METHOD FOR GENERATING ELECTRIC POWER IN A COMBINED POWER PLANT WITH FLUIDISED BED COMBUSTION

Abstract: 1. Method for generating electrical energy and heat energy using a gasturbine/steam power station equipped with a fluidised bed firing system (10), in which air is compressed, heated in a heat exchanger (22) located in the fluidised bed firing system (10), expanded in a gas turbine (30) driving the compressor (26), giving up the surplus energy to an electrical generator (38), and is supplied in total as combustion air to the fluidised bed firing system (10), in which steam is generated using the heat energy released in the fluidised bed firing system and is supplied to a steam turbine driving a second electrical generator (54), and in which the combustion gases are supplied, after the heat rejection serving to generate the steam, to an exhaust gas heat exchanger (74) for further cooling, characterized in that the steam is generated in an unfired and separate exhaust heat boiler (44) fitted downstream on the combustion gas side of the fluidised bed firing system (10) and is supplied to the steam turbine designed as a back pressure steam turbine (52), that a hot water heater (64) provided in a heating circuit is subjected to the steam extracted from the back pressure steam turbine (52), and that hot water with an adjustable hot water mass flow flows through the exhaust gas heat exchanger (74), connected in parallel with the hot water heater (64) and subject to combustion gas within the exhaust heat boiler (44).

Description: Verfahren zum Betreiben eines mit einer Wirbelschichtfeuerung ausgerüsteten Dampfkraftwerkes, insbesondere Heizkraftwerkes Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines mit einer Wirbelschichtfeuerung ausgerüsteten Dampfkraftwerkes, insbesondere Heizkraftwerkes, wobei Luft verdichtet, in einem in der Wirbelschichtfeuerung angeordneten Wärmetauscher erhitzt, in einer den Verdichter antreibenden Gasturbine entspannt und als Verbrennungsluft für die Wirbelschichtfeuerung benutzt wird, wobei die Rauchgase der Wirbelschichtfeuerung einem Dampferzeuger zugeführt werden. Bei einem bekannten Verfahren dieser Art werden zwei Feuerungen betrieben: einmal die Wirbelschichtfeuerung und zum anderen die Feuerung des Dampferzeugers, so dass der Aufwand gross ist. Der Betrieb der beiden Feuerungen ist insoweit gekoppelt, als ein Teil der in der Gasturbine entspannten Luft der Wirbelschichtfeuerung zugeleitet, der Rest der Luft dagegen zusammen mit den Rauchgasen der Wirbelschichtfeuerung der Feuerung des Dampferzeugers zugeführt wird. Xnderungen des Verbrennungsluftdurchsatzes der Wirbelschichtfeuerung bleiben daher nicht ohne Einfluss auf die Dampferzeuger-Feuerung. In einem solchen Falle müssen daher Eingriffe unternommen werden, denn bei Leistungsänderungen ändert sich der Luftbedarf der Wirbelschichtfeuerung nicht in gleichem Masse wie jener der Feuerung des Dampferzeugers. Eine Abstimmung der Verbrennungsluftzufuhr auf die verschiedenen Feuerungsarten ist Jedoch unerlässlich. Um einen hohen Feuerungswirkungsgrad zu erreichen, soll der Luftüberschuss der Dampfkessel-Feuerung möglichst gering sein, um die übliche Verbrennungstemperatur von 800 bis 950 Grad Celsius in der Wirbelschichtfeuerung einstellen zu können, muss der Luftüberschuss gegenüber der Dampfkessel-Feuerung sehr gross sein. Das Einstellen des Feuerungsbetriebs gemäss den vorgenannten Kriterien erfordert daher zusätzlichen Aufwand um einen guten Wirkungsgrad des Kraftwerkes zu erzielen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art zu auszugestalten, dass unter Beibehaltung eines guten Gesamtwirkungsgrades des Kraftwerkes dessen Betrieb vereinfacht ist. Darüber hinaus soll das Verfahren mit verringertem Aufwand durchführbar, an verschiedene Betriebsbedingungen leicht anpaRbar und insbesondere für Heizkraftwerke geeignet sein. Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäss darin, dass die gesamte in der Gasturbine entspannte Luft der Wirbelschichtfeuerung zugeführt wird, dass die Rauchgase einem unbefeuerten Abhitzekessel, der als Dampferzeuger dient, zur Wärmeabgabe zugeleitet werden und dass die bei der Entspannung der Luft anfallende Uberschussenergie zur Stromerzeugung an einen elektrischen Generator abgegeben wird. Die Verfeuerung des rennstoffes wird jetzt nicht mehr in zwei Feuerungen sondern lediglich in der Wirbel schichtfeuerung vorgenommen. Hierdurch ist zunächst einmal der Aufwand verringert und die Feuerungsführung wereinfacht. Dementsprechend steht die gesamte in der Gasturbine entspannte Luft als Verbrennungsluft für die Wirbelschichtfeuerung zur Verfügung, so dass sich die gewünschten hohen Luftüberschüsse leïcht einstellen lassen, Gleichzeitig wird die bei der Entspannung in der Gasturbine gewonnene mechanische V-berschuss-Energie einem elektrischen Generator zur Stromerzeugung zugeführt. Der Anteil dieser Stromerzeugung ist bemerkenswert, da mit steigender Luftzufuhr zur Wirbelschichtfeuerung die in der Gasturbine entspannte Luftmenge entsprechend an steigt und somit eine ebenfalls entsprechende Menge an tJberschussenergie für die Stromerzeugung bereit steht. Es ergibt sich somit in überraschender Weise eine Steige rung des Gesamtwirkungsgrades des Kraftwerkes mit steigendem Luftüberschuss bzw. Luftbedarf der Wirbel schichtfeuerung, ganz im Gegensatz zu herkömmlichen Anlagen, bei denen eine Verfeuerung des Brennstoffes unter erhöhtem Luftüberschuss stets eine Verringerung des Wirkungsgrades mit sich bringt Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung einer für die Durchführung des Verfahrens geeigneten Anlage-im Zusammenhang mit der schematischen Zeichnung hervor. Im Ausführungsbeispiel gemäss der Zeichnung ist ein Heizkraftwerk mit einer Wirbelschichtfeuerung 10 ver sehen. Diese weist einen Feuerraum 12 auf, in dessen unterem Bereich die Wirbelschicht 14 vorgesehen ist. Zur Bildung der Wirbelschicht 14 wird Brennstoff durch eine @ Fördereinrichtung 16 oberhalb eines Düsenbodens 18 zugeführt. Der Brennstoff kann mit Zusätzen wie Dolomit oder Kalkstein vermengt sein, um Schwefelanteile, die mit dem Brennstoff eingebracht werden, in der Wirbel schiebt zu binden. Der im unteren Bereich der Wirbelschichtfeuerung 10 angeordnete Düsenboden 18 weist eine Vielzahl von Öffnungen auf, durch welche die Verbrennungsluft der Wirbelschicht zugeführtwird. AuBerdem ist noch ein Abzug 20 für Ascheanteile vorgesehen, der vom Dosenboden 18 ausgehend nach unten inden AuBenraum geführt ist. Im Bereich der Wirbelscbicht 14 ist ein Wärmetauscher 22 in Form eines Rohrbündels vorgesehen, das einerseits durch die Rohrleitung 24 mit der Druckseite des Verdichters 26 verbunden ist und andererseits durch die Rohr- leitung 28 an den Einlass der Gasturbine 30 angeschlossen ist. Hierbei ist zwischen den beiden teitungen 24 und 28 ein absperrbarer Bypass 32 vorgesehen. Der Ausgang der Gasturbine 30 ist Uber eine weitere Rohrleitung 34 mit jenem Raum 36 der Wirbelschichtfeuerung verbunden, der unterhalb des Düsenbodens 18 gebildet ist. Die Welle des Verdichters 26 ist mit der Welle der Gasturbine 30 gekuppelt, auBerdem ist noch die Welle eines elektrischen Generators 38 angekuppelt. Der obere Bereich der Wirbelschicbtfeuerung 10 ist durch eine Rauchgasleitung 40 mit eingefügtem Zyklonabscheider 42 mit dem Abhitzekessel 44 verbunden. Dieser Abhitze- kessel 44 weist keine eigene feuerung auf, er dient lediglich zur Abkühlung der von der Wirbelschichtfeue- rung 10 gelieferten Rauchgase, Der Abhitzekessel 4 44 wird von den Rauchgasen von oben nach unten durchstrdmt, die dann im abgekühlten Zustand durch eine Leitung 46 zu einem nicht dargestellten Kamin geleitet werden. Im Abhitzekessel sind in bekannter Weise Wärmetauscher, wie z. B. für die Verdampfung von Speisewasser und Überhitzung des erzeugten Dampfes, vorgesehen und insgesamt mit dem Bezugszeichen 48 gekennzeichnet. Der Dampf wird durch die Leitung 50 vom Abhitzekessel 44 zu einer mit Anzapfungen versehen Gegendruck-Dampfturbine 52 geleitet, die einen elektrischen Generator 54 antreibt. Eine dieser Anzapfungen ist über eine Leitung 56 an einen Kondensat-Vorwärmer 58 angeschlossen, zwei weitere Leitungen 60 und 62 verbinden weitere Anzapfungen der Dampfturbine mit dem Heizwassererwärmer 64. Dieser weist zwei wasserseitig in Serie geschaltete Wärmetauscher 66 und 68 auf, zu denen je eine der Leitungen 60, 62 führt. Ferner sind in üblicher Weise Rückführorgane für das Kondensat zum Kondensat-Vorwärmer 58 angeordnet. Der Heizwassererwärmer 64 ist Bestandteil eines Heizkreislaufs, der eine Vorlaufleitung 70 und eine Rücklaufleitung 72 aufweist. Durch die Vorlaufleitung 70 strömt Heizwasser, das im Heizwassererwärmer 64 erhitzt wurde, zu nicht dargestellten Verbrauchern, dort wird es abgekühlt und strömt als Rücklaufwasser zur erneuten Erwärmung dem Heizwassererwärmer 64 wieder zu. Dem Heizwassererwärmer 64, der mit Anzapfdampf beheizt wird, ist eine weiterer Wärmetauscher 74 durch Rohrleitungen 76 und 78 unter Einschaltung eines Regel- und Absperrorgans 80 parallel geschaltet. Dieser Wärmetauscher 74 ist im Abhitzekessel, vorzugsweise im Bereich niedriger Rauchgastemperaturen, angeordnet und ist daher direkt von Rauchgase beheizt. Da auch der Heizwassererwärmer 64 durch ein Regel- und Absperrorgan 81 an die Rücklaufleitung 72 angeschlossen ist, kann die Verteilung des Rücklaufwassers auf den Heizwassererwärmer 64 und den Wärmetauscher 74 eingestellt werden. Für die Inbetriebnahme der Anlage ist ferner ein in der Zeichnung nicht dargestellter Booster-Verdichter mit eigenem Antrieb vorgesehen, falls zu diesem Zweck keine gespeicherte Druckluft zur Verfügung steht. Während des Betriebs der Anlage wird vom Verdichter 26 durch die Leitung 82, gegebenenfalls durch ein Filter, Luft angesaugt, verdichtet und durch die Rohrleitung 24 dem Wärmetauscher 22 zugeführt. Dort wird diese verdichtete Luft durch die Wirbelschicht 14 erhitzt und durch die Leitung 28 an die Gasturbine 30 abgegeben. In dieser wird die heisse Luft unter Leistungsabgabe entspannt und durch die Leitung 34 dem Raum 36 unterhalb des Düsenbodens 18 als Verbrennungsluft zugeleitet. Diese Luft weist hier einen Druck von ca. 1,2 bis 1,8 bar auf und strömt durch die Öffnungen des Düsenbodens zur Wirbelschicht 14, deren Verbrennung sie bewirkt. Die Rauchgase der Wirbelschichtfeuerung haben beim Austritt aus dem Feuerraum 12 eine Temperatur von ca. 750 bis 9500 Celsius und werden durch die Rauchgasleitung 40 dem Abhitzekessel 44 zugeführt, in dem sie unter Wärmeabgabe an die dort angeordneten Heizflächen nach unten zur Leitung 46 strömen. Die Rauchgase sind hierbei durch den Zyklonabscheider 42 weitgehend von Staub- oder Ascheteilchen befreit. Im Abhitzekessel 44 wird in bekannter Weise Dampf erzeugt, der durch die Leitung 50 der Gegendruck-Dampfturbine 52 zugeführt wird, welche den elektrischen Generator 52 antreibt. Der Anzapfdampf dieser Dampfturbine 52 wird dem Kondensat-Vorwärmer 58 sowie durch die Leitungen 60 und 62 dem Heizwassererwärmer 64 zur Erwärmung des im Heizkreislauf zirkulierenden Wassers zugeführt. Hierbei ist es möglich, einen Teil des Heizwassers durch mehr oder weniger weites öffnen des Regel- und Absperrorgans 80 dem Wärmetauscher 74 zuzuführen, so daR der Heizkreislauf zusätzlich zur weiteren Abkühlung der Rauchgase herangezogen werden kann. Elektrische Energie wird gleichzeitig durch die beiden elektrischen Generatoren 38 und 54 an nicht dargestellte elektrische Verbraucher abgegeben, wobei durch den Generator 38 die Stromausbeute wesentlich erhöht wird. Die Rauchgastemperatur der Wirbelschichtfeuerung 10 soll beim Verlassen des Feuerraums 12 höchstens eine Temperatur von 9500 Celsius aufweisen, da sonst Schwierigkeiten mit der Entschwefelung der Rauchgase sowie bezüglich des Ascheaustrags aus der Feuerung entstehen können. Zur Einstellung dieser gegenüber üblichen Feuerungen niedrigen Feuerraumtemperatur muss der Luftüberschuss, mit welcher die Feuerung betrieben wird, stark erhöht werden, z. B. auf Werte von 1,5 bis 2,5 und darüber das heisst, dass der Feuerung eine entsprechend grosse Luftmenge zugeführt werden muss, durch deren Entspannung in der Gasturbine 30 viel mechanische Energie gewonnen und im Generator 38 in elektrische Energie umgewandelt wird. Die Gesamtanlage arbeitet daher sogar bei einem Betrieb der Feuerung mit hohen Luftüberschüssen mit einem unver ändert guten Wirkungsgrad, im Gegensatz zu üblichen Feuerungen, bei denen mit steigendem Luftüberschuss der Wirkungsgrad abfällt. Darüber hinaus ist durch den unbefeuerten Abhitzekessel 44 der Regelaufwand bzw. die Regelung der Gesamtanlage wesentlich vereinfacht. Schliesslich darf nicht übersehen werden, dass durch die wahlweise Zuschaltung des Wärmetauschers 74 zum Heizkreislauf gegebenenfalls eine weitere Abkühlung des Rauchgases im Abhitzekessel möglich und somit eine weitere Wirkungsgradverbesserung gegeben ist.

Claims: Anspruch 1. Verfahren zum Betreiben eines mit einer Wirbelschichtfeuerung ausgerüsteten Dampfkraftwerkes, insbesondere Heizkraftwerkes, wobei Luft verdichtet, in einem in der Wirbelschichtfeuerung (10) angeordneten Wärmetauscher (22) erhitzt, in einer den Verdichter (26) antreibenden Gasturbine (30) entspannt und als Verbrennungsluft für die Wirbelschichtfeuerung (10) benutzt wird, wobei die Rauchgase der Wirbelschichtfeuerung einem Dampferzeuger zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte in der Gasturbine (30) entspannte Luft der Wirbelschichtfeuerung (10) zugeführt wird, dass die Rauchgase einem als Abhitzekessel (44) ausgebildeten Dampferzeuger, der keine Feuerung aufweist, zur Wärmeabgabe zugeleitet werden und dass die bei der Entspannung der Luft anfallende Überschussenergie zur Stromerzeugung an einen elektrischen Generator (38) abgegeben wird.

Inventors: SCHULLER, KARL-HEINZ, Schüller, Karl-Heinz
Applicants: BROWN, BOVERI & CIE AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1983
Main classification: F01K23
IPC codes: F23L15, F02C3, F01K23