixture may additionally or alternatively be provided for a heat extraction from the flue gas of the steam generator behind the furnace, in particular behind a device for combustion air preheating.
  • a fired with lignite steam generator in which the coal of a Mahltrocknung by sucking back hot flue gases from the steam generator is subjected, may be provided between the grinding of the lignite and the introduction into the steam generator, a Brüdentrennung.
  • the fuel / carrier gas mixture is divided into a pulverized coal partial strand, which is passed to the burner and a second strand in which enriches the sucked back flue gas and the resulting in the evaporation of the contained in the lignite coal water content in the mill drying is present vapor.
  • a cooling of the flue gas to temperatures of 100 ° C can be carried out and a portion of the evaporation energy spent in the mill drying can be recovered by condensation of the vapor.
  • the condensation energy recovered as a result of this can be fed to lignite drying and preheating necessary for drying as well as to heat transfer within the power plant or other uses.
  • a flue gas heating is provided without the use of the condensation heat.
  • a multi-stage cooling and condensation of the flue gas is provided by using the heat of condensation.
  • the extent to which it is possible to use the heat of condensation without using the condensation heat or to fully utilize the heat content of the flue gas, including the heat of condensation, depends on the water content of the fuel used in the process and / or on the moisture content of the flue gas.
  • the flue gas is depleted and optionally condensed using at least one flue gas secondary flow channel.
  • the flue gas leaching using a bypass channel / bypass duct has the advantage that the power plant availability does not depend on the establishment and the availability of a flue gas dewatering and / or flue gas condensation depends on investment. In this case, it can also be ensured by control technology that the bypass duct is flown only when existing, heat-absorbing medium and the temperature behind there provided heat exchanger installations z. B. is kept constant for the availability of simple corrosion protection measures against acid condensing from the flue gas.
  • the flue gas heating and / or flue gas condensation takes place at near atmospheric pressure.
  • the flue gas heat is used for preheating to be dried lignite.
  • the preheating of the lignite to be dried can be done for example via a Swiss Marvel.
  • the preheating of the lignite to be dried can be operated in the bypass duct, for example by means of a flue gas / lignite heat exchanger.
  • the use of a plurality of lignite dryers connected in series is provided.
  • the vapors obtained during drying in a first dryer can be compressed and used to supply energy to at least one downstream second or further lignite dryer, such that several lignite dryers are operated as a dryer cascade.
  • a common heat carrier circuit may be provided, in which from several power plants or from several power plant blocks flue gas heat and / or steam is coupled as a heat transfer medium.
  • a Dampfsammeischiene (manifold) or the like may be provided.
  • the abovementioned method has the overall advantage that lignite drying, for example, can be operated by means of a fluidized bed dryer, independently of the power plant technology used and of the fuel used.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a first variant of the method according to the invention
  • FIG. 2 shows a further variant of the method according to the invention, in which a flue gas condensation and a lignite preheating is provided
  • FIG. 3 shows a variant of the method according to the invention in which several lignite dryers are arranged in cascade
  • FIG. 3 shows a variant of the method according to the invention in which several lignite dryers are arranged in cascade
  • FIG. 4 shows a variant of the method according to the invention, in which several lignite dryers are operated in parallel via a common heat carrier circuit
  • FIG. 5 shows a variant of the method according to the invention, in which a decoupling of heat from the carrier gas / vapor mixture is provided behind a Mahltrocknung.
  • FIG. 1 a process flow diagram is shown in greatly simplified form, which illustrates the heating of the flue gas in a flue gas channel 1 for the purpose of heating a lignite dryer 2 in a power plant process.
  • the power plant which is operated by the method described here, may be formed, for example, as a conventional lignite power plant.
  • This comprises one or more steam generators comprising in a known manner a boiler with a water / steam cycle, and one or more steam turbines.
  • lignite but also hard coal or other fuel can be burned.
  • brown coal is burned by direct firing.
  • peat-dried lignite is broken down and, for example, ground into dust in roller mill mills.
  • These roller mills are rendered inert with flue gas from the steam generator, the flue gas serves as a drying energy carrier as well as a carrier gas for the lignite dust, which is burned in the boilers by means of dust burners.
  • the coal mills for example, each connected to a flue gas recirculation from the boiler.
  • the coal mills can be followed by a separation of the broth in the form of centrifugal separation, for example by means of one or more cyclones.
  • the thermal energy contained in the flue gas mass flow is removed in a known manner from the flue gas in several stages, part of the energy being used for preheating combustion air.
  • the flue gas entering the flue gas channel 1 which is already largely used for energy purposes, can have a temperature between about 125 ° C. and about 160 ° C. at atmospheric pressure.
  • the flue gas is cooled in the flue gas channel 1 to a temperature of about 100 ° C and fed at this temperature a flue gas desulfurization.
  • a lignite dryer 2 is heated indirectly.
  • the lignite dryer 2 is formed for example as a fluidized bed dryer. According to the invention, it is provided that the dry brown coal withdrawn from the lignite dryer 2 is not or only to a limited extent thermally utilized in the process described here. Rather, the dry lignite is removed according to the invention as a product from the process.
  • FIG. 1 Another variant of the method is illustrated in FIG. There, a first heat exchanger 3a is arranged in a first draft 1a of the flue gas duct, and a second heat exchanger 3b is arranged in a second draft 1b of the flue gas duct.
  • a desuperheating of the flue gas is carried out by means of the heat exchanger 3a, by means of the second heat exchanger 3b, a further cooling of the flue gas below the dew point, d. H. taking advantage of the heat of condensation.
  • Heat is decoupled from the second train 1 b of the flue gas channel 1 from the flue gas stream via the intermediate heat cycle 5 and used for lignite preheating, resulting in a three-stage cooling of the flue gas from about 160 ° C. to about 50 ° C. at about atmospheric pressure ,
  • the first train 1a of the flue gas channel 1 is formed as an ascending channel section and the second train 1b of the flue gas channel 1 as a condensation region.
  • a flue gas condensate collector 7 is arranged in the second pass b.
  • the plant and process scheme shown schematically in Figure 3 differs from the preceding of Figure 2, as that there the brown coal preheating 6 is arranged in the form of a flue gas lignite heat exchanger 8 directly in the second train 1b of the flue gas duct 1.
  • at least two lignite dryers 2 are connected in series in such a way that the vapor of a first lignite dryer 2a is fed via a vapor compressor 9 a second lignite dryer 2b and the vapors of the second lignite dryer 2b is optionally fed to another lignite dryer.
  • the flue gas heat is initially coupled via the heat transfer circuit 4 in the first lignite dryer 2a, the lignite dryers 2a, 2b are connected as a cascade.
  • the process diagram shown in FIG. 4 initially differs from that in FIG. 3 in that three or more lignite dryers 2 connected in parallel are connected to a drying steam manifold 10, which is part of a heat transfer circuit 4 connecting several power plant units or multiple power plants.
  • the first draft 1a of the flue gas duct which forms the flue-gas dewatering area, is designed as a large-capacity direct drying chamber in which preheated brown coal is dried in direct contact with the flue gas.
  • the preheated brown coal is supplied to the "direct drying chamber" from a lignite warm storage 11.
  • the variant of the direct flue gas drying chamber can be provided both alternatively and in addition to the lignite dryers 2a, b, c In the second train 1 b of the flue gas duct 1 preheated and from there into the lignite hot storage 11.
  • the warmed lignite either for the purpose of direct drying the formed as a flue gas direct drying chamber second train 1b of the flue gas duct and / or the lignite dryers 2a, 2b, 2c abandoned, which are each heated in parallel via the drying steam manifold 10.
  • the flue gas flow velocity in the first draft 1a is to be reduced.
  • a fabric filter 12 is provided between the first train 1 a and the second train 1 b of the flue gas duct. The entrained dusts are deposited via this fabric filter 12. Because of the resulting in the flue gas duct 1 due to the internals pressure losses, it may be necessary to operate the system with slightly increased flue gas flow pressure.
  • the desuperheating and / or dehumidifying of the flue gas in the manner described above can also make sense without a subsequent lignite drying.
  • An essential aspect of the method according to the invention is the fact that the decoupled from the flue gas stream heat for the purpose of other uses the power plant process is completely withdrawn. The heat can be used for the production of other products as well as for the production of district heating and service water.
  • FIG. 5 schematically shows the grinding drying of brown coal with a fume-gas recirculation from the combustion chamber of the steam generator.
  • a coal mill for example, referred to in the form of a roller mill, for example, pre-broken, pit-wet raw lignite and sucked back flue gas from the furnace as a carrier medium and drying medium for the lignite coal are supplied.
  • Behind the coal mill 13 there is a separation of the brothers, for example in a cyclone 14 or in another centrifugal separator.
  • the fuel / carrier gas mixture is divided into a pulverized coal partial strand, which is passed to the burner and a second strand, in which the sucked back flue gas is enriched with the water contained in the evaporation of the lignite in the lignite.
  • This carrier / vapor mixture is cooled in a vapor condenser 15 to a temperature ⁇ 100 ° C, wherein the heat is coupled via a heat carrier circuit 4 with a heat transfer medium from the vapor condenser 15.
  • the heat transfer circuit 4 comprises a heat exchanger 3 in a known manner. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftwerks mit einem Dampferzeuger, der mit festen fossilen Brennstoffen, beispielsweise Steinkohle oder Braunkohle, befeuert wird. Das Verfahren umfasst die Wärmeauskoppelung aus dem Rauchgas des Dampferzeugers in Strömungsrichtung des Rauchgases hinter einer Einrichtung zur Verbrennungsluftvorwärmung, wobei die aus dem Rauchgasstrom ausgekoppelte Wärme zur Trocknung von Braunkohle genutzt wird. Die erhaltene Trockenbraunkohle wird vorzugsweise als Produkt aus dem Verfahren abgezogen bzw. mit einem Anteil von weniger als 50 % in dem betreffenden Dampferzeuger energetisch umgesetzt.

Description

Verfahren zum Betreiben eines Kraftwerks
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftwerks mit wenigstens einem mit festen, körnigen oder pulverförmigen fossilen Brennstoffen oder Biomasse befeuerten Dampferzeuger.
Feste fossile Brennstoffe enthalten je nach Brennstoff einen mehr oder minder großen Anteil an Wasser, der bei der Verbrennung verdampft wird und dampfförmig im Rauchgas enthalten ist. Bei mit Steinkohle befeuerten Kraftwerken ist die- ser Wasseranteil verhältnismäßig gering, bei mit Biomasse oder Braunkohle befeuerten Dampferzeugern kann dieser Wasseranteil mehr als 50 % des Brennstoffs ausmachen. Ein Großteil der für die Verdampfung des Wassers aufgebrachten thermischen Energie im Rauchgas wird bei modernen Kraftwerken nicht vollständig ausgenutzt. Darüber hinaus besteht aber auch Bedarf, den Energiein- halt des Rauchgases weitestgehend nutzbar zu machen.
Hierzu ist es bekannt, die im Rauchgas enthaltene thermische Energie mittels bekannter Wärmeverschiebesysteme zu nutzen. Beispielsweise ist es üblich, einen Teil der im Rauchgas enthaltenen thermischen Energie zur Kessel-Speise- wasservorwärmung oder zur Verbrennungsluftvorwärmung zu nutzen. Die hierzu bekannten Wärmeverschiebungssysteme ermöglichen eine Wirkungsgradsteigerung des betroffenen Kraftwerkprozesses, bei speziellen Kraftwerken teilweise auch unter Ausnutzung der Kondensationswärme. Eine kraftwerksinterne Nutzung, beispielsweise in Form einer Speisewasser- oder Luftvorwärmung führt di- rekt zu einer Erhöhung des Kraftwerkwirkungsgrades, verbunden mit vermindertem Brennstoffverbrauch bei gleichbleibender elektrischer Leistung oder, falls gemäß Turbinen- und Generatorauslegung möglich, zu einer Leistungserhöhung des Kraftwerks bei gleichbleibendem Brennstoffverbrauch, und in jedem dieser Fälle zu einer Verringerung der Arbeitskosten und der C02-Emissionen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftwerks mit fossilen festen Brennstoffen bereitzustellen, welches eine sinnvolle energetische Nutzung des Wärmeinhalts der Rauchgase, unabhängig von dem in dem jeweiligen Kraftwerk eingesetzten Wärmeträger, ermöglicht. Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftwerks mit wenigstens einem mit festen, körnigen oder pulverförmigen fossilen Brennstoffen oder Biomasse befeuerten Dampferzeuger, wobei das Verfahren eine Wärme- auskoppelung aus dem Rauchgas des Dampferzeugers in Strömungsrichtung des Rauchgases hinter einer Einrichtung zur Verbrennungsluftvorwärmung und/oder hinter einer dem Dampferzeuger vorgeschalteten Brüdentrennung in der Brennstoffzufuhr des Dampferzeugers und die Trocknung von Braunkohle umfasst, wobei mit der aus dem Rauchgasstrom ausgekoppelten Wärme wenigstens ein Braunkohlentrockner beheizt wird.
Bevorzugt wird die Trockenbraunkohle als Produkt nicht oder nur mit einem Anteil von < 50 %, vorzugsweise mit einem Anteil von < 30 %, besonders bevorzugt mit einem Anteil von < 20 % der insgesamt benötigten Brennstoffmenge in dem ver- fahrensgemäß betriebenen Dampferzeuger energetisch umgesetzt.
Die Erfindung kann dahingehend zusammengefasst werden, dass insbesondere die aus dem Rauchgasstrom des betriebenen Kraftwerks ausgekoppelte Wärme weitestgehend dem Kraftwerksprozess entzogen wird und einer anderweitigen Nutzung zugeführt wird.
Obwohl das erfindungsgemäße Verfahren das Betreiben eines Kraftwerks mit festen fossilen Brennstoffen oder Biomassen betrifft, ist die Erfindung jedoch so zu verstehen, dass das Kraftwerk zumindest teilweise auch mit flüssigen oder gas- förmigen Brennstoffen betrieben werden kann.
Bevorzugt umfasst das Verfahren das Betreiben eines mit Braunkohle befeuerten Kraftwerks, das im Wesentlichen der Stromerzeugung aus nicht vorgetrockneter Braunkohle dient, da hier verfahrensbedingt ein hohes nutzbares Temperaturni- veau im Rauchgas vor einer Rauchgasentschwefelungsanlage vorliegt, über die kraftwerkstypische interne Mahltrocknung eine große Wasserdampfmenge in den Kraftwerksprozess eingetragen wird, deren Kondensationsenergie zur Wärmerückgewinnung nutzbar gemacht werden kann und die Kraftwerke sich in der Re- gel in der Nähe der der Produktion von Trockenbraunkohle zugrundeliegenden Braunkohlenlagerstätten befinden.
Die mit dem Verfahren erzeugte Trockenbraunkohle kann vollständig oder zum überwiegenden Teil zur Verbrennung in anderen Kraftwerken vorgesehen sein.
Hier liegt insbesondere die Überlegung zugrunde, dass mit Braunkohle befeuerte Dampferzeuger üblicherweise zur Verbrennung von Rohbraunkohle und nicht für die Verbrennung von Trockenbraunkohle ausgelegt sind. Unter Rohbraunkohle im Sinne der Erfindung ist im Wesentlichen sog.„grubenfeuchte Braunkohle" mit einem Feuchtigkeitsgehalt zu verstehen, der nur unwesentlich unterhalb des Feuchtigkeitsgehalts liegt, den die Braunkohle innerhalb der Lagerstätte aufweist.
Die mit dem Verfahren erzeugte Trockenbraunkohle kann beispielsweise als Brennstoff in Steinkohlenkraftwerken verwendet werden, für die Zufeuerung oder als vollständiges Substitut für Steinkohle.
Ein Teil der getrockneten Braunkohle kann in dem nach dem Verfahren betriebenen Kraftwerk selbst verbrannt werden, jedoch wird dieser Teil eher einen gerin- geren Teil des erzeugten trockenen Brennstoffs ausmachen.
Bei einer Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass der Dampferzeuger mit Braunkohle befeuert wird, die einer Mahltrocknung mit Rauchgas unterzogen wird, wobei zwischen der Vermahlung der Braunkohle und dem Einbringen in den Dampferzeuger eine Brüdentrennung vorgesehen ist, wobei eine Wärmeauskopplung aus einem Rauchgas-/Brüdengemisch unter Nutzung der Kondensationswärme des Brüdens erfolgt. Eine solche Wärmeauskopplung aus dem Rauchgas-/Brüdengemisch bzw. Trägergas-/Brüdengemisch kann zusätzlich oder alternativ zu einer Wärmeauskopplung aus dem Rauchgas des Dampferzeugers hinter der Feuerung, insbesondere hinter einer Einrichtung zur Verbrennungsluftvorwärmung vorgesehen sein.
Bei einem mit Braunkohle befeuerten Dampferzeuger, bei dem die Kohle einer Mahltrocknung durch Rücksaugung heißer Rauchgase aus dem Dampferzeuger unterzogen wird, kann zwischen der Vermahlung der Braunkohle und dem Einbringen in den Dampferzeuger eine Brüdentrennung vorgesehen sein. In diesem Fall wird das Brennstoff-/Trägergasgemisch aufgeteilt in einen kohlenstaubreichen Teilstrang, der auf die Brenner geleitet wird und einen zweiten Strang, in dem das rückgesaugte Rauchgas angereichert und den bei der Verdampfung des in der Rohbraunkohle enthaltenen Wasseranteils in der Mahltrocknung entstandenen Brüdens vorliegt.
In diesem Fall kann eine Abkühlung des Rauchgases auf Temperaturen 100°C durchgeführt werden und ein Anteil der bei der Mahltrocknung aufgewendeten Verdampfungsenergie über Kondensation des Brüdens zurückgewonnen werden. Die hierdurch zurückgewonnene Kondensationsenergie kann sowohl einer Braunkohlentrocknung und für die Trocknung notwendige Vorwärmung als auch der Wärmeverschiebung innerhalb des Kraftwerks oder einer anderen Nutzung zuge- führt werden.
Bei einer einfacheren Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung ist eine Rauchgaserhitzung ohne Nutzung der Kondensationswärme vorgesehen. Bei einer alternativen Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung ist eine mehrstufige Abkühlung und Kondensation des Rauchgases unter Nutzung der Kondensationswärme vorgesehen.
Inwieweit eine Enthitzung ohne Nutzung der Kondensationswärme oder eine voll- ständige Nutzung des Wärmeinhalts des Rauchgases einschließlich der Kondensationswärme möglich ist, hängt vom Wassergehalt des im Verfahren eingesetzten Brennstoffs und/oder vom Feuchtigkeitsgehalt des Rauchgases ab.
Bei einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass das Rauchgas unter Verwendung wenigstens eines Rauchgasnebenstromkanals enthitzt und ggf. kondensiert wird. Die Rauch- gasenthitzung unter Verwendung eines Bypass-Kanals/Nebenstromkanals hat den Vorteil, dass die Kraftwerksverfügbarkeit nicht von der Errichtung sowie der Verfügbarkeit einer Rauchgasenthitzungs- und/oder Rauchgaskondensations- anläge abhängig ist. Hierbei kann außerdem regelungstechnisch sichergestellt werden, dass der Nebenstromkanal nur bei vorhandenem, wärmeaufnehmendem Medium angeströmt wird und die Temperatur hinter dort vorgesehenen Wärmetauschereinbauten z. B. für die Verwendbarkeit einfacher Korrosionsschutzmaß- nahmen gegen aus dem Rauchgas kondensierende Säure konstant gehalten wird.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rauchgasent- hitzung und/oder Rauchgaskondensation bei nahezu atmosphärischem Druck erfolgt.
Bei einer besonders zweckmäßigen Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rauchgaswärme zur Vorwärmung von zu trocknender Braunkohle genutzt wird. Die Vorwärmung der zu trocknenden Braunkohle kann beispielsweise über einen Zwischenwärmekreislauf erfolgen. Alternativ kann die Vorwärmung der zu trocknenden Braunkohle in dem Nebenstromkanal, beispielsweise mittels eines Rauchgas-/Braunkohlewärmetauschers, betrieben werden. Bei einer ebenfalls bevorzugten Variante des Verfahrens ist die Verwendung mehrerer in Reihe geschalteter Braunkohlentrockner vorgesehen.
Beispielsweise können die bei der Trocknung in einem ersten Trockner anfallenden Brüden verdichtet und zur Energieversorgung wenigstens eines nachgeschal- teten zweiten oder weiteren Braunkohlentrockners genutzt werden, derart, dass mehrere Braunkohlentrockner als Trocknerkaskade betrieben werden.
Mehrere Braunkohlentrockner können parallel mit Rauchgaswärme beheizt werden.
Beispielsweise kann ein gemeinsamer Wärmeträgerkreislauf vorgesehen sein, in den aus mehreren Kraftwerken oder aus mehreren Kraftwerksblöcken Rauchgaswärme und/oder Dampf als Wärmeträger eingekoppelt wird. Hierzu kann bei- spielsweise eine Dampfsammeischiene (Sammelleitung) oder dergleichen vorgesehen sein.
Das vorstehend genannte Verfahren hat insgesamt den Vorteil, dass beispiels- weise eine Braunkohlentrocknung mittels Wirbelschichttrockner unabhängig von der verwendeten Kraftwerkstechnik und von dem eingesetzten Brennstoff betrieben werden kann.
Mit einer Zumischung bzw. separaten Einbringung von Trockenbraunkohle in kon- ventionellen Braunkohlekraftwerken kann ggf. der Kraftwerkswirkungsgrad um die nicht benötigte Trocknungsleistung verbessert werden und der C02-Emissions- faktor des gemischten Brennstoffeintrags im Vergleich zum reinen Rohbraunkohleneinsatz reduziert werden. Die Erfindung wird nachstehend anhand mehrerer in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Figur 2 eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welchem eine Rauchgaskondensation und eine Braunkohlenvorwär- mung vorgesehen ist, Figur 3 eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welchem mehrere Braunkohlentrockner in Kaskade angeordnet sind,
Figur 4 eine Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung, bei welcher mehrere Braunkohlentrockner über einen gemeinsamen Wärmeträgerkreislauf parallel betrieben werden,
Figur 5 eine Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung, bei welchem eine Auskopplung von Wärme aus dem Trägergas-/ Brüdengemisch hinter einer Mahltrocknung vorgesehen ist. Es wird zunächst Bezug genommen auf die Figur 1 , in der stark vereinfacht ein Verfahrensfließbild dargestellt ist, welches in einem Kraftwerksprozess die Ent- hitzung des Rauchgases in einem Rauchgaskanal 1 zwecks Beheizung eines Braunkohlentrockners 2 veranschaulicht.
Das Kraftwerk, welches mit dem hier beschriebenen Verfahren betrieben wird, kann beispielsweise als konventionelles Braunkohlekraftwerk ausgebildet sein. Dieses umfasst einen oder mehrere Dampferzeuger, die in bekannter Art und Weise einen Kessel mit einem Wasser-/Dampfkreislauf, sowie eine oder mehrere Dampfturbinen umfasst. In dem Kessel kann beispielsweise Braunkohle, aber auch Steinkohle oder ein anderer Brennstoff, verfeuert werden. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird Braunkohle im Wege der Direktfeuerung verbrannt. Das heißt, dass grubenfeuchte Braunkohle vorgebrochen wird und bei- spielsweise in Walzenschüsselmühlen zu Staub vermählen wird. Diese Walzenschüsselmühlen werden mit Rauchgas aus dem Dampferzeuger inertisiert, wobei das Rauchgas als Trocknungsenergieträger als auch als Trägergas für den Braunkohlenstaub dient, welcher in den Kesseln mittels Staubbrennern verbrannt wird. Die Kohlemühlen sind beispielsweise jeweils an eine Rauchgasrücksaugung aus dem Kessel angeschlossen. Den Kohlemühlen kann eine Brüdentrennung in Form einer Fliehkraftabscheidung beispielweise mittels einem oder mehreren Zyklonen nachgeschaltet sein.
Die in dem Rauchgasmassenstrom enthaltene thermische Energie wird in be- kannter Art und Weise dem Rauchgas mehrstufig entzogen, wobei ein Teil der Energie zur Verbrennungsluftvorwärmung verwendet wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass wenigstens ein Teil des Rauchgases hinter einem regenerativen Luftvorwärmer über einen Rauch- gaskanal 1 geführt wird, in welchem wenigstens ein Wärmetauscher 3 eines geschlossenen Wärmeträgerkreislaufs 4 vorgesehen ist. Das in den Rauchgaskanal 1 eintretende, schon größtenteils energetisch genutzte, Rauchgas kann eine Temperatur zwischen etwa 125°C und etwa 160°C bei Atmosphärendruck aufweisen. Bei der in Figur 1 dargestellten Variante des Verfahrens wird das Rauchgas in dem Rauchgaskanal 1 auf eine Temperatur von etwa 100°C abgekühlt und mit dieser Temperatur einer Rauchgasentschwefelungsanlage zugeführt. Über den Wärmeträgerkreislauf 4 wird ein Braunkohlentrockner 2 indirekt beheizt. Der Braunkohlentrockner 2 ist beispielsweise als Wirbelschichttrockner ausgebildet. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die aus dem Braunkohlentrockner 2 abgezogene Trockenbraunkohle nicht oder nur zu einem geringen Teil in dem hier beschriebenen Prozess thermisch verwertet wird. Vielmehr wird die Trocken- braunkohle erfindungsgemäß als Produkt aus dem Prozess abgeführt.
Eine weitere Variante des Verfahrens ist in Figur 2 veranschaulicht. Dort ist in einem ersten Zug 1a des Rauchgaskanals ein erster Wärmetauscher 3a und in einem zweiten Zug 1b des Rauchgaskanals ein zweiter Wärmetauscher 3b ange- ordnet. In einer ersten Stufe wird mittels des Wärmetauschers 3a eine Enthitzung des Rauchgases vorgenommen, mittels des zweiten Wärmetauschers 3b erfolgt eine weitere Abkühlung des Rauchgases unter den Taupunkt, d. h. unter Ausnutzung der Kondensationswärme. Über einen Zwischenwärmekeislauf 5 mit nicht näher bezeichneten Wärmetauschern wird eine indirekte Braunkohlevorwärmung 6 betrieben. Über den Zwi- schenwärmekreislauf 5 wird Wärme aus dem zweiten Zug 1 b des Rauchgaskanals 1 aus dem Rauchgasstrom ausgekoppelt und für die Braunkohlevorwärmung genutzt, so dass im Ergebnis eine dreistufige Abkühlung des Rauchgases von etwa 160°C auf etwa 50°C etwa bei Atmosphärendruck erfolgt. Der erste Zug 1a des Rauchgaskanals 1 ist als aufsteigender Kanalabschnitt und der zweite Zug 1 b des Rauchgaskanals 1 als Kondensationsbereich ausgebildet. Am Rauchgasaustritt in Richtung Rauchgasentschwefelungsanlage ist in dem zweiten Zug b ein Rauchgaskondensatsammler 7 angeordnet.
In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass in allen Ausführungsbeispielen gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Das in Figur 3 schematisch dargestellte Anlagen- und Verfahrensschema unterscheidet sich insofern von dem vorhergehenden gemäß Figur 2, als dass dort die Braunkohlevorwärmung 6 in Form eines Rauchgas-Braunkohle-Wärmetauschers 8 unmittelbar in dem zweiten Zug 1b des Rauchgaskanals 1 angeordnet ist. Dar- über hinaus sind wenigstens zwei Braunkohlentrockner 2 hintereinander geschaltet und zwar derart, dass der Brüden eines ersten Braunkohlentrockners 2a über einen Brüdenverdichter 9 einem zweiten Braunkohlentrockner 2b zugeführt wird und der Brüden des zweiten Braunkohlentrockners 2b ggf. einem weiteren Braunkohlentrockner zugeführt wird. Die Rauchgaswärme wird dabei anfänglich über den Wärmeträgerkreislauf 4 in den ersten Braunkohlentrockner 2a eingekoppelt, die Braunkohlentrockner 2a, 2b sind als Kaskade geschaltet.
Das in Figur 4 dargestellte Verfahrensschema unterscheidet sich von demjenigen in Figur 3 zunächst einmal dadurch, dass drei oder mehrere Braunkohlentrockner 2 parallel geschaltet an eine Trocknungsdampfsammelschiene 10 angeschlossen sind, die Teil eines mehrere Kraftwerksblöcke oder mehrere Kraftwerke verbindenden Wärmeträgerkreislaufs 4 ist. Darüber hinaus ist der erste Zug 1a des Rauchgaskanals, welcher den Rauchgasenthitzungsbereich bildet, als Groß- raumdirekttrockenkammer ausgebildet, in dem vorgewärmte Braunkohle in direk- tem Kontakt mit dem Rauchgas getrocknet wird. Die vorgewärmte Braunkohle wird der„Direkt-Trockenkammer" aus einem Braunkohlenwarmspeicher 11 zugeführt. Die Variante der Rauchgasdirekt-Trockenkammer kann sowohl alternativ als auch zusätzlich zu den Braunkohlentrocknern 2a, b, c vorgesehen sein. Die Rohbraunkohle wird über einen Rauchgas-Braunkohle-Wärmetauscher 8 in dem zweiten Zug 1 b des Rauchgaskanals 1 vorgewärmt und gelangt von dort in den Braunkohlenwarmspeicher 11. Über den Braunkohlenwarmspeicher 11 wird die angewärmte Braunkohle entweder zwecks Direkttrocknung dem als Rauch- gas-Direkt-Trockenkammer ausgebildeten zweiten Zug 1b des Rauchgaskanals und/oder den Braunkohlentrocknern 2a, 2b, 2c aufgegeben, die jeweils parallel über die Trocknungsdampfsammelschiene 10 beheizt werden.
Für den Fall einer Rauchgas-Direkttrocknung von Braunkohle ist die Rauchgasströmungsgeschwindigkeit in dem ersten Zug 1a herabzusetzen. Zur Abschei- dung der ggf. mitgerissenen Stäube ist ein Gewebefilter 12 zwischen dem ersten Zug 1a und dem zweiten Zug 1 b des Rauchgaskanals vorgesehen. Die mitgerissenen Stäube werden über dieses Gewebefilter 12 abgeschieden. Wegen der sich im Rauchgaskanal 1 aufgrund der Einbauten ergebenden Druckverluste ist es ggf. erforderlich, die Anlage mit leicht erhöhtem Rauchgasströmungsdruck zu betreiben.
Die Enthitzung und/oder Entfeuchtung des Rauchgases in der vorstehend beschriebenen Art und Weise kann auch ohne eine nachgeschaltete Braunkohle- trocknung sinnvoll sein. Ein wesentlicher Gesichtspunkt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass die aus dem Rauchgasstrom ausgekoppelte Wärme zwecks anderweitiger Nutzung dem Kraftwerksprozess vollständig entzogen wird. Die Wärme kann für die Herstellung anderer Produkte sowie für die Erzeugung von Fernwärme und Brauchwasser genutzt werden.
In der Fig. 5 ist schematisch die Mahltrocknung von Braunkohle mit einer Rauch- gasrücksaugung aus dem Feuerraum des Dampferzeugers dargestellt.
Mit 13 ist eine Kohlemühle, beispielsweise in Form einer Walzenschüsselmühle bezeichnet, der beispielsweise vorgebrochene, grubenfeuchte Rohbraunkohle sowie rückgesaugtes Rauchgas aus dem Feuerraum als Trägermedium und Trocknungsmedium für die Rohbraunkohle zugeführt werden. Hinter der Kohlemühle 13 erfolgt eine Brüdentrennung, beispielsweise in einem Zyklon 14 oder in einem anderen Fliehkraftabscheider. In diesem wird das Brennstoff- /Trägergasgemisch aufgeteilt in einen kohlenstaubreichen Teilstrang, der auf die Brenner geleitet wird und einen zweiten Strang, in welchem das rückgesaugte Rauchgas mit der bei der Verdampfung des in der Rohbraunkohle enthaltenen Wasseranteil angereichert ist. Dieses Träger-/Brüdengasgemisch wird in einem Brüdenkondensator 15 auf eine Temperatur < 100°C abgekühlt, wobei die Wär- me über einen Wärmeträgerkreislauf 4 mit einem Wärmeträgermedium aus dem Brüdenkondensator 15 ausgekoppelt wird. Der Wärmeträgerkreislauf 4 umfasst in bekannter Art und Weise einen Wärmetauscher 3. Bezugszeichenliste
1 Rauchgaskanal
1a erster Zug des Rauchgaskanals
1b zweiter Zug des Rauchgaskanals
2 Braunkohlentrockner
2a erster Braunkohlentrockner
2b zweiter Braunkohlentrockner
2c dritter Braunkohlentrockner
3 Wärmetauscher
3a erster Wärmetauscher
3b zweiter Wärmetauscher
4 Wärmeträgerkreislauf
5 Zwischenwärmekreislauf
6 Braunkohlenvorwärmung
7 Rauchgaskondensatsammler
8 Rauchgas-Braunkohlen-Wärmetauscher
9 Brüdenverdichter
10 Trocknungsdampf-Sammelschiene
11 Braunkohlenwarmspeicher
12 Gewebefilter
13 Kohlemühle
14 Zyklon
15 Brüdenkondensator

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Kraftwerks mit wenigstens einem mit festen, körnigen oder pulverförmigen fossilen Brennstoffen oder Biomasse befeuerten Dampferzeuger, wobei das Verfahren eine Wärmeauskoppelung aus dem Rauchgas des Dampferzeugers in Strömungsrichtung des Rauchgases hinter einer Einrichtung zur Verbrennungsluftvorwärmung und/oder hinter einer dem Dampferzeuger vorgeschalteten Brüdentrennung in der Brennstoffzufuhr und die Trocknung von Braunkohle umfasst, wobei mit der aus dem Rauchgasstrom ausgekoppelten Wärme wenigstens ein Braunkohlentrockner beheizt wird und wobei die Trockenbraunkohle als Produkt nicht oder nur mit einem Anteil von 50 %, vorzugsweise mit einem Anteil von < 30 % der insgesamt benötigten Brennstoffmenge in dem Dampferzeuger energetisch umgesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bis zu 80 % der Trockenbraunkohle, vorzugsweise bis zu 50 %, weiterhin vorzugsweise bis zu 30 % in dem Dampferzeuger energetisch umgesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der
Dampferzeuger mit Braunkohle befeuert wird, die einer Mahltrocknung mit Rauchgas unterzogen wird, wobei zwischen der Vermahlung der Braunkohle und dem Einbringen in den Dampferzeuger eine Brüdentrennung vorgesehen ist, wobei eine Wärmeauskopplung aus einem Rauchgas- /Brüdengemisch unter Nutzung der Kondensationswärme des Brüdens erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Rauch- gasenthitzung ohne Nutzung der Kondensationswärme.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine mehrstufige Abkühlung und Kondensation des Rauchgases.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rauchgas unter Verwendung wenigstens eines Rauchgas- nebenstromkanals enthitzt und ggf. kondensiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauchgaswärme zur Vorwärmung von zu trocknender Braunkohle genutzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die Verwendung mehrerer in Reihe geschalteter Braunkohlentrockner.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der bei der Trocknung in einem ersten Trockner anfallende Brüden verdichtet und zur Energieversorgung wenigstens eines nachgeschalteten Braunkohlentrockners genutzt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Braunkohlentrockner parallel mit Rauchgaswärme beheizt werden.
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