ADECOS III - Komponenten

Oxyfuel-Komponentenentwicklung und -Prozessoptimierung

 

© ADECOS

Bearbeiter:    Dipl.-Ing. Christopher Thiel, Dipl.-Ing. Tao Wen

Laufzeit:          04/2011 – 03/2014

Projektträger: BMWi (PTJ)

Förderkennzeichen:   03ET2026A

Kooperationspartner: Uni Stuttgart, TU Hamburg-Harburg, HS Zittau/Görlitz, FZ Jülich, Alstom, Babcock Borsig Steinmüller, Clyde Bergemann, E.On, EnBW, EVN, Vattenfall

Kurzbeschreibung:

Eine aussichtsreiche Option zur wirkungsvollen Senkung der CO₂-Emissionen bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe mit hohem Kohlenstoffgehalt ist der Oxyfuel-Prozess mit anschließender CO₂-Abscheidung. Die Verbrennung erfolgt hier in einer Atmosphäre aus reinem Sauerstoff, CO₂ und Wasserdampf (rezirkuliertes Abgas zur Absenkung der Verbrennungstemperatur). Damit besteht das Abgas im Wesentlichen aus CO₂ und Wasserdampf. Nach der Abscheidung des Wasseranteils steht ein hochkonzentrierter CO₂-Strom zur Verfügung, der nach entsprechender Aufbereitung einer klimaunwirksamen Speicherung zugeführt werden kann.

Der Oxyfuel-Prozess basiert auf dem klassischen kohlegefeuerten Dampfkraftprozess. Der zur Absenkung der Verbrennungstemperaturen hohe Anteil an rezirkuliertem Abgas kann zu einer Anhebung der Schadstoffkonzentrationen im Feuerraum führen, die wiederum die Werkstoffe der Dampferzeugerheizflächen stärker angreifen können. Der Zusammenhang von Brennstoffeigenschaften und der veränderten Gasatmosphäre auf das Verschmutzungs- und Verschlackungsverhalten ist bisher noch nicht ausreichend betrachtet worden. Die veränderte Abgasatmosphäre wirkt sich auch auf die nachgeschalteten Anlagen zur Gasbehandlung aus. Die Anordnung der Abgasbehandlungsanlagen und die Effizienz der Anlagen sind wesentliche Schwerpunkte bei der Planung von CCS-Demonstrationsvorhaben, die wie oben beschrieben im Energiekonzept der Bundesregierung [2] verankert sind. Zum betreiben dieser Demonstrationskraftwerke sind Maßnahmen zur Überwachung des Betriebs und der Emissionen notwendig (Messtechnik und Betrieb), die bisher noch nicht in ausreichender Tiefe getestet wurden.

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens sollen drei wesentliche Projektbereiche untersucht werden,

• Werkstoffe für Dampferzeugerheizflächen im Oxyfuel-Prozess,
• Gasbehandlung,
• Messtechnik und Betrieb.

Im Vordergrund steht dabei die Anwendung auf großtechnische Anlagen unter Beachtung der aktuellen Rahmenbedingungen. Ziel des Projektes ist es, eindeutige Aussagen zur Gestaltung von Oxyfuel-Anlagen mit hoher Verfügbarkeit, optimaler Effizienz und idealer Umweltverträglichkeit zu treffen.

An der TU Dresden wird der Projektbereich Werkstoffe für Dampferzeugerheizflächen im Oxyfuel-Prozess bearbeitet. Ziel ist es Aussagen zu folgenden Problemstellungen zu treffen:

• Einfluss der Brennstoffeigenschaften und der Prozessbedingungen auf das Verschmutzungs- und Verschlackungsverhalten
  • Freisetzung und Einbindung bzw. Abscheidung von Emissionen/Verbindungen leicht flüchtiger Elemente, insbesondere: Alkali-, Schwefel- und Chlorverbindungen
  • Bildung von Belägen in Abhängigkeit des Brennstoffes und der Prozessparameter (insbesondere Rauchgasrückführungsverhältnis, Staubabscheidung)

genutzte Versuchsanlagen/besondere Anschaffungen:

• Zündofen
• Field-Rohr
• 50 kW_th-Staubfeuerungsanlage

Berichte/ Publikationen/ Patente/ andere Schutzrechte:

• Thiel, C., Pohl, M., Beckmann, M., Herzog, T., Spiegel, W.:“Particle behavior of solid fuels under oxy-fuel conditions”; 3rd Oxyfuel Combustion Conference, 9-13 September 2013, Ponferrada, Spanien (Posterbeitrag)
• Thiel, C.: “Advanced Development of Components for the Coal-Fired Oxyfuel-Process with CO2-Separation”; 3rd Oxyfuel Combustion Conference, 9-13 September 2013, Ponferrada, Spanien (Posterbeitrag)

• Thiel, C.; Pohl, M.; Beckmann, M.; Herzog, T.; Spiegel, W.: PartikelGitterNetzSonde - Untersuchungen zum Verschmutzungs- und Verschlackungsverhalten von Kohlestaub. In: 26. Deutscher Flammentag. 11.09.-12.09.2013, Düsseldorf: VDI-Verlag, 2013. S. 59-68. ISBN: 978-3-18-092161-7
• Thiel, C.; Pohl, M.; Beckmann, M.; Spiegel, W.: Untersuchungen zur Ableitung der Verschmutzungs- und Verschlackungsneigung unter Oxyfuel-Bedingungen am Beispiel der Lausitzer Trockenbraunkohle. In: Beckmann, M.; Hurtado, A. (Hrsg.): Kraftwerkstechnik - Sichere und nachhaltige Energieversorgung, Band 4. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2012, S. 367-376. ISBN 978-3-935317-87-0
• Thiel, C.; Bernhardt, D.; Pohl, M.; Beckmann, M.: Kreislaufelemente bei einer 50 kWth-Braunkohlestaubfeuerung unter Oxyfuelbedingungen. In: Beckmann, M.; Hurtado, A. (Hrsg.): Kraftwerkstechnik - Sichere und nachhaltige Energieversorgung, Band 3. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2011, S.117-130. ISBN 978-3-935317-72-6