In Teilprojekt A5 soll geklärt werden, ob die mineralischen Bestandteile, wie Na, K, Mg, Ca, Al oder Fe, der Kohle katalytisch aktiv sind und somit Einfluss auf den Oxyfuel-Verbrennungsprozess nehmen. Neben dem Verbrennungsprozess in O2 werden die beschleunigte Einstellung des Boudouard-Gleichgewichts und die Kohlevergasung mit H2O berücksichtigt, die durch Volumenvergrößerung erheblichen Einfluss auf das Strömungsfeld in Flammen nehmen können. Es sollen reale Kohlen aber insbesondere auch synthetische Modellkohlenstoffe untersucht werden, was eine schrittweise Steigerung der Komplexität der untersuchten Systeme erlaubt.
MAN Energy Solutions entwickelt in dem hier vorliegenden Projekt einen Verdichter axialer Bauweise für die Eigenschaften von CO2, also einem molekular schweren Gas. Dieser Verdichter muss hohe Volumenströme verarbeiten, wie sie insbesondere in Kraftwerksanlagen entstehen. Zu den wichtigsten Optionen bei der Vermeidung von Umweltbelastungen durch den weltweit ansteigenden CO2-Ausstoss gehört die CCS-Technologie; diese unterscheidet verschiedene Verfahren zur CO2-Abscheidung wie die Abtrennung nach Kohlevergasung (Pre-Combustion / IGCC) oder die Abscheidung nach dem Verbrennungsprozess (Post Combustion). Eines jedoch eint diese Verfahren: die Notwendigkeit von CO2-Verdichtern für den Transport des Treibhausgases vom Kraftwerk zum Speicherort und zum Verpressen der entstandenen CO2-Massen. Eine intelligente Lösung zur Förderung großer CO2-Volumina liegt in der Vorverdichtung mittels eines geeigneten Axialverdichters und der damit einhergehenden Reduktion des Volumenstroms sowie anschließender Verdichtung auf den Enddruck mittels eines Radialverdichters. Die Vorteile eines Axialverdichters für CO2 sind dabei die sehr hohen Wirkungsgrade, die Möglichkeit der Verdichtung großer Volumenströme in einem einzigen Verdichtergehäuse, die Wärmenutzung aus der Kompression in Kraftwerksprozessen und die mechanische Zuverlässigkeit des Kompressors. Die Kombination von hohen Wirkungsgraden, Zwischenkühlungen und dem Eintrag von Abwärme in den Prozess resultiert in einem geringstmöglichen Energieverbrauch für die Verdichtung. Im Rahmen des Forschungsprojektes werden die Grundlagen der Axialverdichterauslegung für CO2 erarbeitet, auf deren Basis transsonische Prozessverdichter zur Förderung großer CO2-Volumina ausgelegt werden können. Da mit der CO2-Verdichtung mittels eines Axialverdichters Neuland betreten wird, ist sowohl eine Verifikation der numerischen Werkzeuge als auch eine Validierung der angewandten Modelle zwingend erforderlich. Zu diesem Zweck wird ein Versuchsverdichter entwickelt, welcher durch eine umfangreiche Instrumentierung und ein intelligentes Messprogramm alle erforderlichen Messdaten bereitstellt. Die hier weiterentwickelte Technologie zur Verdichtung schwerer Gase mittels eines großen Axialverdichters eignet sich daneben auch für den Einsatz in großskaligen Produktionsanlagen zur Kompression von Kohlenwasserstoffen, Erdgas sowie Stickoxiden oder Wasserstoff. Diese Grundstoffe sind vor dem Hintergrund eines globalen Bevölkerungswachstums ebenso essentieller Bestandteil wirtschaftlichen Wachstums und sozialen Wohlstandes wie eine stabile und ausreichend dimensionierte Energieversorgung. Für die vornehmlichen Standorte dieser Anlagen im asiatischen, afrikanischen und südamerikanischen Raum spielt die Verfügbarkeit der hier entwickelten Technologien also eine nicht unbedeutende Rolle bei der langfristigen Entwicklung von Schwellen- zu Industrienationen.
Im Vorhaben soll die Schlackebadvergaser (British Gas Lurgi - BGL)-Vergasung auf Basis theoretischer Studien (unter anderem durch Modellierung) sowie durch experimentelle Untersuchungen im Labor und im Pilotanlagenmaßstab für hocheffiziente, emissionsarme Kohlevergasung mit CO2-Abtrennung (IGCC)-Kraftwerke und flexible Polygeneration-Anwendungen sollen optimiert werden. Dazu ist die Teer-Öl-Ausbeute für IGCC-Kraftwerkanwendungen zu minimieren (Brenngas-BGL-Konzept). Für Polygeneration-Konzepte (Polygen-BGL-Konzept) mit chemischer Synthesegasnutzung und Erzeugung eines erdöläquivalenten Teer-Öl-Gemisches (einsetzbar in der Chemieindustrie oder als speicherbarer Spitzenbrennstoff) ist sie zu maximieren.
Im Rahmen des Forschungsvorhabens soll ein neues Konzept zur trockenen Entfernung von Schwefelverbindungen und Ammoniak aus Brenngasen fuer die IGCC-Kraftwerkstechnik im Technikumsmassstab entwickelt werden. Das Ziel des Projektes besteht darin, das Verfahren der partiellen Oxidation von H2S/COS und die simultane NH3-Abscheidung weiterzuentwickeln und insbesondere an das Verfahren der Prenflo-Kohlevergasung anzupassen. Dabei sollen die verfahrenstechnischen Komponenten Flugstromreaktor mit Filterkerze, Katalysator, Festbettadsorber und Spruehabscheider optimiert und geeignete Kombinationen gefunden werden. Darueber hinaus ist die Anwendbarkeit bekannter Verfahren zur Rueckgewinnung von Schwefel aus den verschiedenen Traegermedien zu untersuchen. Es bestehen berechtigte Chancen, den Aufwand fuer die Brenngasreinigung im IGCC-Prozess auf ein Minimum zu reduzieren und somit einen Beitrag zum Durchbruch der innovativen IGCC-Kraftwerkstechnik zu leisten.
Objective: Development and test operation of a new waste utilization system (radiation boiler) and of further new components for pressurized entrained flow gasification (PRENFLO). The new components besides the radiation boiler were a candle filter (dry dedusting of PRENFLO raw gas), a fly ash recycle system, a catalytic COS hydrolysis and a raw gas desulfurization system (MDEA process). General Information: The partial oxidation of solid fuels according to the entrained-flow principle (PRENFLO process) is an exothermic process, approx. 20 per cent of the gross calorific value of the fuel being converted into sensible heat. Utilization of this large quantity of heat released is indispensible for the energetically optimum of the PRENFLO process in industrial-scale applications. The raw gas leaves the gasifier at a temperature of approx. 1400 deg. C, highly laden - about 160 g/m3 (24 bar) with small molten or doughy ash particles. The heat utilization concept realized to date at Krupp Koppers comprises the cooling of raw gas at the outlet of the gasifier with quench gas to temperatures of less than 1000 deg. C resulting in higher heat losses at temperatures below 250 deg. C. The hot gas quenching can be avoided by using the new waste heat utilization system for dust-laden PRENFLO raw gas with high optical density. It is based on a radiation boiler with built-in heat exchange elements, the arrangement of which takes account of the temperature and flow profile of the hot raw gas leaving the reactor. Results from the operation of a 48 t/d PRENFLO plant with regard to slag separation in the gasifier, effectiveness of mechanical dedusting devices, decoupling of radiation boiler from gasifier to take account of the vibrational properties (mechanical cleaning device for heat exchangers), and theoretical investigations on heat exchange for optically dense fluids indicated the possibilities of preventing energy losses by quench gas cooling of raw gas. Optimization of the system with regard to the spacing of the heat exchange elements, the cleaning and the geometry of the system result in lower overall height and anticipate efficiency improvements if the system is applied in a CC-power plant. The dry dedusting of PRENFLO gas allows fly ash recycling to the gasifier, thereby a total slagging of the coal ash and a total carbon conversion can be achieved. A high effective filtering system reduces heat losses with the raw gas, when hot dedusted gas from the filter is recycled as quench gas. A candle filter and a pneumatic fly ash recycle system was planned, built and tested. For the desulfurization of the PRENFLO gas a catalytic COS hydrolysis (conversion of COS to H2S) and a H2S absorber (MDEA process) were installed in the test plant to proof the reliability of these process stages for PRENFLO gas in a wide range of operating conditions and to take account of the gas and solid traces in the gas to be treated. Testing and optimization of the waste heat...
Anforderungen wie moeglichst geringe Schadstoffemission und Schonung der Energievorraete bei marktorientierten Kosten erfordern fuer die Stromerzeugung der 90er Jahre die Entwicklung kombinierter Gas- und Dampfturbinenkraftwerke in Verbindung mit Kohlevergasungsanlagen. Eine aussichtsreiche Variante stellt dabei das aus der Stahlerzeugung abgeleitete Verfahren der Vergasung von Kohle im Eisenbad dar. In einem von den Kloeckner Werken beantragten F+E-Folgeprogramm sind Experimente in einer auf der Maxhuette zu errichtenden Pilotanlage geplant. Im Rahmen dieser Versuche sollen im vorliegenden Vorhaben kraftwerksspezifische Fragestellungen zur Abhitzenutzung und Kohlegasvertraeglichkeit der Gasturbine experimentell untersucht werden. Das analytische Begleitprogramm umfasst neben Arbeiten zu Einzelproblemen die Entwicklung von Rechenmodellen und deren Anwendung.
Es wurden Untersuchungen und Berechnungen zur exergetischen Bewertung und Optimierung von Ein- und Mehrdruck-Abhitzedampferzeugern als verbindendes Glied im gekoppelten Gas- und Dampfturbinenprozess durchgefuehrt. Fuer einen Ein-Druck-Abhitzekessel wurden dabei auch ueberkritische Dampfzustaende analysiert. Das Ziel der Betrachtungen bestand in der Ermittlung optimaler Dampfparameter fuer ein Kohle-Kombi-Kraftwerk mit integrierter Kohlevergasung. Vorgestellt wird ein dafuer verwendetes mathematisches Verfahren, das zur Optimierung nahezu beliebiger Zielfunktionen nutzbar ist. Neben der Auswertung der Optimierungsergebnisse wird auf die Realisierbarkeit der Ergebnisse eingegangen. Sie kann durch eine Zwischenueberhitzung wesentlich erleichtert werden, deren Einfluss ebenfalls beschrieben wird.
Das Vorhaben hat zum Ziel, unter Zuhilfenahme einer Wirbelschichtpilotanlage die hochexpandierte Wirbelschicht mit Fangrinnenabscheider weiterzuentwickeln, das Verbrennungssystem fuer den Einsatz in Kombiprozessen mit Kohlevergasung zu untersuchen, sowie weitere Emissionsuntersuchungen durchzufuehren.
Im Rahmen der Kohlevergasung nach dem Hochtemperatur-Winkler-Verfahren (HTW), wurden Betriebsversuche zum Einsatz von getrocknetem Klaerschlamm und beladenen Koksen durchgefuehrt. Ziel war, die technische Machbarkeit zu erproben, Abfall- und Reststoffe im Vergasungsprozess einzusetzen und ggf. hinsichtlich einer laengerfristigen kommerziellen Nutzung Moeglichkeiten einer umweltfreundlichen Entsorgung aufzuzeigen. In verschiedenen Testprogrammmen wurden Zumischraten von bis zu 5 t/h Klaerschlamm in den HTW-Vergaser eingesetzt. In den Versuchen konnte die technische Eignung des HTW-Verfahrens zur Abfall- und Reststoffvergasung, als ein energetisch effizientes und umweltschonendes Verfahren, nachgewiesen werden.